关键词：益生菌；凝结芽孢杆菌；作用机理；生产性能

    随着硫酸粘菌素在动物饲料中的全面禁用，我国抗革兰氏阴性菌药物添加剂已无可用，我们正面临进入后抗生素时代的危险。如何尽快解决由革兰氏阴性菌引起的动物肠炎和腹泻问题是当前饲料企业面临的头等大事，寻求高效的硫酸粘菌素替代品迫在眉睫。益生菌具有调节肠道功能紊乱、维持肠道内菌群平衡和提高机体免疫力的功能，并且能够避免因使用抗生素带来的二重感染和耐药性问题，被认为是替代抗生素的最佳选择。乳酸菌（粪肠球菌和嗜酸乳杆菌等）和芽孢杆菌（枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等）是饲料中主要使用的益生菌。粪肠球菌等普通乳酸菌随饲料进入动物肠道后能够在肠道内定植并分泌L-乳酸，通过降低肠道内pH值抑制致病菌的生长，对调节肠道菌群平衡、降低肠炎和腹泻发生率具有显著作用[1]。但普通乳酸菌对环境的抗逆性较差，不耐贮存，饲料制粒高温对其破坏严重，极大降低了乳酸菌的作用效果。芽孢杆菌由于形成芽孢体，对胃内强酸和饲料制粒高温的耐受性较强，但芽孢杆菌对肠粘膜的定植能力较弱，主要通过生物夺氧作用降低肠道内氧浓度和氧化还原电势，使需氧性致病菌的生长受到抑制，长期使用可提高机体免疫力和抗病能力[2]。但芽孢杆菌不能分泌L-乳酸，对致病菌的抑菌能力较乳酸菌弱。普通乳酸菌和芽孢杆菌都无法解决硫酸粘菌素禁用后可能引起的动物肠炎和腹泻控制困难问题。凝结芽孢杆菌是益生菌中的后起之秀，它具有乳酸菌和芽孢杆菌的双重优良特性，对环境的抗逆性强，能够分泌L-乳酸和凝结素等抑菌物质，抗菌谱广，抑菌杀菌作用显著，是美国FDA批准的一种普遍认为安全的芽孢杆菌类乳酸菌，也是目前效果最为确切的益生菌，是硫酸粘菌素较为理想的替代品。

1  凝结芽孢杆菌的生物学特性

    凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）又称乳酸芽孢杆菌，革兰氏染色阳性，硬（或厚）壁菌门，芽孢杆菌属，是一种能代谢产生乳酸的芽孢杆菌。细胞呈杆状，大小0.7～0.8×3.0～5.0μm，单个、成对或链状排列，形成内生孢子。菌体呈杆状，两端钝圆，芽孢端生，无鞭毛，兼性厌氧，在37～40℃生长良好，最适生长pH 6.6～7.5，菌落呈扁平圆形，白色而有光泽，边缘不整齐。凝结芽孢杆菌兼具乳酸菌和芽孢杆菌的双重特点，具有多种生物学功能。凝结芽孢杆菌形成芽孢体后对环境的抗逆性增强，耐胃酸、耐饲料制粒高温和耐储存性能良好，可抵抗饲料加工、储存及使用过程中的各种破坏。赵文龙等[3]将凝结芽孢杆菌经100℃水浴30min存活率为53.2%。刘转等[4]将凝结芽孢杆菌在pH1.5和pH2.5模拟胃液中保存180min存活率分别达到53.0%和81.0%，并能够耐受1.0%的猪胆盐。凝结芽孢杆菌能利用糖类生成L-乳酸，为同型乳酸发酵菌。凝结芽孢杆菌具有丰富的酶系统，可产生淀粉酶、蛋白酶等多种消化酶，促进动物对营养物质的消化吸收，提高饲料利用率。凝结芽孢杆菌代谢过程中分泌的抗菌肽类物质—抗菌凝结素，可穿透细菌的细胞膜，对多种致病菌都具有显著抑菌效果。戴青等[5]研究表明凝结芽孢杆菌对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等均有较强的抑菌作用。

2  凝结芽孢杆菌的作用机理

    凝结芽孢杆菌进入胃内后经过胃酸的活化芽孢体开始膨胀，水分增加，代谢加快。当芽孢体进入十二指肠时，其孢子便萌发成营养细胞并迅速生长繁殖，大约30min繁殖一代，产生大量的L-乳酸、抗菌凝结素及多种消化酶[6]。目前凝结芽孢杆菌的作用机制尚未见确切报道，其作用机理可能包括以下几个方面。

2.1  抑制致病菌，调节肠道微生态平衡

     凝结芽孢杆菌为兼性厌氧菌，定植肠道后消耗肠道内大量游离氧营造厌氧环境，优化了厌氧微生物乳酸菌和双歧杆菌等有益菌的生长环境，抑制需氧性致病菌的生长，调节肠道微生态菌群平衡。凝结芽孢杆菌代谢过程中产生大量L-乳酸，通过降低肠道pH值抑制嗜碱性致病菌的生长。凝结芽孢杆菌能分泌其特有的抑菌物质—抗菌凝结素。凝结素是一种由44个氨基酸残基组成的蛋白质，带正电荷，具有阳离子特性，含有两性区或疏水区。细菌的细胞膜含有磷脂，其细胞壁呈酸性，带正电荷的凝结素能穿透靶细胞的细胞膜直接将致病菌杀死[7]。凝结芽孢杆菌粘附到肠粘膜表面，能够阻止致病菌与肠道的粘附和定植，起竞争性占位保护作用，并与致病菌竞争营养物质发挥生物拮抗作用。赵钰等[8]研究表明凝结芽孢杆菌对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有明显的抑菌效果，具有广谱抗菌型。

2.2  修复肠粘膜，促进肠道蠕动，防止便秘

    凝结芽孢杆菌在肠道代谢过程中产生的L-乳酸是肠粘膜上皮细胞的有效营养基质，可以修复受损伤的肠粘膜上皮细胞。L-乳酸能够促进肠道蠕动，增强肠动力，改善肠道功能。凝结芽孢杆菌还具有特有的保水特性，能够润肠通便，有效预防和治疗便秘。

2.3  提高动物免疫力和抗病能力，促进动物生长

    凝结芽孢杆菌能够刺激系统性或分泌性免疫反应，加快免疫器官发育，提高动物机体免疫力。凝结芽孢杆菌能够增强巨噬细胞的吞噬功能，提高NK细胞活性，促进T、B淋巴细胞的增殖，提高动物体液免疫和细胞免疫水平[9]。凝结芽孢杆菌能够降低机体致炎因子的分泌，提高抗炎因子的含量，阻断炎症反应和过敏反应，提高动物的抗病能力。       

2.4  促进动物对营养物质的消化吸收，促进机体代谢

    凝结芽孢杆菌具有庞大的酶系统，可产生淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、过氧化物酶、核酸酶等40多种活性酶，促进动物对营养物质的消化吸收，提高饲料利用率[10]。凝结芽孢杆菌还能分泌叶酸、烟酸、维生素B1、B2、B6、B12等多种维生素，促进动物对钙、锌、铁和维生素D的消化吸收和利用，增加肠道蠕动的速度，改善肠道消化功能，有效缓解和消除腹胀、消化不良和食欲不振，促进机体消化代谢。

3  凝结芽孢杆菌在动物饲料中的应用

    在饲料中添加凝结芽孢杆菌，可以调节动物肠道微生态平衡，促进动物生长，降低死亡率和淘汰率，提高饲料利用率，改善动物生产性能。黄海强[11]通过在仔猪日粮中添加凝结芽孢杆菌发现，凝结芽孢杆菌能够有效降低仔猪腹泻率和死亡率，促进仔猪生长，提高饲料报酬，提高仔猪日增重，具有抗应激作用。洪文等[11]报道凝结芽孢杆菌能够提高断奶仔猪的生长性能，减少仔猪腹泻的发生。高书峰等[12]在断奶仔猪日粮中添加0.15%凝结芽孢杆菌，结果表明与对照组相比，试验组猪仔平均日增重提高13.38%，平均日采食量提高10.25%，料肉比降低2.83%，大肠杆菌数量降低92.87%，沙门氏菌数量降低85.96%，乳酸菌数量提高130.43%，平均腹泻率降低71.21%，粪样氨气含量降低5.69%，猪舍氨气含量降低6.15%。蒋小丰等[14]研究也发现添加凝结芽孢杆菌能提高断奶仔猪日增重，降低料肉比，降低粪便中的大肠杆菌数量，增加乳酸菌数量，降低仔猪腹泻发生率。孙焕林等[15]研究表明凝结芽孢杆菌对黄羽肉鸡的促生长作用显著，对全净膛率具有显著提高作用，试验组肠道内沙门氏菌、葡萄球菌数量显著低于对照组，绒毛高度显著高于对照组，隐窝深度显著低于对照组。林丽花等[16]研究了凝结芽孢杆菌对黄羽肉鸡生产性能、血清生化指标及抗氧化功能的影响，结果表明凝结芽孢杆菌显著提高全期肉鸡平均日增重、成活率和胸肌率，显著降低料肉比，提高了血清碱性磷酸酶活性、血清白蛋白和总蛋白含量，极显著降低了血清尿素氮含量，显著提高了血清中总抗氧化能力、超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性，极显著降低了血清丙二醛含量。王政等[17]研究了凝结芽孢杆对白羽肉鸡生产性能和肠道微生物的影响，结果显示凝结芽孢杆菌显著提高白羽肉鸡采食量，盲肠中乳酸杆菌数量显著增加，大肠杆菌数量显著降低，显著提高了丁酸和总挥发性脂肪酸含量，显著增加了空肠绒毛高度/隐窝深度的比值。宫秀燕等[18]报道了凝结芽孢杆菌对感染产气荚膜梭菌肉鸡生长性能、肠道病变及免疫器官指数的影响，结果表明日粮中添加凝结芽孢杆菌能显著提高肉鸡平均日增重，降低料肉比，增加肉鸡免疫力，缓解由于产气荚膜梭菌感染导致的肠道损伤，极显著提高肉鸡胸腺指数和法氏囊指数。黄遵锡等[19]在蛋鸡日粮中添加凝结芽孢杆菌，研究发现凝结芽孢杆菌显著降低了高峰期蛋鸡产劣质蛋的几率，试验组不合格蛋的比例较对照组显著减少，凝结芽孢杆菌对改善蛋鸡生产性能有一定效果。赵必迁等[20]在蛋鸡日粮中添加150mg/kg和200mg/kg的凝结芽孢杆菌，结果表明与对照组相比，试验组蛋鸡产蛋率分别提高2.02%和1.57%，破蛋率分别降低17.25%和14.78%，周死亡率分别降低22.58%和29.03%。赵娜等[21]研究了凝结芽孢杆菌对蛋鸡生产性能和蛋品质的影响，结果表明添加凝结芽孢杆菌后蛋鸡的病死率显著下降，凝结芽孢杆菌能够提高蛋壳强度和蛋壳硬度，并改善蛋黄颜色。

4  凝结芽孢杆菌应用存在的问题及展望

    目前饲料中使用的益生菌主要是粪肠球菌等普通乳酸菌及枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。普通乳酸菌最大的缺点在于耐热性能差，在饲料高温制粒过程中容易失活，主要在粉状饲料中添加。芽孢杆菌虽然耐热性能良好，但由于不能分泌L-乳酸，对致病菌的抑菌作用较弱。凝结芽孢杆菌集乳酸菌和芽孢杆菌的双重优势于一身，对预防和治疗由致病菌造成的肠炎和腹泻问题具有独特效果，是当前益生菌研究和应用的热点。市售乳酸菌和芽孢杆菌产品较多，但商品化的凝结芽孢杆菌制剂较少，主要是因为凝结芽孢杆菌的发酵培养较普通乳酸菌和芽孢杆菌控制更难，发酵培养条件要求更加苛刻，发酵过程中产生的乳酸造成pH值下降对菌体生长产生强烈的抑制作用，易受杂菌污染降低发酵水平。有些市售凝结芽孢杆菌的产酸能力很弱，和芽孢杆菌的作用区别不大。有些产品的芽孢形成率低，和普通乳酸菌又相差无几。有些甚至将普通乳酸菌和芽孢杆菌复配在一起冒充凝结芽孢杆菌。因此开发产酸能力强、芽孢形成率高的凝结芽孢杆菌产品，并通过不断改进和优化发酵工艺和培养条件提高发酵水平，是今后凝结芽孢杆菌研发的重要方向。国内凝结芽孢杆菌制剂主要通过液体发酵工艺获得，发酵活菌数和芽孢形成率均较低，凝结芽孢杆菌的固体发酵高密度培养或许是获得优质凝结芽孢杆菌产品的有效途径。很多关于凝结芽孢杆菌的研究报道尚停留在菌种分离鉴定及抗逆性研究方面，其具体准确的作用机理仍有待深入研究。我们相信硫酸粘菌素禁用后，凝结芽孢杆菌在保持饲料品质，提高动物免疫力，有效预防肠炎和腹泻，提高饲料利用率，改善动物生产性能方面将发挥重要作用。

参考文献

[1]  刘宇,李阳,刘通,等.乳酸菌益生特性及在猪生产中应用研究进展[J].动物医学进展, 2016, 37(6):87-90.

[2]  谷笑笑,王振华,潘康成.益生芽孢杆菌对动物免疫功能影响研究进展[J].微生物学通报, 2016, 43(9):2079-2085.

[3]  赵文龙,王龙,张永红,等.一株抗逆性凝结芽孢杆菌的分离与鉴定[J].北京农学院学报, 2014, 29(2):36-39.

[4]  刘转,邱成书,敬小兵,等.凝结芽孢杆菌001RC的分离鉴定及其抗逆性研究[J].四川大学学报（自然科学版）, 2013, 50(2):385-390.

[5]  戴青,赵述淼,谢树贵,等.一株凝结芽孢杆菌的分离筛选及生物学特性研究[J].饲料工业, 2008, 29(12):36-38.

[6]  赵树平,包维臣,高鹏飞,等.凝结芽孢杆菌的特性及研究进展[J].家畜生态学报, 2014, 35(2):6-10.

[7]  李雄彪,马庆英,崔云龙.凝结芽胞杆菌抗菌作用机制[J].中国微生态学杂志, 2006, 18(1):78-79.

[8]  赵钰,傅玲琳,王彦波.凝结芽孢杆菌抑菌物质的理化特性研究[J].食品研究与开发, 2015(1):20-25.

[9]  Kodali V P,Sen R.Antioxidant and free radical scavenging activities of an exopolysaccharide from a probiotic bacterium[J].Biotechnology Journal, 2008, 3(2):245-251.

[10]  Ara K,Meguro S,Hase T,et al.Effect of spore-bearing lactic acid-forming bacteria ( Bacillus coagulans SANK 70258) administration on the intestinal environment,defecation frequency, fecal characteristics and dermal characteristics in humans and rats[J].Microbial Ecology in Health & Disease, 2002, 14(1):4-13.

[11]  黄海强.凝结芽孢杆菌制剂对仔猪生长性能的影响[J].福建畜牧兽医, 2014(6):36-37.

[12]  洪文,唐泽华,胡远亮.凝结芽孢杆菌对断奶仔猪生长性能的影响[J].养殖与饲料, 2016(3):19-21.

[13]  高书锋,郭照辉,胡新旭,等.凝结芽孢杆菌制剂对断奶仔猪临床应用效果的研究[J].饲料研究, 2015(6):42-47.

[14]  蒋小丰,罗国升,刘亚力,等.凝结芽孢杆菌对断奶仔猪生长性能及肠道菌群的影响[J].中国饲料添加剂, 2016(10):27-31.

[15]  孙焕林,刘艳丰,王品,等.凝结芽孢杆菌对黄羽肉鸡生长性能、肠道功能及肉品质的影响[J].石河子大学学报（自科版）, 2014(3):307-312。

[16]  林丽花,柯芙容,詹湉湉,等.凝结芽孢杆菌对黄羽肉鸡生产性能、血清生化指标及抗氧化功能的影响[J].动物营养学报, 2014, 26(12):3806-3813.

[17]  王政,张大伟,齐长海,等.凝结芽孢杆菌对白羽肉鸡生产性能及部分肠道微生物相关指标的影响[J].中国饲料, 2016(7):31-34.

[18]  宫秀燕,刘顺德,韦明,等.凝结芽孢杆菌对感染产气荚膜梭菌肉鸡生长性能、肠道病变及免疫器官指数的影响[J].中国畜牧兽医, 2015, 42(2):478-486。

[19]  黄遵锡,程志斌.饲用凝结芽孢杆菌对蛋鸡生产性能及血液生化指标的影响[J].饲料工业, 2015(22):1-5.

[20]  赵必迁,李学海,何万礼.凝结芽孢杆菌对蛋鸡生产性能的影响[J].广东饲料, 2015, 24(12):41-43.

[21]  赵娜,皮劲松,张巍,等.凝结芽孢杆菌对蛋鸡生产性能和蛋品质的影响[J].饲料研究, 2016(16):11-13.