酵母菌和乳酸菌在生物发酵饲料中的应用研究进展
摘要：酵母菌和乳酸菌作为微生态制剂在动物生产养殖方面起着重要作用。两者因相互补充和优化生长条件，使其复合制剂在生产中的应用效果优于单独添加的作用效果。研究乳酸菌和酵母菌的互生机理对混合性发酵产品的质量控制、设计开发新型发酵产品和益生产品具有重要意义。
益生菌可在动物胃肠道内生长繁殖，当达到足够的量时，可调节胃肠道菌群平衡，刺激酶活性，提高抗病性增强动物生长免疫系统，有益于宿主的健康。近年来，益生菌因具有改善动物的生长性能，免疫力和抗病性等益生作用，成为抗生素的替代品，可以预防抗生素和药物的副作用。乳酸菌和酵母菌被广泛应用于饲料行业，在生产养殖方面起重要作用。
酵母菌作为酶、游离核苷酸、B族维生素和氨基酸的丰富来源，被广泛应用于饲料行业。酵母菌具有平衡瘤胃微生物区系、减少甲烷等有害气体的产生、稳定瘤胃pH值、促进动物的生长发育、改善机体的消化机能等益生作用。酵母菌在发酵饲料时一方面通过自身繁殖来增加饲料原料中的营养物质含量，另一方面自身产生的酶通过一系列酶解反应将饲料原料中大分子物质降解为可直接吸收利用的小分子营养物质，进而提高饲料利用率。酵母菌在发酵过程中产生酒香味或苹果芳香味，增加饲料风味和动物采食量，提高饲料的营养价值和保健等功能。酵母菌发酵时产生的乳酸、乙酸、丙酸等降低饲料pH值，抑制病原菌的生长，提高发酵饲料营养价值。酵母菌发酵饲料时产生抑制病原菌的细菌素，破坏病原菌黏附性的酶类物质，抑制革兰氏阴性菌生长的过氧化氢等。酵母菌发酵过程中通过提高饲料原料中的植酸磷和无机磷酸盐的降解速率来提高日粮消化率。此外，酵母菌在发酵饲料过程中吸收饲料表面氧气，提高其他益生性微生物在饲料表面的黏附性；产生硫胺素，促进厌氧真菌生长繁殖，增加纤维降解菌的数量，提高饲料中纤维的降解率。酵母菌在均衡营养和平衡胃肠道微生物区系两方面都有积极影响，在反刍动物添加剂领域有非常大的发展空间和潜力。然而，酵母菌的作用效果与各酵母菌菌种生理结构的不同及生物活性的不同密切相关，通过育种和优化方法可筛选生产优质蛋白的益生酵母菌株。
酵母菌可利用农业副产品进行发酵，改善适口性及动物胃肠道菌群平衡，提高饲料消化吸收率，增强机体免疫功能，促进畜牧业发展。酵母菌以玉米皮为发酵底物时将纤维物质转化为具有高营养价值的蛋白，提高发酵底物营养价值。酵母菌以玉米、豆粕及麸皮为发酵底物时可显著提高发酵原料的粗蛋白、氨基酸和总磷含量，提高发酵饲料营养价值。酵母菌发酵可提高玉米秸秆中粗蛋白和粗脂肪含量。酵母菌发酵可减少棉籽粕中的棉酚等抗营养成分，产朊假丝酵母发酵玉米时可对黄曲霉毒素进行生物脱毒，提高饲料营养价值，可改善动物畜产品品质，有利于人类健康。生产上用酿酒酵母和热带假丝酵母发酵玉米等底物时酵母不仅自身大量增殖蛋白含量，同时其发酵底物的蛋白含量相应提高，可饲性随之增加，成为鱼粉等动物源性蛋白质饲料的替代品之一，降低饲料成本。马克思克鲁维酵母发酵48h可有效降低发酵底物的植酸含量，可能是因为酵母菌发酵通过产植酸酶有效降低植物源饲料中的植酸含量，提高饲料营养价值，有益于动物的消化吸收。
在水产动物中的研究表明，虾喜食饲料酵母，且饲料酵母中的抗病因子和耐高温特性对虾生存于恶劣环境和提高存活率有重要意义。保苗期幼参采食酵母菌发酵的饲料时其增重率明显提高，有益于其生理健康。反刍动物的体外试验结果表明，动物采食酵母菌发酵的饲料可有效提高瘤胃内总菌数、氨态氮、菌体蛋白和挥发性脂肪酸含量，进而提高饲料利用率和动物消化吸收率。酵母是一种天然存在于谷物上的生物控制酵母，可在气密存储系统中有效抑制霉菌和肠杆菌科细菌不良生物的生长。但也有研究表明，啤酒酵母发酵的高纤维饲粮对后备牛的营养效果不显著，发酵饲料在反刍动物中的应用效果有待进一步研究。此外，酵母菌对动物机体有提高消化吸收、增强免疫机能、改善生长性能、维持胃肠道菌群平衡等方面也有重要意义。Pinloche等研究表明，益生性酵母菌发酵饲料可改善奶牛瘤胃环境，加快溶解纤维蛋白等益生性作用。Suvarna等分离的酵母菌株无溶血性，可在动物肠道内黏附定植。育肥猪饲用酿酒酵母可极显著提高空肠绒毛高度和隐窝深度值。仔猪食用活酿酒酵母时其体内免疫球蛋白水平升高，可有效降低仔猪腹泻，改善仔猪生长性能，提高存活率。研究表明，酵母发酵饲料可显著增加鱼肠组织中的杯状细胞和黏膜细胞数量，改善绒毛的长度和宽度，而对肝脏无任何不利影响。Vidakovic等研究表明，酵母不仅广泛应用于养殖动物，还可为沙鸟及深海鱼类提供蛋白质，作为动物源蛋白质替代物有极高的应用前景。此外，也有报道称，酵母菌代谢产生的毒素蛋白、有机酸、抗生素因子、乳酸、乙醇等代谢产物有抑菌杀菌作用。
酵母菌制剂在高温的饲料制粒加工过程中及在胃肠道的胃酸和胆盐等浓度条件下具有稳定性和耐受性差的缺点。因此，酵母菌抗逆性和安全性应是研究重点。酵母菌耐高温研究结果表明，在64℃以下水浴2min，酵母菌正常生长；65℃水浴5 min，酵母菌无存活菌落，在59℃水浴10min酵母菌死亡。酵母菌耐胆盐试验结果表明，酵母菌活菌数随胆盐浓度升高而减少，酵母菌可耐受1%胆盐浓度，其菌存活率达77%。酵母菌耐酸试验研究表明，当培养基pH值≤4.5时抑制酵母菌正常生长代谢，进一步降低发酵饲料的品质。
酵母菌制剂相关安全性研究表明，酵母菌制剂为无毒性，临床使用安全可靠。研究表明，通过采用小白鼠连续14d的饲喂试验对产朊假丝酵母及其微生态制剂进行安全性分析，结果表明，在表观水平上，酵母菌及其微生态制剂对小白鼠无毒害作用。
乳酸菌一般为厌氧菌，少数为微好氧菌或兼性厌氧菌，在食品、农牧业及医药行业中被广泛应用。乳酸菌可抑制有害菌生长。代谢产生的乳酸物质可抑制吲哚等有害物积累，降低饲料pH值。乳酸菌与纤维素酶共同作用可降低饲料中纤维素含量。发酵饲料可产生动物喜食的香味，改善饲料色泽和质地，提高饲料营养价值。乳酸菌可产生抗真菌代谢产物来抑制真菌生长，并具有吸附和降解真菌毒素的能力。乳酸菌代谢产生的各种消化酶可将生物大分子物质分解为小肽、葡萄糖等更易被消化吸收的小分子物质，还可将乳糖分解为小分子单糖。研究表明，乳酸菌具有完善的蛋白水解系统，有助于复杂蛋白质的水解，以释放出游离的氨基酸。乳酸菌可维持动物机体的胃肠道菌群平衡，增强机体免疫力，预防疾病发生；可改善饲料风味且提高营养价值，进一步促进饲料在动物机体内的消化吸收；还可抑制动物体内部分毒素的产生，降低胆固醇含量，增强机体健康。乳酸菌应用于青贮饲料中，通过产酸抑制其他杂菌和有害微生物的生长，提高青贮的发酵质量和纤维消化率，减少甲烷排放，从而提高饲粮适口性和营养价值。在青贮饲料发酵过程中，乳酸菌在厌氧条件下消耗可溶性糖，产生的乳酸和乙酸降低饲料pH值，抑制大肠杆菌、霉菌和梭菌等有害菌的生长繁殖，延长发酵饲料的保存期。综上所述，乳酸菌主要通过自身代谢产生益生性物质和发酵产酸抑制有害菌生长两方面发挥其益生作用。
乳酸菌发酵可提高饲料成分的营养价值。发酵过程中的微生物活动可以部分降解谷物中的抗营养因子，乳酸等发酵代谢产物可通过降低肠道pH值来抑制病原体的增殖。植物乳杆菌通常将单糖发酵为乳酸。乳酸在布氏乳杆菌的作用下分解为乙酸、丙酸和乙醇。因此，植物乳杆菌和布氏乳杆菌混合接种可通过降低pH值来抑制腐败细菌的生长，且产生的挥发性脂肪酸在发酵稳定性中起重要作用，表现出抗真菌活性，从而改善谷物的发酵质量。研究表明，通过乳杆菌发酵可以降低大豆中抗营养物质的抗营养作用。
在肉食性鱼类日粮中，使用植物乳杆菌发酵的豆粕可代替大约45%的鱼粉，而不会降低其生长性能和相关的养分利用率。发酵豆粕可通过使过敏蛋白部分水解来减少断奶仔猪的腹泻。植物乳杆菌发酵提高丝瓜的体外降低胆汁酸的能力。植物乳杆菌发酵汁可显著降低大鼠胆固醇含量，将植物乳杆菌用作功能发酵液进行汁液发酵可以发挥微生物控制作用，提高卫生安全性，在预防高胆固醇血症方面发挥重要作用。研究表明，植物乳杆菌可作为一种特定种类的益生菌菌株在珍珠鸡和肉鸡的日粮中使用以增强免疫力。断奶仔猪饲喂发酵小麦籽粒日粮可以刺激后肠发酵，改善营养物质的消化率和肠道健康，从而降低腹泻率。饲喂副干酪乳杆菌发酵的日粮可提高猪的生长性能，维持胃肠道微生物菌群平衡，增强免疫，改善生长性能。乳酸菌在发酵饲料中具有提高饲料原料营养价值，改善动物生长性能，增强机体免疫功能，增强动物胃肠道健康，改善生态环境等重要作用。
乳酸菌制剂在高温、高湿、高压的饲料制粒加工过程中，及在胃肠道的胃酸和胆盐等浓度条件下具有不稳定性和耐受性差的缺点。因此，乳酸菌抗逆性是乳酸菌在发酵饲料中的研究热点。乳酸菌对高温耐受性的相关研究较少，一般乳酸菌适宜温度为30~40℃。研究表明，在40℃高温培养时乳酸菌活性开始降低；植物乳杆菌菌液50℃水浴15min降低其50%有效活菌数量；60℃水浴5min基本无菌生长。研究表明，乳酸菌进入动物胃肠道需经过低于3.0的pH值和高达0.3%的高浓度胆盐环境，大部分细菌在该条件下因细胞破裂而死亡，利用包埋、包衣等技术或者将乳酸菌制成微胶囊饲喂可有效提高乳酸菌存活率。研究表明，乳酸菌存活率容易受到温度影响，常温条件下其活性显著下降，可用真空冷冻干燥法、制成微胶囊法、真空包装法和充氮气包装法等延长乳酸菌制剂保质期。综上所述，筛选耐高温、耐胆盐和耐酸的乳酸菌对其益生制剂的研发具有重要意义。
大量研究表明，乳酸菌发酵后会产生D-乳酸、亚硝酸盐、吲哚、溶血素、溶细胞素和肠毒素等毒害代谢产物。饲料工业已认可的益生乳酸菌主要是乳酸杆菌、芽孢杆菌、双歧杆菌等少数菌种。目前，在乳酸菌易位方面的研究很少，乳酸菌在易位方面主要起着抑制内毒素和病原菌作用，但乳酸菌本身也会发生易位。乳酸菌在机体免疫低下时可能自身会发生易位现象，但具体易位机制目前尚不清楚。随着新型乳酸菌菌株的分离筛选应用及重组基因工程乳酸菌的出现，其抗性基因的安全性有待研究 。
混合发酵益生菌旨在利用益生菌之间的不同发酵条件进行互补持续发酵，进而增加饲料中的有益菌数量，提高其营养价值。乳酸菌和酵母菌的混合发酵被广泛应用于生产微生态制剂，在生产养殖方面具有重要作用。乳酸菌和酵母菌混合发酵时，前期兼性厌氧的酵母菌首先消耗共生环境中的氧气，为乳酸菌创造有益于其发酵的厌氧环境。在酵母菌发酵耗氧达到乳酸菌发酵的氧气量时乳酸菌开始增殖发酵且产酸，进而抑制其他杂菌的生长。研究结果表明，乳酸菌在消化道内产酸，抑制致病菌生长 。同时酿酒酵母培养物作为益生菌的前生物，满足乳酸菌的营养需求，为畜禽生长提供丰富的营养物质及大量的促生长因子，促进畜禽胃肠道有益菌的快速生长。乳酸菌和酵母菌因相互补充和优化生长条件，使其复合制剂应用效果优于单独添加的作用效果。研究乳酸菌和酵母菌的互生机理对于混合性发酵产品的质量控制、设计开发新型发酵产品和益生产品具有重要意义。
发酵饲料是微生物将植物性原料中的非蛋白氮转化为营养价值高的菌体蛋白，形成含有丰富益生菌、营养价值高、适口性好且有利于动物吸收利用的无毒害生物饲料。发酵饲料不仅提高动物对饲料的消化吸收率，而且益生菌群在动物体内形成优势菌群，减少条件致病菌，降低疾病的发生率。发酵饲料可改善肉鸡增重和蛋壳硬度，提高饲料转化率和蛋壳重量，益生作用随着发酵饲料的添加而增强。动物采食发酵饲料可提高机体免疫反应，减轻氧化应激，改善肠道形态并调节肠道微生物生态系统。生物发酵饲料的研制可解决抗生素残留等问题。多菌种复合制剂的研发和益生作用潜在机制的研究在畜牧业具有重要意义。
目前，益生菌复合制剂作为无毒、无害、无残留的安全性动物饲料添加剂在畜牧业已广泛应用。其中，酵母菌与乳酸菌作为常用的益生菌复合制剂被广泛应用于畜牧行业。研究报道，产朊假丝酵母和鼠李糖乳杆菌混合菌种发酵可显著提高发酵原料中的活菌数、总挥发性脂肪酸和粗蛋白等含量，进而降低猪腹泻率，改善机体健康状况，提高生长性能。研究表明，酵母菌、芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵饲料饲喂幼参，使幼参增重率显著升高。酵母菌、枯草芽孢杆菌及植物乳杆菌混合发酵可提高全穗玉米中的粗蛋白、乳酸和生物量，显著降低粗纤维含量，饲喂试验结果表明，发酵后的全穗玉米可改善猪肠道菌群平衡，增强机体健康，提高生长性能。
乳酸菌和酵母菌混合发酵时具有协同和拮抗作用。通过混合培养研究发现，酵母菌与乳酸菌混合发酵比单一菌种发酵提高各菌数量，各自代谢产物也发生改变，酵母菌代谢产物促进乳酸菌产生更多乳酸，乳酸菌代谢产物抑制酵母菌生长。研究报道，酵母菌和乳酸菌混合发酵马铃薯渣、粗蛋白可达35.63%，为菌种混合发酵生产单细胞蛋白相关研究提供依据。酵母菌和乳酸菌混合发酵可稳定乳酸菌活菌数，有利于保存冷藏产品。单菌种和混合菌种在发酵饲料中的研究结果表明，在发酵前期，酵母菌对乳酸菌具有一定的促进作用，而在发酵后期又表现出一定的拮抗作用。酵母菌和乳酸菌在发酵过程中的相互作用既促进又抑制。虽然目前对乳酸菌和酵母菌混合发酵机制还不清晰，但随着益生菌混合培养的研究和现代分子生物学技术的不断进步，将会推动益生菌发酵研究快速向前发展。此外，研发酵母菌和乳酸菌制剂必须满足无毒、无害、无副作用；耐高温、耐酸、耐碱、耐胆盐且具有菌群优势；能产生具有较高活性的酶和乳酸等有益物质；在保存过程中不消耗饲料原料营养物质，保持饲料营养成分和质量。
新型益生性酵母菌和乳酸菌品种的筛选工作应放在鉴定新品种对发酵的影响及益生特性研究上，需要从大量不同菌种中筛选完成。益生菌混合发酵中各菌种之间的互作机理和益生菌制剂的研发仍需要进一步探索。
注：本文由生物饲料开发国家工程研究中心（BFC）小编整理发布，如有任何建议或意见及投稿等，请您加小编微信（18610407721）交流互动。
参考文献略
责编：菌酶博士
来源：饲料研究
作者：姚志芳，冯宇哲，王磊，吴国芳，阿旺措吉，次仁拉姆，罗布确
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