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中图分类号：S816 文献标识码：C 文章编号：1001-0769（2016）08-0076-03
益生元的概念相对较新，不易消化的食物成分（如不能消化的低聚糖）可被一种或多种对肠道生理具有益作用的细菌选择性发酵，一些益生元可选择性地刺激肠道中内源乳酸菌和双歧杆菌的生长，增加益生菌数量，从而改善宿主健康。如果特定有益菌不存在，益生元就没有用处。同样，如果环境不利，活菌也不会产生效力。最近提出了共生概念，即同时含有益生元和益生菌属性的食物才是有益健康的功能食品。
1 益生菌和益生元能够改善动物健康、生产性能和食品安全
肠道菌群将多糖发酵为短链脂肪酸的能力对能量平衡具有深远的影响，因为反刍动物70 %的能量、部分单胃动物20 %～30 %的能量通过这种方式提供。共生不是一个新的概念，但最近受到科学界越来越多的关注。动物饲料中使用益生菌和直接饲喂微生物（DFMs）作为抗菌促生长剂的潜在替代物正越来越受到认可，可在特定情况下用于控制特定的肠道病原体。益生菌被定义为通过改善宿主肠道菌群平衡对宿主产生有益作用的活微生物添加剂。正常的肠道菌群可在多个方面改善宿主动物的代谢，包括改善吸收能力、蛋白质代谢、能量代谢、纤维代谢和促进肠道成熟等。胃肠道菌群平衡和免疫刺激是摄入益生菌的主要功能。益生菌的很多作用是通过免疫调节，特别是通过促炎症和抗炎症细胞因子的控制平衡来发挥作用的。例如，以禽源粪肠球菌处理后，外周血液中淋巴细胞数量显著增加，沙门氏菌感染后3 d CD3、CD4、CD8和IgM阳性细胞也有增加的趋势。多项动物和人体研究表明，特定益生菌株能够刺激固有免疫系统，并可增强体液免疫。此外，不同的研究表明，接受沙门氏菌感染2 h后摄入乳酸菌，感染后12 h～24 h期间病原体显著下降。使用相同的感染模型和肠道mRNA表达芯片分析发现，益生菌和生理盐水处理的鸡存在基因表达差异，尤其是与NFkB 复合物和细胞凋亡有关的基因表达，表明细胞凋亡增加可能是这种益生菌降低沙门氏菌感染的一种机制。另外，Toll样受体（TLRs）是防护入侵微生物必需的病原体识别受体，而某些益生菌株可调节TLR的表达。
2 用于单胃动物的益生菌和DFMs
已经发表的实验和商业研究表明，特定益生菌能够减少商品化火鸡育雏舍的自发性腹泻。大规模商品化试验表明，火鸡和肉仔鸡饲喂适量的益生菌混合物可提高生产性能，降低生产成本。禽胃肠道来源的唾液乳杆菌和小片球菌是益生菌的主要成分，这两种菌株还具有体外抗肠炎沙门氏菌、大肠杆菌（O157∶H7）以及空肠弯曲杆菌的活性。此外，它们可也快速诱导与减少肠道沙门氏菌定植相关的宿主基因表达。
尽管在商品化家禽生产中使用的乳酸菌已经开发成功，但对可稳定保存、具有成本效益且在饲料中稳定（对热制粒工艺有耐受性）的商品化益生菌仍存在迫切的需要。目前应用的益生菌产品大多数是细菌孢子体。主要以其孢子形式被利用，有证据显示它们可预防特定的胃肠道功能紊乱，一些特定孢子体对热具有高度耐受性。多项研究表明，无论是活的植物细胞还是某些分离物的内生孢子，均可预防结肠癌发生或分泌抗革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌、屎肠球菌和梭状芽孢杆菌的物质。因此，含有芽孢的产品以比普通益生菌产品具有更多的潜在优势，因为它们可直接饲喂微生物。DFMs通常由活或死的酵母、真菌或细菌培养物以及发酵终产物组成，被广泛用于动物生产。研究表明芽孢可减少食物来源的病原体。但是因饲料所需芽孢浓度的成本问题大大制约了其在动物业内的商品化应用。
3 反刍动物胃肠道发酵与微生态
牛等反刍动物与瘤胃微生物细菌、原生动物、古细菌、病毒和增菌存在独特共生关系，它们可发酵质量相对较低的饲料原料，并进而为反刍动物提供营养成分，生产优质肉、奶和毛。反刍动物的肠道与单胃动物不同，因为它有一个很大的厌氧发酵室瘤网胃。反刍动物能够在不同微生态环境下生存，这与驻留的微生物菌群的共生是关键。
瘤胃发酵将饲料原料转化为短链脂肪酸，从瘤胃排出的微生物细胞（微生物粗蛋白）被宿主胃降解，并在小肠中被吸收。主要的短链脂肪酸有乙酸、丙酸和丁酸，它们被宿主吸收时可提供高达80 %的动物能量需要。虽然乙酸是瘤胃发酵中生成的主要短链脂肪酸，但是丙酸可生成葡萄糖，在快速生长的动物中更为需要（如肉牛）。乙酸/丙酸比是宿主动物发酵产能效率的一个指标，可以通过简单增加日粮中谷物的量来改变。饲喂谷物可降低乙酸/丙酸比，意味着有更多的能量提供给宿主用于生长。另外，瘤胃和胃肠道菌群开可生成B族维生素，降低日粮B族维生素的添加需要。
反刍动物日粮由多种含有复杂碳水化合物的可变原料组成（如纤维素、半纤维素和木质素），因此，整个胃肠道中存在多种营养素的微生态。随着日粮成分的改变，营养成分微生态及伴随的细菌种类也随之变化。此外，菌群还可能受到发酵终产物的影响。比如，饲喂谷物改变瘤胃丙酸比例的主要原因是淀粉。瘤胃淀粉被链球菌和乳球菌发酵产生短链脂肪酸和乳酸，导致瘤胃pH下降。乳酸浓度增加的结果是利用乳酸的瘤胃菌群埃氏巨球型菌和反刍月形单胞菌由于其二次发酵乳酸形成丙酸酯的能力而导致数量增加。
除了细菌细胞中的优质蛋白（微生物粗蛋白）外，有些饲料原料在瘤胃中不被降解，而是通过皱胃（通常被称为不被降解的摄入物或过瘤胃物质），并在小肠和大肠中被降解和吸收。在牛的盲肠和结肠中存在其他菌群，这些菌群与瘤胃菌群截然不同。这些菌群在肠道后部进行二次发酵，过瘤胃发酵可获得更多的日粮能量。例如，到达直肠的淀粉被发酵，形成更高的粪短链脂肪酸和乳酸浓度，其pH也低于饲喂草料日粮的动物。
益生元的概念相对较新，不易消化的食物成分（如不能消化的低聚糖）可被一种或多种对肠道生理具有益作用的细菌选择性发酵，一些益生元可选择性地刺激肠道中内源乳酸菌和双歧杆菌的生长，增加益生菌数量，从而改善宿主健康。如果特定有益菌不存在，益生元就没有用处。同样，如果环境不利，活菌也不会产生效力。最近提出了共生概念，即同时含有益生元和益生菌属性的食物才是有益健康的功能食品。
1 益生菌和益生元能够改善动物健康、生产性能和食品安全
肠道菌群将多糖发酵为短链脂肪酸的能力对能量平衡具有深远的影响，因为反刍动物70 %的能量、部分单胃动物20 %～30 %的能量通过这种方式提供。共生不是一个新的概念，但最近受到科学界越来越多的关注。动物饲料中使用益生菌和直接饲喂微生物（DFMs）作为抗菌促生长剂的潜在替代物正越来越受到认可，可在特定情况下用于控制特定的肠道病原体。益生菌被定义为通过改善宿主肠道菌群平衡对宿主产生有益作用的活微生物添加剂。正常的肠道菌群可在多个方面改善宿主动物的代谢，包括改善吸收能力、蛋白质代谢、能量代谢、纤维代谢和促进肠道成熟等。胃肠道菌群平衡和免疫刺激是摄入益生菌的主要功能。益生菌的很多作用是通过免疫调节，特别是通过促炎症和抗炎症细胞因子的控制平衡来发挥作用的。例如，以禽源粪肠球菌处理后，外周血液中淋巴细胞数量显著增加，沙门氏菌感染后3 d CD3、CD4、CD8和IgM阳性细胞也有增加的趋势。多项动物和人体研究表明，特定益生菌株能够刺激固有免疫系统，并可增强体液免疫。此外，不同的研究表明，接受沙门氏菌感染2 h后摄入乳酸菌，感染后12 h～24 h期间病原体显著下降。使用相同的感染模型和肠道mRNA表达芯片分析发现，益生菌和生理盐水处理的鸡存在基因表达差异，尤其是与NFkB 复合物和细胞凋亡有关的基因表达，表明细胞凋亡增加可能是这种益生菌降低沙门氏菌感染的一种机制。另外，Toll样受体（TLRs）是防护入侵微生物必需的病原体识别受体，而某些益生菌株可调节TLR的表达。
2 用于单胃动物的益生菌和DFMs
已经发表的实验和商业研究表明，特定益生菌能够减少商品化火鸡育雏舍的自发性腹泻。大规模商品化试验表明，火鸡和肉仔鸡饲喂适量的益生菌混合物可提高生产性能，降低生产成本。禽胃肠道来源的唾液乳杆菌和小片球菌是益生菌的主要成分，这两种菌株还具有体外抗肠炎沙门氏菌、大肠杆菌（O157∶H7）以及空肠弯曲杆菌的活性。此外，它们可也快速诱导与减少肠道沙门氏菌定植相关的宿主基因表达。
尽管在商品化家禽生产中使用的乳酸菌已经开发成功，但对可稳定保存、具有成本效益且在饲料中稳定（对热制粒工艺有耐受性）的商品化益生菌仍存在迫切的需要。目前应用的益生菌产品大多数是细菌孢子体。主要以其孢子形式被利用，有证据显示它们可预防特定的胃肠道功能紊乱，一些特定孢子体对热具有高度耐受性。多项研究表明，无论是活的植物细胞还是某些分离物的内生孢子，均可预防结肠癌发生或分泌抗革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌、屎肠球菌和梭状芽孢杆菌的物质。因此，含有芽孢的产品以比普通益生菌产品具有更多的潜在优势，因为它们可直接饲喂微生物。DFMs通常由活或死的酵母、真菌或细菌培养物以及发酵终产物组成，被广泛用于动物生产。研究表明芽孢可减少食物来源的病原体。但是因饲料所需芽孢浓度的成本问题大大制约了其在动物业内的商品化应用。
3 反刍动物胃肠道发酵与微生态
牛等反刍动物与瘤胃微生物细菌、原生动物、古细菌、病毒和增菌存在独特共生关系，它们可发酵质量相对较低的饲料原料，并进而为反刍动物提供营养成分，生产优质肉、奶和毛。反刍动物的肠道与单胃动物不同，因为它有一个很大的厌氧发酵室瘤网胃。反刍动物能够在不同微生态环境下生存，这与驻留的微生物菌群的共生是关键。
瘤胃发酵将饲料原料转化为短链脂肪酸，从瘤胃排出的微生物细胞（微生物粗蛋白）被宿主胃降解，并在小肠中被吸收。主要的短链脂肪酸有乙酸、丙酸和丁酸，它们被宿主吸收时可提供高达80 %的动物能量需要。虽然乙酸是瘤胃发酵中生成的主要短链脂肪酸，但是丙酸可生成葡萄糖，在快速生长的动物中更为需要（如肉牛）。乙酸/丙酸比是宿主动物发酵产能效率的一个指标，可以通过简单增加日粮中谷物的量来改变。饲喂谷物可降低乙酸/丙酸比，意味着有更多的能量提供给宿主用于生长。另外，瘤胃和胃肠道菌群开可生成B族维生素，降低日粮B族维生素的添加需要。
反刍动物日粮由多种含有复杂碳水化合物的可变原料组成（如纤维素、半纤维素和木质素），因此，整个胃肠道中存在多种营养素的微生态。随着日粮成分的改变，营养成分微生态及伴随的细菌种类也随之变化。此外，菌群还可能受到发酵终产物的影响。比如，饲喂谷物改变瘤胃丙酸比例的主要原因是淀粉。瘤胃淀粉被链球菌和乳球菌发酵产生短链脂肪酸和乳酸，导致瘤胃pH下降。乳酸浓度增加的结果是利用乳酸的瘤胃菌群埃氏巨球型菌和反刍月形单胞菌由于其二次发酵乳酸形成丙酸酯的能力而导致数量增加。
除了细菌细胞中的优质蛋白（微生物粗蛋白）外，有些饲料原料在瘤胃中不被降解，而是通过皱胃（通常被称为不被降解的摄入物或过瘤胃物质），并在小肠和大肠中被降解和吸收。在牛的盲肠和结肠中存在其他菌群，这些菌群与瘤胃菌群截然不同。这些菌群在肠道后部进行二次发酵，过瘤胃发酵可获得更多的日粮能量。例如，到达直肠的淀粉被发酵，形成更高的粪短链脂肪酸和乳酸浓度，其pH也低于饲喂草料日粮的动物。