乳酸菌素在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用

黃蕾茜 黃瑞玲 屈貴蜀 潘莞冰 杜美霖 王全溪福建農(nóng)林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 福州 350002

乳酸菌素是細(xì)菌在生長過程中，通過核糖體合成機(jī)制產(chǎn)生的一類具有抑菌活性的蛋白或多肽。這種天然的抗菌素具有高效、無毒副作用、無殘留、無抗藥性等對動(dòng)物機(jī)體無害的特點(diǎn)，可代替作用相似卻副作用明顯的抗生素，因此，被廣泛運(yùn)用于蛋白質(zhì)工程、食品添加劑、抑制病原菌等方面。乳酸菌素的抑菌作用對動(dòng)物生產(chǎn)性能、免疫機(jī)制的影響及應(yīng)用在動(dòng)物飼料添加劑、疾病防御等重要領(lǐng)域也具有極高的價(jià)值[1]。如在飼料生產(chǎn)和乳制品加工中添加乳酸菌素，能更好地維持動(dòng)物健康，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能，維持胃腸內(nèi)酸堿平衡，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，增強(qiáng)動(dòng)物的新陳代謝[2]。

1 乳酸菌素應(yīng)用發(fā)展概況

1952年，Mcclintock團(tuán)隊(duì)在干酪制作過程中首次加入羊毛硫乳酸菌素Nisin作乳發(fā)酵劑，減少30%的產(chǎn)品加工損失。隔年，史上第一種Nisin商業(yè)化產(chǎn)品在英國面世，但迄今為止唯一成功商業(yè)化的乳酸菌素只有Nisin。1969年，英國食品防腐劑委員會(huì)（FAO）和世界衛(wèi)生組織聯(lián)合會(huì)食品添加劑專家委員會(huì)（WHO）批準(zhǔn)Nisin作為食品防腐劑，這也是第一個(gè)被批準(zhǔn)用于食品中的乳酸菌細(xì)菌素[3]。

隨著市場需求逐漸攀升，乳酸菌素作為近幾十年新興產(chǎn)品，其商業(yè)化發(fā)展在我國也獲得了越來越多的關(guān)注。1990年，我國衛(wèi)生部食品監(jiān)督部門簽發(fā)了Nisin在國內(nèi)使用的合格證明書，聲明Nisin可用于罐頭食品、植物蛋白食品、乳制品和肉制品中。之后，我國農(nóng)業(yè)部于1996年公布了乳酸桿菌、糞腸球菌、雙歧桿菌、酵母菌、DM423臘樣芽孢桿菌、SA38臘樣芽孢桿菌等6種乳酸菌產(chǎn)生的乳酸菌素可用于動(dòng)物微生態(tài)調(diào)節(jié)劑。

2 乳酸菌素在動(dòng)物飼喂中的應(yīng)用

2.1 促進(jìn)營養(yǎng)分解，提高飼料轉(zhuǎn)化率 飼料轉(zhuǎn)化率低，排除人工因素及天氣原因，大都是與畜禽采食量不高有關(guān)。在飼料中添加乳酸菌素，食品風(fēng)味不僅被改善，原料中的大多數(shù)異味也能被去除。因?yàn)槿樗峋乜梢詫暳洗x所產(chǎn)生的抗?fàn)I養(yǎng)因子降解，如蛋白質(zhì)等會(huì)被乳酸菌素降解成肽段及游離氨基酸類物質(zhì)；乳酸菌素還可以使飼料中的大分子物質(zhì)乳糖分解，變?yōu)樾》肿拥钠咸烟呛桶肴樘牵@些小分子化合物在胃腸道內(nèi)更容易被動(dòng)物機(jī)體吸收[4]。

有研究報(bào)道，乳酸菌素能促進(jìn)反芻動(dòng)物瘤胃微生物的增殖，增加微生物分泌的酶濃度，促進(jìn)、提高瘤胃內(nèi)日糧的降解率，小腸中排空食物的速度加快，進(jìn)而提高動(dòng)物的采食量[5]。王全溪等進(jìn)行了肉雞飼喂乳酸菌素試驗(yàn)，飼料中添加100 mg/kg乳酸菌素能使肉雞增重明顯，成功降低料重比[6]。

2.2 發(fā)揮抑菌作用，維護(hù)腸道健康 動(dòng)物的健康狀況與腸道微生物息息相關(guān)[7-8]。乳酸菌素屬于多肽類蛋白，研究表明，這種天然的抗菌物質(zhì)進(jìn)入動(dòng)物機(jī)體的消化道內(nèi)，不易被生物體小腸中的胰蛋白酶破壞，并且可以在腸道內(nèi)大量增殖并持續(xù)存活。動(dòng)物的消化道內(nèi)約有108個(gè)細(xì)菌，幼齡動(dòng)物因防御機(jī)制未發(fā)育成熟，隨著日齡增加，其體內(nèi)的有害菌呈上升趨勢，硫化氫、硫醇、酚類和胺類等有毒有害物質(zhì)也會(huì)隨之增多，影響動(dòng)物的健康及生長性能[9]。

一般來說，當(dāng)畜禽出現(xiàn)腹瀉、痢疾等病癥時(shí)，說明體內(nèi)菌群發(fā)生變化，失去平衡所導(dǎo)致的消化排泄機(jī)能紊亂，此時(shí)應(yīng)在飼料中補(bǔ)充相應(yīng)的乳酸菌素，使腸道中的平衡恢復(fù)。樊倩在乳酸菌素plnK對肉雞腸道菌群的影響試驗(yàn)中證明，肉雞飼喂乳酸菌素7 d，能顯著提升肉雞腸道中鏈球菌屬、瘤胃球菌屬等有益菌的豐度；飼喂14 d后，肉雞十二指腸的免疫因子 MID5、TLR3、IFITM3 基因表達(dá)量提升[10]。

3 乳酸菌素在動(dòng)物疾病防治中的應(yīng)用

3.1 預(yù)防 在動(dòng)物疾病預(yù)防方面，乳酸菌素的主要作用是通過維持平衡腸道黏膜中電解質(zhì)及水分的組成，穩(wěn)定腸道的微生物區(qū)系，進(jìn)而改善腸道的微環(huán)境[11]。

詹生威在兔離體回腸試驗(yàn)中總結(jié)，乳酸菌素能直接作用于兔腸道平滑肌，對腸管的活動(dòng)有一定的抑制作用，對動(dòng)物下痢有一定的預(yù)防、抑制作用[12]。周凌博等通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在肉雞飼料中添加乳酸菌固態(tài)制劑可以提高三黃肉雞血清中免疫球蛋白含量及新城疫抗體水平，可能是得益于乳酸菌所產(chǎn)生的有益于維護(hù)腸道微生物平衡的乳酸菌素，從而提高機(jī)體的免疫機(jī)能[13]。

3.2 治療 消化道內(nèi)的菌群失調(diào)、紊亂，極易引起急性腸炎等疾病的發(fā)生。菌群失調(diào)而引起的腸炎多發(fā)于老齡體弱、患有慢性消耗性疾病的動(dòng)物身上，而這些動(dòng)物的病史中普遍存在用廣譜抗生素或糖皮質(zhì)激素抗炎、對抗慢性疾病的經(jīng)歷。

治療過程可以加入主要成分是乳酸菌素的灌服痢康靈，以及在動(dòng)物飲用水中內(nèi)加入一定量的乳酸菌素或能產(chǎn)生乳酸菌素的益生菌，都會(huì)有一定程度的緩解與改善作用[14]。一些研究表明，是因?yàn)楫?dāng)乳酸菌進(jìn)入并粘附于宿主的某段腸道黏膜細(xì)胞表面，形成穩(wěn)定的優(yōu)勢菌群，能抵御一些病原菌對胃腸的傷害，這是乳酸菌素發(fā)揮作用的實(shí)際關(guān)鍵之一[15-16]。

4 乳酸菌素在動(dòng)物加工品中的應(yīng)用

動(dòng)物源性食品營養(yǎng)含量高、水分大、pH值中性，易腐爛，需要妥善保存以保證質(zhì)量和安全。若產(chǎn)品保鮮失敗，易導(dǎo)致人類疾病和疾病暴發(fā)，造成嚴(yán)重且代價(jià)高昂的公共衛(wèi)生問題。因此，為了保證食品的質(zhì)量和安全，食品行業(yè)采取了各種措施。目前來看，食品的生物保鮮技術(shù)主要依賴于乳酸菌及其產(chǎn)生的菌素、噬菌體和噬菌體編碼酶等生物抗菌體系的質(zhì)量。

在牛乳及其產(chǎn)品加工和罐頭食品的生產(chǎn)中，乳酸菌素在減少微生物腐敗和食品長期儲存中的應(yīng)用及其潛力已得到認(rèn)可[7]。因?yàn)樵谶@些食品加工中，通常采用巴氏消毒法進(jìn)行消毒，該法殺菌溫度在68～70℃，雖能殺死絕大部分細(xì)菌，但部分殘留的嗜熱菌及耐熱性菌以及芽孢依然保持活性，在適宜的條件下它們?nèi)詴?huì)繁殖而出現(xiàn)變質(zhì)現(xiàn)象，致使乳制品無法長期保存。而Nisin對芽孢有很強(qiáng)的殺滅能力，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，加入30～50 IU/mL乳酸菌素可以使鮮乳貨架期延長一倍。乳酸鏈球菌素已成功地用于干酪、巴氏滅菌干酪、巴氏滅菌乳、罐藏濃縮牛乳、高溫滅菌乳、高溫處理風(fēng)味乳、酸乳等。

5 乳酸菌素在動(dòng)物生產(chǎn)應(yīng)用中的不足

我國從1994年開始商業(yè)化生產(chǎn)乳酸菌素，但由于野生乳酸菌分泌的乳酸菌素產(chǎn)量低、分離純化困難，生產(chǎn)成本高，是限制集約使用的重要因素。乳酸菌素未能廣泛使用，還有一大原因在于乳酸菌素對環(huán)境有嚴(yán)格要求，對溫度、pH值、壓力等變化十分敏感，使其在飼料制劑、食品加工過程中的高溫高壓條件下，一些耐熱性差的乳酸菌素在制粒時(shí)幾乎全部失活，嚴(yán)重影響乳酸菌素的作用效果。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、提升，2018年 O..zel B及其團(tuán)隊(duì)通過對乳酸乳球菌細(xì)胞進(jìn)行基因改造，消除了影響Nisin生物合成的不利因素，并通過增加發(fā)酵培養(yǎng)基中產(chǎn)生菌株的細(xì)胞密度，Nisin的產(chǎn)量已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了15 400 IU/mL的生產(chǎn)水平[17]。

所以，未來研究乳酸菌素制品的方向可以放在：（1）利用分子技術(shù)改造原始的乳酸菌，提升其生產(chǎn)性能[18]；（2）運(yùn)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)構(gòu)建新型的乳酸菌素，優(yōu)化乳酸菌素的特性，以便更好地應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn)中[18]；（3）通過基因工程技術(shù)合成新型重組乳酸菌素，提高乳酸菌素產(chǎn)量，擴(kuò)大其應(yīng)用范疇等[19]。

6 展 望

目前，乳酸菌素在畜禽養(yǎng)殖業(yè)上應(yīng)用已有顯著成效。乳酸菌對動(dòng)物腸胃的作用，能在畜禽生產(chǎn)中可作為飼料添加劑替代抗生素的功能，對禽類、豬、反芻動(dòng)物等的消化機(jī)能都有顯著幫助，也可作為預(yù)防營養(yǎng)飼料添加在動(dòng)物飼料上。相較于其他國家，我國對乳酸菌素的研究還處于起步或上升期，需要更多深入的研究實(shí)踐，相信不久之后乳酸菌素在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用將會(huì)取得突破性的進(jìn)展。