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凝結芽孢杆菌在農牧行業的應用研究
作者:管理員    時間:2018-05-07 11:10:47

凝結芽孢杆菌(Bacillus coagulans)是近年來益生菌領域的後起之秀,既有乳酸菌所有的益生功能,又具備芽孢菌的耐高溫、耐胃酸和耐膽鹽等高抗逆性特征,是乳酸菌和芽孢菌的集大成者。凝結芽孢杆菌在國外研究較早,已廣泛應用於保健、醫療、食品和畜牧等領域,但在我國關於凝結芽孢杆菌的研發進展緩慢,能夠實現產業化的少之又少。本文從凝結芽孢杆菌特性、作用機理、和動物養殖應用等方麵進行簡要概述。

1.凝結芽孢杆菌的生物學特性

凝結芽孢杆菌分類學上屬於芽孢杆菌屬,細胞呈杆狀,革蘭氏陽性菌,端生芽孢,無鞭毛。分解糖類生成L-乳酸,為同型乳酸發酵菌。最適生長溫度為45-50℃,最適pH值為6.6-7.0。凝結芽孢杆菌不僅具有乳酸菌和雙歧杆菌的益生保健特性,還具有很強的抗逆性。在100℃高溫下10min存活率達到96.4%;在pH 2.0的酸性條件下,6h存活率達到48.2%;在0.9%膽鹽條件下24h存活率達78.3%,0.3%膽鹽條件下存活率達84.3%。但在低pH值條件下(pH 4.0),凝結芽孢杆菌對熱耐受性下降。
凝結芽孢杆菌可分泌抗菌肽物質凝固素,對腸球菌、沙門氏菌、大腸杆菌和變形杆菌等常見腸道病原菌具有一定抑製作用。凝固素經60℃處理90min,pH 4-8的條件下仍保持生物活性,且不受澱粉酶、酯酶和有機溶劑的影響。


2.凝結芽孢杆菌的作用機理


凝結芽孢杆菌並非腸道內的固有微生物,主要通過分泌有益物質,並與腸道其他益生菌協同作用來發揮其功效。
2.1調節動物消化道微生態平衡
凝結芽孢杆菌為兼性厭氧菌,能適應腸道內的低氧環境,在腸道內定植,通過消耗遊離氧,抑製需氧型有害菌的生長,同時促進厭氧有益菌如乳酸菌、雙歧杆菌等的增殖;產生乳酸降低腸道pH值,並分泌抗菌肽物質凝固素,抑製腸道有害菌,從而有效恢複並維持腸道微生態平衡,減少腸道疾病的發生。
2.2促進動物對營養物質的消化吸收
凝結芽孢杆菌主要以四種方式促進動物對營養物質的消化吸收:一是分泌澱粉酶、蛋白酶和脂肪酶,促進營養物質的消化吸收;二是降解飼料中不能被宿主消化的複雜碳水化合物,如果膠、葡聚糖、纖維素和木糖等,提高飼料利用率;三是產生維生素、氨基酸、短鏈脂肪酸等,強化腸道營養;四是產生乳酸,促進動物對鐵、磷、鈣等礦物鹽及維生素D等脂溶性營養物質的吸收。
2.3提高動物免疫力和抗病能力
研究表明,凝結芽孢杆菌可增強動物腹腔巨噬細胞的吞噬能力,加強NK細胞活性,增加T、B淋巴細胞的數量,提高體液免疫和細胞免疫水平。凝結芽孢杆菌還能活化腸道黏膜內相關淋巴組織,使分泌型IgA生物合成增加,提高消化道黏膜免疫功能。因此,通過飼喂凝結芽孢杆菌,可提高動物免疫力和抗病能力。


3.凝結芽孢杆菌在動物養殖中的應用


3.1在畜禽養殖中的應用
 凝結芽孢杆菌添加劑能減少動物腸道疾病的發生,提高動物免疫和抗病能力,被廣泛應用到豬、牛、雞、鴨等畜禽飼料中。周映華等(2012)研究表明,在斷奶仔豬的基礎日糧中添加0.05%凝結芽孢杆菌,增重明顯高於空白對照組,飼料轉化率比對照組提高8.96%,腹瀉率顯著降低,糞便中乳酸菌和雙歧杆菌明顯增加,大腸杆菌明顯降低。李國建等(2004)研究證實在生長育肥豬飼料中添加凝結芽孢杆菌製劑可顯著提高豬的平均日增重,降低飼料成本,飼養效果與抗菌藥痢菌淨沒有顯著差異。張海軍等(2009)發現,在牛等反芻動物飼料中添加凝結芽孢杆菌,不僅能提高纖維素類飼料利用率,還能預防反芻動物疾病,縮短存欄時間。
Alex等(2012)研究證實凝結芽孢杆菌能提高肉用仔雞的飼料轉化率,使空腸中乳酸杆菌等有益菌數量增加,大腸杆菌等有害菌數量減少,調節腸道微生物的菌群平衡。王向榮等(2013)研究表明,在產蛋鴨飼料中添加150mg/kg凝結芽孢杆菌製劑(8.0×109CFU/g),可提高蛋鴨產蛋率、日產蛋量、平均蛋重和飼料轉化率,降低蛋鴨采食量,並改善蛋黃顏色和提高蛋白含量,蛋品質得到改善。
3.2在水產動物養殖中的應用
凝結芽孢杆菌不僅產生蛋白酶、澱粉酶和脂肪酶等多種酶類,還高產乳酸等有機酸類,應用於水產養殖,可促進動物消化吸收,提高動物免疫和抗病能力,降低餌料係數,淨化養殖環境等。付天璽等(2008)研究發現,飼料中添加1.0×1011CFU/kg飼料的凝結芽孢杆菌能顯著提高奧尼羅非魚的胃、肝胰髒和腸道蛋白酶活性(P<0.05),飼料表觀消化率、蛋白質消化率、相對增重率和蛋白質效率均顯著高於對照組(P<0.05),顯著促進飼料營養物質的利用和奧尼羅非魚的生長。匡群等(2013)在團頭魴飼料中添加1g/kg凝結芽孢杆菌製劑(1.0×1010CFU/g)和200mg/kg酵母核苷酸,特定生長率、蛋白質效率、腸絨毛高度、腸道凝結芽孢杆菌數量、蛋白酶和澱粉酶活力均有顯著提高,飼料係數和腸道大腸埃希菌數量均有顯著降低,結果表明凝結芽孢杆菌與酵母核苷酸能協同促進團頭魴的生長和腸道功能。在對蝦餌料中添加凝結芽孢杆菌,其總消化率和蛋白質消化率較對照組分別提高了5.07%和1.24%(P<0.05)。


4.影響飼用凝結芽孢杆菌使用效果的因素


4.1有效活菌數
針對不同養殖動物及不同飼用階段,凝結芽孢杆菌添加量不同。凝結芽孢杆菌的作用功效與其有效活菌數密切相關,若數量不足,在腸道內無法形成優勢菌群,則難以發揮益生作用。要獲得最佳飼用效果,飼料中凝結芽孢杆菌需要達到一定量。
凝結芽孢杆菌添加劑的水分含量對存活率影響顯著。水分含量越高,保存時間越長,則活菌數降低速度越快,影響使用效果。因此,要將凝結芽孢杆菌添加劑的水分含量控製在10%以下,保存期可達2年。
 4.2動物生理條件
動物年齡及健康狀況會直接影響凝結芽孢杆菌添加劑的使用效果。對於幼齡動物,體內酶係尚不健全,可利用凝結芽孢杆菌分泌的多種酶,提高飼料中營養物質的吸收利用率。研究發現,當動物處於應激狀態或發生腸道疾病時,添加凝結芽孢杆菌有助於恢複腸道微生態平衡,能起到良好的輔助治療效果。
4.3添加時間及使用方式
 凝結芽孢杆菌的添加時間和使用方式不同,效果也不同。例如用於促進動物生長,需從斷奶直至出欄上市連續添加使用;用於防治新生仔豬腹瀉,需在產前1周添加到母豬飼料中。一般而言,拌料飼喂的效果好於飲水。
4.4其他因素
飼料中抗生素藥物、抗氧化劑及防黴劑等添加劑會部分影響凝結芽孢杆菌活性。以抗生素為例,高濃度的抗生素肯定能殺滅凝結芽孢杆菌。通過抗生素敏感性試驗,確定凝結芽孢杆菌對各類抗生素的耐受濃度。在耐受濃度範圍內,凝結芽孢杆菌活性將不受影響。總的來說,凝結芽孢杆菌因具備芽孢菌的抗逆性能,對常用抗生素具有優良的耐受性能,可與飼用藥物添加劑在合理濃度下合用,其功效發揮幾乎不受太大影響。
凝結芽孢杆菌的獨特性能決定其必將成為飼料級微生物添加劑的新寵。但對凝結芽孢杆菌,我們研究的深度還不夠,大量課題急需突破,主要集中在其高密度發酵技術、工業化生產實踐及新產品開發與養殖應用試驗等方麵。隨著凝結芽孢杆菌成為廣大科研單位和企業的研究熱點,其必將在未來的益生菌領域扮演更加重要的角色,發揮更加關鍵的腸道益生功能。