益生菌發酵飼料對仔豬生長和免疫功能影響的研究進展
畜牧業生產過程中飼料長期添加抗生素等藥物，可引起耐藥菌株的產生和肉、蛋、奶中的藥物殘留以及環境污染等，對人類健康和公共衛生安全造成嚴重危害。目前，中國對抗生素類藥物添加劑的限制使用有了明確的規定，人們開始尋求和研究安全、有效并能替代抗生素的飼料添加劑。利用益生菌發酵技術可以促進粗飼料的快速轉化，提高消化利用率，發酵產生的菌體蛋白、酶、氨基酸和一些小肽等可進一步加強動物機體的免疫功能。基于這些優點，益生菌發酵飼料引起了飼料行業的重視，近幾年得到快速發展，規模化和產業化的生產已逐漸形成。
1益生菌發酵飼料的定義和種類
益生菌發酵飼料是指在人為可控的條件下，以植物性農副產品為主要原料，通過一種或多種有益復合微生物的發酵作用，使飼料中富含更多的活性益生菌菌體、有益代謝產物、有機酸和可溶性多肽等小分子物質，同時消除飼料中的部分抗營養因子，起到促進生長、維持動物健康的作用，是一種無毒害作用的生物飼料。益生菌發酵飼料按照水分含量的多少可分為液體發酵飼料和固體發酵飼料。液體發酵飼料在國外使用較多，普遍采用飼料中天然存在的乳酸菌、酵母菌發酵；而國內普通使用以益生菌發酵劑或菌種為主的固體發酵飼料技術。
1.1 液體發酵飼料
益生菌液體發酵是指在生化反應器中，將微生物在生產過程中所需的糖類、碳源、無機鹽、微量元素及其他營養物質溶解在水中作為培養基，通入無菌空氣并加以攪拌，提供微生物菌種生長代謝所需的氧氣，并控制適宜的外界條件進行微生物大量培養繁殖的過程口]。益生菌液體發酵飼料的制作一般不需要額外添加微生物菌種，自然發酵而成。在益生菌液體發酵飼料中占主導地位的微生物菌群是乳酸菌，液體發酵飼料有改善飼料的消化特性、提高飼料利用率和預防腹瀉等優點。液體發酵飼料尚沒有質量標準，目前比較認可的發酵指標范圍為：pH<4.5、乳酸含量>150 mmol/L、乙酸含量<40 mmol/L、酒精含量<0.8 mmol/L。
1.2 固體發酵飼料
益生菌固體發酵是指有益微生物在有少量游離水的固態濕培養基上，在適當溫度下經厭氧或好氧發酵而成的飼料，發酵過程不需嚴格無菌，具有無廢水排出、生產成本低和產出率高等優點。固體發酵的底物不僅能提供微生物生長所需的營養物質，還是微生物生長的場所。固體發酵飼料又可分為：發酵全價飼料、發酵濃縮飼料、發酵豆粕和其他發酵飼料產品。
2益生菌發酵飼料的優勢
2.1 減少抗營養因子，提高飼料營養水平
經益生菌發酵處理可消除有些飼料原料中的某些抗營養因子，如蛋白酶抑制劑、植酸、單寧、棉酚等，這些因子的存在可降低飼料營養成分的利用、影響動物的生長速度和動物的健康。此外，發酵過程中的一系列生物化學反應使飼料中的淀粉、纖維素、蛋白質等復雜的大分子有機物降解為動物易消化吸收的單糖、雙糖、低聚糖和氨基酸等小分子物質，改善了飼料的適口性，提高了營養水平。Feng等研究表明，豆粕經過米曲霉菌發酵后，可消除其中的蛋白酶抑制劑，提高蛋白酶活性。程秀芳等對棉粕和豆粕按不同比例混合的底物用枯草芽孢桿菌和植物乳桿菌進行發酵，結果表明棉粕含量最高的一組棉酚降解率為81％。張文舉等利用熱帶假絲酵母菌ZD-3、黑曲霉菌ZD-8對棉籽餅進行復合固體發酵，棉酚含量與發酵前相比減少了91.64％。同時發酵過程中棉籽餅的營養價值也顯著提高，粗蛋白質含量提高了20.90％，總氨基酸含量提高了26.16％，必需氨基酸體外消化率提高了24.47％，對豬比較重要的兩種氨基酸(賴氨酸和蛋氨酸)含量分別增加了20.24％和66.29％。馬文強等將豆粕用枯草芽抱桿菌、釀酒酵母菌、乳酸菌進行發酵，結果表明，發酵后豆粕中粗蛋白質的含量比發酵前提高了13.48％，粗脂肪的含量提高了18.15％，氨基酸含量提高了11.49％，且其中胰蛋白酶抑制因子和豆粕中的脲酶等抗營養因子消失殆盡；發酵后豆粕中高分子蛋白質含量比發酵前下降了75.57％，中分子蛋白質含量較發酵前降低了86.77％，低分子蛋白質含量比發酵前提高了2.25倍。除了營養價值提高外，在發酵過程中益生菌還可利用飼料原料合成菌體蛋白。眾所周知，菌體蛋白飼料中除富含多種活性物質外，還含有各種益生菌，如酵母等。無論是活菌狀態還是失活狀態的益生菌，都會在動物體內發揮一定作用。
2.2 產生多種有益代謝物，提高飼料轉化率
益生菌發酵飼料過程中會產生營養豐富的微生物菌體蛋白及多種有益的代謝產物，如氨基酸、有機酸、酯、醇、醛、抗生素、維生素、激素、活化的微量元素等，從而改變了飼料的品質，提高其營養水平。用芽孢桿菌發酵飼料能夠產生維生素B1、B2、B6等B族維生素、維生素C、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶及多種代謝產物；有益微生物在體內可產生各種消化酶，從而提高飼料轉化率。在飼料發酵過程中，會產生乳酸、乙酸、丙酸等有機酸，降低pH，抑制多種革蘭氏陰性病原菌的生長。Carlson等報道，小麥或大麥經乳酸菌發酵，其中的植酸磷可被降解或析出，從而變成了更易被動物機體吸收的有效磷。陳潔梅等利用芽孢桿菌對豆粕進行固態發酵試驗，發酵后樣品中粗蛋白質含量從50.6％增加到54.1％，大豆肽含量從1.8％提高到29.5％，乳酸含量從0.7％增加到4.7％，游離氨基酸含量從5.57mg/g增加到92.65mg/g。
3益生菌發酵飼料對仔豬生長的影響
3.1 提高仔豬的生長性能
如前所述，飼料經益生菌發酵處理后營養水平提高，飼料中復雜的大分子有機物降解為動物易消化吸收的小分子物質，同時發酵過程中還會產生營養豐富的菌體蛋白及多種有益的代謝產物。飼料發酵后會使飼料具有酸香味，能刺激豬的食欲，提高豬的采食量、飼料利用率和日增重等。因此益生菌發酵飼料在提高豬的生長性能等方面有顯著效果。葉炳奎等給20kg左右生長育肥豬飼喂固態發酵飼料，接種產朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌和綠色木霉菌(1：1：1)發酵玉米、麩皮和米糠混合物(1：1：2)，發酵完成后替代育肥豬日糧中一定量的豆粕(保持營養水平不變)，結果表明添加固態發酵飼料可顯著提高豬的飼料轉化率和平均日增重(P<0.05)，顯著縮短育肥時間(P<0.05)，而且豬的腹瀉率顯著降低(P<0.05)，平均日采食量和對照組無明顯差異。肖軻等采用乳酸菌、芽孢桿菌和酵母菌發酵的全價料飼喂25 kg左右的仔豬，各組豬平均日采食量無顯著差異，豬的期末體重和平均日增重顯著提高，料重比降低(P<0.05)。周映華等采用乳酸桿菌、枯草芽孢桿菌和釀酒酵母菌發酵無抗全價飼料飼喂18kg左右的仔豬，試驗結果表明試驗組的末重、平均日增重和平均日采食量均顯著高于對照組(P<0.05)，而料重比則顯著低于對照組(P<0.05)。經發酵后的飼料物理、化學性質發生改變，飼喂后可顯著提高仔豬的營養攝人量及飼料利用率，從而提高了各項生產性能指標。
3.2 促進仔豬腸道發育
正常情況下，初生仔豬的消化器官雖已形成，但很不發達，其體積和重量都比較小，胃酸和消化酶的分泌量也不足，防御機制不完善。整個消化道發育最快的階段在20～70日齡，期間胃腸道結構、pH和消化酶濃度均有較大變化。益生菌發酵飼料中含有活的益生菌和發酵過程中產生的多種有益代謝產物，可調節動物體內微生態平衡，改善仔豬腸黏膜的形態結構，有助于減少仔豬腹瀉和增強仔豬對營養物質的消化吸收能力。有研究證實，給仔豬飼喂芽孢桿菌制劑，能顯著提高仔豬十二指腸、空腸中段的絨毛高度(P<0.05)，進而提高了腸道壁與腸道內食糜的接觸面積，增強了營養物質的吸收。Zarkadas等在斷奶仔豬日糧中添加發酵豆粕，發現試驗組小腸上皮細胞和微絨毛發育良好，而對照組微絨毛萎縮，排列不整。李旋亮等用乳酸菌、枯草芽孢桿菌混合菌液發酵基礎日糧，并以基礎日糧為對照飼喂28日齡體重7 kg左右的斷奶仔豬，結果顯示，菌液發酵組仔豬空腸、盲腸和結腸的絨毛高度顯著高于對照組(P<0.05)，十二指腸和空腸的絨毛高度與隱窩深度比值也顯著提高(P<0.05)，同時，空腸、回腸和結腸的黏膜厚度也顯著高于對照組(P<0.05)。益生菌發酵飼料可改善仔豬腸黏膜的形態結構，使腸道成熟細胞增多，養分得到充分吸收，有助于減少仔豬腹瀉和增強仔豬對營養物質的消化吸收能力，進而提高仔豬的生長性能。
4益生菌發酵飼料對仔豬免疫功能的影響
4.1 維持仔豬腸道菌群平衡，增強抗病能力
腸道不僅是營養物質消化吸收的主要場所，也是機體抵御外界病原微生物感染的重要屏障。仔豬出生后，從無菌環境到接觸外界環境中的多種微生物，經過宿主的選擇和淘汰在其胃腸道內形成穩定存在的、但并未引起不正常或致病現象的腸道正常菌群。斷奶后，仔豬受斷奶應激的影響，腸道菌群微生態平衡被破壞，乳酸菌等有益菌的數量減少，大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌的數量增加，引起機體消化機能紊亂，導致動物生長性能下降。研究表明，乳酸桿菌可抑制埃希氏大腸桿菌和沙門氏菌等有害菌黏附到腸壁細胞上，并能通過競爭性頡頏作用，將致病菌驅逐出定植位點。發酵飼料中含有益生菌在發酵過程中產生的乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等有機酸，飼喂仔豬后可使消化道的pH降低，抑制病原菌生長，進而降低疾病的發生。胡新旭等采用無抗發酵飼料飼喂生長育肥豬，研究其腸道菌群數量變化，對仔豬十二指腸、空腸和盲腸部位的腸道食糜及腸道黏膜做了對比檢測，試驗結果表明，飼喂無抗發酵飼料可以顯著增加十二指腸、空腸和盲腸食糜及各段腸道黏膜中的乳酸菌數量，同時發現糞便中大腸桿菌和沙門氏菌的數量也明顯減少。劉金萍心43用植物乳桿菌(A6)發酵飼料飼喂仔豬，試驗組仔豬空腸、盲腸內容物中乳酸菌數量較對照組仔豬分別提高了9.65％、18.11％；而空腸內大腸桿菌和沙門氏菌的數量分別降低了9.26％，5.93％，盲腸內大腸桿菌和沙門氏菌的數量分別降低了2.32％，17.58％。益生菌發酵飼料中存在的有益微生物能在腸道內迅速繁殖，增加腸道內益生菌數量，通過競爭性抑制作用阻止病原微生物在腸黏膜附著與繁殖；此外，益生菌發酵過程中產生的乳酸、丙酸、乙酸等有機酸可使消化道內pH降低，抑制其它病原性微生物生長，從而維持動物腸道的微生態平衡，增強機體免疫力。
4.2 促進仔豬機體免疫功能
4.2.1 對腸道黏膜免疫的作用
腸道黏膜免疫系統由分布在腸道黏膜上皮內的淋巴細胞、固有層內彌散存在的淋巴細胞及腸集合淋巴結等相關的淋巴組織構成。附著在腸道黏膜表面的抗原被分布在腸淋巴濾泡集結中的膜上皮細胞(簡稱M細胞)攝取，將其轉運給淋巴濾泡集結中的巨噬細胞，巨噬細胞對抗原進行加工后轉移給輔助性T細胞，其中B淋巴細胞在輔助性T細胞的輔助下被激活分化為漿細胞，產生大量分泌型IgA(SIgA)。當SIgA分泌增多時，可提高腸黏膜的免疫識別力，并誘導T淋巴細胞、B淋巴細胞和巨噬細胞等產生細胞因子，通過淋巴細胞再循環而活化全身免疫系統，從而增強機體的免疫功能。發酵飼料中乳酸桿菌作為腸道的一種原籍菌，進入腸道后能與腸上皮表面的特異性受體結合，穩定有序地定植在腸上皮表面，進而發揮黏膜屏障保護效應。此外，定植在腸道內的乳酸桿菌還能促進小腸淋巴組織集合B細胞增生，增強宿主黏膜的免疫反應，誘導漿細胞產生大量的sIgA，進而增強機體的免疫功能。發酵飼料中的益生菌及代謝產物能激活腸黏膜中的淋巴細胞，促進白細胞介素、腫瘤壞死因子和干擾素等細胞因子的生成。這些細胞因子刺激B細胞增殖分化，促進活化的B細胞分化成IgA+B細胞，并能促進淋巴細胞增殖啪]。張錦華等研究表明，仔豬飼喂乳酸桿菌后其腸道內的SIgA細胞增多，特別是在十二指腸，sIgA細胞數量較對照組高出近6倍，差異極顯著(P<0.01)；乳酸桿菌組回腸中的SIgA細胞數量也顯著高于對照組(P<0.05)。王娟娟等用乳桿菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌發酵飼料飼喂14 kg左右“杜長大”三元雜交仔豬，在試驗第21天，發酵飼料組仔豬IgA濃度顯著高于其他試驗組(P<0.01)，這表明益生菌發酵飼料可以發揮免疫調節作用，增強機體免疫功能。
4.2.2 對體液免疫的作用
在宿主體液免疫中B細胞占主導地位，是機體內唯一能產生抗體的細胞，而抗體是構成機體體液免疫的主要物質。免疫球蛋白IgG和IgA在機體體液免疫中具有重要作用，抗體含量的高低也反映了機體對疾病的抵抗能力。鄧軍等給仔豬飼喂添加枯草芽孢桿菌和豬源乳酸桿菌的飼料，發現仔豬十二指腸和回腸IL-2、IL-6及十二指腸pBn2的基因表達量顯著提高，表明益生菌可提高腸上皮細胞某些功能基因、細胞因子的表達，對免疫具有積極的調節作用，從而增強宿主的防御能力。發酵飼料中含有大量的益生菌和有益的發酵產物，可刺激腸黏膜上皮細胞，通過影響細胞因子的生成來調節體液免疫，如IL-4可協同IL-6和轉化生長因子作用，可誘導B細胞表面非胸腺依賴性的IgM向IgA的轉化，并能通過這種途徑增加腸道固有層IgA+B細胞的數量。此外，發酵飼料中常用的枯草芽孢桿菌能刺激動物免疫器官的生長發育，激活B淋巴細胞，提高抗體水平，從而增強體液免疫力。胡新旭等采用乳酸桿菌、枯草芽孢桿菌和酵母菌等益生菌發酵無抗全價乳豬配合飼料，分別替代0、10％、20％和30％的無抗基礎日糧飼喂9.5kg左右的“杜長大”三元雜交仔豬，結果表明，20％和30％發酵飼料組的血清總蛋白、白蛋白、球蛋白、IgM和IgA均高于對照組，且3個發酵飼料組的血清IgG含量均顯著高于對照組，表明發酵飼料有助于提高機體免疫能力。王娟娟等采用乳桿菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌發酵玉米一豆粕基礎日糧，飼喂14kg左右“杜長大”三元雜交仔豬，在試驗第21天發酵飼料組仔豬血清中IgA濃度顯著高于其他兩組(P<0.01)。
4.2.3 對細胞免疫的作用
細胞免疫中T淋巴細胞是主要的免疫活性細胞，發酵飼料中的益生菌對調節機體細胞因子生成有重要作用。細胞因子可有效地調節免疫應答和炎癥反應，它決定著T淋巴細胞的分化方向，T淋巴細胞轉化率的高低常作為衡量機體細胞免疫水平的指標，T細胞轉化率越高，意味著淋巴細胞在外來因子的刺激下增殖反應越強，機體的細胞免疫能力越強。發酵飼料中含有活的益生菌及其發酵產生的小肽等均對T淋巴細胞有激活作用，如乳酸桿菌能影響T細胞的增殖、分化和產生細胞因子的能力。有研究認為發酵飼料中的益生菌對T淋巴細胞特別是CD8+T具有激活作用，其主要功能是細胞殺傷作用。王娟娟等采用乳桿菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌發酵飼料飼喂14kg左右“杜長大”三元雜交仔豬，在試驗第7天，淋巴細胞轉化率以發酵飼料組最高，極顯著高于其他兩組(P<0.01)。試驗期末淋巴細胞轉化率仍以發酵飼料組最高，抗生素組次之，對照組最低(顯著低于其他兩組)。以上這些結果表明，在日糧中添加發酵飼料能增強仔豬的免疫功能。
5小結
關于益生菌發酵飼料的研究應用主要集中在仔豬階段，包括對仔豬生長性能、機體免疫力和腸道微生態平衡等方面的影響，目前對其作用機理的認識主要體現在發酵飼料中含有的大量益生菌的作用上：①益生菌在發酵過程中可產生一些具有特殊生理活性的小肽，促進氨基酸和礦物質的吸收，提高蛋白質的合成，進而促進動物生長；②發酵飼料中的益生菌可在腸黏膜中定植，通過競爭抑制作用抵御外來菌的侵襲，并激活腸道的免疫功能；③益生菌可促進機體免疫器官的發育、成熟，增加T淋巴細胞、B淋巴細胞的數量，免疫球蛋白含量增多，啟動免疫應答；④益生菌能激活腸黏膜中的巨噬細胞和NK細胞，通過調節細胞因子的產量來調控T淋巴細胞和B淋巴細胞分化方向。益生菌發酵飼料可通過多種途徑發揮作用，有效減少或完全替代抗生素的使用，是今后畜禽養殖業清潔化生產和保證畜禽產品衛生安全的一個重要方向。
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