益生菌对蛋品质的调控及作用机理

■胡庆勇 胡 聪 斯大勇 张日俊

（中国农业大学动物科技学院动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

近年来，随着生活水平的提高，我国居民在对禽蛋的需求量保持稳中有升的同时，越来越注重对绿色、健康、营养的蛋品质追求。而在当今的集约化、高密度的规模化养殖场中，以沙门氏菌、大肠杆菌、巴氏杆菌等为代表的细菌性疾病频发[1]，致使抗生素的大量、过度使用，引发的畜禽产品药物残留、耐药性等问题日益严峻，严重地制约了养殖业的发展。为提高动物机体免疫力，改善畜产品质量，保护人类健康，寻求一种安全、无污染、无残留的抗生素替代品迫在眉睫。微生态制剂是基于动物肠道微生态平衡开发出来的一种绿色环保的活菌饲料添加剂，能显著改善畜禽肠道环境，提高对营养物质的消化吸收利用率，增强机体免疫力，具有无残留、无耐药性的优点[2]。然而鲜有关于其作用机理，调控蛋品质代谢途径方面的研究报道，因此，本文对饲料中常用的益生菌，及其作用机理和对蛋品质的调控途径做了介绍，旨在为微生态制剂的实际应用提供理论参考。

1 常用的益生菌

益生菌的概念起初由Lilly and Stillwell提出，用来描述一种细菌产生的能够促进其他细菌生长的物质。随着对其研究的深入，其概念也在不断地更新和完善。现在多指一种或多种的活菌饲料添加剂，具有改善肠道微生态平衡，促进机体健康等功能[3]。益生菌种类繁多，理想的益生菌菌种通常具有以下特征[3-4]：①能抵抗酸、胆汁消化，经胃肠道后仍能保持一定活性；②能够定植于肠道上皮细胞或黏膜；③能够产生抑菌物质；④调节机体免疫机能，但不产生炎症反应；⑤对动物机体无毒害作用，能够调节微生物平衡。在我国农业部公布的允许使用的饲料添加剂名录中，常用的益生菌有芽孢杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、酵母菌、黑曲霉、米曲霉等。而养殖业生产中应用较多的有乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌三类[4]。

1.1 乳酸菌

乳酸菌是一类能发酵糖类产生乳酸的无芽孢、革兰氏染色阳性菌的总称。乳酸菌作为机体内的益生菌，能够很好地耐受胃酸，同时具有较好的抗盐性，并能产生有机酸，降低肠道pH值，竞争性地抑制其他有害菌的生长；乳酸菌产生的细菌素等抑菌物质能够调节机体胃肠道菌群平衡、保持微生态稳态[5]；饲喂乳酸菌能够提高食物消化率，降低血清胆固醇，控制内毒素，抑制肠道内腐败菌生长繁殖[6]。近来有研究报道，乳酸菌生长代谢过程中产生的胞外多糖，具有多种生理功能，能够增强机体免疫力，还具有抗肿瘤的作用[7]。

1.2 芽孢杆菌

芽孢杆菌是一种以孢子形式直接添加到饲料中的杆菌或球菌，相比乳酸菌对营养要求简单、代谢速度快、抗逆性强、易于保藏和贮存[8]。枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌具有很强的产蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的能力，能够补充内源酶的不足，破坏饲料中植物细胞壁，消除或减弱抗营养成分，促进动物对营养物质消化吸收，提高饲料转化率[9]。枯草芽孢杆菌的脂磷壁酸和肽聚糖-磷壁酸复合物还具有免疫佐剂的功能，能够提高机体免疫功能。

1.3 酵母菌

饲用酵母一般由酵母及其培养物组成，是一种富含蛋白的单细胞饲料。饲用酵母富含多种营养物质，包括天冬氨酸、苏氨酸等氨基酸，B族维生素、生物素，以及锰等各种微量元素[10]。酵母细胞壁中的甘露聚糖和β-葡聚糖等，能够增强机体免疫力，提高动物生产性能[11]。还有研究指出酵母细胞壁中的β-葡聚糖等对霉菌毒素具有良好的吸附功能，且对营养物质的影响很小[12]，是一种理想的霉菌毒素吸附剂。

2 蛋品质评价指标

鸡蛋品质是养殖户和消费者都关注的重要性状。在实际生产中，经常需要根据消费者的不同需求，对蛋重、蛋壳、蛋黄以及一些营养素进行调控。品种、饲料、营养水平、饲养方式和环境温度都是影响鸡蛋品质的重要因素。而近年来，应用益生菌对蛋品质进行调控的报道屡见不鲜。益生菌对蛋品质调控的研究，多集中在对蛋重、蛋形指数、蛋壳强度、蛋白比率、蛋黄比率、蛋黄色泽、哈氏单位以及蛋黄脂肪酸含量等方面。蛋重是鲜蛋分级的一个重要标志，在一定范围内，蛋重越大，等级越高，日粮能量水平是影响蛋重的最主要因素。蛋壳的质量主要与日粮中钙的种类、含量、钙磷比例以及一些微量元素有关。哈氏单位是衡量鸡蛋蛋白品质的重要指标，一定程度上哈氏单位越高，表示蛋白黏稠度越好、蛋白品质越高。蛋黄的主要成分是类胡萝卜素，包含胡萝卜素和叶黄素两部分；蛋黄色泽作为消费者十分关注的一个蛋品质指标，鲜艳的色泽往往更能吸引消费者；在一定程度上，饲喂含色素较高的日粮可以加深蛋黄色泽，另外日粮中添加维生素E以及抗氧化剂也可以提高蛋黄颜色[13]。

3 益生菌对蛋品质影响

微生物饲料添加剂在蛋鸡生产上的使用效果，国内外报道很多，但结果不尽相同。造成差异的原因很多，一方面与所用菌株的种类、生产工艺、加工贮存条件等有关；另一方面蛋鸡的品种、日龄、饲喂的日粮类型也可能影响试验结果。但绝大多数报道都表明日粮中添加益生菌可以不同程度提高蛋鸡的生产性能，改善鸡蛋品质。

郑学斌等用（1.5×109CFU/g枯草芽孢杆菌、乳酸菌及其代谢物和载体等混合物）的益生菌饲料饲喂蛋鸡，结果表明，含0.01%、0.02%的益生菌组比对照组蛋中胆固醇含量极显著降低，脂肪含量显著降低，蛋白含量显著提高，灰分含量显著提高，且效果优于土霉素试验组。龙爱琳等分别用枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和戊糖片球菌（107CFU/g）饲喂蛋鸡，三种益生菌对蛋黄颜色、蛋黄重、蛋重、蛋壳平均厚度、蛋形指数和蛋白高度都有显著影响。其原因可能是高剂量益生菌对机体生理机能起到较好的调节作用，可以产生乙酸、丙酸等短链脂肪酸，降低肠道pH值，促进钙磷等矿物质离子化，促进机体对蛋白质、钙、铁和维生素D等物质的吸收，进而提高蛋品质。还有一种解释是益生菌通过促进蛋鸡采食量增加，使机体内钙的摄入总量增加来提高蛋重。Mikulski等[14]用乳酸片球菌饲喂蛋鸡，其结果表明益生菌能够提高蛋重，增加蛋壳厚度，蛋比重等指标，并且蛋黄中胆固醇含量比对照组降低10%以上，不饱和脂肪酸含量得到提高。Ramasamy等[15]用1 g/kg含12株乳酸菌混合物的日粮（109CFU/g）饲喂蛋鸡，其结果表明蛋重相比于空白组有显著增加，其原因是益生菌提高了宿主对营养物质的消化吸收效率。在日粮中添加8.0×108CFU/kg乳酸片球菌能够增加蛋黄中亚油酸和亚麻油酸等多不饱和脂肪酸的含量[14]，且使蛋黄色泽加深，其机理可能是促进类胡萝卜素的吸收，改善了蛋黄着色，从而提高了蛋黄质量。

Mahdavi等[16]用一种由枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成的微生态制剂饲喂蛋鸡，其结果表明，不同添加量的微生态制剂都显著降低血浆中胆固醇和甘油三酯的含量和蛋黄中胆固醇含量，而其他与蛋品质相关的性状并没有显著变化。Saleh等[17]研究结果表明，在饲料中添加泡盛曲霉能够显著降低蛋黄中脂肪以及胆固醇含量，同时蛋黄中亚油酸、亚麻油酸、α-亚油酸的含量得到显著提高；其机理可能是泡盛曲霉产生了去饱和酶，将饱和脂肪酸还原为不饱和脂肪酸[18]。另外一些关于益生菌的研究中，其对蛋品质调控的试验结果在统计学上并不显著，但蛋鸡的生长性能、血液生化指标等都有改善的趋势，对动物机体健康状况有一定的提高作用。

4 益生菌的作用机理

4.1 改善肠道黏膜屏障

由肠上皮细胞以及肠上皮细胞之间的紧密连接组成的肠道机械屏障是抵御外来异物入侵的第一道屏障，能够有效防止病原菌、肠毒素透过肠黏膜进入血液。机体内的一些致病菌，例如大肠杆菌，会产生肠毒素等，破坏肠上皮细胞之间的紧密连接，提高肠黏膜的通透性，导致毒素等透过肠道屏障进入血液，引发炎症反应，溶血症等一系列危害。而植物乳杆菌等有益菌却能够促进occludin、caco-2、zo-1、zo-2和细胞骨架蛋白的表达量，从而加强肠上皮细胞之间的紧密连接[19]，降低肠黏膜的通透性。通过促进黏膜蛋白的分泌量和增加黏蛋白的厚度来降低肠道屏障的通透性。许多益生菌能够产生丁酸，丁酸作为上皮细胞的主要能量之一，能够促进上皮细胞的增殖分化，抑制炎症，维持和促进肠道正常功能[20]。

4.2 调节肠道菌群结构

通过竞争性地排除、颉颃病原菌保持肠道正常菌群结构；有研究指出乳酸菌作为一种益生菌能够产生乳酸、乙酸、丁酸等有机酸、过氧化氢以及细菌素等物质来抑制其他病原菌的增殖，形成一层生物屏障，保持肠道菌群的稳定结构。并且绝大多数益生菌能够聚集和粘附，可以竞争性地粘附在肠道黏膜表面，生成一层菌群膜，形成生物屏障来保护机体健康[3]。

4.3 产生消化酶，促进消化吸收，提高采食量和消化率

有些益生菌能够产生脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶等多种酶类，合成氨基酸、维生素等营养物质，促进对营养物质的消化吸收。除此之外，微生物还能够通过发酵对纤维素、半纤维素、木质素等机体不能降解的物质进行利用，产生有利于宿主生长的短链脂肪酸。

4.4 分解有毒有害物质

枯草芽孢杆菌等可在大肠中产生氨基酸氧化酶、氨基转移酶及分解硫化物的酶，将一些有害菌产生的吲哚化合物、硫化物氧化成无臭无味无毒物质，从而降低血液及排泄物中的有害气体浓度，减少排放量，改善饲养环境，提高动物的生长性能[21]。

4.5 激活机体的免疫功能

侵入机体的病原菌能够和肠上皮细胞结合，诱导组织、巨噬细胞程序性死亡，诱发炎症反应。益生菌不仅能够通过直接颉颃病原菌、抑制病原菌的生长的途径来减少炎症反应，间接调节免疫功能外；还能直接刺激免疫器官组织的生长发育，调节特异性和非特异性免疫来发挥作用。饲喂乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌等益生菌后能够调整肠道菌群平衡，活化肠黏膜内相关淋巴组织，使SIgA抗体分泌增加，诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环激活全身免疫系统，增强机体免疫功能[22]。益生菌常被作为一种免疫佐剂应用在生产实践中，譬如和疫苗联合使用可以具有提高免疫保护率、增加抗体滴度、延长免疫期的能力。

饲料中常见的益生菌往往通过上述一种或多种途径来发挥其益生功能，提高动物生产性能，保持机体健康生长。

5 益生菌对蛋黄胆固醇代谢影响

长期食用含胆固醇较高的食物可能诱发动脉粥样硬化、脂肪沉积等疾病。在人们追求绿色健康的生活方式前提下，越来越多的人开始注重追求胆固醇含量低的鸡蛋；一直以来，也有很多通过益生菌调控来降低鸡蛋里胆固醇含量的报道。在大多数动物中，胆固醇是通过分解代谢，最后从粪便中排出体外；但是对于蛋鸡而言，绝大多数都是通过鸡蛋排除体外。鸡蛋中的胆固醇来源于血清中[23]，益生菌是通过调控血液中胆固醇含量，进而影响鸡蛋中胆固醇的含量。

胆固醇在机体内是无法彻底氧化分解的，只能转化为类固醇激素、维生素D3、胆酸等物质。有关益生菌降低蛋黄中胆固醇含量的机理有很多。其中一条通路就是胆酸途径。在肝脏内由胆固醇合成的初级胆汁酸，与牛磺酸、甘氨酸结合生成结合形式的胆酸和脱氧胆酸，进而在小肠末端被重吸收运回肝脏。有研究发现拟杆菌、双歧杆菌、梭杆菌、梭状芽孢杆菌、乳酸杆菌和链球菌等能够水解这些结合形式的胆酸，进而干扰胆固醇的肝肠循环[24]。有研究报道[25]，有些类型的乳酸菌能够产生胆盐水解酶，对胆盐进行水解，导致粪便中排出的胆酸增多，从而使沉积在脂蛋白中的胆固醇含量减少。

某些固氮菌和啤酒酵母的类固醇营养缺陷型菌株，可以生成7-脱氢胆固醇氧化酶，能够将胆固醇分解成7-脱氢胆固醇，后者经光照途径可以生成维生素D3，通过胆固醇转化的途径，减少体内胆固醇含量[26]。

另外有研究报道，肠道微生物发酵产生的短链脂肪酸也可能影响胆固醇代谢。乙酸作为生成胆固醇的前体物质，在一定程度上会增加机体胆固醇含量；而丙酸则又有降低血脂含量的趋势[24，27]。丙酸盐和乙酸影响机体胆固醇含量的能力强弱，与微生物种类、组成、发酵产酸的底物、产生的短链脂肪酸比例以及在体内的消化吸收速率等因素有关。

除了上述的加快胆固醇转化排泄的途径，还可以抑制胆固醇的自身合成来进行调控。在动物机体内，胆固醇是以乙酰辅酶A为底物，经过30余步的酶促反应最终生成27碳的胆固醇。在合成通路中，HMG-COA是其中的一个限速酶[28]。斯达汀（Statin），一种从橘青霉真菌中提取出来的HMG-COA的抑制剂，被认为是一种健康安全的降低胆固醇的药物。Saleh等[29]研究结果表明，益生菌泡盛曲霉降低胆固醇的机理可能是产生像斯达汀一样的物质，产生HMG-COA还原酶抑制剂，从而影响HMG-COA的活性，最终抑制胆固醇的合成。张剑锋[30]研究指出，在日粮中添加2%益生菌和0.015%低聚木糖的混合物，可以在转录水平极显著降低HMGCOA mRNA的表达量，抑制胆固醇的合成。而仅添加益生菌则无统计学差异，这可能与低聚木糖能选择性的促进有益菌的生长，使动物肠道中有益菌的数量占据优势，进而对机体胆固醇代谢有极显著影响。以上研究表明益生菌是可以通过对胆固醇合成途径进行调控，影响宿主的胆固醇合成来调控胆固醇含量。

6 总结

关于益生菌对蛋品质的研究结果不尽相同，其原因可能受到多方面的影响；一方面与益生菌产品的生产工艺、产品中活菌数以及添加量有关；另一方面也取决于蛋鸡的品种、周龄、健康状况以及饲养环境、营养水平等因素。在正常状态下，蛋鸡的各种生理机能都处于较高的水平，可能会掩盖益生菌的益生效果，导致其作用效果难以达到显著水平，从而表现出对营养物质的消化吸收率影响不显著。但是在各种应激状态下，蛋鸡的生产性能受到破坏，肠道健康受到影响，益生菌则能利用自己的特性来减轻机体受到的各种损害，最大程度的发挥益生效果。因此，在比较益生菌的作用效果时，应综合考虑各种影响因素，才能得出准确结论。随着对益生菌研究的不断深入，相信益生菌一定会在畜禽养殖业中得到更加广泛地应用。