4 第四章 微生物饲料

第四章、微生物饲料

微生物饲料是指利用微生物个体繁殖或其新陈代谢活动来生产和调制的饲料，包括提供反刍动物能量的青贮饲料、提供各种动物蛋白质的单细胞蛋白、作为动物饲料添加剂使用的微生物酶制剂及益生菌剂等。

第一节微生物与青贮饲料

为反刍动物越冬贮藏的饲料有干草料和青贮料。干草料是由饲料作物失水干燥而制成，但因其制作过程受天气、季节和场地等因素的影响，在晾晒过程中营养物质损失较大，使其营养价值偏低，因此干草料的推广受到限制。

青贮料是将青绿植物密封贮藏，通过微生物发酵，使可溶性碳水化合物转化成乳酸、乙酸等有机酸，降低青贮料的pH值，从而抑制腐败菌生长而获得的能够长期贮存、保持作物鲜嫩多汁和丰富营养的越冬饲料。在我国北方，通常将玉米及其秸秆青贮后成为冬季反刍动物的主要饲料来源。

一、青贮饲料的微生物类群

生活在植物表面，借助于植物渗透或分泌的营养物质进行生长繁殖的微生物，称为附生微生物，主要包括霉菌、酵母、细菌。新鲜叶面一般含有大量附生细菌，其中，乳酸菌所占比例很高，酵母菌和霉菌则相对较少。

在自然青贮发酵过程中，主要是植物附生微生物参与青贮发酵过程。根据微生物在青贮发酵过程中的作用可分为有利于青贮发酵的微生物和不利于青贮发酵的微生物即有害微生物。前者主要指乳酸菌；后者是对青贮饲料营养有破坏作用的厌氧性梭菌和肠细菌、引起有氧腐败的酵母菌、霉菌以及有致病性的利斯特菌等。青贮过程的有害微生物不仅造成青贮饲料营养成分的降低，而且对动物生长及产品质量也会产生很大影响。

下介绍参与青贮发酵过程的主要微生物类群。

（一）乳酸菌

乳酸菌是指利用可溶性碳水化合物产生乳酸的细菌总称，乳酸菌具有兼性厌氧、无芽孢、不运动、革兰阳性等特征。常见的附生乳酸菌有乳杆菌（Lactobacillus）、片球菌（Pediococcus）、明串珠菌（Leuconostoc）、肠球菌（Enterococcus）、乳球菌（Lactococcus）、链球菌（Streptococcus）。这些乳酸菌大多属于中温型微生物，生长温度为5～50℃，适宜生长温度为25～40℃。其主要特征是能利用植物分泌的可溶性碳水化合物产生乳酸和乙酸，而使pH 值降低。因此乳酸菌的繁殖速度决定着青贮饲料质量。

根据乳酸菌对糖代谢的产物不同，可分为三种类型：同型乳酸发酵菌株、异型乳酸发酵菌株和兼性异型乳酸发酵菌株。同型乳酸发酵是指乳酸菌的末端代谢产物只有乳酸。进行同型乳酸发酵的有嗜酸乳杆菌（Lb. acidophilus）、有害片球菌（Ped. damnosus）等，它们利用己糖如葡萄糖通过糖酵解途径，产生85％以上的乳酸，但这类菌株不能利用五碳糖或葡（萄）糖酸盐；异型乳酸发酵是指乳酸菌的末端代谢产物除乳酸外，还有乙酸或乙醇、二氧化碳等代谢产物。进行异型乳酸发酵的有如短小乳杆菌（Lb. breve）、布氏乳杆菌（Lb. buchneri）和肠膜状明串珠菌（Leu. mesenteroides）等，它们能利用己糖和戊糖，但发酵己糖的产物是乳酸、二氧化碳和乙醇（或乙酸，必须在有电子受体存在下）；兼性异型乳酸发酵是指一些乳酸菌除能利用己糖和戊糖进行同型乳酸发酵产生大量乳酸外，在特殊条件下，还能利用戊糖进行异型发酵，产生乳酸、二氧化碳和乙酸或乙醇，如植物乳杆菌（Lb. Plantarum）、干酪乳杆菌（Lb. casei）、嗜酸片球菌（Ped. acidilactici）、戊糖片球菌（Ped. pentosaceus）和粪链球菌（Entercoccus faecium）。

乳酸菌在青贮过程中不分泌蛋白酶，对植物蛋白没有分解作用，所以优质青贮饲料中蛋白质成分损失很少。乳酸菌生长需要一定量的可溶性碳水化合物，玉米和禾本科牧草含糖量较高，将初始含水量控制在60％～70％时，乳酸菌会迅速生长。

（二）肠道细菌

肠道细菌属于植物附生菌，为兼性厌氧细菌。在新鲜的作物上，常见的肠道细菌有草生欧氏文菌（Erwinia herbicola）和水生拉恩氏菌（Rahnella aquatilis）。当作物青贮后，这些菌群很快被来自于土壤的其他肠道细菌如哈夫尼肠杆菌（Hafnia alvei）、埃希氏大肠杆菌（Escherichia coli）和居泉沙雷氏菌（Serratia fonticola）取代。在青贮发酵中生长的肠道细菌一般是非致病的，但肠道细菌也属于有害菌，因为在青贮发酵初期，这类细菌与乳酸菌竟争利用青贮饲料的碳水化合物。有些肠道细菌有蛋白水解活性，使蛋白质脱氨、脱羧，由此降低了青贮饲料的营养价值。进而又产生了有毒化合物（如胺和分支脂肪酸）而胺使青贮饲料气味恶臭，降低动物对饲料的采食。肠道细菌还能生成生物胺增加了青贮饲料的缓冲能力，因此阻碍了青贮饲料pH值的快速降低。

在pH值4.5～5.0的条件下大多数肠道细菌生长受到抑制。所以高质量的青贮饲料，pH 值会快速降低，当低于4.2时，肠道细菌的生长将受到抑制。

（三）梭菌

梭菌为严格厌氧、革兰阳性、棒状或杆状细菌，在不良环境条件下，细胞内形成芽孢。在厌氧条件下，梭菌可以利用青贮饲料中的碳水化合物、有机酸和蛋白质，因此是青贮过程中的有害微生物之一。在青贮发酵过程中常见的梭菌有：酪丁酸梭菌（Clostridium tyrobutyricum）、丁酸梭菌（C. butyricum）、生孢梭菌（C. sporogenes）和双酶梭菌（C. bifermentans）。前两种梭菌蛋白水解能力较弱，但能发酵糖类和乳酸；后两种蛋白水解能力较强，可降解植物蛋白和游离氨基酸，造成青贮饲料营养成分的降低。

梭菌的生长通常发生在青贮初期和后期。在青贮初期，梭菌和乳酸菌一样，在厌氧环境下易于生长，但梭菌不耐酸，其适宜生长的pH值是7.0～7.4。如果青贮窖密闭不严，缓慢进入的空气会促使好氧菌对碳水化合物的消耗增大，由此降低了乳酸菌可利用的碳源，致使pH值降低缓慢，减弱了pH值对梭菌的抑制作用，造成梭菌生长。梭菌可利用糖和乳酸产生丁酸，因此，该过程又称为丁酸发酵。丁酸与乳酸相比为弱酸，丁酸发酵使青贮饲料pH 值升高，由此促使其他腐败菌生长。如果青贮窖密封严紧，乳酸菌生长占据优势，迅速产生乳酸，从而使pH值降低到4.2以下，即可抑制梭菌生长。在饲喂期，青贮料的有氧腐败导致pH值升高，梭菌芽孢将萌发，使得梭菌再次生长，将乳酸转变成丁酸。别外梭菌还可分解植物蛋白释放NH3。如果梭菌控制了青贮发酵，通常有大量丁酸产生，贮料温度升高，营养成分遭到严重破坏。梭菌易于在低干物质、低可溶性碳水化合物、高缓冲能力的青贮作物上生长，适宜生长温度为30～37℃。但是梭菌生长的水活度值较高，如果青贮前将原料晾晒，使其含水量低于70％，则可抑制梭菌的生长。

有些梭菌对人和动物有很强的致病性，当动物饲用了被丁酸梭菌污染的青贮饲料后，能引起牲畜致死性肠中毒。青贮饲料被梭菌污染后主要表现在pH值升高（pH>5），丁酸含量增加（5g/kg干物质），并且氨、胺含量也升高。

（四）酵母菌

酵母菌是兼性厌氧菌，有非发酵型和发酵型两种类型。植物表面上的酵母菌通常为非发酵型，主要有掷孢酵母属（Sporobolomyces）、隐球酵母属（Cryptococcus）、红酵母属（Rhodotorula）和球拟酵母属（Torulopsis）。发酵型酵母在青贮过程进入厌氧发酵阶段时占优势，常见菌株有假丝酵母属（Candida）、汉逊酵母属（Hansenia）和酵母菌属（Saccharomces）。这些酵母菌可发酵乳酸和还原糖。

在青贮发酵过程中，发酵型和非发酵型酵母菌都属于有害菌群，会对青贮发酵造成不利

影响。在厌氧条件下，酵母菌发酵糖产生乙醇，使得青贮饲料有一定的醇香味，但这个过程消耗了生成乳酸所需的碳源，从而导致青贮过程中干物质的损失并使青贮过程失败。在有氧条件下，酵母菌能利用乳酸，产生CO2和H2O，引起青贮饲料pH值升高，从则促进其他腐败菌的生长。

在青贮发酵前几天，酵母菌能旺盛生长；随后，由于厌氧条件的形成、有机酸浓度的升高，酵母菌生长会受到抑制。酵母菌生长的适宜pH值为3.5～6.5，温度为20～30℃。

（五）醋酸细菌

醋酸细菌是一类好氧、耐酸性细菌。目前，报道与青贮有关的醋酸菌为醋杆菌属的一些种（Acetobacter spp.）。醋酸细菌的作用与酵母菌类似，氧化乳酸和乙酸生成CO2和H2O，导致青贮饲料pH值升高，从而引起青贮饲料的有氧腐败。但醋酸细菌不如酵母菌有氧腐败对青贮饲料的影响那么大。

（六）芽孢杆菌

芽孢杆菌同梭菌一样属于青贮发酵中的有害菌群，与梭菌不同的是芽孢杆菌为好氧或兼性好氧菌。最常见的芽孢杆菌有蜡状芽孢杆菌（B. cereus）、迟缓芽孢杆菌（B. lentus）、坚强芽孢杆菌（B. firmus）、球状芽孢杆菌（B. sphaericus）、地衣芽孢杆菌（B. licheniformis）和多黏芽孢杆菌（B. polymyxa）。兼性好氧芽孢杆菌能利用各种有机酸（乳酸、乙酸和丁酸）、乙醇、2,3-丁二醇和甘油作为碳源。芽孢杆菌还可与乳酸菌竞争生长，甚至利用少量乳酸而使青贮饲料的有氧腐败。危害性最严重的是蜡状芽孢杆菌，其孢子能通过奶牛的消化道由粪便排出体外而造成环境污染，引起牛奶和乳制品腐败变质，甚至会引起食物中毒。

芽孢杆菌通常存在于青贮饲料有氧腐败的后期。为防止芽孢杆菌生长，青贮过程要减少原料被土壤或化肥的污染，青贮容器要密闭严紧、控制贮存温度不要过高。

（七）霉菌

霉菌为严格好氧的真核微生物，生长在青贮饲料的表层，通常在青贮饲料的饲喂阶段出现。霉菌生长的适宜条件为：相对湿度>70％、pH>5、有氧，并且要求有一定量的碳水化合物。霉菌在青贮过程中不易生长。

污染的青贮饲料的霉菌最常见有青霉属（Penicillium）、镰孢霉属（Fusarium）、曲霉属（Aspergillus）、毛霉属（Mucor）、木霉属（Trichoderma）。霉菌污染青贮饲料后，不仅改变了青贮饲料的营养成分和风味，而且还严重威胁动物和人类健康。霉菌孢子易引起过敏反应。很多霉菌还能产生毒素物质，可引起动物消化系统、生殖系统障碍，还可引起肝脏、脾脏等免疫器官损伤。霉萄毒素还可在肉和奶制品中残留。黄曲霉毒素B1是产黄曲霉（Aspergillus flavus）产生的常见毒素，在饲料中有时能够检测到。黄曲霉毒素B1经过羊或牛等动物的体内代谢后，在其产品中仍可检测到黄曲霉毒素Bl及其衍生物M1的存在。

减少青贮饲料与空气的接触或使用适当的添加剂，可减少霉菌污染。

（八）利斯特菌

利斯特菌属（Listeria）为好氧或兼性好氧细菌，是食物和饲料中常见的致病菌，经常出现在腐败的青贮饲料表面。该菌可穿过饲料表面进入青贮饲料深处，甚至在距饲料表面几cm处都可生长。该菌对pH值敏感，酸性条件下可抑制其生长。

单核细胞增生利斯特菌（Llsteria monocygenes）常出现在青贮发酵过程中，对动物有很强的毒性。在绵羊和山羊中流行的利斯特病就是因其食用了被单核细胞增生利斯特菌污染的青贮饲料所致。利斯特菌可出现在青贮饲料的有氧阶段，其在青贮饲料中的生长和存活取决于青贮发酵的厌氧条件和pH值。在严格厌氧和pH值低于4.4的青贮条件下，该菌很快死亡。

二、青贮饲料的发酵过程

由于青贮的植物表面有大量的附生微生物，同时还有来自于土壤及作物收割、切割过程

中的所带入的微生物，因此青贮发酵是由许多复杂的微生物类群相互作用进行生物质转化的过程。根据微生物种类及其代谢活动，可将青贮过程分为4个阶段。

（一）有氧呼吸阶段

在青贮初期，因青贮原料的形状、切割长度的差异，青贮原料间会残留少量空气，使得植物细胞继续进行有氧呼吸和代谢活动。此时进行代谢活动的还有植物表面附生微生物及随植物一起带入的好氧、兼性好氧细菌、酵母菌和霉菌等。随着各种代谢活动的进行，青贮容器内的氧气会逐渐消耗，最后造成厌氧环境，植物细胞的呼吸作用和好氧微生物的代谢活动受到限制。有氧呼吸阶段通常需要几个小时。

（二）发酵或酸化阶段

当青贮容器内的氧气耗尽而变成厌氧环境时，各种厌氧及兼性厌氧微生物包括乳酸菌、肠球菌、梭菌和酵母菌将利用植物表面的可溶性碳水化合物和其他营养物而生长。青贮过程管理好的青贮饲料，此时厌氧菌群中乳酸菌生长迅速，并很快成为优势菌群，产生大量乳酸和乙酸，导致pH值迅速降低，从而抑制梭菌、酵母菌等腐败微生物的生长。因此，该阶段乳酸菌是否成为优势菌群，是青贮发酵成功与否的关键，同时也决定着青贮饲料的质量。该阶段可经历几天或几个月，可因青贮原料的不同而异。

（三）稳定或储存阶段

在青贮容器密闭没有空气进入的情况下，当青贮原料的pH值降低到一定程度时，各种微生物类群及其代谢产物保持相对稳定。此时主要是产酸和耐酸性强的乳酸菌存活。酵母菌虽然也有一定的耐酸性，但因缺氧而处于不活跃状态；厌氧性杆菌、梭菌也因受到低pH值的抑制而以孢子形式处于休眠状态。该阶段可维持几个月或一年，甚至更长，直到开始饲喂为止。

（四）饲喂或有氧腐败阶段

当青贮饲料用于饲喂动物时，会导致部分青贮饲料暴露于空气中，并且进入空气可通过饲料表面渗透到饲料内部。由于青贮饲料与空气接触，促使了好氧腐败微生物的生长，使其分解青贮饲料中的乳酸、醋酸而导致pH值升高，由此促进霉菌生长，最终导致青贮饲料发霉变质。

三、青贮饲料添加剂

为了尽量减少青贮发酵过程中营养物质损失或改善青贮饲料营养价值，以及保持青贮饲料在饲喂阶段的有氧稳定性，青贮饲料的制作过程中通常使用添加剂。青贮饲料添加剂的种类很多，广泛使用的主要有饲料防腐剂、非蛋白氮、细菌接种剂和酶制剂。

（一）饲料防腐剂

在青贮发酵过程中，应用较多的防腐剂有有机酸和无机酸，其作用是促进青贮饲料的发酵过程、减少腐败微生物生长、提高贮料的有氧稳定性，从而获得高质量的青贮饲料。

1、有机酸

甲酸是目前国外广泛使用的青贮添加剂。甲酸除能降低青贮饲料的pH值外，还能降低植物呼吸强度和抑制有害菌如梭状芽孢杆菌、肠道细菌和利斯特菌等的生长，减少青贮饲料营养物质的损失。研究表明，使用甲酸的青贮饲料，其蛋白损失一般为0.3％～0.5％．比不加防腐剂的青贮饲料降低0.8％，营养物质损失降低l/3～1/2，饲料利用率提高15％～20％。

甲酸在青贮发酵过程中被分解成CO2和CH4，瘤胃微生物也能催化此反应。因此发酵成熟后的青贮饲料中即使有少量的甲酸残留，对动物也没有太大损害，并且动物本身也能吸收部分甲酸。甲酸酸性强，对青贮饲料有良好的保护作用。在pH值为4.2的条件下即可抑制细菌生长，但有些酵母菌对甲酸具有一定的耐受性。甲酸具有腐蚀性，不可大剂量使用，一般按青贮饲料的0.3％～0.5％或2～4mL/Kg料重添加。

乙酸、乳酸、丁酸和山梨酸等对酵母菌和霉菌均有较强的抑制作用，因此青贮过程中使

用这些有机酸，可以提高饲料的有氧稳定性。这几种酸的抗菌活性因所用酸的种类而不同。如乙酸对酵母菌生长有抑制作用，对霉菌则无效，而霉菌生长可被山梨酸抑制。

短链脂肪酸中，丙酸抑制真菌能力最强，并且随着pH值的降低，抑菌能力增强。其使用剂量因青贮原料的含水量、青贮时间而不同，通常使用1％～2％的丙酸抑制腐败菌生长。例如在玉米青贮发酵中，当玉米的含水量在20％时，添加0.1％～0.5％的丙酸，可使青贮玉米的保存期延长1～6个月；当玉米青贮湿度为30％时，丙酸添加量为0.8％～1.1％时，青贮效果较好。一般情况下青贮玉米的丙酸添加量为0.2％～0.5％。为了提高饲料的有氧稳定性，通常将丙酸与其他抗真菌化合物（如苯甲酸和山梨酸）混合使用。

2、无机酸

硫酸或盐酸是青贮发酵中使用最早的添加剂，其目的在于降低青贮饲料的pH值，软化青贮原料的质地，使其易于压实。在青贮过程中，高浓度的无机酸还可抑制植物细胞的呼吸，减少热量产生和原料的损失，并且青贮后的饲料动物易于消化吸收，但因无机酸具有强腐蚀性，在青贮操作过程中还会对人体造成伤害，因此现在一般不再使用。

（二）非蛋白氮

氨和尿素是非蛋白氮营养添加剂，在青贮发酵中应用最为广泛，通常用于玉米、高粱和其他谷类作物的青贮发酵。非蛋白氮的作用：①提高饲料的粗蛋白质含量，并减少有害微生物对青贮饲料蛋白质的降解，添加氨或尿素，可导致青贮饲料pH值升高至8～9；②提高饲料的有氧稳定性，添加氨或尿素，可使青贮饲料的C/N比值降低，从而限制或抑制酵母菌和霉菌的生长。

尿素在反刍动物瘤胃内可被微生物分解释放出氨，也可被瘤胃微生物用来合成蛋白质。如果在瘤胃内尿素的分解速度大于蛋白质的合成速度，则降低了尿素的利用率，甚至瘤胃内过量氨的残留还可引起氨中毒。因此，必须严格控制尿素的添加量。在青贮发酵时，一般尿素添加量为0.5％，发酵后的饲料粗蛋白可提高4％。

在青贮发酵中也可直接添加氨，还可将其与糖蜜（提高风味和促进发酵）或无机盐溶液混合使用，尤其是在高干物质含量的作物中，使用氨和糖蜜的混合液青贮效果更佳。

氨对人体有毒害，并对铜、锌等金属容器有腐蚀性，所以使用时必须谨慎。

（三）乳酸菌接种剂

青贮发酵过程中，乳酸菌能否快速生长成为优势菌群是青贮饲料制作成功与否的关键。因此，为确保青贮过程中乳酸菌的迅速生长，青贮饲料中常常添加乳酸菌接种剂。

乳酸菌接种剂的应用始于20世纪初，由于受当时实验技术和条件的限制，乳酸菌制剂在存放过程中不能保证足够的活菌数，致使应用效果不明显。随着生物技术的不断发展，细胞固定化、胶囊化、低温冷藏和真空干燥等技术日趋成熟，乳酸菌和丙酸细菌活菌制剂在青贮饲料中的应用越来越广泛。

1、乳酸菌接种剂

最早使用的乳酸菌接种剂主要是同型发酵的乳酸菌。目前，青贮饲料乳酸菌接种剂通常包含多个菌株，最常混合使用的乳酸菌有：嗜酸乳杆菌（Lb. acidophilus）、乳酸片球菌（Ped. acidilactici）、屎肠球菌（Entercoccus faecium）和戊糖片球菌（Ped. pentosaceus）等。这些菌株可以快速利用植物的可溶性碳水化合物，产生大量乳酸，迅速降低pH值，抑制腐败微生物生长。有时对低含糖量的饲料作物青贮发酵时，常添加一些高还原糖物质如糖蜜废渣、水果渣等，以促进乳酸菌生长。

研究发现，同型发酵乳酸菌能够利用少量的碳水化合物产生大量乳酸，对饲料有很好的保鲜作用，但是当青贮饲料暴露于空气后，青贮饲料很容易腐败变质。原因是由于青贮饲料中残留高浓度的可利用糖和缺少其他有机酸，为腐败菌生长提供了条件，并且乳酸本身也能被腐败菌如酵母菌和霉菌作为碳源而利用，从而引起饲料的腐败和霉变。在研究异型乳酸发

酵时发现，尽管在异型乳酸发酵代谢产物中除了乳酸和乙酸外，还有少量的l,2-丙二醇及丙醇二酸，但在青贮发酵中真正起作用的主要是乙酸。因为乙酸对腐败微生物有很强的抑制作用。因此，目前在青贮饲料接种剂的菌株筛选中，尽可能多地选用产生乙酸量大的异型乳酸发酵菌株。青贮效果最好的异型乳酸发酵菌株有布氏乳杆菌（Lb. buchneri）。

异型发酵乳酸菌接种剂的缺陷是，在发酵过程中因生成CO2而造成0.5％～2.4％干物质和0.2%能量损失。但这种损失与有氧腐败的损失相比，可以忽略不计。因此，异型乳酸发酵接种剂在青贮发酵中具有很好的应用前景。

2、丙酸细菌接种剂

除乳酸菌接种剂外，近年来丙酸细菌在青贮发酵中的应用也受到重视。丙酸细菌能转化乳酸和葡萄糖生成乙酸和丙酸，这两种有机酸比乳酸有更强的抗真菌活性。研究发现，在pH值>4.5的高水分青贮玉米中，接种谢氏丙酸杆菌（Propionibacteria shermanii），可抑制霉菌的生长，酵母菌数量也明显降低；在pH值降低缓慢的青贮麦秆中接种丙酸细菌，青贮麦秆的有氧稳定性提高，由此说明丙酸细菌应用于青贮发酵能提高青贮饲料的有氧稳定性。但丙酸细菌的缺点是具有一定的蛋白水解活性，还能引起干物质的损失（产生CO2）。因此，丙酸细菌多用于pH值降低缓慢或青贮饲料的pH值>4.2～4.5的青贮发酵过程中。

（四）酶制剂

乳酸菌只能利用葡萄糖、蔗糖等单糖，不能利用纤维素、果胶和淀粉等大分子物质。而青贮原料的糖分多以化学键的形式储存在植物细胞壁中，酶解后才能释放出单糖被乳酸菌利用。因此，在青贮发酵中，为了促进乳酸菌生长，降低纤维含量，提高饲料的消化率，常配合使用降解大分子物质的酶制剂。青贮饲料中常用的酶制剂有纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶和葡聚糖苷酶。

青贮发酵中应用较多、研究比较深入的是降解纤维素的酶类。这类酶使用剂量越高，作用时间越长，酶解效果越好，释放的可溶性化合物也越多，可为乳酸菌生长产生乳酸提供大量碳源。纤维素酶对植物纤维的降解还可以提高饲料的消化和吸收利用效率。因此，纤维素酶在青贮发酵中不仅为乳酸菌生长提供还原糖，而且也提高了饲料消化利用率。

添加酶制剂用于低糖分的饲料作物，如豆类和牧草等青贮效果较好，对幼嫩作物细胞壁的降解效果要好于成熟并木质化的作物；对含糖量高的饲料作物如玉米的青贮，酶制剂的使用，有时会带来负面效果，因为残留过量的可溶性碳水化合物，会促进腐败菌生长，易引起青贮饲料的有氧腐败。

纤维素酶制剂的活性受多种因素影响，一般纤维素酶作用的pH值要求为4.5，温度为45～50℃。在青贮发酵过程中，纤维素酶的活性受植物颗粒大小、酶的结合位点、含水量及植物性蛋白酶等因素的共同影响。为减少酶的损失，一般在青贮过程结束，饲喂动物之前，将酶制剂喷洒在饲料上，酶分子与饲料基质结合，防止被蛋白酶类降解，从而达到降解纤维，增加饲料适口性的目的。

（五）其他添加剂

糖蜜、米糠、麸皮、甜菜渣、苹果渣等工农业副产物，都可以作为青贮饲料添加剂以增加青贮饲料的糖含量。

糖蜜含有79％可溶性碳水化合物，其中，45％～50％为蔗糖，是乳酸菌生长的廉价碳源。在大规模青贮发酵中，添加糖蜜能够促进乳酸发酵，降低pH值，控制梭菌生长和植物蛋白的水解，减少营养物质的损失。糖蜜多用于可溶性碳水化合物含量低的饲料作物的青贮处理中，以快速启动乳酸发酵。糖蜜的主要作用是促进青贮饲料乳酸发酵、延长饲料保存期。

四、微贮饲料

在作物秸秆接入微生物接种剂后，经过一段时间密封贮藏，作物秸秆就会发酵而变得酸香、质地柔软，这个过程称为微贮。因为在贮藏过程中，微生物在厌氧条件下通过代谢活动

而改善饲料的营养品质，所以微贮过程所获得的饲料称作微贮饲料。

微贮过程中是微生物在厌氧条件下，将秸秆的纤维素物质转化为单糖，单糖经乳酸菌的

转化又生成乳酸、乙酸和挥发性脂肪酸等，使原料pH 值降低，从而抑制了丁酸菌等腐败微生物的生长繁殖。微生物在降解纤维素和半纤维素的同时，还生成菌体蛋白为动物提供氮营养。保证微贮饲料质量的关键取决于添加的微生物种类和菌株的活力。

（一）微贮过程中常用的微生物接种剂

1、分泌纤维素酶的菌株

许多细菌、放线菌和霉菌均可产生分解纤维素的酶类。但在密闭条件下，产生纤维素酶

的微生物多为厌氧性细菌，因此这些厌氧性细菌是微贮发酵中的主要菌株。另外，很多真菌能产生大量的胞外纤维素酶，如常见的瑞氏木霉、粉状侧孢霉、腐皮廉孢霉、青霉、曲霉等。可以利用这类菌株产生的纤维素酶制剂，进行秸秆的微贮。其中，瑞氏木霉产生的纤维素酶报道最多、研究最深入，已成为生产纤维素酶的主要菌株。

2、提高秸秆蛋白质含量的菌株

有些酵母菌能利用纤维基质将其转化为可溶性碳水化合物进行生长，生成菌体蛋白，提

高了秸秆饲料的蛋白质含量。应用较多的菌株有假丝酵母、丝孢酵母、汉逊酵母、白地霉等。

3、产生有机酸的菌株

在微贮发酵也可以使用青贮发酵的细菌接种剂。其作用机制与青贮发酵过程一样，产生

有机酸，降低秸秆饲料的pH 值，抑制腐败菌生长，从而达到防腐保鲜的目的。

（二）微贮饲料的生产工艺及技术要点

目前应用于秸秆微贮的微生物制品种类少，推广应用的产品有“秸秆发酵活干菌” （新

疆农业科学院微生物研究所研制），“生物调制剂”（吉林农业大学研制）等。秸秆微贮的方法有水泥池贮法、土窖贮法（窖底部及四周铺塑料薄膜）、塑料袋窖内贮法，压捆窖内贮法等。

1．微贮饲料的生产工艺

秸秆微贮过程主要包括秸秆铡切、入窖、封窖发酵等步骤，其过程如下：

2．微贮技术要点

（1）制作前的准备

建窖 建窖要选在地势高且干燥，地下水位低，离畜舍近，制作取用方便的地方。圆形窖一般直径2m ，深3m 。长方形窖一般深2m ，宽1.5m ，长3.5m 。旧窖在使用前要清扫干净。

秸秆准备 微贮原料必须是清洁的，污染、发霉变质的秸秆不能用于微贮。

人员准备 一般农户搞微贮要组织8～10名劳力，各负其责，密切配合。

机械动力准备 各种型号的铡草机、切割机等均可用于铡草作业。柴油机、手扶拖拉机、农用三轮车等都可作为动力与铡草机配套使用，作业前要搞好安装、调试并固定牢固。 药品及用具的准备 首先要准备好秸秆发酵活干菌和食盐。通过测量，计算出窖的容积，按每立方米可贮干秸秆300Kg 或青秸秆500Kg ，计算出窖的贮草量。再按秸秆发酵活干菌第袋3g 可处理干秸秆1000Kg 或青秸秆2000Kg ，确定加水量，按加水量的1%准备好食盐。同时要准备好大缸、喷壶、塑料布等用。

种

（2）菌种复活按秸秆发酵活干菌每袋3g溶于200ml水的比例，将装有活干菌的铝箔袋剪开，将菌种倒入水中。有条件可先在水中加入2g以下白糖溶解加入活干菌，然后在常温下放置1～2h使菌种复活，复活率可提高10倍。复活好的菌剂一定要当天用完，不可隔夜使用。

（3）配制菌液按1%的比例在水中加入食盐，配制成1%的食盐溶液。按比例将复活好的菌液倒入充分溶解的1%食盐溶液中混匀。稻麦秸秆1000Kg，秸秆发酵活干菌3g，食盐12Kg，水1200Kg，贮料含水量为60%～70%；黄玉米秸1000Kg，秸秆发酵活干菌3g，食盐8～10Kg，水800～1000Kg；青玉米秸1000Kg，秸秆发酵活干菌1.5g，不加盐，适量加水。

（4）装窖将秸秆切短成2～3cm。先在窖底铺放一层30cm厚的秸秆，将配制好的菌液均匀喷洒在秸秆上，用脚踩实，装一层喷一层踩一层，连续作业，直到高出窖口40cm再封窖。制作中要随时检查贮料含水量是否合适。用手握贮料无水滴，手上水分明显，含水量即达60%～70%。在微贮稻麦秸秆时，有条件的可加入秸秆重量千分之五的玉米面、麸皮等，以提高微贮饲料质量。

（5）封窖装窖高出窖口40cm，充分踩实后，并补喷菌液，表面均匀撒食盐粉，用量为250 g／m2，以确保贮料表层不霉烂变质。然后盖上塑料布，塑料布上铺上20cm厚秸秆，覆土50cm。封窖后发现下沉，及时用土填平，窑周围挖好排水沟。封窖约20d后（夏季10d 左右）即完成发酵过程。

3、开窖与饲喂

（1）开窖封窖后30d即可开窖。开窖过晚，气温回升，易发生二次发酵。圆形窖采取“大揭盖”开窖法，每天根据喂量取料一层。长方形窖宜在背阴面开窖，上下垂直逐段取用。每次取料后要立即用塑料布等将窖口盖严。窖上面最好搭防雪棚，以防雨雪进入窖内造成微贮变质。制作优良的黄玉秸、稻麦秸呈金黄色，青玉米秸呈橄榄绿色。具有酒香味或果香味，手感质地松散，柔软湿润。如呈褐色、墨绿色或有强酸味，手感发粘，说明质量低劣。如有腐臭味、发霉味，则不能饲喂牲畜。

（2）饲喂开始饲喂时，要训练牲畜采食。先将少量微贮饲料混合在其它饲草中喂饲，逐渐增加微贮给量，经7d左右训练逐渐达到标准喂量。一般每头日喂量：奶牛、肉牛15～20Kg，羊1～3Kg，马、骡、驴5～10Kg。冬季饲喂，可在头一天将微贮饲料取回后放在塑料棚暖舍或屋内“提温”后再喂。微贮饲料在制作时加入了食盐，在饲喂时要减少食盐的供给量。

第二节菌体蛋白饲料（SCP）

一、菌体蛋白的概念

菌体蛋白（Single Cell Protein简写为SCP），也叫单细胞蛋白，是指用于生产食品和饲料添加剂的微生物菌体（Microbial biomass）。单细胞蛋白和菌体蛋白都是指大量生长的微生物菌体或其蛋白提取物。但前者多指用酵母菌或细菌等单细胞微生物生产的产品，后者则包括多细胞的丝状真菌和藻类生产的产品，两者都可作为人或动物的蛋白补充剂。不论是分离出的细胞蛋白还是全部细胞物质都称之为SCP。

20世纪80年代中期，全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0×106 t，广泛用于食品加工和饲料生产。单细胞蛋白不仅能制成“人造肉”，供人们直接食用，还常作为食品添加剂，用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力，使食物不容易变质，因而常用于婴儿粉及汤料、佐料中。干酵母的含热量低，常作为减肥食品的添加剂。此外，单细胞蛋白还能提高食品的某些物理性能，如意大利烘饼中加入活性酵母，可以提高烘饼的

延薄性能。酵母菌的浓缩蛋白具有显著的鲜味，已广泛用作食品的增鲜剂。单细胞蛋白作为饲料蛋白，在世界范围内得到了广泛应用。

二、单细胞蛋白的特点

单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富。其中，蛋白质含量高达40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、鱼、奶酪高20%以上；氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。一般成年人每天食用10～15 g干酵母，就能满足对氨基酸的需要量。单细胞蛋白中还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质，如辅酶A、辅酶Q、谷胱甘肽、麦角固醇等。

单细胞蛋白做为饲料蛋白质生产具有以下特点：

（一）菌体生长速度快，蛋白质含量高

例如细菌在20min至2h增殖1倍，酵母在1～3h增殖1倍，每一大型发酵容器在24h 内甚至可生产数吨蛋白质含量高达40％～80％的产品。

（二）菌体利用的原料来源丰富

单细胞蛋白生产可利用的原料包括：工农业生产的下脚料、废水、废糖蜜、粪便、秸秆等再生资源，也可利用甲烷、石油及甲醇等制品。

（三）生产因地制宜，生产过程易于控制

由于单细胞蛋白可以工业化生产，所以不受气候、土壤和自然灾害等因素的影响，可连续进行生产，成功率高。

（四）产品营养成分丰富

单细胞蛋白除含有蛋白质、糖等物质外，还含有丰富的维生素等成分。同豆粉比较，单细胞蛋白的可利用氮比豆粉高20％，在有蛋氨酸添加剂时，可利用氮高达95％以上。

由于单细胞蛋白生产具有上述优越性，因此只要选用优良的菌株、配备合适的工艺和先进设备，微生物就能以大于动植物10倍的速度合成蛋白质，而且营养价值高，因此微生物菌体蛋白的开发利用越来越受到人们的高度重视。

三、生产SCP菌株的选择

在选择生产菌株时，应根据微生物各自的生理特性选定。用于生产单细胞蛋白的微生物种类很多，包括细菌、放线菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物，也可选择藻类。这些微生物各有优缺点，但是在用于生产单细胞蛋白时必须符合以下条件：①能够很好地同化基质碳源和无机氮源；②繁殖速度快，菌体蛋白含量高；③无毒性和致病性；④菌种性能稳定：⑤最好能搞混菌培养，采用多菌种混菌培养要求菌株间存在互生或共生关系。

需要指出的是用丝状真菌生产单细胞蛋白有利于收获，核酸含量低（只有6～13％），生长效率高，要求pH值低，易于控制杂菌污染，大多能分泌淀粉酶，因此很适于利用农林副产品废弃物进行发酵生产单细胞蛋白。

如果利用可再生资源生产单细胞蛋白，通常以酵母菌作为生产菌株，也可使用拟酵母菌。这些菌株除利用己糖作为碳源外，还能利用甲基戊糖、有机酸等作为碳源。常用的有圆酵母属（Torulopsis）、假丝酵母属（Candida），其他还有丛梗孢霉（Monilia）、卵孢霉（Oidium）等的一些种。

在筛选放线菌作为单细胞蛋白生产菌种时，应特别注意高温放线菌的开发利用。Bellamv 等发现高温放线菌具有很高的分解纤维素和木质素能力，应用于禽畜粪便发酵制备蛋白饲料时可获得较好的效果。但是需要注意的是，放线菌大都能产生抗生素，其孢子吸入肺内易引起过敏反应。

丝状真菌中生长快、蛋白质含量高的常见菌株见表4-1

表4-1某些真菌的最大比生长率umax 和粗蛋白含量（颜方贵1991）

菌 种

μmax.h -1 粗蛋白含量（%） Fusarium guaminaveum （禾本科镰孢）

0.28 54 F .monlliforme （串珠镰孢）

0.31 51 Penicilliim chrysogenum （产黄青霉）

0.11~0.30 42 Aspergillus niger （黑曲霉）

0.20 48 A.nidulans （无冠构巢曲霉）

0.36 ? Trichoderma viride （绿色木霉）

? 64 Geotrichum candidun （白地霉） 0.39 ?

四、SCP 的生产

单细胞蛋白的一般工艺过程如下：

斜面菌种

种子扩大培养

上清液 通气搅拌

分离

菌体 水解 分离 蛋白质抽取 纯化 干燥 食品

干燥 动物饲料

采用发酵罐的型式进行单细胞蛋白的生产，常见的有传统的搅拌式发酵罐、通气式发酵

罐、空气提升式发酵罐等。投入发酵罐中的物料有生长良好的种子、水、基质、营养物、氨等，培养过程中要注意对物料的搅拌，控制培养液的pH 及维持一定温度等。在单细胞蛋白的生产过程中，为使培养液中的营养物质得到充分利用，可将部分营养液连续送入分离器中，同时将上清液返回入发酵罐中进行循环使用。

发酵结束后，菌体分离方法可以根据所采用的菌种类型进行选择。比较难分离的菌体可

加入絮凝剂以提高其凝聚力，从而使其便于分离。一般采用离心机分离。作为饲料使用的单细胞蛋白，可直接收集离心后的浓缩菌体，然后进行洗涤、喷雾干燥或滚筒干燥。

单细胞蛋白的种类按生产原料不同，可以分为石油蛋白、甲醇蛋白、甲烷蛋白等；按生

产菌种的种类不同，又可以分为细菌蛋白、真菌蛋白等。

（一）石油单细胞蛋白的生产

一般说来，用液体类原料及石油等进行单细胞蛋白生产时，通常采用液体发酵罐发酵工

艺，液体发酵要求规模大又能连续生产，并且能量消耗大，生产成本高，还存在二次污染等问题，因此目前国外饲料酵母发酵工艺的生产设备趋向大型化。这里以正烷烃生产SCP 为例进行介绍。

1、以C 14－C 18液态正烷烃培养假丝酵母为例

解脂假丝酵母CBS599，保存在含有C 14－C 18正烷烃0.5％（V/V ）和1％（W/V ）的葡

萄糖的营养斜面上。取一接种环菌体于含有100mL 培养基的500mL 摇瓶中，在30℃振荡培养48h ，将此菌悬液接入1L 发酵液中，培养一定时间，再移种至含6~8L 培养基的14L 发酵罐中，发酵结束，放料、离心分离，所得菌种用蒸馏水洗涤2次，于70℃干燥24h ，得菌

体重为9~26g/L。

2、以C2－C4气态正烷烃为原料生产SCP

气态烷烃中，以甲烷为天然气得主要成分，其来源丰富又价廉，并不含杂质。C2－C4气态正烷烃虽不如甲烷便宜，但由气相向液相中的转移速度比甲烷大1.5~2.0倍，在菌体收率方面，乙烷、丙烷和丁烷的理论值为甲烷的1.4倍。

培养罐容量是2.6L不锈钢罐，可承受5×105Pa（5个大气压），备有pH自动控制和溶氧测定计，盛培养基1.3L，搅拌转速1000r·p·m，以0.5V/V，速度通入6：9.4的丁烷、空气混合气体。

（二）利用纤维素废料生产SCP

使用农副产品和渣粕类为原料生产单细胞蛋白时，最好采用固体发酵工艺。与液体发酵相比，古老的固体发酵技术虽存在不易机械化，易受细菌污染，生长估测和底物含水量控制困难等问题，但它具有高产、简易、投资少、能耗低、高回收、无或少环境污染等优点。

需要强调的是饲料产品大都是价低利微产品，生产设备越少，工艺越简单，生产效益也越好。主要的固体发酵有曲盘法、发酵池法、发酵机法等。现以广东微生物研究所研制的4320菌体蛋白饲料的生产为例做如下介绍。

1、培养基制备

要根据不同的微生物对各种营养物质的要求，准确称量配制培养基。可以充分利用原料（农副产品等）中的碳、硫、钾元素等。为了提高最终产品的蛋白质含量，需要添加较高浓度的氮素（墨西哥报道的专利方法是在固体基质中添加14％的氮素营养，以硫酸铵折算）及所需的磷酸盐。

2、粉碎或混合

秸秆类原料要先进行预处理，粉碎成玉米粒大小（2～3 cm）的碎块（淀粉渣、酒槽、豆腐渣等可不必粉碎，视情况而定），然后即用输送带运送入发酵机或发酵池内后混匀。

3、加水

含水量不足的原料要加水拌匀（含水量在50％～60％左右），对于过湿的原料一般经压榨至含水量60％即可。

4、接种

按5％～10％的接种量接种（4320母种按10％用量加入培养料中），充分混匀后喷入无机盐和生长刺激素混合液。

5、培养

用草席、草帘等覆盖发酵池保温（在28～32℃，空间湿度90％条件下）发酵，在正常情况下，4320菌种2h开始发芽，开始不需要大量空气，也不产生热量，但水分和温度对其发育有极大影响。这期间一般不通风，但为了防酸败，每隔2～3h用小风量通风5～10min。通风时可用循环风，也可用30℃湿风。切忌用大量冷风，否则物料会因风振动而下沉，空隙减小，料温下降，影响很大。

在进料12h内，室温要保持28～32℃，料温要在30℃左右，空气湿度90％左右，切忌翻动。12h后，表面有微白点出现，原料味丧失，由于菌丝生长而开始结块，料面产生裂缝，料温升高，这时要注意通风降温。裂缝和料层结块收缩会使通风短路，这时可看情况进行翻料，把结块的料层打碎，翻料速度要快，但不能剧烈抖动过度损伤菌丝，以免延长发酵周期和质量。

培养12h后，菌丝生长逐渐旺盛，呼吸热增加，代谢气体增多，淀粉质原料大量被消耗，生成大量的C02和水，释放大量的能量和热量，这些能量一方面供菌丝生长，而大部分都以热量的形式存在于料层中。这段时间，通风降温是最主要的措施，若不及时散热，在超过

35℃而又厌气的情况下，潜藏于原料中的枯草杆菌等将会大肆活动，产生刺鼻氨味，造成发酵失败。但是，若通入的风温过低，又会使菌丝发生“感冒”现象。低于25℃又大量通风，极易引起产酸性小球菌发育，同样会造成失败。所以这段时间，适时的通28℃左右的新鲜空气是一个关键的措施，当菌丝布满培养料后，通入自然风有利于表层水分散失，迫使4320菌向培养料颗粒深处发育，这一措施对颗粒较大的培养料尤其适宜。

在精心管理下，培养20h左右，培养料已布满菌丝，发出药香味，料结块捏之即散。一般24h左右堆中温度可升至45～50℃，2～3d即可饲用。质量标准以手感、目测为准，以料变软，有药香味浓郁，甜、酸等味为好；以发黑、有腐败霉味为差，菌丝繁茂结块，不长毛，应及时出料。若继续培养，会产生氨味，影响质量。

刚从发酵机（池）出料的4320产品一般含水量为35％～40％，若作为产品销售时要用热供炉烘至含水分13％以下包装密封，室温下保藏可达半年以上。若要和其他原料混合配成全价饲料，则可立即应用，这时含水量约25％，出料干燥包装或直接配成全价饲料应用。这时含水量为25％。

在整个发酵过程中，应注意以下事项：

①由于4320是采用生料发酵，所以凡发霉变质的原料不能用，否则极易失败。另外加入生长刺激素，以提高发酵成功率。

②必须采用母种与干料先混合的工艺，使干料尽量接上4320母种，然后才喷混合液。倘若先喷混合液或边喷边加母种，就会产生某些接不上菌的团块。发酵时，团块内处于厌气状态，酵母和芽孢杆菌乘机发育，增加污染机会。

③铺料要均匀。圆形发酵机，一般通风较匀，矩形通风发酵池由于有死角，往往通风不很均匀。要根据实际情况决定每个角落铺料的厚度，一般为25～30cm。同时疏紧度力求一致，若有紧有松，发酵料温就有高有低，很难控制。若料层太厚，就会出现对通风的物理性抵抗，结果会造成料层各处水分含量不匀现象。

④用塑料薄膜袋装入，压实密封可保藏5～7d。但是，有污染的4320产品不能用这种方法，否则很快变质。

五、SCP的营养价值及应用效果

单细胞和菌体蛋白饲料生产原料广泛，用不同原料生产的产品质量和营养价值及使用效果不同。现以木薯（甘薯）片、叶、渣为主要原料生产的4320菌体蛋白产品为例，介绍其营养价值和应用效果。

（一）营养价值分析

1、粗蛋白含量

木薯（或甘薯）粗蛋白含量仅2.5％～3.0％。以木薯原料为主固体不灭菌发酵24h，即生成粗蛋白含量很高的4320菌体蛋白产品，与培养料相比，差异显著，见表4-2。

表4-2 4320粗蛋白测定（%）（郭维烈1991）

批次4320 培养料测定单位

1 22.6 5.91

2 23.35 6.88

3 24.43 6.3

4 广东省农业科学院

4 24.33 6.34 广东省水稻研究所

5 19.4 4.62

平均22.82 5.67

残留0.35-0.55 未加氮

取显著水平α=0.05测验，ρ＜0.05，呈显著差异，说明4320粗蛋白含量大大超过培养料，若取同量4320和培养料样品，碱解过滤清液加入适量三氯乙酸处理，经离心沉淀，可看到4320沉淀蛋白量明显增加。

2、氨基酸

第一军医大学中心仪器室、广东省昆虫研究所测定，4320氨基酸的含量比培养料大大增加，其中胱氨酸、组氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、丝氨酸都大幅度提高。

3、其他营养

经广东省农业科学院中心仪器室、中国广洲测试分析中心测定，4320粗纤维含量比培养料低，Ca／P平衡，微量元素含量丰富，重金属含量符合卫生标准。

4、贮藏期

4320刚生产出来时，含水量约35％～40％，此产品可直接与其他原料配合后作禽育饲料，成本低，收效高。若晒、烘干后用塑料袋密封置室温保存半年以上不变质。

（二）应用效果

4320可作主蛋白源配制各种禽畜鱼全价饲料，用量视需要和饲养对象添入饲料总量的20％～55％，一般可节约50％左右的玉米、30％左右的豆饼、70％～80％的鱼粉。有的配方像种猪、肉鸭等则可代替全部鱼粉。其成本低于普通标准配合饲料，且饲喂的猪、鸭、鹅、鸡的肉质鲜嫩滑润，没鱼腥臭味，明显优于鱼粉的饲料。如果与精料配合喂猪，每头50 kg 左右的猪每天用量约为0.75～1 kg（折合风干料计），主要是代替粗饲料。可见4320菌体蛋白适用范围广，成本低，原料来源广泛，应用效果好，使它具有推广应用的巨大潜力。

第三节动物益生菌剂

饲料添加剂的广泛运用，尤其是抗生素饲料添加剂的应用，对于防治动物疾病发挥了重要作用。但同时，也给畜牧生产和人类健康带来了一定的副效应。抗生素在消灭致病菌的同时，也消灭了对动物机体有益的生理性细菌，破坏肠道微生物的微生态平衡，导致动物，特别是幼小畜禽对病原微生物的易感性。另外，长期饲喂抗生素使动物机体内产生具有耐药性的细菌，这些细菌对人畜均有害。为此，各国都在进行天然的微生物饲料添加剂的研究，特别是对于益生菌剂（或称动物微生态制剂）的研究正在引起人们的广泛关注。由活的微生物组成的益生菌剂可以象抗生素一样，预防动物疾病和促进动物生长。因此，益生菌剂已成为抗生素的替代品，并已取得了理想的应用效果，在养殖业中发挥越来越重要的作用。

一、益生菌剂的概念

（一）什么是益生菌剂

益生菌剂（problotics）一词最早来自于希腊语“益生” （for life），后来被各国学者以不同的方式引用。1965年Lilly和stlllwell将“probiot ics”描述为“原生动物产生的，对另一种原生动物生长有刺激作用的活性物质；1974年Parker将“probiotics”定义为“微生物和具有调节肠道菌群平衡的产物”，意思是指对动物肠道菌群具有调整作用的饲料添加剂。但是该定义不够确切，不能与预防作用的抗生素区别开来。1989年Fuller提出益生菌剂是指“一种活的微生物饲料添加剂，具有调整肠道微生物菌群平衡的作用”，强调了“活的细胞是其主要的有效成分，而不是产物”，因此不同于抗生素。1990年Sossard给“probiotics”的定义是：“摄入动物体内并参与肠道微生物群落的相互作用，或者通过增强非特异性免疫功能来预防疾病，间接地起到促进生长和提高饲料效率的活的微生物培养物”。1992年Havenaar等人将

“probiotics”定义为“由单一或多种微生物组成的活菌制剂，通过改善宿主土著微生物的生态平衡，促进动物的健康生长”。

国内把“probiotics”译为：益生素、尼生素、促生素、生菌素、促菌素、活菌素等。1988年我国学者康白提出“微生态制剂“的概念。1991年我国学者又提出了一个较通俗的名字“饲用微生物添加剂”，是指饲喂给动物的活的微生物培养物，通过加强肠道微生物区系的屏障功能或通过增进非特异性免疫功能，增强机体的抗病力，防止病原菌感染，同时可以提高饲料利用率和生长率。目前，又把“probiotics”翻译成“益生菌剂”。意思是除了应用于饲料添加剂，对人体也具有很好的保健功能。

（二）益生菌剂与微生态学

益生菌剂的应用与发展与微生态学的发展紧密相关。微生态学是研究正常微生物与其宿主内环境相互依赖和相互制约的细胞水平和分子水平的生态科学；正常微生物菌群是指寄居在特定个体的非但无害而且有益的，在长期历史进化过程中形成的微生物群落或微生态系。一般认为，正常微生物群可分为3类：一类是原籍菌群；二类是外籍菌群；三类是陌生菌群。原籍菌群是指其自身宿主个体对其无免疫反应或低免疫反应，是宿主个体固有的菌群；外籍菌群是由同种属不同宿主个体传来的，在血清型上或免疫上有一致性；陌生菌是由不同种属的宿主传来的。例如，人类的大肠杆菌在人类不同个体间传播就是外籍菌，如果传播到其他动物就是陌生菌。正常微生物对宿主具有营养、免疫、生长刺激、生物拮抗等作用，是机体的生理组成部分。在成人的正常结肠中，寄居菌群的96％~99％由厌氧菌（大肠杆菌、肠球菌、变形杆菌、乳酸杆菌等）组成。在动物正常肠道微生态系统中，优势菌群为厌氧菌，占99％以上，兼性厌氧菌和好氧菌不到1％。

正常微生物菌群固定位转移和宿主转换都可能使宿主致病。微生物的致病性与非致病性是相对的，与其所处的生态环境密切相关。如在肠道是正常菌，转移至其他部位就可能是致病菌；在动物是非致病菌，转移到人类就可能是致病菌，即对某种动物是正常菌，转移到另一种动物就可能是致病菌。

益生菌剂是根据微生态学理论研制的含有对动物有益的微生物及其代谢产物的活菌制剂（Probiotics）和低聚糖（oligosacchride）。它们通过维持动物肠道内微生态平衡而发挥作用，具有促进动物生长发育，提高动物机体免疫力等多种功能，且无污染、无残留、不产生耐药性和对环境无害等，是一类新型绿色环保饲料添加剂。

二、益生菌剂的种类、常用菌株及其生理功能

目前，商品化的益生菌剂种类很多，根据选用生产菌株的不同可分为：乳酸菌制剂、芽孢杆菌制剂和酵母菌制剂。这些制剂可以单独使用，也可以用复合菌株制剂。产品剂型有胶囊、粉剂、片剂、颗粒制剂，也可以是液体。饲喂方式有直接添加到饲料中，也可放入饮用水中。这些制剂适用于牛、羊、猪、家禽类及水产动物的养殖。

常用的益生菌剂有乳酸菌制剂、芽孢杆菌制剂及酵母菌制剂。

（一）乳酸菌制剂

乳酸菌是一类利用可溶性碳水化合物产生乳酸的细菌总称。目前已发现这类细菌至少有18个属，都是厌氧或兼性厌氧的化能异养菌，革兰阳性，生长繁殖于厌氧或微好氧、矿物质和有机营养丰富的环境中。其中，最为重要的是乳酸杆菌属和双歧杆菌属。利用乳酸杆菌和双歧杆菌制作的乳酸菌制剂，其益生作用在临床实验中已被证明。很多菌株都表现出很好的治疗和预防人及动物的某些肠道疾病的作用，并且还具有重要的保健作用。

1、乳酸菌制剂的主要菌种|

（1）乳酸杆菌

乳酸杆菌（简称乳杆菌）的细胞形态多为长杆、短杆或棒状，一般排列成链，无芽孢、不运动，兼性好氧或耐氧，是适生长温度为30～40℃，耐酸性强，最适pH 5.5～6.2，在pH

5或更低的情况下仍能生长。

乳杆菌是健康机体肠道中的优势菌群，在人的粪便中含量最多。从粪便中分离最多的乳杆菌有嗜酸乳杆菌（Lb. acidophilus）、唾液乳杆菌（Lb. salivarius）、干酪乳杆菌（Lb. casei）、植物乳杆菌（Lb. plantarum）、短小乳杆菌（Lb. breve）和发酵乳杆菌（Lb. fermentum）。这些乳杆菌吸附在肠细胞壁黏膜上，阻止致病菌的入侵。据报道，在3日龄鸡的消化道内存在有大量的乳杆菌，它们在维持消化道的正常菌群平衡方面起着决定性作用。因此，乳杆菌成为益生菌剂的重要生产菌株。

（2）双歧杆菌

双歧杆菌细胞形态多样且不规则，有杆状、棒状、弯曲状、还有v形或Y形，呈单个或链状存在。不形成芽孢、不运动、抗酸能力差，严格厌氧，在有氧的平板上不形成菌落。从粪便分离时需要严格的厌氧条件。最适生长温度为37～41℃，初始生长pH 6.5～7.0。在pH 4.5～5.0或8.0～8.5时不生长。双歧杆菌通常分离于人和动物的肠道、反刍动物的瘤胃、人的口腔、阴道及污水中。

已报道的个双歧杆菌30多种，主要分离于温血动物的肠道。自婴儿出生后数小时，双歧杆菌就可在其肠道内定殖。母乳哺育的健康婴儿肠道双歧杆菌数可达到肠道总菌数的80%～90％。随着年龄的增长百分比逐渐降低。成年人肠道内的双歧杆菌数仍占总肠菌数的25％，到老年，双歧杆菌数量大大降低。有文献报道，长寿老人肠道内仍含有很高比例的双歧杆菌。因此，肠道内双歧杆菌的数量和种类是衡量机体建康状况的重要指标。在人的成长过程中，肠道内双歧杆菌的种类发生着重大变化，由最初的婴儿双歧杆菌、短双歧杆菌转变成青春双歧杆菌和长寿双歧杆菌，这种变化还与人曲饮食习惯和生理状况有关。

双歧杆菌具有以下特性：可黏附于肠道上皮细胞，通过自身产生的代谢产物排阻致病菌生长，在微环境下保持生长优势，并与肠道中的其他细菌相互作用，调整菌群间的关系，以保证肠道内菌群的稳定。

目前，用于生产益生菌剂的双歧杆菌主要有双歧杆菌、长双歧杆菌、青春双歧杆菌、短双歧杆菌和婴儿双歧杆菌。双歧杆菌制剂主要是酸奶和保健饮品，在畜牧养殖中,常与其他乳酸菌混合使用。与乳酸杆菌相比，双歧杆菌制剂存在以下缺点：生长条件苛刻，在培养基中通常要含有动植物组织液；对氧气非常敏感，培养过程需要在厌氧条件下进行；不耐酸，在pH值低的情况下存活时间短。

用于益生菌剂的乳酸菌除了以上6种肠道定殖的乳杆菌和5种双歧杆菌外，还有布氏乳杆菌、瑞士乳杆菌、嗜热链球菌）、屎肠球菌、粪链球菌。布氏乳杆菌和嗜热链球菌不是肠道的土著乳酸菌，但它们是酸奶发酵的生产菌株，酸奶的益生作用包括降低大肠杆菌数量、增加肠道乳糖酶活性等。

2、乳酸菌制剂的生理功能

作为益生菌剂的乳酸菌，其生理功能主要表现在以下几方面：

（1）对病原菌的抑制作用

乳酸菌对肠道病原菌有拮抗作用，它们能阻碍特定病原菌的黏附、定殖和繁殖，抑制方式有3种：

①产生抗菌化合物乳酸菌利用可溶性碳水化合物产生大量的乳酸、乙酸、H2O2、细菌素等代谢产物，抑制病原菌的生长和繁殖，以维持自身的生长优势；同时，产生的乳酸、乙酸等有机酸导致肠道pH值降低，刺激肠道蠕动，加速了病原菌的外排；而乙酸和H2O2对大肠杆菌、沙门菌、梭菌等有害菌有很强的抑制作用；产生广谱抗菌小分子物质如嗜酸菌素、酪乳菌素Reutin和乳链球菌素Nisin。

②与病原菌竞争营养物质和乳酸菌一样，病原菌生长需要碳源和氮源及肠道其他营养物质，在健康机体内，乳酸菌优势生长，抑制了病原菌生长：但在寒冷、饥饿、旅游等应急

条件下，肠道功能紊乱，正常菌群生长受到影响，病原菌趁此机会大量繁殖占据生长优势。

③与病原菌竞争黏附位点肠道病原菌的通常有鞭毛和菌毛，鞭毛有助于在肠道内的快速游动，菌毛帮助病原菌在肠道上皮细胞上的黏附。但是与病原菌相比，乳酸菌在肠黏膜表面的黏附力更强。乳酸菌是借助于菌体外的多糖、蛋白质及磷壁酸与肠表皮细胞受体蛋白共价结合。双歧杆菌和乳杆菌在动物体内还能产生胞外糖苷酶，降解肠道细胞壁上复杂的多糖成分，以减少肠黏膜上病原菌的受体，降低病原菌的定殖和侵入。

（2）影响宿主或其他菌株的代谢活性

乳酸杆菌添加剂能够影响肠道菌群的代谢活性，使肠道内的β?葡糖醛酸苷酶、硝酸还原酶、偶氮还原酶和脲酶的活性受到抑制，降低了肠道致癌物质的形成。

乳酸菌还可提高肠道有益菌的酶活性，如β?半乳糖苷酶、乳糖酶、蔗糖酶及葡萄糖苷水解酶活性，这对减缓乳糖不适症有很好的疗效。乳酸菌还能同化胆酸盐和抑制胆酸生成，从而降低宿主胆固醇的合成。

（3）刺激机体的免疫系统

乳酸菌具有增强机体免疫功能的作用。饲喂酸奶的无菌小鼠体内的抗体水平明显提高。乳酸杆菌，尤其是干酪乳杆菌、植物乳杆菌能明显刺激吞噬细胞、自然杀伤细胞以及肿瘤细胞的活性。

（4）营养作用

乳酸菌产生的有机酸可促进机体对维生素D、钙和铁离子的吸收，乳酸菌本身还可产生多种维生素，如硫胺素、核黄素、尼克酸、泛酸、叶酸等。

双歧杆菌能使体内某些具有抗衰老作用的酶活性升高，降低衰老因子。用婴儿双歧杆菌活菌喂养老龄大鼠，观察到实验组的犬鼠血清中抗衰老因子（超氧化物歧化酶，SOD）比对照组明显升高，衰老因子（过氧化脂质LPO）显著下降，表明双歧杆菌制剂有一定延缓衰老的作用。

（5）减缓乳糖不适症

世界上2/3的成年人，尤其是亚洲和非洲国家的一些人，因肠道内缺乏β-半乳糖苷酶而不能分解利用乳糖而患有乳糖不适症。表现在大量饮用牛奶后出现胀气、腹痛、腹鸣、大便松散等不良症状。但是这部分人可以耐受相应数量酸奶的乳糖。其可能的机制有两种：一是酸奶中含有很高的乳糖酶活性，当部分乳酸菌在结肠内被胆汁溶解后，释放出大量的乳糖酶，这种酶作用于难消化的乳糖，转化乳糖为半乳糖和葡萄糖，从而缓解了对乳糖的不适；另一种机制可能是酸奶增加了肠道内有益菌的β-半乳糖苷酶活性，而将乳糖分解利用，产生乳酸，或通过水解将牛奶中乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，从而不会引起机体的不良反应。

（6）降低胆固醇

胆汁酸、去氧胆汁酸经常结合甘氨酸或牛磺形成甘氨胆酸或牛磺瞧酸，而体外试验证明乳酸杆菌可以同化或分解胆盐为胆酸，从而降低胆固醇的合成。

（7）用于结肠癌的治疗

结肠癌的发病率一般随着年龄的增长而增高，有学者推断这可能与肠道菌群随着年龄而发生变化，并逐渐丧失对机体的监控保护作用有关。肠道内的某些细菌如梭菌、拟杆菌能够分泌高活性的β-葡糖醛酸苷酶、β-葡萄糖苷酶、偶氮还原酶、硝酸还原酶、吲哚-水解酶等，将食物成分转化成致癌物质或肿瘤诱发因子。而结肠内的双歧杆菌和乳杆菌能够抑制或降低这些酶的活性，从而降低了结肠癌的发病率。

（二）芽孢杆菌制剂

芽孢杆菌属的细菌为革兰阳性菌，棒状、杆状且细胞内产生单一芽孢，好氧生长。芽孢杆菌不属于肠道正常菌群的成员，但进入肠道后，可以萌发成营养体细胞，在此过程中，消耗肠道内的氧气。为厌氧菌的生长提供条件。

1、芽孢杆菌的特点

芽孢杆菌的显著特点是在不良环境条件下形成芽孢，芽孢具有很强的抗逆性，在高温、干燥、酸碱等恶劣的极端条件下仍可存活很长时间。当条件适宜，即可萌发成新的营养细胞。芽孢杆菌的这种特性使得芽孢在消道内低pH值条件下仍具活性，并可在肠道内萌发，成为有活性的营养细胞，在其生长过程中参与肠道菌群的竞争。芽孢杆菌本身不能在肠道中定殖，而是随粪便100%排出。

芽孢杆菌制剂对动物有明显的促生长作用，再加上保存期长，易于加工和生产，因此，在饲用益生菌剂生产中芽孢杆菌是重要菌株之一。

2、益生芽孢杆菌种类

目前，国内外用于畜禽生产中的芽孢杆菌种类很多，常用的有：形成芽孢的需氧菌:蜡样芽孢杆菌（Bacillus）、芽孢乳杆菌（Lactobacillussporogens）、枯草杆菌（Bacillussubtilis）；形成芽孢的厌氧菌:丁酸梭菌（clostridi-umbatyricum）

国内市场上的芽孢杆菌益生菌制剂有促菌生（蜡样芽孢杆菌）、整肠生（地衣芽孢杆菌）、抑菌生（枯草芽杆菌）、乳康生（含蜡样芽孢杆菌）等。

3、芽孢杆菌的作用

芽孢制剂对人或动物机体有促进免疫功能的报道。但其墩活机制还不能充分解释。一般认为芽孢杆菌对宿主的益生作用在于其代谢产物或活的增殖型营养细胞。但由于缺乏相关芽孢杆菌在人或动物肠道中生长的有关数据，其机制很难确定。可以肯定的是尽管每日摄入芽孢，但任何芽孢杆菌的营养细胞都不能在人和动物肠道内定殖而成为肠道内的正常菌群。

目前，还不十分清楚芽孢杆菌的作用机理，一般认为这类菌株对寄主的益生作用在于其代谢产物或活的增殖型营养细胞，具体表现为以下几点。

（1）产生多种消化酶

芽孢杆菌是淀粉酶和蛋白酶的重要生产菌株。淀粉酶降解饲料中的淀粉大分子物质生成单糖，再由其他厌氧菌将单糖转化成乳酸、乙酸，降低肠道的pH值，抑制腐败菌生长；芽孢杆菌分泌的蛋白酶、脂肪酶等水解酶，有利于饲料中大分子物质的消化吸收。Hotten报道，枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌具有较强的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性，同时还具有产生降解植物饲料中非淀粉多糖酶如果胶酶、葡聚糖酶、纤维素酶的能力．添加到饲料中对提高饲料中蛋白质和能量的利用率有帮助。益生菌的蛋白酶或肽酶组成的蛋白酶系统。能分解蛋白质和多肽为游离复基酸，一方面使饲料养分更易消化吸收，另一方面益生菌自溶后释放出的细胞内容物可以为畜禽提供更多的营养物质。

（2）产生抗菌活牲物质

很多芽孢杆菌都能产生抗菌活性物质，由枯草芽孢杆菌产生的枯草菌素（subtilin）是一种短肽，具有广谱抑菌活性，在肠道中可以抑制病原菌和腐败菌的繁殖，该类细菌素有很好的热稳定性，在饲料加工过程中仍能保持较高的活性。

（3）对病原菌有拮抗作用

芽孢杆菌参与肠道内益生菌群和有害菌群的生存空间、定殖部位以及营养物质的竞争。因为芽孢具有强的抗逆性，在肠道内的胃酸、胆酸及低pH环境都能萌发和生长，占据生长优势，从而限制了有害菌的生存和繁殖。

（4）改善体内外生态环境

饲喂芽孢杆菌后，能显著降低肠道内大肠杆菌、产气假膜杆菌、沙门菌的数量，使机体内的益生菌增加而潜在的致病菌减少，粪便排泄物中的益生菌数量增多，致病菌减少，从而净化了体内外环境，减少疾病的发生。氨、胺、吲哚、硫化氢等物质对肠道黏膜细胞有明显的毒害作用，芽孢杆菌抑制了有害微生物的生长，进而减少了这些有害物质的产生，从而有利于动物的健康和生长。

（三）酵母菌制剂

酵母菌是真核单细胞生物，与人类关系密切，馒头、面包、啤酒以及工业发酵生产的乙醇，都与酵母菌的代谢活性有关。由于酵母菌个体大、蛋白质含量高、杂食性广、代谢产物多、易培养，在食品、饲料领域广泛使用。啤酒生产后的酵母泥和啤酒糟作为饲料饲喂猪已有很长的历史。

酵母菌能够转化农副产品、工业下脚料如淀粉查、水果渣生成菌体蛋白，赋予这些副产物很高的营养价值，作为饲料蛋白替代或部分替代饲料中的鱼粉，其应用效果已被肯定，并且取得良好的经济效益，这在蛋白资源短缺的中国具有很大的应用前景。

1、酵母菌的益生作用

酵母菌不是肠道正常菌群，但可以在消化系统中存活。有人在小肠内容物中分离到添加饲料中的酿酒酵母的活细胞，说明酵母菌可以耐受肠道胃酸和胆盐的不良影响而生长。对酵母菌的益生机理人们了解得还很有限，Gedek等人（1991）报道了酵母菌的益生作用，他发现饲喂酿酒酵母的雏鸡，粪便中病原菌如大肠杆菌、志贺氏菌（Shigella sp.）、沙门氏菌（Salmonella sp.）明显减少，还发现酵母细咆表面的甘露糖以与病原菌分泌的毒素物质结合，以降低其毒性。有益生作的酵母菌菌株Saccharomyces boulardii常被用作生物治疗佐剂添加到饲料中。

酵母菌的另一个益生作用是酿酒酵母分泌的“嗜杀因子”，它在工业啤酒发酵过程中具有很好的杀菌作用，对于肠道病原菌也有很强的杀伤力。目前已通过育种手段或基因工程技术将编码“嗜杀因子”的基因克隆到生产乳制第卉罩益±菌剂品的菌株乳球克吕沃尔菌（KIuyverommyces lactis）中，开发其在乳制品发酵中的应用潜力。

2、常用的酵母菌及其使用

应用较多的酵母菌株有酿酒酵母属、假丝酵母属、丝孢酵母属等的酵母菌菌种。具有益生作用的酵母菌制剂可以是单一菌株，也可以与芽孢杆菌或乳酸菌混合使用。生产工艺可以是菌株单独发酵，然后按一定比例混合；也可以筛选具有协同作用的多菌株混合发酵。所得发酵液可直接饲用；经过浓缩后饲喂；还可以用米糠、谷壳、麸皮等农作物的副产物吸附后，制成固体益生菌剂饲喂动物。

（四）美国FDA公布的用于生产饲用益生菌剂的安全菌种

1989年,美国FDA和美国饲料控制官员协会公布了可以直接饲喂且一般认为是安全的微生物菌种名单,共42种:黑曲霉（Aspergillusniger）、米曲霉（Aspergillusoryzae）、凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）、迟缓芽孢杆菌（Bacillus lentus）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、嗜淀粉拟杆菌（Bacteroides amylophilu s）、多毛拟杆菌（Bacteroides capillosus）、栖瘤胃拟杆菌（Bacteroides ruminicola）、产琥珀酸拟杆菌（Bacteroides succinogenes）、青春双岐杆菌（Bifidobacterium adolescentis）、动物双岐杆菌（Bifidobacterium animalis）、两歧双岐杆菌（Bifidobacterium difidum）、婴儿双岐杆菌（Bifidobacterium infantis）、长双岐杆菌（Bifidobacterium longum）、嗜热双岐杆菌（Bifidobacterium thermophilum）、嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）、短乳杆菌（Lactobacillus brevis）、保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）、纤维二糖乳杆菌（Lactobacillus cellobisus）、弯曲乳杆菌（Lactobacillus curvatus）、德氏乳杆菌（Lactobacillus delbriickii）、发酵乳杆菌（Lactobacillus fermenti）、瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）、乳酸乳杆菌（Lactobacillus lactis）、胚芽乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、罗氏乳杆菌（Lactobacillus renteril）、肠膜明串珠菌（Leuconostos mesenteroides）、乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）、啤酒片球菌（Pediococcus cerevisiae）、戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）、费氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）、谢氏丙酸杆菌（Propionibacterium shermanii）、酿酒酵母

（Saccharomyces cerevisiae）、乳脂链球菌（Streptococcus cremoris）、双醋酸乳链球菌（Streptococcus diacetylactis）、粪链球菌（Streptococcus faecalis）、中链球菌（Streptococcus intermendius）、乳链球菌（Streptococcus lactis）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）。

（五）我国允许使用的益生菌剂菌种

中国农业部第105号公告公布的允许使用的饲料添加剂品种目录中，饲料级微生物添加剂有12种：

干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、粪链球菌（Streptococcus faecalis）、屎链球菌（Streptococcus faecium）、乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、纳豆芽孢杆菌（Bacillus natto）、嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）、乳链球菌（Streptococcus lactis）、啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、产朊假丝酵母（Candida utilis）、沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）。

三、益生菌剂的作用机理

益生菌剂能够维持肠道菌群平衡，抵抗病原微生物的侵入和定殖，增强机体的免疫功能，从而具有促进机体生长、防治疾病的作用。目前，对益生菌剂作用机理研究还很有限，大多集中在微生态平衡理论，具体有以下几方面。

（一）优势菌群学说

通常情况下，人和动物肠道内的微生物与微生物菌群之间以及微生物与其宿主之间保持着稳定的平衡关系，即处于微生态平衡中。在这个平衡体系中，具有益生作用的是厌氧或兼性厌氧菌群。其中，乳杆菌和双歧杆菌是优势菌群，具有重要的作用，它们产生有机酸、H2O2、抗菌物质等阻止病原菌的入侵和繁殖。同时，有机酸刺激肠道的蠕动，增加了机体将病原菌排出体外的能力。但在寒冷、饥饿、外出等应急条件下或长期服用抗生素时，往往导致肠道正常菌群的失调或消化功能的紊乱，使得各种病原菌易于生长繁殖，引发各种肠道疾病。如果此时摄入一定量的益生菌剂，肠道内损失的有益菌群及时得到补充，紊乱的肠道功能将由此得到调整和恢复。

（二）生物夺氧学说

该学说是针对芽孢杆菌和酵母菌制剂提出的。芽孢杆菌为好氧菌，当其芽孢进入消化道后，可迅速萌发成营养细胞并生长繁殖，因此消耗掉肠道内有限的氧气，造成局部厌氧环境。降低氧化还原电势，使病原菌因缺氧而生长受到限制；同时，厌氧环境又促进乳酸菌的生长，产生的有机酸对病原菌又具抑制作用。各菌株生长的状况决定于添加益生菌对氧气的争夺，所以称为生物夺氧机制。酵母属于兼性厌氧菌，在有氧条件下进行好氧呼吸，为宿主提供能量和营养，从而抑制致病菌的生长。

（三）菌群屏障学说

饲喂益生菌剂后动物肠道内有益菌增加，有益菌通过细胞表面的糖蛋白和磷壁酸等多糖与肠黏膜上皮细胞相互作用，密切结合，像其他厌氧菌一样共同占据肠黏膜表面，形成一种天然屏障，从营养竞争、空同位阻等方面限制致病菌的生存繁殖。同时，有益菌中和或结合毒素物质，防止毒素和有害物质被宿主吸收，从而有助于肠道内建立正常的有益微生物区系，排除或控制潜在的病原菌。

（四）微生物代谢活牲产生的有益作用

益生菌剂在肠道内的生长繁殖，产生不同的代谢产物，这些代谢产物有些对病原菌有抑制作用，也有些代谢物可以分解饲料中的大分子物质，为动物提供利于消化吸收的营养物质。其主要功能有：

1、降低肠道pH值

乳酸菌在生长过程中产生乳酸、乙酸等有机酸，使消化道内pH值降低，从而抑制病原菌生长繁殖，维持了肠道内正常菌群的平衡；并且有机酸可加强肠道的蠕动和分泌，促进饲

料的消化吸收。

2、抑制有害物质的产生

肠道内腐败菌会产生氨、生物胺、吲哚和酚等有害物质，这些物质具有潜在抑制机体生长和致癌作用，乳酸菌能够降低或抑制生成这些有害物质的酶如硝酸还原酶、偶氮还原酶等酶的活性，因而控制了有害产物的生成，保加利亚乳杆菌能中和大肠杆菌外毒素；酵母菌产生的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶、过氧化氢酶可帮助消除机体内的自由基；双歧杆菌可以通过其代谢产物抑制致病菌和腐败菌，减少肠道内毒素产物的含量，减轻肝脏的解毒负担，增强肝脏的营养代谢功能。

3、合成和分泌多种营养物质和消化酶

肠道内有益菌如乳酸菌、双歧杆菌等可在肠道内合成多种维生素及氨基酸，增加血液中钙、镁的吸收，提高机体对矿物质的利用效率，加强动物体营养代谢，促进动物生长。芽孢杆菌产生的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等水解酶类，能提高对大分子有机物质的消化利用率。许多瘤胃微生物还具有很强的利用纤维素、半纤维素、果胶、几丁质和植酸等动物本身不能直接利用的物质的能力，由此提高了饲料的利用效率。嗜酸乳杆菌、乳酸乳杆菌等在动物体内可产生过氧化氢激活动物肠道内的过氧化物酶——硫氰酸盐反应系统，使过氧化物酶与过氧化氢结合，然后将硫氰酸盐氧化成中间产物，抑制葡萄球菌等致病菌的生长繁殖。

4、产生细菌素

细菌素是一类有选择性地作用于细菌靶位点的抗菌物质。很多乳酸菌都能产生细菌素。乳酸乳球菌产生的Nisin对革兰氏阳性菌如葡萄球菌、梭状芽孢杆菌及食品腐败菌利斯特菌都有很强的抑制作用。嗜酸乳杆菌产生的嗜酸菌素能抑制大肠杆菌DNA合成。从枯草芽孢杆菌中提取的枯草菌素，能抑制酵母菌、真菌的生长。双歧杆菌还能产生Bifidin，主要由苯甲基丙氨酸和谷氨酸组成，能够抑制肠道腐败菌的生长。

（五）调节机体免疫系统

服用乳酸菌剂能够增强机体免疫力，表现在两个方面：一是影响非特异性免疫应答，增强单核吞噬细胞（单核细胞和巨噬细胞）、多核白细胞（主要是嗜中性粒细胞）和自然杀伤细胞的活力，刺激活性氧、溶酶体和单核因子的分泌；二是刺激特异性免疫应答。如增加肠黏膜表面积和血清中IgA、IgM和IgG的水平以强化体液免疫，促进T淋巴细胞、B淋巴细胞的增殖和成熟，促进细胞免疫。

四、益生元

（一）益生元的概念及其特点

近几年，随着对肠道微生态理论研究的深入，人们发现肠道正常菌群尤其是乳杆菌和双歧杆菌能够赋予宿主特殊的生理功能，而这两类细菌在机体患病时或随着年龄的增长，在肠道内的数量逐渐减少。母乳喂养的婴儿肠道疾病的发病率较人工喂养的婴儿低，其原因除了从母乳中获得抗体外，母乳中还含有的寡糖和寡肽因子能够促进双歧杆菌和乳杆菌的生长，从而建立起抵抗肠道病原菌入侵的天然屏障。于是人们意识到通过改善食物的组成可刺激内源性乳杆菌和双歧杆菌的生长和繁殖。在饲料中添加这些物质对幼龄动物的生长有促进作用。健康人体的结肠内含有大量的微生物，约达每克内容物l0l2个，而乳杆菌和双歧杆菌是结肠内菌群的主要菌株，它们生长和繁殖所需要的碳源和能源除来自于肠道的分泌物外，还有不被小肠消化利用的碳水化合物。而这种碳水化合物通常是一些难以被人体消化吸收的寡糖类物质。因此，对寡糖益生作用的研究引起了人们的重视。

为了区别益生菌剂，G. R. Gibson等（1995）把这种不被宿主消化吸收却能有选择地促进内源性双歧杆菌等有益菌的生长繁殖，从而改善宿主健康的物质称作益生元（prebiotics）。衡量益生元的标准是：①不被宿主胃肠道消化吸收；②只能被一种或有限几种肠道菌利用；

③能改善肠道菌群组成，增进宿主健康；④能诱导有利于宿主健康的肠道局部免疫或全身免