許鑫， 孟昆， 蔡紅英， 楊培龍， 蔣顯仁

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081）

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是重要的益生菌，也是動物機(jī)體內(nèi)復(fù)雜微生物菌群的優(yōu)勢菌，具有維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定、增強(qiáng)機(jī)體免疫力以及提供營養(yǎng)物質(zhì)等作用，適量的攝入LAB，會給宿主帶來諸多益處，因此其具有重要的理論意義及潛在的應(yīng)用價(jià)值。LAB 在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，自抗生素禁用以來，LAB作為替代物展現(xiàn)出的優(yōu)勢也十分明顯。本文主要綜述LAB 的生物學(xué)特性及其在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為LAB更好地應(yīng)用于豬生產(chǎn)提供理論依據(jù)和參考。

1 LAB的分類

按照不同的依據(jù)，可對LAB 進(jìn)行不同的分類。按照來源，可將LAB 分為植物源LAB 和動物源LAB；按照菌體形狀，可分為桿狀、球狀、鏈狀和分枝狀[1]。鏈球菌屬（Streptococcus）、乳桿菌屬（Lactobacillus）以及雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）是LAB中最常用的3個(gè)菌屬。

乳桿菌屬內(nèi)不同種之間的差異較大，其主要種包括發(fā)酵乳桿菌（Lactobacillus fermentum）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）和羅伊氏乳桿菌（Lactobacillus reuteri）等，基本屬性及部分功能如表1所示。

表1 乳桿菌屬菌種的基本屬性及部分功能Table 1 Basic properties and partial functions of LAB

雙歧桿菌屬主要棲居于人體和動物腸道下游，根據(jù)DNA 同源性和糖發(fā)酵類型，可將其分為24 種，主要是長雙歧桿菌（Bifidobacterium longum）、乳雙歧桿菌（bifidobacterium lactis）、短雙歧桿菌（Bifidobacterium brevis）和兩歧雙歧桿菌（Bifidobacterium bifidum）等。通常在嬰兒腸道內(nèi)以嬰兒雙歧桿菌、短雙歧桿菌占優(yōu)勢；在成人腸道中，主要是青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌[12]。與動物雙歧桿菌相比，乳雙歧桿菌具有更好的耐受性。

鏈球菌屬（Streptococcus）中最常見的為嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus），它是重要的工業(yè)LAB，與德氏乳桿菌保加利亞亞種（Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus）一起作為發(fā)酵劑菌株來生產(chǎn)酸奶[13]。

2 LAB的生物學(xué)特性

LAB 的生物學(xué)特性取決于物種或菌株，即來自不同宿主的相同種類LAB 也可能有所不同[14]。常用的生物學(xué)特性主要包括對酸、消化酶、高溫的耐受性，對病原菌的抑菌性，以及定植競爭力和安全性等，這些也成為了判定LAB 是否優(yōu)良的主要標(biāo)準(zhǔn)[15]。

2.1 生物安全性

由于益生性LAB 對動物的多種疾病都有著廣泛的益處，且尚未發(fā)現(xiàn)它的副作用。在選擇益生性LAB 代替抗生素時(shí)，首先要確保其對動物機(jī)體的安全性，沒有任何毒副作用，也不會有排斥或過敏反應(yīng)等，更不會致死。安全性是保證LAB 更好地發(fā)揮其益生作用的重要條件。目前判斷安全性的方法主要有耐藥性試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、代謝產(chǎn)物毒性檢測試驗(yàn)、易位試驗(yàn)等，在國際上通過以上指標(biāo)確定菌株的安全性后，還應(yīng)進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)[16]。

2.2 定植特性

LAB對胃腸道的黏附是其在腸道內(nèi)定植的先決條件之一，也是決定能否發(fā)揮其益生作用的首要條件。LAB 借助其表面成分進(jìn)行黏附，黏附過程是通過黏附素與黏附受體的化學(xué)鍵共價(jià)結(jié)合，其發(fā)揮生理功能的基礎(chǔ)是黏附并定植，因此黏附能力通常作為評價(jià)LAB益生性的首要指標(biāo)[17]。目前已建立多種檢測方法評價(jià)乳酸菌的黏附性能，主要分為直接測定法和間接測定法。隨著近年來計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，也出現(xiàn)了新的評價(jià)方法，如計(jì)算機(jī)分子模型法[18]。

2.3 抑菌性

很多LAB 都具有對病原菌的抑制活性，即抑菌性，這是其重要的生物學(xué)特征。腸道微生物群被認(rèn)為是動物體內(nèi)最大的微生物庫，除益生菌外，也存在很多的腸道病原菌，如大腸桿菌，因此，LAB的抑菌性有助于維持腸道健康。LAB常常被作為新型抗菌劑使用，主要通過產(chǎn)生有機(jī)酸、過氧化氫及細(xì)菌素等代謝物質(zhì)，從而抑制腸道病原菌的存活[19]。研究表明，一些LAB可以產(chǎn)生苯乳酸，苯乳酸具有抑菌作用，因此其常被用作食品防腐劑使用，以延長食品的保質(zhì)期；另一些LAB 還可以產(chǎn)生雙乙酰，這種通過糖酵解產(chǎn)生的物質(zhì)可以對多種有害微生物產(chǎn)生抑制作用[20]。由此可見，對比使用抗生素帶來的種種問題，高抑菌性的LAB具有更大更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2.4 加工性能

作為益生菌應(yīng)用的LAB 除了需要具備特定的生物學(xué)特征及功能外，還應(yīng)具備加工性能才能進(jìn)行菌劑的工業(yè)化生產(chǎn)[21]。通常對生產(chǎn)用LAB有以下幾點(diǎn)要求：①有關(guān)功能在加工、儲存和運(yùn)輸過程中穩(wěn)定，并且有關(guān)功能的活性物質(zhì)在培養(yǎng)和儲存過程中能保持活性；②適用于大量的生產(chǎn)和儲存，在較高的濃度下仍具有較高的活性；③具有遺傳穩(wěn)定性，LAB 的益生功能在使用過程中不受培養(yǎng)條件、傳代次數(shù)、保藏方法等影響而出現(xiàn)衰退；④當(dāng)進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，能產(chǎn)生良好的感官特性及風(fēng)味，同時(shí)不會產(chǎn)生難聞的氣味。

3 LAB生物學(xué)功能

LAB的生理功能也成為近年來國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。研究表明，LAB 具有增強(qiáng)腸道黏膜屏障功能及提高免疫力等生理功能，有利于宿主健康[22]。

3.1 提供營養(yǎng)物質(zhì)

LAB的代謝產(chǎn)物如短鏈脂肪酸、細(xì)菌素、胞外多糖、維生素等，可以直接為宿主提供營養(yǎng)物質(zhì)，增強(qiáng)動物的營養(yǎng)代謝，使動物更好地生長。LAB產(chǎn)生的有機(jī)酸可以促進(jìn)動物對維生素D 和鈣、鐵離子的吸收，對促進(jìn)畜禽良好生長具有重要作用[23]。如 短 鏈 脂 肪 酸（short-chain fatty acids，SCFA）可以通過影響結(jié)腸上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)，為腸黏膜上皮細(xì)胞及肌肉、心、腦、腎等提供能量，增加腸道血液的供應(yīng)量[24]。

除有機(jī)酸之外的另一種重要的代謝產(chǎn)物便是維生素。很多乳酸桿菌和雙歧桿菌在發(fā)酵時(shí)都可以產(chǎn)生維生素，且主要是B 族維生素類化合物[25]。如果利用這些LAB 來發(fā)酵生產(chǎn)某些食品，不僅可以提高該食品的營養(yǎng)成分，還可以通過進(jìn)食將這些LAB 運(yùn)輸?shù)饺梭w胃腸道，合成人體所必需的維生素。

3.2 維持胃腸道微生態(tài)穩(wěn)定

LAB與胃腸道健康之間關(guān)系密切，可用于治療多種胃腸道疾病[26]。LAB 是腸道自然微生物群的一部分，參與并改善宿主體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。LAB通過與其他腸道細(xì)菌的相互作用，在腸道內(nèi)形成一道天然生物屏障，抑制有害菌的生長，并維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定。攝入乳桿菌屬和雙歧桿菌屬的細(xì)菌可誘導(dǎo)腸道菌群的變化，抑制致病微生物在胃黏膜上的黏附，因此可以改變菌群，緩解腹瀉以及腸道炎癥等。攝入LAB益生菌還可緩解乳糖不耐受癥，治療腸道應(yīng)激綜合征、炎癥性腸炎和抗結(jié)腸癌等。

3.3 增強(qiáng)機(jī)體的免疫力

動物攝入LAB 后，免疫系統(tǒng)在控制感染上更有效[27]。LAB 可通過直接或間接的方式影響動物體內(nèi)巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞等免疫細(xì)胞的功能，起到調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力的作用[28]。此外，LAB 可以促進(jìn)細(xì)胞分裂，誘導(dǎo)干擾素的產(chǎn)生，還可以促進(jìn)畜禽動物體內(nèi)特異性及非特異性抗體的產(chǎn)生。比如，植物乳桿菌可以提高血清中的IgA、IgG、IgM水平，進(jìn)而促進(jìn)免疫細(xì)胞的增殖，提高機(jī)體的免疫能力[7]。LAB 還可通過調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，達(dá)到激活和維持免疫平衡的目的，調(diào)節(jié)黏蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)腸道屏障功能等。

如上所述，具有良好益生特性的LAB 可廣泛應(yīng)用于人和畜禽動物養(yǎng)殖中。LAB的安全性和益生特性已得到廣泛公認(rèn)，具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。通過對LAB 益生功能的不斷開發(fā)與研究，LAB在未來能夠給人類健康和社會發(fā)展帶來更大益處[29]。

4 LAB在豬生產(chǎn)中的研究進(jìn)展

根據(jù)我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布的《飼料添加劑品種目錄》，能夠添加到飼料中的LAB 有23 種（表2）。其中用于豬生產(chǎn)的LAB 主要是乳桿菌屬、雙歧桿菌屬等，LAB的使用有利于豬的胃腸道健康，提高飼糧營養(yǎng)物質(zhì)的代謝利用和飼料優(yōu)勢，對豬生產(chǎn)至關(guān)重要[30]。

表2 飼料LAB添加劑品種目錄Table 2 List of feed LAB additives

4.1 促生長作用

研究表明，LAB可提高豬的生長性能、增加器官重量并降低料重比及腹瀉率[31]。LAB 對豬的促生長作用機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。①初生仔豬對病原菌的抵御能力較弱，如果遇到病原菌的入侵，會嚴(yán)重影響初生仔豬各方面的發(fā)育[32]。斷奶期時(shí)，飼料和環(huán)境的變化對于仔豬也會產(chǎn)生應(yīng)激作用。在飼料中添加LAB 可以降低料重比，增加器官重量，提高初生仔豬生長性能。Liu 等[33]給斷奶仔豬分別口服生理鹽水和干酪乳桿菌、糞腸球菌，結(jié)果表明，給予益生菌的仔豬平均日增重顯著增加，腹瀉率和死亡率顯著降低。Pupa 等[34]將含有植物乳桿菌和乳酸片球菌的益生菌補(bǔ)充劑口服喂養(yǎng)健康新生豬后，在所有益生菌補(bǔ)充組中，豬的平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率均優(yōu)于同期生長階段的基礎(chǔ)日糧組。②對于生長育肥豬， LAB 作為飼料的補(bǔ)充添加劑能夠提高豬肉的適口性，同時(shí)減少背膘厚度[35]。③在母豬妊娠期結(jié)束或哺乳期間添加一定量的LAB，會影響仔豬的出生體重，有利于仔豬生長。飼料中添加糞腸球菌與普通飼料日糧對照組相比，添加糞腸球菌處理組仔豬的末重增加，并且提高了豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，還提高了豬回腸、盲腸、糞便中的LAB 數(shù)量，降低了回腸大腸桿菌的數(shù)量[36]。

豬飼糧中LAB 的終用量通常為108～109CFU·g-1[37]，或者對液態(tài)飼糧進(jìn)行發(fā)酵處理。多種LAB 作為益生菌補(bǔ)充劑加入豬的基礎(chǔ)日糧中均可以在提高平均日增重、降低死亡率等方面達(dá)到很好的效果[38]。

4.2 腸道微生態(tài)菌群的調(diào)控作用

動物腸道內(nèi)微生物菌群種類復(fù)雜、數(shù)量龐大。比如，成年豬腸道內(nèi)棲息著大概500 多種微生物，其中包含有益微生物，也包含有害微生物[39]。在正常情況下，這些微生物的分布及數(shù)量會保持一定的穩(wěn)態(tài)，作為微生物屏障維持動物腸道的健康[40]。

LAB在豬腸道微生態(tài)菌群方面的益生作用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。①給新生的仔豬腸道補(bǔ)充一定量的LAB，能夠幫助仔豬形成健康腸道菌群，通過維持腸道中的微生態(tài)平衡減輕應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)仔豬的健康發(fā)育。研究表明，益生菌組合能改善沙門氏菌感染斷奶仔豬的腸道，增加斷奶仔豬的自主進(jìn)食量，減少糞便排泄中的沙門氏菌，降低直腸溫度，使絨毛/隱窩比值上升[39]；無論是否感染沙門氏菌，益生菌組斷奶仔豬的腹瀉分?jǐn)?shù)及發(fā)酵譜均得到改善，結(jié)腸氨濃度下降，絨毛上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞增加，絨毛/隱窩比值上升。LAB 發(fā)酵飼料可通過影響腸道不同微生物種群的比例進(jìn)而維持腸道菌群的穩(wěn)定，在結(jié)腸部位更顯著，有減少仔豬腹瀉發(fā)病率的作用[41]。②乳桿菌可以通過調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)，保持細(xì)胞完整性和腸道健康，從而提高胴體質(zhì)量[42]。③對于母豬來說，LAB 能改善產(chǎn)后腸道微生態(tài)平衡。龐清剛等[32]研究植物乳桿菌對母豬糞便微生物的影響發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)日糧中添加活菌總數(shù)大于1.0×1011CFU·g-1的植物乳桿菌，可改善母豬產(chǎn)后腸道微生態(tài)平衡，提高其糞便中的LAB數(shù)量，降低大腸桿菌數(shù)量。

4.3 免疫調(diào)節(jié)作用

對于新生仔豬來說，胃腸道發(fā)育不完全、免疫系統(tǒng)極度不完善。斷奶也會導(dǎo)致仔豬機(jī)體抵抗力和免疫力嚴(yán)重下降，斷奶期的仔豬通常會出現(xiàn)采食量減少、腸道消化酶活性降低和腹瀉等情況[43]。因此，如何提高仔豬在這2 個(gè)階段的免疫能力成為研究熱點(diǎn)。

LAB在新生仔豬和斷奶仔豬免疫方面的益生作用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。①新生仔豬胃腸功能和免疫系統(tǒng)發(fā)育不完全，仔豬的抵抗力和免疫力下降，很容易受到病原微生物的侵襲。日糧中添加LAB 制劑能增加仔豬血液中白細(xì)胞數(shù)量、淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率以及IgA 的含量，還能提高超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性[44]，這說明LAB 制劑能刺激仔豬的體液免疫和非特異性免疫反應(yīng)，增強(qiáng)抗氧化能力。Feng 等[45]研究表明，LAB 有與抗氧化酶和氧化損傷修復(fù)系統(tǒng)相關(guān)的強(qiáng)大氧化還原系統(tǒng)，主要通過清除自由基、螯合前氧化金屬離子、調(diào)節(jié)相關(guān)酶和調(diào)節(jié)腸道微生物群而表現(xiàn)出顯著的抗氧化能力。因此，他們有助于延長食品的保質(zhì)期，促進(jìn)仔豬健康和生理氧化還原平衡。Hou 等[46]發(fā)現(xiàn)，在腫瘤壞死因子(tumor necrosis fac-tor alpha，TNF)-α 處理下，L. reuteriD8能有效地保護(hù)腸器官樣細(xì)胞的形態(tài)和上皮細(xì)胞的正常增殖。②仔豬在斷奶時(shí)，食物由液體變?yōu)楣腆w，會引起其心理和生理各方面的不適應(yīng)，容易發(fā)生腹瀉等病癥，導(dǎo)致機(jī)體免疫力嚴(yán)重下降，生長性能也會下降。飼喂LAB可以使仔豬T淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率更高，有助于增強(qiáng)仔豬免疫力，進(jìn)而促進(jìn)其生長發(fā)育。饒澤斌等[47]研究發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)日糧飼料的基礎(chǔ)上，每天口服5×109CFU·g-1干酪乳桿菌代田株，斷奶仔豬在末重、平均日增重顯著提高的基礎(chǔ)上，血漿總抗氧化能力及總超氧化物歧化酶、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS)、谷胱甘肽過氧化物酶活性極顯著提高，肝臟NOS 活性極顯著提高，表明飼糧添加干酪乳桿菌代田株能夠提高斷奶仔豬的生長性能和抗氧化功能[35]。

在機(jī)理和效果方面，LAB可緩解斷奶應(yīng)激、預(yù)防仔豬腹瀉，對于新生仔豬和斷奶仔豬均有提高抵抗力的作用。一般LAB 對新生仔豬的添加形式采用口服較多，隨后其在體內(nèi)調(diào)節(jié)腸黏膜細(xì)胞層完整性，改善腸屏障功能，對病原菌起到拮抗作用[44]。

總體上，LAB 在豬的不同生長階段都有提高免疫力、減輕炎癥的功效，但對于仔豬的應(yīng)用更為廣泛，因?yàn)樽胸i的免疫系統(tǒng)尚不成熟。LAB 保護(hù)腸道免受致病菌入侵的機(jī)制不僅僅是通過產(chǎn)生一些有機(jī)酸和細(xì)菌素殺死致病菌，也可以干擾致病菌在腸上皮細(xì)胞上的黏附和入侵，部分LAB作為微生態(tài)制劑已被廣泛用于養(yǎng)殖業(yè)，并取得不錯(cuò)的效果[48]。當(dāng)仔豬或母豬機(jī)體的胃腸道受到致病菌的刺激時(shí)，適當(dāng)添加外源LAB，外源LAB進(jìn)入腸道后可在腸道壁進(jìn)行定植，并能夠產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機(jī)酸，這些有機(jī)酸可有效抑制病原性細(xì)菌的生長繁殖，促進(jìn)LAB 等有益菌的增殖，維持腸道微生態(tài)的平衡，從而促進(jìn)其機(jī)體恢復(fù)健康[49]。

5 小結(jié)

綜上所述，LAB在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛。LAB種屬繁多，特性各異，但其抗逆性差導(dǎo)致其到達(dá)胃腸道內(nèi)的活菌數(shù)量大大減少，影響其發(fā)揮益生作用，盡管很多研究都在優(yōu)化其加工工藝，但這一問題仍沒有得到有效解決。近年來發(fā)現(xiàn)，LAB發(fā)揮其益生作用主要是依靠其代謝產(chǎn)物，如胞外多糖、有機(jī)酸和細(xì)菌素等，將其代謝產(chǎn)物提純作為添加劑加入飼料中，可以很大程度上解決LAB 抗逆性差的問題，也可以更有針對性地解決豬生產(chǎn)中遇到的各種問題。由此，針對LAB 的代謝產(chǎn)物在畜禽養(yǎng)殖中的研究將具有很大的前景。