易中华
江西农业大学动物科技学院
收稿日期：2011 - 06 - 21
丁酸梭菌又名酪酸菌，在自然界中主要存在于奶酪、天然酸奶、人与动物粪便及土壤中。丁酸梭菌作为微生态制剂的研究是由日本千叶医科大学宫入近治博士（1933）首先发现并报告的，又叫宫入菌。丁酸梭菌具有耐热、耐酸及耐受多种抗生素等特点，是一种较理想的具有广泛开发前景的微生态制剂（黄俊等，2004）。在畜禽饲料中添加饲用丁酸梭菌制剂，对于减少当前饲料中抗生素产品的滥用、减少药物在肉品中的残留、降低动物细菌的耐药性和保障动物健康有着重要的意义。文章对丁酸梭菌的生物学特性与生物学功效、丁酸梭菌制剂的培养与发酵生产工艺、饲用丁酸梭菌制剂的实际应用效果、存在问题及发展前景等几方面的研究概况进行综述。
1 丁酸梭菌的生物学特性
1.1 分类及形态学特性
丁酸梭菌是一种厌氧的革兰阳性芽孢杆菌，呈直杆状或稍有弯曲，单个或成对，短链，偶见有丝状菌体，菌体灰白，呈煎蛋样，中间隆起。细菌直径为(0.6~1.2)×(3~7) μm，两端钝圆，中间部分轻度膨胀，周身鞭毛，具有运动性。孢子卵圆，偏
心或次端生。革兰染初培养的菌为阳性，后期培养可变为革兰阴性。1.2 培养和生化特性
丁酸梭菌在液体培养基中培养，培养初期试管上部呈轻微浑浊，产生大量的气体，后期沉淀较多。平
板划线培养31 ℃，24 h，可见直径 1.2~3 mm 菌落，正面圆形，边缘整齐，侧面低凸，表面湿润光滑，乳黄，不透明，略有酸臭味。最适生长温度25~37 ℃，最适pH 4~9.8。
丁酸梭菌细胞壁含DL-二氨基庚二酸，葡萄糖是唯一的细胞壁糖。在琼脂平板上形成白或奶油的不规则圆形菌落，稍突，直径为1~3 mm。丁酸梭菌不水解明胶，不消化血清蛋白，能够发酵葡萄糖、蔗糖、果糖和乳糖等糖类产酸，一个显著的特征是产生淀粉酶，水解淀粉但不水解纤维素。水解淀粉和糖类的最终代谢产物为丁酸、乙酸和乳酸，还发现有少量的丙酸和甲酸，硝酸盐还原试验均为阴性。丁酸梭菌DNA 的G+C 含量的摩尔分数为27 %~28 %。从粪便中分离的丁酸梭菌-拜氏梭菌杂交菌株还含有果胶酸裂解酶，其能降解肠道内的果胶酸为中间产物寡聚半乳糖(OA)和4, 5-不饱和半乳糖醛酸(DA)，OA 最终分解成挥发性的短链脂肪酸 -乙酸、少量丁酸和甲酸，DA 则完全分解 摘 要 丁酸梭菌作为一种新型微生态制剂，具有耐热、耐酸及耐受多种抗生素等特点。在畜禽饲料中添加饲用丁酸梭菌制剂，对于减少当前饲料中抗生素产品的滥用、减少药物在肉品中的残留、降低动物细菌的耐药性和保障动物健康有着重要的意义。文章综述丁酸梭菌的生物学特性、生物学功效、丁酸梭菌制剂的培养与发酵生产工艺、饲用丁酸梭菌制剂的实际应用效果、存在问题及发展前景等几个方面的研究与应用进展。
关键词 丁酸梭菌 生物学特性 培养条件 应用效果
中图分类号： S 816.72 文献标志码： B 文章编号：1002 - 2813（2012
）02 - 0014 - 04
为乙酸和甲酸。
1.3 稳定性
丁酸梭菌制剂中活菌是以芽孢形式存在的，对各种恶劣环境、存贮及加工运输过程中的高温、高湿、酸性、机械磨擦和挤压等因素具有很强的稳定性。经80 ℃、30 min和90 ℃、l0 min热处理后全部存活；加热90 ℃20 min后，95 ％存活；加热100 ℃ 5 min后30 ％存活。耐热，耐酸，pH为1~5时仍能存活，能耐受胃液、胆汁酸和消化液；pH 为4~9.8时适合其生长。其固体活菌制剂在室温和干燥情况下保存超过3年，未见活菌显著减少。因此，丁酸梭菌能够抵抗饲料加工过程中的高温、高热及其胃肠道酸性环境，与目前广泛应用的非芽孢类活菌制剂相比更具市场竞争力。
1.4 药物敏感性
丁酸梭菌具有很强的耐药性，可与某些抗生素同时使用，不干扰其他细菌感染的。经多次抗生素
药物敏感试验，丁酸梭菌对头孢立新、氨苄西林、羟氨苄西林、强力霉素、链霉素、多黏菌素E、交沙霉素、红霉素、洁霉素、环丙沙星、阿米卡星、庆大霉素、磺胺甲硝唑、尤其是氨基糖苷类抗生素和吡哌酸均不敏感，只对新生霉素、先锋霉素、万古霉素和四环素等少数几种抗生素敏感。因此，丁酸梭菌作为微生态制剂在临床上可与某些抗生素联合应用，避免长期大量应用抗生素给动物及人类的身体健康带来危害；在目前饲料中普遍添加抗生素的情况下仍能发挥效能，明显有别于双歧杆菌和乳酸杆菌等非芽孢类微生态制剂。
2 丁酸梭菌的生物学功效
2.1 调节肠道菌平衡，促进肠道有益菌增殖
丁酸梭菌是调节动物肠道微生态平衡的有益菌，它通过促进有益菌和抑制有害菌双重作用纠正肠道菌失调，改善肠道内微生态环境，减少肠道疾病的产生（赵熙等，1999）。因而丁酸梭菌可代替抗生素广泛用于鸡、猪和牛等动物，尤其对乳猪的拉稀有特别的疗效。临床试验证明，本菌剂对腹泻、肠应激综合征和腹部症状的有效率可超过80 %，对便秘、便稀和胃肠炎的疗效也有60 % ~75 %，是良好的整肠微生态药物。
丁酸梭菌能促进肠道内双歧杆菌、乳酸菌和拟杆菌等有益菌的增殖和发育，特别是它能产生促双歧杆菌发育的因子。朱晓慧等(2000)将丁酸梭菌分别与双歧杆菌、乳酸菌和粪杆菌进行体外混合培养，结
果发现双歧杆菌、乳酸菌和粪杆菌活菌含量分别比对照组增加24 %、42.57 %和6.76 %。
丁酸梭菌能抑制肠道内葡萄球菌、念珠菌、克雷伯菌、致病性大肠杆菌、痢疾志贺菌、伤寒沙门菌、沙门菌、弧菌及引起伪膜性肠炎的魏氏梭菌等有害菌的生长繁殖（张雪平等，2001；唐宝英等，2005；Imase等，2008），减少胺类、吲哚类和硫化氢等有害物质，从而调整或维持肠道内微生态平衡。
2.2 增强免疫功能
口服丁酸梭菌能增加动物体内血清中免疫球蛋白A（IgA）和免疫球蛋白M（IgM）的含量，刺激小肠黏膜免疫活性，使IgA增多，抑制微生物在呼吸道上皮附着，减缓病毒繁殖，防止病原体入侵机体，提高动物机体自身的免疫力。给鸡饲喂含丁酸梭菌的饲料，摄食1周后，结果表明：其血清中新城疫血凝抑制（ND-HI）抗体效价迅速上升。傅思武等（2000）用酪酸菌-婴儿双歧杆菌二联活菌制剂对小鼠进行试验，结果30 d后测定，发现小鼠抗体生成细胞数增加，说明该制剂具有一定的免疫调节功能。
用热灭活丁酸梭菌制成的疫苗有激活自然杀伤细胞和巨噬细胞的作用。当机体摄食丁酸梭菌死菌体(10亿CFU/g)后，从小肠上皮无菌取出派伊尔氏淋巴集结细胞，用酶联免疫吸附法（ELISA）测定血清中IgA含量，试验组 (6 μg/mL)明显高于未摄食菌体的对照组(0.5 μg/mL)。
2.3 在肠道产生益生产物
丁酸梭菌的主要代谢产物为乙酸和丁酸，而丁酸是肠道上皮组织细胞的再生和修复的主要营养物质。因此，丁酸梭菌对肠道上皮组织的再生和修复有很重要的意义。此外，丁酸梭菌在肠道内能产生B族维生素、维生素K和维生素E等物质, 对机体具有保健作用；还能产生淀粉酶、蛋白酶和糖苷酶等多种酶类，同时还产生降解植物饲料中果胶酶、纤维素酶和葡聚糖酶等非淀粉多糖酶，这有助于促进双歧杆菌等有益菌的生长繁殖并降解肠道内纤维和果胶等难消化的糖类，且最终产物又可被机体吸收利用。
2.4 其他功效
大量数据说明，单用丁酸梭菌或与双歧杆菌和益生元等合用，对于因菌失调而引起的急慢性腹泻、肠易激综合征、抗生素相关性肠炎和便秘等症状有良好的疗效，对于肠炎、肝硬化、放疗和化疗造成的免疫功能下降也能起到辅助的作用。不少资料还说明，该菌还能促进维生素E的吸收，降解胆酸，提高抗氧能力。
3 丁酸梭菌微生态制剂的培养与发酵生产工艺3.1 丁酸梭菌的培养条件
黄俊等（2004）通过对一株饲用酪酸菌培养基和培养条件的研究，确定酪酸菌优化后的培养基为葡萄糖1.5 %，酵母粉1.5 %，牛肉膏0.5 %，KH2PO4 0.2 %，MgSO4 0.1 %，半胱氨酸0.1 %，NaHCO3
0.1 %，pH约为7。培养温度为35 ℃，接种量为5 %，培养时间为24 h。菌液质量浓度可达8.2亿CFU/mL，芽孢率90 %。
孔青（2006）利用响应面试验设计的方法对丁酸梭菌的培养条件进行系统优化，确定种子培养基为葡萄糖2.44 %，酵母浸膏2.08 %，胰蛋白胨1 %，(NH4)2SO4 0.1 %，NaHCO3 0.1 %，MnSO4·H2O 0.02 %，MgSO4·7H2O 0.02 %， CaCl2 0.002 %和琼脂2 %（配固体培养基时用) ，初始pH为8.55，丁酸梭菌在此培养基中厌氧培养24 h后活菌数可达10.3亿CFU/mL；培养丁酸梭菌的发酵培养基为葡萄糖2 %，豆饼粉提取液3.98 %，玉米浆0.37 %，(NH4)2SO4 0.1 %，NaHCO3 0.124 %， MnSO4·H2O 0.02 %，MgSO4·7H2O 0.02 %， CaCl2 0.002 %，琼脂2 %（配固体培养基时用)，初始pH为7.5，丁酸梭菌在此培养基中厌氧培养24 h后活菌数可达7.1亿CFU/mL。
陈秋红等（2009）对酪酸菌CB-7发酵培养基和培养条件进行研究，结果表明：最优化培养基组成为玉米淀粉1 %，牛肉蛋白胨1 %，酵母膏0.5 %，乙酸钠0.3 %，NaCL 0.5 %，CaCO3 0.3 %，MgSO4·7H2O 0.05 %。确定最佳培养条件为初始pH 7，培养温度37 ℃，接种量7.5 %，培养36 h，菌体质量浓度可达8.5亿CFU/mL，芽孢率可达95.3 %。
3.2 丁酸梭菌微生态制剂的发酵生产工艺
丁酸梭菌微生态制剂的发酵生产工艺最近几年才在国内进行研究，生产工艺基本流程如下：
培养基原料→溶解→灭菌 保护剂
菌种→活化→ 接种→发酵控制→ 发酵液 →干燥→加填充料→制粒→质检→成品
若用作动物饲料添加剂，则在干燥后质检包装即可使用。
4 饲用丁酸梭菌制剂的实际应用效果
众多研究表明：丁酸梭菌既能单独作为饲料添加剂使用，也能与乳酸菌、芽孢菌和双歧杆菌等益生菌复配使用，并且增强该类产品的功效。李恕等（1998）将酪酸菌制剂用于水产类，结果鱼及特种水产类日增重率提高大约15 %~40 %，杂食性鱼类可提高超过22 %。杨桂苹（1998）报道，以蛋白酶、脂肪酶、糖化菌、乳酸菌和丁酸梭菌作为有效成分，制成特效的鱼用饲料添加剂，促进鱼对蛋白质和脂肪的消化吸收，养殖效率上升。添加的3种菌能在肠道内共生，使各种脏器机能更好地发挥，肠内微环境得到改善。当将0.5 %和2 %添加剂加入到饲料中作为试验组，饲喂8周后，饲料效率比无添加剂的对照组高8 %和7 %，增重率高12 %和11.5 %，并且摄食早，体表黏液分泌多，体新鲜，肉质有适量脂肪，味感改善，疾病率和病死率下降，粪臭减少且呈粒状固体易清除。
黄俊等（2003）用3株乳酸菌、2株芽孢菌、2株酵母菌、1株光合菌和1株酪酸菌以麸皮为主要原料，多菌混合厌氧固态发酵生产出新型微生物饲料添加剂；肥育猪饲养试验表明：2 %添加量组比对照组
提高日增质量8 %，提高饲料利用率10 %，降低粪便NH3含量61 %；同时在提高免疫力、抗病力及降低猪的料肉比方面都有显著效果。
施大林等(2006)报道，在彼德逊肉鸡基础日粮中添加0.2 %、0.5 %和0.8 %的酪酸菌制剂。结果表明：试验组在增质量和存活率方面比对照组均有明显的提高；添加0.5 %酪酸菌制剂的试验组效果最为明显，增质量比对照组提高16.3 %，料肉比为1.89，平均每只鸡获利比对照组提高76 %。
王润之等(2009)报道，日粮中添加0.2 %酪酸菌，可以明显提高种鸭产蛋率和受精率。刘来亭等(2009)报道，在AA肉鸡基础日粮中添加0.3 %、0.6 %和0.9 %的酪酸芽孢杆菌。结果表明：添加0.9 %酪酸芽孢杆菌组能显著提高肉鸡平均日增质量，各
处理组间饲料转化率差异不显著；各处理组的发病率和病死率均比对照组低；添加0.6 %和0.9 %酪酸芽孢杆菌组显著提高了肠道绒毛长度。
5 饲用丁酸梭菌制剂应用中存在问题及发展前景
饲用丁酸梭菌制剂作为微生态添加剂在实际生产中产生了显著的应用效果，但在应用中还存在以下几个问题需要深入研究。
1）需要进一步研究丁酸梭菌在胃肠道酸性环境内的活性及其对饲料加工过程中的高温和高压的耐受能力，加强耐受高温、高压加工及胃肠道酸性环境菌株筛选工作，确保从活菌生产到进入动物肠道内的活性，在此基础上研究生产高效稳定的丁酸梭菌制剂及生产工艺。
2）丁酸梭菌活菌制剂如何与乳酸菌和芽孢菌合理复配进行添加，发挥其最大的产品特性，需要进行深入的研究。
3）综合肠道微生物的最佳作用条件，从环境温度、配合饲料组成、畜禽生长阶段和健康状况等方面综合研究，生产针对性强的专用丁酸梭菌制剂。
4）饲用丁酸梭菌制剂与药物添加剂间相互影响，应进行如何合理地使用这些添加剂的研究。如：考虑先用亚临床质量浓度的药物处理肠道后，再用饲用丁酸梭菌制剂，采用抗生素和饲用丁酸梭菌制剂联合应用，可能会收到良好效果。
随着微生态学理论研究的不断深入、稳定化技术和微胶囊技术在活性微生物制剂中的应用、科学水平的提高及相关问题的不断解决，人们会逐渐克服丁酸梭菌制剂在使用上的不足，将会有更多和更完善的丁酸梭菌微生态制剂被开发出来，并将越来越快地被人们所接受。日本是研究丁酸梭菌制剂历史最长和范围最广的国家，他们除开发用于整肠的药品外，还开发了丁酸梭菌液剂、粉末剂和胶囊剂等保健食品，并将其作为兽药制剂用来畜禽肠道菌紊乱，提高畜禽的生产性能。我国自1993年起加
大了对丁酸梭菌的研究和开发，在畜牧业方面的应用已取得突破性进展。2009年7月，农业部批准浙江惠嘉申请的丁酸梭菌制剂（商品名：酪肠生），作为微生物饲料添加剂在中华人民共和国境内生产、经营和使用。该产品经急性毒性试验、致突变性检测（AMES）试验及毒力试验，未见受试动物有异常反应和死亡。
6 结束语
丁酸梭菌作为一种新型微生态制剂，具有耐热、耐酸及耐受多种抗生素等特点，是一种较理想的具有广泛开发前景的微生态制剂。在畜禽饲料中添加饲用丁酸梭菌制剂，对于减少当前饲料中抗生素产品的滥用、减少药物在肉品中的残留、降低动物细菌的耐药性和保障动物健康有着重要的意义。丁酸梭菌微生态制剂低毒、无残留、安全性好，符合消费者的期望，市场潜力巨大，是一类很有开发前途的产品，有望成为21世纪新型微生态制剂。
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