釀酒酵母培養(yǎng)物對(duì)瘤胃內(nèi)環(huán)境和免疫功能的影響及其在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用

張書(shū)閱，熊本海，劉 明，蔣林樹(shù)＊

1 北京農(nóng)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京102206

2 奶牛營(yíng)養(yǎng)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102206

3 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京100193

4 北京中農(nóng)弘科生物技術(shù)有限公司，北京102206

0 引言

釀酒酵母培養(yǎng)物（Saccharomyces Cerevisiaeculture）是一種應(yīng)用廣泛的功能性微生態(tài)制劑，由釀酒酵母菌經(jīng)特定工藝條件和培養(yǎng)基發(fā)酵代謝產(chǎn)生，富含大量生物活性物質(zhì)。釀酒酵母培養(yǎng)物主要由細(xì)胞外代謝產(chǎn)物、變性培養(yǎng)基和少量無(wú)活性的酵母細(xì)胞組成，包括營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)、酶類、芳香物質(zhì)以及一些促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)的未知因子[1]。釀酒酵母培養(yǎng)物在反芻動(dòng)物中發(fā)揮的作用機(jī)制主要有改善瘤胃微生物區(qū)系、促進(jìn)瘤胃發(fā)酵和增強(qiáng)機(jī)體免疫功能等。在當(dāng)前飼料“禁抗”和養(yǎng)殖“減抗”背景下，釀酒酵母培養(yǎng)物因其顯著的促瘤胃發(fā)酵和改善微生物區(qū)系等效果，日益受到養(yǎng)殖場(chǎng)（戶）的青睞。合理使用釀酒酵母培養(yǎng)物，并將其作為飼用抗生素替代品，對(duì)反芻動(dòng)物的提質(zhì)增效和綠色健康養(yǎng)殖具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 釀酒酵母培養(yǎng)物的主要活性成分

釀酒酵母菌是人們最早了解和使用的益生菌之一。釀酒酵母培養(yǎng)物是以釀酒酵母菌為主要菌種，采用液-固發(fā)酵模式，通過(guò)有氧液態(tài)發(fā)酵和厭氧固態(tài)發(fā)酵相結(jié)合的發(fā)酵工藝生產(chǎn)而成[2]。首先，通過(guò)液態(tài)發(fā)酵工藝讓釀酒酵母菌擴(kuò)繁達(dá)到最大生物量，然后通過(guò)固態(tài)厭氧發(fā)酵工藝使酵母菌產(chǎn)生大量的活性代謝產(chǎn)物，最后經(jīng)高溫滅活和干燥制得釀酒酵母培養(yǎng)物。2014年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部將釀酒酵母培養(yǎng)物從《飼料添加劑品種目錄》轉(zhuǎn)入到《中國(guó)飼料原料目錄》。

酵母培養(yǎng)物最早在國(guó)外被用作反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)飼料的補(bǔ)充[3]，如今已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)中。釀酒酵母培養(yǎng)物含有小肽、有機(jī)酸和甘露聚糖等多種活性物質(zhì)[4]，能夠刺激瘤胃微生物生長(zhǎng)繁殖，并提高反芻動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。與酵母菌、乳酸菌等益生菌在動(dòng)物腸道或瘤胃內(nèi)定植發(fā)揮作用的方式不同，釀酒酵母培養(yǎng)物是通過(guò)多種代謝活性物質(zhì)的協(xié)同互作來(lái)發(fā)揮效果。不同廠家生產(chǎn)的釀酒酵母培養(yǎng)物營(yíng)養(yǎng)成分及活性物質(zhì)含量不同，其在生產(chǎn)中的作用效果也存在較大差異[5～8]。

1.1 小肽

釀酒酵母培養(yǎng)物的蛋白質(zhì)含量為17.00%～20.00%，其中小肽含量為7.20%～9.90%[3]。小肽具有重要的營(yíng)養(yǎng)和生理活性，分子量一般為180～1000 Da，其有動(dòng)物機(jī)體所必需的8 種氨基酸且比例適宜，是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來(lái)源之一。麥角固醇、谷胱甘肽等小肽還具有多種潛在益生功效[3]。另有研究表明，酵母來(lái)源的小肽表現(xiàn)出較好的還原性和清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基的能力[9]。與氨基酸和蛋白質(zhì)等大分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)相比，小肽分子質(zhì)量小，易溶于水，更容易被機(jī)體消化吸收。研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母培養(yǎng)物中的小肽能夠被動(dòng)物直接吸收，參與機(jī)體生理活動(dòng)和代謝調(diào)控，從而促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，改善動(dòng)物健康狀態(tài)，并提高畜產(chǎn)品品質(zhì)[10]。

1.2 有機(jī)酸

釀酒酵母菌在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種有機(jī)酸，且隨發(fā)酵時(shí)間推移，有機(jī)酸含量呈現(xiàn)出先升高后平穩(wěn)的趨勢(shì)[10，11]。有研究證實(shí)，乙酸、丁酸和丙酸等有機(jī)酸對(duì)反芻動(dòng)物具有良好的瘤胃調(diào)控作用[12，13]。不同釀酒酵母培養(yǎng)物產(chǎn)品的有機(jī)酸種類和含量各不相同，孫喆[8]通過(guò)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS）全掃描分析方法，發(fā)現(xiàn)所有釀酒酵母培養(yǎng)物中均含有乙酸和丙酸。Li等[14]發(fā)現(xiàn)給發(fā)生亞急性瘤胃酸中毒（Subacute Ruminal Acidosis,SARA）的奶牛補(bǔ)飼釀酒酵母培養(yǎng)物后，其SARA癥狀可緩解，且促進(jìn)乳脂肪產(chǎn)生。其原因是釀酒酵母培養(yǎng)物中有機(jī)酸等活性成分促進(jìn)了纖維分解菌和乳酸利用菌的生長(zhǎng)，降低乳酸生成。同時(shí)，釀酒酵母培養(yǎng)物還能夠減緩乙酸下降，進(jìn)而促進(jìn)乳脂合成。

1.3 生物活性多糖

生物活性多糖是由7 個(gè)以上同種或多種單糖通過(guò)糖苷鍵聚合而成的天然大分子聚合物。釀酒酵母培養(yǎng)物中的生物活性多糖主要來(lái)源于酵母細(xì)胞壁，酵母細(xì)胞壁占釀酒酵母細(xì)胞干重的20.00%～30.00%。酵母細(xì)胞壁多糖主要由β-葡聚糖和甘露聚糖組成，β-葡聚糖占29.00%～64.00%，甘露聚糖占31.00%[15，16]。β-葡聚糖和甘露聚糖等生物活性多糖具有重要的免疫調(diào)節(jié)功能[17]。孫喆[8]通過(guò)代謝組學(xué)和動(dòng)物飼養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母培養(yǎng)物能夠抑制有害菌生長(zhǎng)，這可能與酵母細(xì)胞壁活性多糖有關(guān)。另外，Khan等[18]研究證實(shí)，酵母細(xì)胞壁活性多糖中β-葡聚糖具有抗氧化和抑菌活性。

2 釀酒酵母培養(yǎng)物在反芻動(dòng)物中發(fā)揮作用的機(jī)制

釀酒酵母培養(yǎng)物在反芻動(dòng)物中發(fā)揮作用的機(jī)制主要有改善瘤胃微生物區(qū)系、促進(jìn)瘤胃發(fā)酵和增強(qiáng)機(jī)體免疫功能等。其中最重要的是改善瘤胃微生物區(qū)系。

2.1 改善瘤胃微生物區(qū)系

反芻動(dòng)物瘤胃由原蟲(chóng)、細(xì)菌、古細(xì)菌及真菌等多種微生物組成并相互作用，有助于維持瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和保障機(jī)體健康[19]。釀酒酵母培養(yǎng)物含有大量的活性物質(zhì)和未知生長(zhǎng)因子，能夠改善瘤胃微生物區(qū)系的菌群種類和數(shù)量，促進(jìn)瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)平衡。釀酒酵母培養(yǎng)物中的甘露聚糖、有機(jī)酸等營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)，能為瘤胃內(nèi)雙歧桿菌生長(zhǎng)提供特殊的發(fā)酵底物。選擇性刺激瘤胃內(nèi)特定微生物的生長(zhǎng)可提高瘤胃中總細(xì)菌數(shù)量，特別是提高纖維分解菌和乳酸利用菌數(shù)量，瘤胃內(nèi)纖維分解菌數(shù)量的增加有助于粗纖維和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用[20，21]。Mitchell等[22]用苜蓿干草、青貯玉米和禾本干草飼喂7～16 周斷奶犢牛，在添加釀酒酵母培養(yǎng)物進(jìn)行補(bǔ)飼時(shí)發(fā)現(xiàn)，犢牛瘤胃微生物的組成均得到顯著改善。Liu等[23]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母培養(yǎng)物通過(guò)影響微生物門(mén)、屬水平相對(duì)豐度改變瘤胃微生物區(qū)系組成。此外，Welty等[24]指出，奶牛飼喂2.00%～2.50%釀酒酵母培養(yǎng)物，能夠有效減少瘤胃內(nèi)產(chǎn)甲烷菌數(shù)量。

2.2 促進(jìn)瘤胃發(fā)酵

氨態(tài)氮、揮發(fā)性脂肪酸濃度和瘤胃pH值是判斷反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵情況的重要指標(biāo)。釀酒酵母培養(yǎng)物可促進(jìn)瘤胃發(fā)酵：一方面，釀酒酵母培養(yǎng)物能夠促進(jìn)耗氧菌在瘤胃內(nèi)繁殖并消耗大量氧氣，提供厭氧環(huán)境，有利于瘤胃發(fā)酵；另一方面，釀酒酵母培養(yǎng)物中維生素、小肽和有機(jī)酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠刺激瘤胃細(xì)菌的生長(zhǎng)，加快NH3-N的吸收利用，合成菌體蛋白[25]。日糧精粗比會(huì)影響反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)pH值，精料比重過(guò)大，淀粉類物質(zhì)在瘤胃內(nèi)消化過(guò)程中可產(chǎn)生大量有機(jī)酸積累，導(dǎo)致瘤胃內(nèi)pH值迅速下降，抑制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收，造成瘤胃酸中毒。釀酒酵母培養(yǎng)物能夠促進(jìn)乳酸利用菌的生長(zhǎng)，提高乳酸的利用能力，進(jìn)而穩(wěn)定瘤胃pH值[26]。

2.3 增強(qiáng)免疫功能和提高動(dòng)物健康水平

釀酒酵母培養(yǎng)物含有甘露聚糖等生物活性多糖，能夠刺激奶牛免疫系統(tǒng)的發(fā)育，并有助于吸附體內(nèi)有害菌和毒素，提高奶牛抗病能力。祝鐵鋼等[27]在奶牛日糧中添加釀酒酵母培養(yǎng)物，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組奶牛血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性極顯著降低，血清免疫球蛋白G含量極顯著升高，超氧化物歧化酶活性增強(qiáng)，認(rèn)為日糧中添加釀酒酵母培養(yǎng)物可提高奶牛機(jī)體的免疫力和抗氧化能力。另外，Alugongo等[28]研究發(fā)現(xiàn)，給犢牛飼喂釀酒酵母培養(yǎng)物能夠顯著減少腹瀉和發(fā)熱等疾病的發(fā)生，提高生長(zhǎng)性能。Mahmoud等[29]在5.0月齡公羔羊的日糧中添加釀酒酵母培養(yǎng)物和酵母菌的研究中發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母培養(yǎng)物可顯著提高血清球蛋白、免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）含量，且釀酒酵母培養(yǎng)物提高羔羊機(jī)體免疫力和抗氧化的效果顯著高于酵母菌。

3 釀酒酵母培養(yǎng)物在反芻動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用

大量研究證實(shí)，日糧添加釀酒酵母培養(yǎng)物能夠顯著改善反芻動(dòng)物的瘤胃功能并提高其生產(chǎn)性能，包括增強(qiáng)其營(yíng)養(yǎng)吸收、免疫功能和抗應(yīng)激的能力，以及提高飼料轉(zhuǎn)化效率和肉、奶品質(zhì)等。目前，釀酒酵母培養(yǎng)物已在奶牛、肉牛和肉羊等反芻動(dòng)物生產(chǎn)上普遍使用[21，30～33]。

3.1 釀酒酵母培養(yǎng)物在奶牛生產(chǎn)上的應(yīng)用

釀酒酵母培養(yǎng)物可改善奶牛的飼料消化率、產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)。謝景龍等[34]給泌乳期荷斯坦牛飼喂釀酒酵母培養(yǎng)物，添加量為150 g/頭·天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組均不同程度降低糞篩上層比例，提高了飼料消化率，產(chǎn)奶量平均提高3.30%以上。有學(xué)者認(rèn)為日糧品質(zhì)，尤其是粗纖維品質(zhì)和精粗比與釀酒酵母培養(yǎng)物的添加直接相關(guān)，飼喂釀酒酵母培養(yǎng)物能夠降低干物質(zhì)采食量，提高飼料消化率[35]。Dias等[25]發(fā)現(xiàn)，奶牛高淀粉日糧配合釀酒酵母培養(yǎng)物使用，可提高纖維、淀粉消化率，并可降低SARA的風(fēng)險(xiǎn)。張忠[36]在高泌乳中期荷斯坦牛飼喂釀酒酵母培養(yǎng)物的研究中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，按照20 g/頭·天和30 g/頭·天添加釀酒酵母培養(yǎng)物分別使產(chǎn)奶量顯著提高7.59%和9.69%，乳脂率提高5.28%和6.45%，乳蛋白率提高4.78%和6.07%。這一結(jié)果與Ye等[37]提出的釀酒酵母培養(yǎng)物可增加乳脂率，改善乳品質(zhì)的研究結(jié)論一致。

釀酒酵母培養(yǎng)物可顯著提高奶牛抗應(yīng)激能力。分娩階段的代謝紊亂是奶牛免疫力不穩(wěn)定、抗應(yīng)激能力降低的主要原因[38]。Yuan等[39]發(fā)現(xiàn)在奶牛分娩前后補(bǔ)飼釀酒酵母培養(yǎng)物可增強(qiáng)其體液和黏膜免疫，有效改善母牛子宮和乳腺健康。Shi等[40]發(fā)現(xiàn)，在圍產(chǎn)期添加釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)物可減少奶牛炎癥的發(fā)生。還有研究表明，在平均溫濕指數(shù)67.6的條件下，給哺乳期奶牛補(bǔ)飼釀酒酵母培養(yǎng)物可減少體熱損失，提高泌乳后期奶牛的血漿煙酸濃度和飼料利用率，維持產(chǎn)奶量[41]。但其他研究報(bào)道，在體況、生產(chǎn)穩(wěn)定條件下，添加釀酒酵母培養(yǎng)物對(duì)牛奶體細(xì)胞數(shù)量影響不顯著[42，43]。因此，部分研究者認(rèn)為，釀酒酵母培養(yǎng)物緩解熱應(yīng)激的效果，可能與熱休克蛋白基因表達(dá)減少和過(guò)氧化酶谷胱甘肽活性增加有關(guān)。

3.2 釀酒酵母培養(yǎng)物在肉牛生產(chǎn)上的應(yīng)用

釀酒酵母培養(yǎng)物對(duì)犢牛生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)免疫功能和瘤胃微生物定植有顯著促進(jìn)作用。在肉牛生產(chǎn)上，0.0～6.0月齡是犢牛生長(zhǎng)速度最快的時(shí)期，也是瘤胃微生物菌群定植和免疫系統(tǒng)發(fā)育的重要時(shí)期，犢牛階段的飼養(yǎng)管理水平直接關(guān)系到肉牛養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益。2.5月齡以上的犢牛添加釀酒酵母培養(yǎng)物，可改善犢牛免疫力，提高飼料消化率，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，提高日增重和生長(zhǎng)速度[44，45]。2.5月齡犢牛飼喂釀酒酵母培養(yǎng)物30 g/頭·天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，犢牛腹瀉率和死亡率均顯著低于對(duì)照組，且腹瀉后補(bǔ)飼釀酒酵母培養(yǎng)物有增強(qiáng)療效的作用[46]。金亞?wèn)|[47]研究發(fā)現(xiàn)，新生荷斯坦小公牛補(bǔ)飼釀酒酵母培養(yǎng)物，可顯著降低糞便沙門(mén)氏菌數(shù)量和提高雙歧桿菌數(shù)量。

肉牛育肥期高精日糧條件下，釀酒酵母培養(yǎng)物能夠顯著降低瘤胃酸中毒風(fēng)險(xiǎn)，改善牛肉品質(zhì)。Wagner等[48]和黃文明等[49]的研究顯示，育肥期肉牛日糧添加釀酒酵母培養(yǎng)物，有利于提高飼料消化率和日增重。Shen等[50]在高精日糧飼喂育肥牛研究中，用釀酒酵母培養(yǎng)物替代莫能菌素，瘤胃pH值低于5.6的持續(xù)時(shí)間與對(duì)照組相比縮短了6 h，從而降低瘤胃酸中毒風(fēng)險(xiǎn)。耿春銀等[51]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母培養(yǎng)物對(duì)肉牛的背最長(zhǎng)肌大理石紋形成具有幫助作用，并顯著改善牛肉品質(zhì)。

3.3 釀酒酵母培養(yǎng)物在肉羊生產(chǎn)上的應(yīng)用

釀酒酵母培養(yǎng)物可穩(wěn)定肉羊瘤胃內(nèi)環(huán)境，提高飼料消化率和生長(zhǎng)育肥性能。24.0月齡綿羊分別飼喂釀酒酵母培養(yǎng)物和莫能菌素治療急性瘤胃酸中毒（Acute Ruminal Lactic Acidosis，ARLA）的研究中，Reis等[52]發(fā)現(xiàn)釀酒酵母培養(yǎng)物可通過(guò)減少乳酸提高pH值，達(dá)到治療效果；與莫能菌素的暫時(shí)緩解效果相比，釀酒酵母培養(yǎng)物更適用于肉羊ARLA的防治。甄玉國(guó)等[53]和趙國(guó)宏等[54]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母培養(yǎng)物能改善羊瘤胃微生物菌群，增加擬桿菌門(mén)和纖維素菌門(mén)豐度，增加梭菌等有益菌數(shù)量，顯著提高干物質(zhì)、蛋白和纖維的消化率。Malekkhahi等[55]研究發(fā)現(xiàn)，在高精料日糧條件下，添加不同釀酒酵母培養(yǎng)物對(duì)育肥羊的干物質(zhì)采食量、日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率沒(méi)有顯著影響，但可以提高粗蛋白質(zhì)和中性洗滌纖維的消化率。Yang等[56]對(duì)85日齡羔羊的研究發(fā)現(xiàn)，在不同非結(jié)構(gòu)碳水化合物和脂肪比例的日糧中，分別添加2.3 g/kg和0.8 g/kg（以干物質(zhì)為基礎(chǔ)）的釀酒酵母培養(yǎng)物，可提高飼料消化率和羔羊生長(zhǎng)性能，改善其胴體品質(zhì)。

4 釀酒酵母培養(yǎng)物的應(yīng)用展望

復(fù)合功能型釀酒酵母培養(yǎng)物是未來(lái)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的重要方向。目前，釀酒酵母培養(yǎng)物主要用于預(yù)防性降低疾病風(fēng)險(xiǎn)，還達(dá)不到治療疾病的效果[57]。有研究表明，酵母菌與芽孢桿菌配伍生產(chǎn)釀酒酵母培養(yǎng)物，能產(chǎn)生更多的營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)[10，43]。釀酒酵母菌屬于兼性厭氧菌，而芽孢桿菌屬于耗氧菌，芽孢桿菌在生長(zhǎng)初期能夠快速消耗氧氣，為酵母菌提供一個(gè)無(wú)氧環(huán)境，減少酵母菌的有氧代謝消耗，使酵母菌充分進(jìn)行無(wú)氧發(fā)酵，產(chǎn)生更多營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)。酵母菌與芽孢桿菌配伍發(fā)酵生產(chǎn)的復(fù)合功能型釀酒酵母培養(yǎng)物，可顯著提高反芻動(dòng)物消化率[58]。

釀酒酵母培養(yǎng)物能夠穩(wěn)定瘤胃內(nèi)環(huán)境、改善腸道菌群結(jié)構(gòu)、提高腸道屏障和免疫功能，從而增強(qiáng)反芻動(dòng)物的抗病能力。但是，長(zhǎng)期飼喂釀酒酵母培養(yǎng)物是否能夠發(fā)揮更好的疾病預(yù)防效果，目前尚不清楚。此外，不同廠家、不同配伍的釀酒酵母培養(yǎng)物作用效果對(duì)比，以及針對(duì)活性物質(zhì)成分差異分析的研究也較少，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步深入研究，為實(shí)現(xiàn)反芻動(dòng)物健康養(yǎng)殖和畜產(chǎn)品品質(zhì)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)理論依據(jù)。