芽孢杆菌代谢产物在饲料和发酵中的应用

  芽孢杆菌（Bacillus）：广义定义是一类好氧或兼性厌氧、能形成芽孢（内生孢子）的革兰氏阳性杆状或球状细菌。包括芽孢杆菌属、乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。最新饲料添加剂目录中有7种微生物能产生芽孢，包含芽孢杆菌属的地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌，短芽孢杆菌属的侧孢短芽孢杆菌，以及梭菌属的丁酸梭菌。

  芽孢杆菌在饲料中作为益生菌广泛应用，是一种相当理想的饲料添加剂，具有以下几点优势: （1）益生性 芽孢杆菌具有帮助动物消化吸收，提高动物免疫能力，改善动物体内 微生态环境等作用，具有很好的益生效果；（2）稳定性 芽孢杆菌具有产芽孢性能，能够经受高温加工、长期储存、制粒挤压等环境，一般芽孢杆菌粉剂保存1年能够保持90%以上的活性，具有很好的稳定性;（3）高耐受性 芽孢杆菌一般以芽孢形式加入饲料中，芽孢具有很好的耐酸性，适应广泛的pH范围，能够经过胃酸到达肠道发挥作用;（4）快速增值:芽孢杆菌具有生长迅速的特点，芽孢进入肠道后能够快速萌发，产生营养体并发生益生作用。芽孢杆菌也是目前原料发酵主要使用的一类微生物菌，其发酵优势在于能分泌多种代谢产物，包括多种酶类、挥发性脂肪酸类、维生素类、抑菌物质类等代谢产物，在提升原料营养价值的同时还能增加原料中功能性物质。

  芽孢杆菌在其生长繁殖过程中能产生淀粉酶、蛋白酶和少量脂肪酶、纤维素酶、植酸酶、糖化酶和果胶酶等酶类。动物饲料中添加该芽孢杆菌制剂，在其肠道中将产生以上消化酶，促进动物对营养物质的消化吸收，提高饲料转化率。总所周知，枯草芽孢杆菌酶是工业霉市场的主体，其生产的蛋白酶、淀粉酶是工业酶中应用最为广泛的酶，仅这两种酶就占整个工业酶市场的50%。研究报道枯草芽孢杆菌发酵液中淀粉酶活力可达576U、中性蛋白酶活力可达220U,碱性蛋白酶可达20.6U，脂肪酶活力为7.1U（徐海燕，2006）。Sogaadr(1990)研究表明，枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌具有很强的产蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶能力，同时还具有降解木聚糖、果胶、多聚半乳糖醛酸、羧甲基纤维素、地衣聚糖等物质的能力，在原料发酵过程中可以有效分解植物原料中大分子营养物质及抗营养因子。另据报道芽孢杆菌在动物肠道中还可产生氨基化氧化酶及分解硫化氢的酶类，可将吲哚类氧化成无毒、无害的物质，从而降低动物舍内氨气、硫化氢、臭气等有害气体的浓度，减少环境污染（杨琳，2001）。在霉菌毒素生物降解方面其酶类代谢产物也有广泛应用，在对具有黄曲霉毒素B1降解作用菌株的筛选试验发现1株枯草芽孢杆菌对AFB1具有良好的降解率，降解率可达90.28%，试验证明降解毒性的活性物质为一种胞外蛋白酶（孙邻玉，2014）。

芽孢杆菌在其生长繁殖过程中产生的乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸，能够降低动物肠道pH值，可有效抑制有害菌的生长，为乳酸菌的生长创造酸性环境。另外丙酸还能参加三羧酸循环，为动物提供能量。研究报道，枯草芽孢杆菌发酵液中乙酸、丙酸和丁酸含量分别可达0.225g/L、2.59 g/L、3.49 g/L（徐海燕，2006）。部分芽孢杆菌在产酸方面还具有独特功效，例如凝结芽孢杆菌是唯一能产L-乳酸的芽孢杆菌、属于同型乳酸发酵菌，还能产生凝固素抑制有害菌生长；丁酸梭菌是一种专性厌氧的革兰氏阳性芽孢杆菌，水解淀粉和糖类的最终代谢产物为丁酸、醋酸和乳酸，丁酸梭菌的主要代谢产物丁酸是肠道上皮组织细胞的再生和修复主要营养物质。

  芽孢杆菌在其生长繁殖过程中还能够自身合成VC、VB1、VB2、VB6等维生素。为动物提供营养物质，从而促进动物生长和提高其生产性能。 研究表明，枯草芽孢杆菌发酵液中VC含量可达0.878mg/L，VB1含量可达21.33mg/L，VB2含量可达9.31mg/L，VB6含量可达0.204mg/L（徐海燕，2006）。

  芽孢杆菌还能产生抑菌类物质，不同芽孢杆菌产生的抑菌类物质不同，枯草芽孢杆菌产生的主要抑菌物质为脂肽类抑菌物质，如枯草菌素、杆菌肽、多粘菌素和制霉菌素等，地衣芽孢杆菌产生的抑菌物质为细菌分裂素、苯乙酸和抗菌蛋白等，凝结芽孢杆菌为L-乳酸、凝固素、细菌素等，短小芽孢杆菌主要为抗菌蛋白，侧孢芽孢杆菌则为溶菌酶、细菌素、多肽类抗生素等。研究报道枯草芽孢杆菌CG能分泌氨基糖苷类化合物对海参“腐皮病”的致病性灿烂弧茵(Vibrio splendidus) 有显著抑制作用（李文卓，2013），芽孢杆菌产生的抑菌物质对真菌也有较好的抑制效果，枯草芽孢杆菌被认为是一种有效抑制黄曲霉并降解其毒素的菌种，从枯草芽孢杆菌分离得到的杆菌霉素D属于伊枯草菌素家族中的一种，是目前抑制黄曲霉最强且唯一的一种抗生素（马芳芬，2016）。

  芽孢杆菌具有良好的抗逆性能和丰富的代谢产物，应用于饲料和原料发酵中具有非常广阔的前景。但由于芽孢杆菌种类繁多，代谢产物种类不一，饲喂动物不同，发酵产物的需求不同，发酵时间存在一定差异，应用效果也具有较大差异。因此如何充分利用芽孢杆菌丰富的有价值的代谢产物，还需进一步探索。