釀酒酵母對斷奶仔豬腸道功能與健康及生長性能影響的研究進展

■賀 峰 孫 會 金雪瑩 孫克誠 耿婷婷 趙 磊

(吉林農(nóng)業(yè)大學，吉林 省動物營養(yǎng)與飼料科學重點實驗室，吉林 長春 130118)

隨著畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，仔豬的早期斷奶技術也逐漸成熟，早期斷奶不僅能夠減少母豬哺乳天數(shù)，增加年產(chǎn)胎次，同時也能降低母源性疾病向仔豬垂直傳播的概率，減少仔豬感染傳染性疾病和寄生蟲的概率[1]。但剛斷奶的仔豬由于免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育完全，同時受到心理、身體和營養(yǎng)方面的壓力[2-3]，這些壓力會造成免疫反應產(chǎn)生積累效應，導致采食量下降、生長速度降低、腸道完整性受損及消化吸收能力下降，它還會導致腸道微生物群的分類和功能特性發(fā)生變化，從而對動物的健康和性能產(chǎn)生不利影響[4]。酵母菌是一種已知能夠保護腸道健康的益生菌，而釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）是酵母菌中最為突出的酵母。釀酒酵母又稱面包酵母或出芽酵母，其細胞為球形或者卵形，直徑5～10 μm，繁殖方式為出芽生殖。釀酒酵母富含易消化的蛋白質(zhì)、維生素（維生素B6、硫胺素、生物素、核黃素、煙酸和泛酸）、鎂和鋅，它是一種安全的與人類關系最為密切的酵母[5]。大量研究證明，釀酒酵母能夠改善斷奶仔豬腸道的發(fā)育及消化功能，調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系的穩(wěn)態(tài)平衡，提高斷奶仔豬免疫功能，提高仔豬的生長性能以及抗菌作用。本文僅對上述方面內(nèi)容進行闡述，以期為釀酒酵母在仔豬生產(chǎn)上更好地應用提供參考。

1 釀酒酵母對腸道發(fā)育及消化的影響

1.1 對腸道發(fā)育的影響

斷奶是豬飼養(yǎng)過程中非常重要的階段，在目前集約化養(yǎng)殖過程中，仔豬的斷奶時間一般在21～28 日齡，但這不是一個自然斷奶的時間，所以會造成仔豬斷奶應激[6]。同時仔豬的飲食從易消化的液態(tài)奶轉(zhuǎn)換到不易消化且更復雜的固體飼料會使胃腸道的生理功能產(chǎn)生應激，導致短暫的厭食和腸道炎癥[7-8]。釀酒酵母已被證明在降低斷奶應激和改善仔豬生長性能方面具有較好的作用，釀酒酵母可以在生命的早期階段通過調(diào)節(jié)腸道內(nèi)微生物組成及免疫能力，從而減輕斷奶相關應激及其導致的代謝紊亂的負面影響[9]。

斷奶會導致絨毛萎縮，這是由于細胞凋亡數(shù)量的增加和隱窩內(nèi)腸細胞替換減少造成的后果。絨毛高度和隱窩深度是腸細胞成熟和功能能力的間接指標，較長的絨毛能夠增加小腸的吸收面積[10]。Jiang 等[11]在基礎日糧中添加3.00 g/kg釀酒酵母飼喂斷奶仔豬，第7 d時觀察到試驗組的斷奶仔豬十二指腸和空腸的絨毛高度和絨毛與隱窩比率顯著增加（P＜0.05）。Trevisi 等[12]在飼糧中添加5×1010CFU/kg 的釀酒酵母飼喂斷奶仔豬，結果表明釀酒酵母不僅增加斷奶仔豬腸道絨毛高度和隱窩中細胞的有絲分裂，而且減少了細胞凋亡數(shù)量。這能讓仔豬腸道得到更加充分的發(fā)育，保持了腸道生理功能的完整性。因此釀酒酵母可以通過促進腸道絨毛生長、降低隱窩深度、延緩細胞凋亡來減輕斷奶應激，保護腸道健康發(fā)育。

1.2 對腸道消化的影響

堿性磷酸酶（ALP）是關聯(lián)腸道基本消化吸收功能的標志性酶，ALP不僅可以加速物質(zhì)的攝取和轉(zhuǎn)運，還可以為二磷酸腺苷（ADP）磷酸化生成三磷酸腺苷（ATP）提供更多所需無機磷酸。同時ALP能夠清除腸道有害微生物產(chǎn)生的脂多糖等內(nèi)毒素，保護腸道健康，但研究發(fā)現(xiàn)斷奶后仔豬體內(nèi)的ALP的最大酶活會降低22%[13]。ALP酶活的降低會影響小腸的消化、吸收和分泌能力，并最終影響腸道屏障功能，可能會導致仔豬腹瀉[14]。王斌星等[15]在基礎飼糧中添加300 mL/kg 釀酒酵母發(fā)酵液明顯提高斷奶仔豬小腸各段黏膜腸道ALP的mRNA表達水平，增加小腸ALP活性。此外，腸道消化酶轉(zhuǎn)錄水平的提高會使相應消化酶蛋白表達量提高，從而提高腸道對營養(yǎng)物質(zhì)消化代謝能力。王蜀金等[16]在飼糧中添加重組釀酒酵母INVSc1 能夠顯著提高斷奶仔豬小腸各段（十二指腸、空腸及回腸）中肌酸激酶（CK）、ALP、乳酸脫氫酶（LD）的mRNA 轉(zhuǎn)錄水平（P＜0.05），極顯著提高CK、LD的酶活（P＜0.01）。這些結果表明，釀酒酵母可以通過增加ALP、CK、LD的活性來改善斷奶仔豬小腸的消化功能，但有關于釀酒酵母對于腸道內(nèi)蛋白酶、淀粉酶與纖維素酶等方面的研究仍不明確，有待于進一步的研究。同時楊東吉等[17]研究指出，在日糧中添加釀酒酵母培養(yǎng)物可以顯著提高粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和磷的表觀消化率（P＜0.05）。這可能是由于釀酒酵母富含豐富的β-葡萄糖，β-葡萄糖的增多能夠增加食糜在小腸中的停留時間，進而提高營養(yǎng)素的消化率。Liu等[18]在仔豬日糧中添加釀酒酵母提取物，發(fā)現(xiàn)血液中的氨基酸含量顯著上升（P＜0.05），上升的氨基酸中亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸皆參與肌肉組織的形成和修復，同時具有保護肌肉和調(diào)節(jié)血糖水平的功能，精氨酸會參與蛋白質(zhì)、多胺、肌酸等物質(zhì)的合成。這表明釀酒酵母可以通過提高氨基酸含量參與多種代謝途徑，進而提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率。

2 釀酒酵母對腸道微生物的影響

斷奶是最易導致仔豬產(chǎn)生應激的因素之一，它會破壞腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)，損害仔豬的生長性能和健康[19]。然而，斷奶對宿主來說不僅是嚴峻的挑戰(zhàn)，也是重塑腸道微生物的重要機會[20]。完善的腸道菌群有助于維持腸道上皮屏障的完整性，保護腸道健康，減少病原菌對其損害，進而有助于腸道發(fā)育[21]。Liu等[18]使用釀酒酵母發(fā)酵蛋清飼喂斷奶仔豬，結果表明早期斷奶仔豬的健康和生長發(fā)育得到了明顯的改善，對腸道微生物群落有顯著的塑造作用，同時能夠維持斷奶仔豬腸道細菌群落的穩(wěn)定。Brousseau等[22]使用釀酒酵母菌株SB-CNCM I-1079飼喂斷奶仔豬，增加了結腸微生物群的多樣性，并促進了紫單胞菌科（Porphyromonadaceae）和瘤胃菌料（Ruminococcaceae）細菌家族的建立。Price等[23]在研究中發(fā)現(xiàn)，將釀酒酵母厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的營養(yǎng)代謝物甘露寡糖和β-葡聚糖混合而成的釀酒酵母培養(yǎng)物加入飼糧中，結果表明豬糞便中擬桿菌和乳桿菌的數(shù)量得到了明顯增加。Lu 等[24]研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加屎腸球菌、枯草芽孢桿菌和釀酒酵母的復合添加劑試驗組與對照組相比，第21 d斷奶仔豬糞便中氨基酸球菌科和鏈球菌科的相對豐度顯著增加。這些研究表明，釀酒酵母能夠幫助斷奶仔豬增加腸道微生物區(qū)系的多樣性，保證腸道健康，減少斷奶應激對于仔豬腸道造成的損害。

3 釀酒酵母對免疫功能的影響

3.1 對免疫蛋白的影響

仔豬的免疫力主要來自母乳，但隨著年齡的增長和器官的發(fā)育，動物自身的免疫力也變得越來越重要，由于胃腸道提供的免疫細胞數(shù)量最多，因此任何改變腸道狀況的因素都會影響免疫力[25]。杯狀細胞遍布小腸和大腸的所有區(qū)域，通過合成和分泌黏蛋白來保護黏液層，同時黏液屏障是宿主抵御有害物質(zhì)和感染的第一道防線，而釀酒酵母可以通過增加杯狀細胞的數(shù)量來增強這種屏障[26]。血清免疫球蛋白是由B淋巴細胞產(chǎn)生的，包括免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM），是動物進行體液免疫、預防和抵抗病菌感染的關鍵因素，所以血清免疫球蛋白含量是體液免疫的重要指標[25]。IgA通常與先天防御因子合作，保護上皮細胞并增強其屏障功能。在缺乏IgA 的情況下，共生腸道細菌過度刺激先天上皮免疫細胞，阻止調(diào)節(jié)脂肪和碳水化合物代謝的基因表達，導致與脂質(zhì)吸收不良相關的上皮基因信號表達，這說明腸上皮屏障是機體免疫和營養(yǎng)吸收的關鍵[27]。Kiros等[9]研究中指出，斷奶仔豬的飼料中添加釀酒酵母會導致血漿IgA 水平升高，降低斷奶后腹瀉的持續(xù)時間和嚴重程度，從而提高斷奶仔豬的生長性能。王蜀金等[16]在飼糧中添加重組釀酒酵母INVSc1 發(fā)現(xiàn)能夠顯著提高斷奶仔豬其空腸及回腸黏膜中IgA、IgG及IgM的水平，這是由于其分泌的pECF能夠刺激血液中的免疫蛋白，造成免疫蛋白水平的上升。Garcia等[26]在日糧中添加釀酒酵母RC016增加了腸道中分泌型免疫球蛋白（SIgA）的含量，SIgA是腸道免疫的重要指標，其介導的體液免疫是腸道相關淋巴組織保護腸道的主要機制，同時SIgA的增加有助于宿主防御腸道病原體，保證促炎過程得到控制，保持上皮屏障的完整性。以上研究成果證明釀酒酵母可以通過增強黏性屏障，提高免疫蛋白水平，進而改善腸道的免疫功能。

3.2 對促炎性因子的影響

促炎細胞因子不僅與免疫功能有關，而且可能改變與通透性和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運有關的腸道黏膜和腸道上皮功能[28]。促炎細胞因子若過量產(chǎn)生會導致病理性炎癥反應的發(fā)生[23]，因此促炎細胞因子的增加與斷奶應激導致的腹瀉有關[29]。Stavros等[30]的研究結果顯示，通過在人的單核細胞、結腸和胃上皮細胞中獲得的初步體外數(shù)據(jù)分析，表明釀酒酵母布拉氏酵母菌產(chǎn)生的酵母抗炎因子（SAIF）是一種小分子的水溶性物質(zhì)，它能夠抑制核因子κB（NF-κB）的激活，SAIF抑制NF-κB的機制包括抑制NF-κB抑制因子（IκBα）的降解，從而使NF-κB 在細胞質(zhì)中被隔離。并且SAIF 能夠有效地抑制由各種促炎刺激導致的腸上皮細胞、胃上皮細胞和單核細胞產(chǎn)生的NF-κB依賴性白介素-8（IL-8）。同時Galliano 等[31]的研究證明了釀酒酵母能夠抑制誘導促炎細胞因子和趨化因子基因的表達，保護腸道免受由病原相關炎癥引起的腸道損傷。Santi等[25]的研究結果表明在斷奶仔豬飼糧中補充含有釀酒酵母的酵母多菌種產(chǎn)生的部分產(chǎn)物，降低了腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、γ-干擾素（INF-γ）、白介素6（IL-6）和Toll樣受體-2（TLR-2）的表達。Zhong等[32]的研究也指出了飼喂釀酒酵母的斷奶仔豬具有較低水平的白介素-1β（IL-1β）和TNF-α。這些研究結果證明，釀酒酵母能夠通過降低促炎性因子的表達來維護腸道健康。

3.3 對產(chǎn)毒性大腸桿菌的影響

斷奶仔豬腹瀉是影響現(xiàn)代豬生產(chǎn)的一個主要問題，會導致死亡率增加和生長速度變慢，影響豬的長期健康，造成巨大損失[33]。產(chǎn)腸毒素大腸桿菌(ETEC)是胃腸道感染、造成仔豬腹瀉的原因之一[34]。這些病原體通過分泌作用于小腸的外毒素，導致小腸液體和電解質(zhì)的分泌異常，進而造成脫水，引起斷奶仔豬腹瀉[35]。釀酒酵母能夠利用腸道發(fā)酵消化過程中產(chǎn)生的糖或食物中所提供的糖產(chǎn)生乙醇[36]，而乙醇可以減少黏附在腸道受體ETEC 的數(shù)量，同時降低了腸道對細菌毒素的敏感性[37]。同樣有研究表明釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)物可以抑制ETEC 的生長或在腸黏膜上附著[38]。這就說明了釀酒酵母可以在一定程度上改善ETEC造成的腹瀉。Trckova等[39]的研究指出，在日糧中添加5 g/kg 的釀酒酵母飼喂斷奶仔豬2 周時間，發(fā)現(xiàn)斷奶仔豬的糞便中病原性ETEC細菌的脫落顯著降低（P＜0.05），腹瀉持續(xù)時間極顯著降低（P＜0.01），攝入釀酒酵母的斷奶仔豬感染ETEC的概率和腹瀉的嚴重程度顯著降低（P＜0.01），對斷奶仔豬的生長性能產(chǎn)生了積極的影響（P＜0.05）。Trevisi 等[12]的研究指出，攝入劑量為5×1010CFU/kg 的釀酒酵母的斷奶仔豬，上調(diào)了與細胞核活性、細胞增殖以及淋巴細胞分化和增殖相關的基因表達，有效地降低了感染ETEC 的斷奶仔豬腹瀉的嚴重程度。釀酒酵母對空腸黏膜轉(zhuǎn)錄組模式的影響部分類似于抗生素給藥后獲得的有益效果，這可以提高其作為預防方法的價值減少生產(chǎn)中抗生素的使用。Roussel等[40]研究表明釀酒酵母CNCMI-3856可以通過多靶點方法對ETEC 菌株發(fā)揮抗感染活性，包括抑制細菌生長和毒素產(chǎn)生、減少細菌對黏蛋白和腸上皮細胞的黏附，以及抑制ETEC誘導的炎癥，從而減少了ETEC 引起的斷奶后腹瀉的持續(xù)時間和嚴重程度。但是Trevisi 等[37]研究結果顯示，攝入釀酒酵母CNCM I-4407對于已經(jīng)感染ETEC的斷奶仔豬產(chǎn)生的健康數(shù)據(jù)并未顯示仔豬感染ETEC的有害影響有任何的減少。這表明，當黏附在黏膜上的ETEC 已經(jīng)發(fā)揮其致病性并產(chǎn)生毒素時，釀酒酵母也許不能干擾ETEC 的致病機制。對于已經(jīng)感染ETEC 產(chǎn)生腹瀉的仔豬，釀酒酵母是否能緩解其癥狀的研究結果出現(xiàn)了差異，這可能是由于攝入益生菌的劑量、動物的年齡以及菌株的聯(lián)合使用等因素導致的。

4 釀酒酵母對斷奶仔豬生長性能的影響

酵母補充劑能夠在仔豬斷奶階段調(diào)節(jié)腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，從而減輕斷奶應激導致的代謝紊亂（如腹瀉）的負面影響[8]。同時斷奶仔豬突然的飲食改變通常會減少飼料攝入量，仔豬會因瞬時營養(yǎng)不良而生長率降低[14]。王斌星等[41]在飼糧中添加釀酒酵母發(fā)酵液，結果顯示斷奶仔豬的平均日增重（ADG）顯著升高（P＜0.05），平均日采食量（ADFI）極顯著升高（P＜0.01），料重比極顯著降低（P＜0.01）。王鐸等[42]在斷奶仔豬日糧中添加1 g/kg的釀酒活性干酵母，結果顯示斷奶仔豬的ADFI和ADG極顯著提高（P＜0.01）。Jiang等[11]分別向基礎日糧中添加3.00 g/kg釀酒酵母和3.00 g/kg超細釀酒酵母粉飼喂斷奶仔豬，結果顯示提高了仔豬血液中的生長激素（GH）、三碘甲狀腺原氨酸（T3）、四碘甲狀腺原氨酸（T4）和胰島素生長因子1（IGF-1）的濃度，降低了血清中尿素氮的濃度，同時提高了飼料轉(zhuǎn)化率。GH、T3、T4、IGF-1 都是參與機體生長的激素，這就表明釀酒酵母會提高血液中的一些激素，進而提高宿主的生長性能。Liu等[18]使用1.5%濃度的釀酒酵母提取物提高了仔豬的ADG，這是由于釀酒母細胞壁中富含β-葡聚糖，β-葡聚糖能夠調(diào)節(jié)仔豬免疫系統(tǒng)，防止細菌的黏附和傳播，通過改善仔豬的健康狀況進而提高生長性能。這些結果都說明了釀酒酵母可以提高斷奶仔豬的生長性能。

5 小結

釀酒酵母是酵母菌種中最為突出的酵母，具有調(diào)節(jié)斷奶仔豬腸道的發(fā)育及消化功能、調(diào)節(jié)斷奶仔豬腸道微生物區(qū)系的穩(wěn)態(tài)平衡、提高斷奶仔豬的免疫功能、提高斷奶仔豬的生長性能等作用，并且對產(chǎn)毒性大腸桿菌有著一定的抵抗作用，能夠減少其引起的腹瀉。目前大多數(shù)對于釀酒酵母在斷奶仔豬方面研究都顯示是有益的，但關于釀酒酵母在動物體中發(fā)揮作用的機制及通路的研究較少，同時對于釀酒酵母與其他益生菌種之間是否存在頡頏或者抑制的研究并不明確，釀酒酵母在反芻動物中展現(xiàn)出了減少有害氣體排放的巨大潛力，但對于減少豬有害氣體排放方面的研究還不十分清楚，有待于今后在這方面進一步研究。