丁酸梭菌的研究應用進展 - 水產前沿網 | 網聚全球水產華人

摘要：丁酸梭菌是從健康人和動物腸道中分離出的一種厭氧的革蘭氏陽性芽孢桿菌，因其能夠產生芽孢的益生功能被廣泛的研究。丁酸梭菌作為新一代芽孢益生菌制劑，較非芽胞益生菌制劑具有耐熱、耐酸和耐多種抗生素等生物學特性，能對宿主產生各種健康作用。如調節腸道微生態平衡、穩定胃腸道功能、產生益生物質、提高機體免疫及促進動物生長等，具有更好的應用發展前景。主要對丁酸梭菌的生物學功能、發酵工藝及其在動物飼料中的應用研究進展進行綜述，并展望丁酸梭菌今后的研究方向。

丁酸梭菌，又名宮入菌、酪酸梭菌，細菌學分類屬于梭菌屬，是一種厭氧的革蘭氏陽性芽孢桿菌，培養后期細菌的革蘭氏染色呈陰性。丁酸梭菌是人和動物腸道的正常菌群，也廣泛的存在于土壤、奶酪和天然酸奶中。菌體呈直桿狀或稍有彎曲，單個或成對，灰白色，細菌直徑為（0.5-1.7）×（2.4-7.6）μm，兩端鈍圓，周身鞭毛，具運動性；芽孢偏心或次端生（內生），呈圓形或橢圓形，無孢外壁和附屬絲。在瓊脂平板上形成白色或奶油色的不規則圓形菌落，稍突，表面濕潤光滑，不透明，略有酸臭味［1，2］。

丁酸梭菌具有抵抗外界相對惡劣環境的理化性質。經80℃、30 min 和90℃、10 min 熱處理不會失活，最適生長溫度為36℃，最高和最低起始生長溫度為44℃和16℃；pH 1.0 時仍能存活，其最適起始生長pH 為7.2，最高和最低起始生長pH 為10.6 和4.6 ；最適起始氧化還原電位為-21 mV［3］。在體內丁酸梭菌能耐受胃液、膽汁酸和消化液的作用，在室溫下具良好的儲存性與穩定性；丁酸梭菌只對新生霉素、萬古霉素和四環素等少數抗生素敏感，對其他多種抗生素具有很強的耐藥性，具有良好的應用前景。

丁酸梭菌具有防止病原菌及腐敗菌在腸道內的異常增殖和促進腸道有益菌群增殖、發育的雙重作用，從而糾正腸道菌群紊亂，減少腸毒素的產生。丁酸梭菌對艱難梭菌具生物拮抗作用，初步證實是通過細胞緊密接觸抑制毒性蛋白的表達，其抑制機理仍待深入研究。兩種菌在體外共培養時，艱難梭菌的毒性大幅度降低甚至消失，主要是因為丁酸梭菌芽孢萌發與擴增的速率是艱難梭菌的兩倍，產生的短鏈脂肪酸更有效的抑制艱難梭菌芽孢的萌發及其生長［4］。陳秋紅等［5］研究表明丁酸梭菌具有較強的耐高溫、耐酸和耐膽鹽的生物學特性，對腸道致病菌大腸桿菌、沙門氏菌和志賀氏菌具較強的抑制作用，同時顯著促進腸道有益菌的生長，丁酸梭菌發酵提取物分別使試驗組嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌和糞鏈球菌的活菌數比對照組提高了100%、93.3% 和81.3%（P<0.05）。

利用丁酸梭菌發酵動物飼料能降低飼料中的抗營養因子，提高氨基酸、維生素、有機酸和有機磷等營養物質，改善適口性、攝入量和利用率；添加到動物飼料具有替代抗生素預防和治療相關動物疾病的潛力，抑制內源性疾病的發生，且增強機體免疫和血液中白細胞（CD4+）的數量，以及改善動物的生產性能和產品質量，減少抗生物用量，提高經濟效率［6］。張彩云等［7］在斷奶仔豬的日糧中添加1‰的丁酸梭菌，顯著提高了仔豬的平均日增重，添加3‰的丁酸梭菌能顯著提高仔豬飼料的轉化效率，添加3‰和5‰的丁酸梭菌，其免疫機能、抗病力均明顯提高，其中添加5‰丁酸梭菌組的血清乳酸脫氫酶的活性顯著低于抗生素對照組，IgG 水平、C3 水平顯著高于抗生素對照組。在鮸魚飼料中添加一定量的丁酸梭菌［8］，其血清酚氧化酶活力、酸性磷酸酶活力顯著高于對照組（P<0.05），血清與體表黏液中的溶菌酶活性、IgM 水平以及其生長均顯著增高，故丁酸梭菌能調節鮸魚的體液免疫應答和改善其生長性能。

丁酸梭菌的主要代謝產物是丁酸，而丁酸是結腸上皮細胞的能量代謝和正常生長主要的營養物質［9］，能量供應的不充分是導致結腸炎的主要因素之一，而結腸上皮細胞70% 能量一般是從丁酸鹽中獲得，葡聚糖硫酸酯能抑制丁酸氧化而對葡萄糖代謝沒有影響，通過對老鼠口服葡聚糖硫酸酯便引發結腸炎對機體產生各種保健功能。丁酸梭菌還能分解胺類、吲哚類、硫化氫等有害物質，減少癌癥的發生率和改善糞便的惡臭，從而提高健康質量和改善環境。

食物傳染疾病的爆發強調了減少動物器官食物中病原菌的必要性，動物腸內病原菌是食物污染的直接來源，世界對抗生素抗性基因能夠從動物轉移到人類的廣泛關注，導致歐盟決定自2006 年1 月1日禁止使用抗生素作為生長促進劑［34］。丁酸梭菌制劑成為替代抗生素的一種理想選擇，既能減少抗生素的使用所引起的抗藥性、二重感染等，又能提高動物的自然防御機制和經濟效益。我國農業部已于2009 年7 月批注了丁酸梭菌制劑作為微生物飼料添加劑的使用。

在韓國，丁酸梭菌制劑已經被用于牛、豬和家禽的飼料添加劑。國內諸多研究證實丁酸梭菌發酵能夠使飼料酸化軟化，提高營養物質和適口性；在動物體內以絕對優勢搶占空間生態位和營養生態位，產生多種益生物質，提高飼料利用率；保持動物腸道內微生物菌群正�；a生丁酸梭菌素，抑制腸道有害菌，提高動物抗病力、免疫力，減少死淘率以及降低糞便中NH3、H2S 的含量，但目前丁酸梭菌制劑還未被普遍的作為益生菌劑添加于動物飼料。孫梅等［35］最新研究成果是采用微膠囊化包埋丁酸梭菌，以提高丁酸梭菌作為飼料添加劑的使用效果。經研究確定丁酸梭菌在采用4% 的海藻酸鈉和2% 的明膠混合物作為壁材的包埋劑中活菌數能增殖至4.9×109 CFU/mL，包埋率達99.5%。微膠囊顆粒具備良好的穩定性、耐熱性、腸溶性，耐酸性及耐膽鹽性試驗前后活菌數量差異不顯著（P>0.05），但耐胃酸及耐膽鹽較未包埋的對照組有顯著提高。最終為微膠囊化丁酸梭菌作為飼料添加劑的實際應用奠定一定的理論基礎。

丁酸梭菌制劑能減少動物飼料中抗生素、類激素類物質的使用，改善動物的生產性能，提高禽畜肉蛋奶制品產量和魚類的受精率、產卵量、孵化率及魚苗成活率。家禽腸道絨毛的長度與其腸上皮細胞數量呈顯著正相關。當絨毛變長時，腸上皮細胞數增多，對營養物質的消化吸收能力增高。在1 日齡AA 肉雞中添加0.9% 丁酸梭菌能顯著提高腸道絨毛長度，從而也能顯著提高肉雞平均日增重量，且試驗組的發病率和死淘率均顯著低于對照組［36］。在肉雞的飼料中添加適量的丁酸梭菌，盲腸消化物的pH 和盲腸的相對長度降低顯著，空腸黏膜上的堿性磷酸酶活性以及盲腸中的短鏈脂肪酸相對增加，暗示食用油和丁酸梭菌相互作用對肉雞腸道產生了健康的影響［37］。丁酸梭菌制劑可以顯著提高種鴨蛋的受精率。機理是丁酸梭菌在腸道內可產生多種維生素和酶等物質，有助于促使種番鴨對鈣、磷、錳、鋅、銅和鐵等的吸收，滿足種番鴨繁殖性能的需要，提高種公鴨的精液品質及種蛋的受精率，又避免了使用抗生素而產生的種種弊端［38］。

丁酸梭菌制劑能調節動物腸道微生態平衡以及治療相關動物疾病，有效地減少二重感染和動物體內的藥物殘留；增加血中蛋白氮的含量，改善蛋白質的代謝，能降低血清中的膽固醇水平；產生各種益生物質，利于補充必需的營養，維持機體正常生理功能，促進代謝，改善畜禽漁產品質量，進而保證畜禽漁產品的質量符合生產、加工、銷售及出口的標準，以沖破國際貿易上的“綠色壁壘”。

當肉雞的飼料中添加一定劑量的丁酸梭菌時，肉雞腹部脂肪中的脂蛋白脂肪酶活力、空腸黏膜中肝型脂肪酸結合蛋白基因的表達、胸肌中的十二碳五烯酸和n-3 不飽和脂肪酸的含量均增加顯著（P<0.05），同時肌肉的剪切力明顯降低，而對于胸肌中的滴水損失，飲食中的油脂（魚油）和丁酸梭菌存在著極顯著（P<0.01）的交互作用，有力地證明丁酸梭菌能夠改善肉制品的質量和提高胸部肌肉中必要的不飽和脂肪酸含量［39，40］。

丁酸梭菌制劑作為新一代的芽孢益生菌劑，具備良好的生理、生化特性，較非芽孢益生菌劑耐儲存、活菌數穩定，且能與抗生素聯合使用。但丁酸梭菌的發酵需嚴格的厭氧條件，對培養基成分及設備要求較高，故低成本的發酵工藝仍待深入研究。隨著丁酸梭菌與其他益生菌共生關系的建立，利用固態混菌發酵技術生產丁酸梭菌制劑具有培養基簡單且來源廣泛、投資少、能耗低、污染環境較少等優點，較液態純培養具諸多優勢，這將使丁酸梭菌益生菌制劑的大規模制備成為可能。

在動物飼料中的應用方面，為確保經濟效益、產品的質量和減少抗生素的使用，應進一步提高丁酸梭菌在胃腸道內的活性研究和加強其在飼料加工過程中對多種外加條件的承受能力，在此基礎之上研究生產高效穩定的丁酸梭菌制劑及生產工藝；在飼料制備過程中，應關注與其他菌的共生發酵，以提高飼料的適口性、營養、轉化率和降低成本，同時，需研究丁酸梭菌與其他藥物的協同作用，目的在于有效治療動物疾病、降低死亡率。再者，當針對不同的動物和不同的生長階段，添加不同劑量的丁酸梭菌制劑，以保證在畜牧業、禽業、漁業等方面發揮其最大的作用。