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凝结芽孢杆菌的研究

阅读人数:489 发布时间:2019/6/3 11:32:02

         凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)是近年来益生菌领域的后起之秀,既有乳酸菌所有的益生功能,又具备芽孢菌的耐高温、耐胃酸和耐胆盐等高抗逆性特征,是乳酸菌和芽孢菌的集大成者。凝结芽孢杆菌在国外研究较早,已广泛应用于保健、医疗、食品和畜牧等领域,但在我国关于凝结芽孢杆菌的研发进展缓慢,能够实现产业化的少之又少。本文从凝结芽孢杆菌特性、作用机理、和动物养殖应用等方面进行简要概述。

        1.凝结芽孢杆菌的生物学特性

        凝结芽孢杆菌分类学上属于芽孢杆菌属,细胞呈杆状,革兰氏阳性菌,端生芽孢,无鞭毛。分解糖类生成L-乳酸,为同型乳酸发酵菌。最适生长温度为45-50℃电热恒温培养箱可提供培养条件,最适pH值为6.6-7.0。凝结芽孢杆菌不仅具有乳酸菌和双歧杆菌的益生保健特性,还具有很强的抗逆性。在100℃高温下10min存活率达到96.4%;在pH 2.0的酸性条件下,6h存活率达到48.2%;在0.9%胆盐条件下24h存活率达78.3%,0.3%胆盐条件下存活率达84.3%。但在低pH值条件下(pH 4.0),凝结芽孢杆菌对热耐受性下降。
凝结芽孢杆菌可分泌抗菌肽物质凝固素,对肠球菌、沙门氏菌、大肠杆菌和变形杆菌等常见肠道病原菌具有一定抑制作用。凝固素经60℃处理90min,pH 4-8的条件下仍保持生物活性,且不受淀粉酶、酯酶和有机溶剂的影响。


        2.凝结芽孢杆菌的作用机理


        凝结芽孢杆菌并非肠道内的固有微生物,主要通过分泌有益物质,并与肠道其他益生菌协同作用来发挥其功效。
        2.1调节动物消化道微生态平衡
        凝结芽孢杆菌为兼性厌氧菌,能适应肠道内的低氧环境,在肠道内定植,通过消耗游离氧,抑制需氧型有害菌的生长,同时促进厌氧有益菌如乳酸菌、双歧杆菌等的增殖;产生乳酸降低肠道pH值,并分泌抗菌肽物质凝固素,抑制肠道有害菌,从而有效恢复并维持肠道微生态平衡,减少肠道疾病的发生。
        2.2促进动物对营养物质的消化吸收
        凝结芽孢杆菌主要以四种方式促进动物对营养物质的消化吸收:一是分泌淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶,促进营养物质的消化吸收;二是降解饲料中不能被宿主消化的复杂碳水化合物,如果胶、葡聚糖、纤维素和木糖等,提高饲料利用率;三是产生维生素、氨基酸、短链脂肪酸等,强化肠道营养;四是产生乳酸,促进动物对铁、磷、钙等矿物盐及维生素D等脂溶性营养物质的吸收。
        2.3提高动物免疫力和抗病能力
        研究表明,凝结芽孢杆菌可增强动物腹腔巨噬细胞的吞噬能力,加强NK细胞活性,增加T、B淋巴细胞的数量,提高体液免疫和细胞免疫水平。凝结芽孢杆菌还能活化肠道黏膜内相关淋巴组织,使分泌型IgA生物合成增加,提高消化道黏膜免疫功能。因此,通过饲喂凝结芽孢杆菌,可提高动物免疫力和抗病能力。


        3.凝结芽孢杆菌在动物养殖中的应用


        3.1在畜禽养殖中的应用
         凝结芽孢杆菌添加剂能减少动物肠道疾病的发生,提高动物免疫和抗病能力,被广泛应用到猪、牛、鸡、鸭等畜禽饲料中。研究表明,在断奶仔猪的基础日粮中添加0.05%凝结芽孢杆菌,增重明显高于空白对照组,饲料转化率比对照组提高8.96%,腹泻率显著降低,粪便中乳酸菌和双歧杆菌明显增加,大肠杆菌明显降低。研究证实在生长育肥猪饲料中添加凝结芽孢杆菌制剂可显著提高猪的平均日增重,降低饲料成本,饲养效果与抗菌药痢菌净没有显著差异。发现,在牛等反刍动物饲料中添加凝结芽孢杆菌,不仅能提高纤维素类饲料利用率,还能预防反刍动物疾病,缩短存栏时间。
        证实凝结芽孢杆菌能提高肉用仔鸡的饲料转化率,使空肠中乳酸杆菌等有益菌数量增加,大肠杆菌等有害菌数量减少,调节肠道微生物的菌群平衡。在产蛋鸭饲料中添加150mg/kg凝结芽孢杆菌制剂(8.0×109CFU/g),可提高蛋鸭产蛋率、日产蛋量、平均蛋重和饲料转化率,降低蛋鸭采食量,并改善蛋黄颜色和提高蛋白含量,蛋品质得到改善。
        3.2在水产动物养殖中的应用
凝结芽孢杆菌不仅产生蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等多种酶类,还高产乳酸等有机酸类,应用于水产养殖,可促进动物消化吸收,提高动物免疫和抗病能力,降低饵料系数,净化养殖环境等。研究发现,饲料中添加1.0×1011CFU/kg饲料的凝结芽孢杆菌能显著提高奥尼罗非鱼的胃、肝胰脏和肠道蛋白酶活性(P<0.05),饲料表观消化率、蛋白质消化率、相对增重率和蛋白质效率均显著高于对照组(P<0.05),显著促进饲料营养物质的利用和奥尼罗非鱼的生长。在团头鲂饲料中添加1g/kg凝结芽孢杆菌制剂(1.0×1010CFU/g)和200mg/kg酵母核苷酸,特定生长率、蛋白质效率、肠绒毛高度、肠道凝结芽孢杆菌数量、蛋白酶和淀粉酶活力均有显著提高,饲料系数和肠道大肠埃希菌数量均有显著降低,结果表明凝结芽孢杆菌与酵母核苷酸能协同促进团头鲂的生长和肠道功能。在对虾饵料中添加凝结芽孢杆菌,其总消化率和蛋白质消化率较对照组分别提高了5.07%和1.24%(P<0.05)。


        4.影响饲用凝结芽孢杆菌使用效果的因素


        4.1有效活菌数
        针对不同养殖动物及不同饲用阶段,凝结芽孢杆菌添加量不同。凝结芽孢杆菌的作用功效与其有效活菌数密切相关,若数量不足,在肠道内无法形成优势菌群,则难以发挥益生作用。要获得最妙的饲用效果,饲料中凝结芽孢杆菌需要达到一定量。
凝结芽孢杆菌添加剂的水分含量对存活率影响显著。水分含量越高,保存时间越长,则活菌数降低速度越快,影响使用效果。因此,要将凝结芽孢杆菌添加剂的水分含量控制在10%以下,保存期可达2年。
         4.2动物生理条件
        动物年龄及健康状况会直接影响凝结芽孢杆菌添加剂的使用效果。对于幼龄动物,体内酶系尚不健全,可利用凝结芽孢杆菌分泌的多种酶,提高饲料中营养物质的吸收利用率。研究发现,当动物处于应激状态或发生肠道疾病时,添加凝结芽孢杆菌有助于恢复肠道微生态平衡,能起到良好的辅助治疗效果。
        4.3添加时间及使用方式
        凝结芽孢杆菌的添加时间和使用方式不同,效果也不同。例如用于促进动物生长,需从断奶直至出栏上市连续添加使用;用于防治新生仔猪腹泻,需在产前1周添加到母猪饲料中。一般而言,拌料饲喂的效果好于饮水。
        4.4其他因素
        饲料中抗生素药物、抗氧化剂及防霉剂等添加剂会部分影响凝结芽孢杆菌活性。以抗生素为例,高浓度的抗生素肯定能杀灭凝结芽孢杆菌。通过抗生素敏感性试验,确定凝结芽孢杆菌对各类抗生素的耐受浓度。在耐受浓度范围内,凝结芽孢杆菌活性将不受影响。总的来说,凝结芽孢杆菌因具备芽孢菌的抗逆性能,对常用抗生素具有优良的耐受性能,可与饲用药物添加剂在合理浓度下合用,其功效发挥几乎不受太大影响。
        凝结芽孢杆菌的独特性能决定其必将成为饲料级微生物添加剂的新宠。但对凝结芽孢杆菌,我们研究的深度还不够,大量课题急需突破,主要集中在其高密度发酵技术、工业化生产实践及新产品开发与养殖应用试验等方面。随着凝结芽孢杆菌成为广大科研单位和企业的研究热点,其必将在未来的益生菌领域扮演更加重要的角色,发挥更加关键的肠道益生功能。

原创作者:上海喆图科学仪器有限公司

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