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微生态制剂及其在畜牧业中的应用研究进展

  畜牧业在我国国民经济中占有非常重要的地位。近年来,畜牧业生产方式逐渐规模化、标准化和产业化,其产值已占农业总产值的1/3。随着畜牧业的迅猛发展,生态环境的破坏越来越严重,饲料生产中添加抗生素引起的食品安全问题越来越引起人们的重视,这不仅影响了畜牧产业自身的可持续性发展,同时也给社会和国民经济的长期安全稳定发展带来隐患。


  进入21 世纪后,我国将环境保护、污染治理以及食品安全放在了非常高的位置,畜牧业养殖的过程中降低和减少抗生素的使用,甚至不用抗生素的呼声越来越高。2014 年开始美国已经逐步禁止促生长抗生素的使用。2017 年4 月30 日之后我国禁止硫酸粘杆菌素添加在饲料中作为生长促进剂。


  在禁用抗生素及倡导食品健康的背景下,微生态制剂作为一种无污染、无毒副作用、无残留的新型饲料添加剂,越来越受到人们的重视。


  1 微生态制剂的概念


  微生态制剂指的是一大类安全无毒、可以用来做饲料添加直接饲喂动物,并可以通过改善动物机体消化道内的微生态体系平衡,从而起到预防疾病发生、促进动物个体快速健康生长、提高饲料利用率的多种有益微生物及这些微生物的代谢产物。美国食品药品管理局(FDA)将这类饲用微生态制剂定义为“可以直接饲喂的微生物”。这些可以直接饲喂的微生物具有以下特征:易于在动物肠道中形成优势菌群,与有害菌争夺营养物质、氧和附着位点,竞争性的抑制有害菌的生长繁殖,调节肠道内的菌群平衡;产生甲酸、乙酸、乳酸等有机酸,降低动物肠道pH 值,抑制潜在病原菌的生长;产生脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等各种消化酶,提高饲料的转化率;合成维生素、氨基酸、激素等生长因子;中和内毒素,降低有害物质如毒胺的含量;刺激免疫系统,增加免疫活力。


  2 微生态制剂的菌种要求


  要生产出具有优良效果的微生态制剂,需要对多种微生物进行筛选,挑选出最优秀的菌种,其中,菌种的来源及活力是最关键的因素。要制备出优质的微生态制剂,需要满足以下3个相关条件:


  (1)具有良好的安全性,必须没有毒性,不能是病原性的微生物,而且不能与任何病原微生物产生杂交种。


  (2)可以在动物消化道内快速定植,而且对环境变化带来的影响不敏感。


  (3)具有较强的耐受各种艰苦条件的能力,比如能耐受饲料生产制粒时的高温高压、饲喂过程中的抗生素和中草药,能耐受长距离运输和长时间储存。理论上来讲,理想的菌种应从健康动物个体的肠道菌群中分离筛选,这样可以使有益微生物在消化道内具有最好的定植能力,并快速生长。同时,筛选出的优良菌种还具有长期保持稳定活力的特性,能够在各种环境下保持优异的活力。


  3 微生态制剂的分类


  微生态制剂按照菌种类型可以分为6大类。


  3.1 乳酸菌类微生态制剂


  乳酸菌是一类能够快速分解碳水化合物,并以乳酸为主要代谢产物的革兰氏阳性细菌,自然定植于动物体的消化道中,是动物肠道中的正常菌群。乳酸菌最早被应用于饲料添加剂是在 1947 年,Hansen等人发现使用乳酸杆菌可以显著改善仔猪的生理健康。随后大量的试验数据证明,乳酸杆菌对由大肠杆菌、沙门氏菌等动物肠道致病菌引起的疾病具有良好的预防效果和治疗作用。目前,主要是利用乳酸菌来发酵饲料或者饲喂中直接添加乳酸菌粉,其中,双岐杆菌、嗜酸乳杆菌以及粪肠球菌应用较为广泛。乳酸菌是厌氧菌,对环境要求比较高,为减少在生产、运输和储存过程中的活力损失,乳酸菌类产品通常需要冷冻干燥保存,或者在试用过程中直接使用液态产品,现制现用。


  3.2 芽孢杆菌类微生态制剂


  芽孢杆菌是一类革兰氏阳性细菌,在自然界中分布广泛。其能产生抗逆性极强的芽孢,可以在很多恶劣环境中存活。世界上很多国家很早就有将芽孢杆菌应用于畜禽养殖以及用芽孢杆菌来防治疾病的研究报道。芽孢杆菌可以在动物肠道内出芽生长,产生多种酶类物质,对动物生长有很好的促进作用,在防治疾病方面也有着良好的效果 。目前在畜禽养殖和环境保护中经常使用的有枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等。芽孢杆菌作为一种需氧和兼性厌氧菌,培养过程中对营养物质要求不高,对生产、储存和运输的要求比较容易满足,是目前最理想的微生态添加剂。


  3.3 酵母类制剂


  酵母菌是一类兼性厌氧菌,在动物肠道内零星存在,在国内外很早就有广泛的使用。酵母菌不仅具有一般微生态制剂的功能,如提高动物生产性能,改善动物肠道健康等,相关的研究还表明,酵母能减少机体内甲烷的产生,并可提供蛋白质,促进消化。目前在微生态制剂中应用较多的的包括啤酒酵母、假丝酵母等及其培养物。但是酵母类微生态制剂的使用效果也容易受到环境的影响,耐受性不理想,活菌制品的存活能力不强,产品不耐储存,品质较难稳定。


  3.4 乳酸菌类微生态制剂


  光合细菌是一类能进行光合作用的微生物,分属以下三个科:着色菌科、绿硫菌科和红螺菌科。其所产生的生理活性物质,营养价值高,能够被机体有效的吸收利用,在微生态添加剂中的使用也有着一定的历史。光合细菌微生态制剂的作用包括抑制致病菌的生长,对病毒的致病力有较强的钝化效果,还可以减少肠道有害气体的产生,对降低动物圈舍的不良气体有着良好的效果。在水产养殖方面,能够显著提高养殖水质条件,改善水体环境,有利于水产动物的健康生长。


  3.5 霉菌类微生态制剂


  霉菌制剂是发酵工业中应用较多的重要菌种。目前,黑曲霉和米曲霉由于具有优良的产酶特性常用于工业生产中,它们可以分泌植酸酶、蛋白酶、纤维素酶等多种消化酶,是美国联邦食品药品管理局(FDA)批准允许直接添加到饲料中的益生菌。霉菌类微生态制剂一方面具有促进动物机体消化吸收和促进生长等功效,同时在降低机体胆固醇,提高机体的免疫能力方面也有着良好的作用。霉菌在代谢过程中产生的纤维素酶可以提高反刍动物对养分的消化和吸收,同时还可以促进瘤胃中分解纤维素微生物的生长和繁殖。虽然霉菌制剂的研究比较晚,但是普遍认为作为微生态制剂,其未来的应用将会更加的普及。


  3.6 复合菌类微生态制剂


  按照微生态制剂中菌类的搭配,一般分成单一菌剂和复合菌剂两种,一直以来,人们研究和开发单一菌剂比较多,而复合菌剂将是未来的发展方向。复合型微生态制剂由多种不同的有益微生物按科学的比例搭配形成,活力高、活性稳定、耐受力强,可以应对不同的环境以及动物体,而且比较耐储存和运输。相关研究表明,复合菌类微生态制剂比单一菌剂在调整动物胃肠道菌群的生态平衡、提高动物体生长速度、促进饲料的消化吸收及增强免疫力等多方面更有优势,是目前微生态制剂研究的主要发展趋势。


  4 微生态制剂在畜牧业上的应用


  微生态制剂的应用研究已有70 多年的历史,许多试验研究表明,微生态制剂能够提高动物生产性能,增强机体免疫功能,防治动物疾病多发,提高饲料转化率,改善动物产品品质,净化养殖环境等。


  微生态制剂达到理想效果的途径主要是优化动物肠道微生态菌群,保持菌群平衡。动物体在生长的不同阶段,其肠道的微生物菌群也不相同,一般新生动物肠道内尚未建立微生态平衡,外来菌群容易形成优势群落,因此在此阶段使用优质的微生态制剂对促进动物体的健康生长效果非常显著。唐荣等研究发现,给15 日龄的哺乳仔猪饲喂复合微生态制剂,可以促进仔猪生长、提高仔猪采食量、降低料肉比。赵京扬等使用微生态制剂(含乳酸杆菌、酵母菌、芽孢杆菌、光合细菌和白地霉等)饲喂仔猪,试验组哺乳仔猪日增重比对照组提高15.94%,哺乳仔猪和断奶仔猪腹泻频率均显著低于对照组。金三俊等给每头断奶仔猪每天添加50 mL 复合微生态制剂后发现,试验组仔猪生长性能提高,腹泻率降低,机体免疫功能增强,且粪便中挥发性脂肪酸的含量增加。尹清强等研究发现,在仔猪的教槽料和保育料中分别添加0.10%和0.05%的微生态制剂,可使仔猪的腹泻率和死亡率明显降低。


  还有很多试验也表明,微生态制剂能减少仔猪消化道疾病发生、降低死亡率、提高机体免疫功能,是仔猪生产中的理想添加剂。目前,市场上比较多采用的是植物乳酸菌、粪链球菌、乳酸片球菌等制剂。


  在生猪饲养过程中,王晓亮等将微生态制剂添加到育肥猪的饲料中,结果证实试验组的日增重较对照组有很大的提高,同时饲料的消化吸收率明显升高,栏舍内的环境也得到了显著的改善。姜军坡等在育肥猪日粮中添加0.1% 的枯草芽胞杆菌Z-27 制剂后,试验组育肥猪肠道中消化酶活性和饲料的消化率相较于对照组显著提高。


  王允超等在肉鸡饲喂的过程中添加微生态制剂,可以有效的降低料肉比,改善肉鸡的健康,促进高效的肉鸡养殖。胡顺珍等人做过类似的研究,他们发现通过添加特定的微生态制剂可以显著的提高肉鸡在养殖过程中的日增重。吕远蓉等在基础日粮中添加1.0 g/kg 复合微生态制剂能显著改善应激肉鸡的生长性能和免疫功能,消除应激对肉鸡带来的不良反应和危害。


  在反刍动物的饲养过程中使用微生态制剂也有着非常好的效果,通过在饲料中添加酵母及某些特定选择的霉菌,可以有效提高反刍动物的健康度,预防和治疗胃肠的胀气以及某些细菌性的疾病。邱凌等在奶牛精饲料中添加1‰的复合微生态制剂,饲喂35 d 后发现,试验组奶牛的日均产奶量极显著增加,且微生态制剂能调节奶牛肠道内微生物菌群平衡。李秀萍等报道,给羔羊灌服微生态制剂可极显著降低腹泻率,提高成活率。


  畜禽养殖中添加微生态制剂还可以改善饲养环境。廖新梯等人发现,猪饲料中添加活性微生态制剂,可以有效的降低猪栏中的氨气含量,猪粪尿中的氮磷含量也大大减少,臭味显著降低,后续的粪污处理相对容易。霍永久等指出,在饲料中添加微生态制剂可以改善猪舍环境。孙友德等人也通过实验证实,通过在饲料中添加微生态制剂可以显著的降低环境中的氨气浓度。在粪污处理方面,微生态制剂也有着很好的效果。为了有效的处理奶牛的粪便,单婕等使用活菌制剂进行辅助,通过粪污的发酵结果证实,微生态制剂在除臭方面具有良好的效果。

  在动物体的生长过程中,不同阶段的生理状态不同,因此需要根据实际情况调整微生态制剂的配方,此外,微生态制剂在实际生产中的应用效果还与地域环境、季节、气候、使用方式、使用剂量等因素有关。我国目前对微生态制剂在畜禽生产中的应用还处于探索阶段,在菌种的耐受性、长期稳定性、产生效果的时间、使用方法和使用剂量等很多方面都还需要进行研究和论证。随着生活水平的提高和我国对食品安全及环境保护的重视,健康、环保将是未来生产和生活的主题,现有的抗生素及化学方法将很快被取代,微生态制剂在人类生产生活中的地位将变得尤为重要。普遍的观点认为,未来的微生态制剂研究方向主要有以下几点:


  (1) 探讨不同微生物之间的相互作用,可能发生的关系,以及对后续生产的影响,找到复配菌种的理论依据,为复合微生态制剂的应用打下坚实的理论基础;


  (2) 利用新型菌种筛选手段进行优良菌株的选育,特别是在耐受性方面需要进行大的突破,例如耐高温制粒、耐储存、耐动物胃肠道的酸性环境等;


  (3) 深入研究微生态制剂在食品安全方面的功能,民以食为天,食品安全问题是重中之重,需要通过大量的基础研究,找到微生物在食品安全方面的作用方式和机理。现代分子生物学、基因工程的快速发展以及相应技术手段的应用为微生态制剂的研究也带来了新的思路,相信不久以后,作为无公害的添加剂,微生态制剂必将在各行各业都有更广泛的应用。

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