通过益生性乳酸菌操纵青贮发酵以促进反刍动物健康

《Journal of Dairy Science》：Manipulation of silage fermentation for ruminant health via probiotic lactic acid bacteria

　　

青贮是大多数反刍动物生产系统中日粮的基本组成部分，因其能够全年提供保存完好的优质饲草并提供必需营养素而备受重视。以往的研究主要集中在添加外源乳酸菌（LAB）以促进乳酸和乙酸的产生，从而实现改善发酵和保存营养的双重目标，并减少有氧变质。本综述强调了使用益生性乳酸菌增强动物健康的2种主要策略。第一，使用特定的乳酸菌菌株操纵青贮发酵，以生产具有益生特性的青贮；第二，应用筛选出的乳酸菌减轻青贮中的污染物。使用特定益生菌株接种青贮在调节反刍动物抗氧化状态和免疫功能方面显示出初步的前景。此外，新型乳酸菌接种剂已被开发用于应对生物安全风险，包括真菌毒素、食源性致病菌、农药残留和抗生素抗性基因（ARG），从而限制这些有害元素通过“饲料–动物–食品”链条的传播。总之，益生性乳酸菌来源的青贮（益生性或功能性青贮）在改善反刍动物福利和产品质量方面具有理论潜力。然而，必须在实际养殖条件下进行大规模、长期的研究，以充分验证这些生物学效应及其对家畜健康和食品安全的益处。

青贮是全球反刍动物日粮的基础组成部分，其发酵过程通常依赖乳酸菌（LAB）代谢产酸以抑制病原菌生长并减少营养流失。传统上，外源乳酸菌接种剂主要用于促进发酵、提高有氧稳定性和减少营养损失。随着研究深入，人们认识到某些乳酸菌不仅是发酵剂，更是重要的益生菌，且由于反刍动物每日大量采食青贮，青贮有望成为向反刍动物后肠递送益生菌的理想载体。此外，部分乳酸菌具备缓解霉菌毒素、食源性致病菌等污染物风险的能力。然而，除了传统的发酵促进作用外，青贮在改善动物健康和保障生物安全方面的双重潜力尚未得到充分探讨。为了探索这一创新方向，研究人员总结了通过益生性乳酸菌操纵青贮发酵以促进反刍动物健康的两大策略：一是使用特定益生菌株产生具有抗氧化、抗炎等功能的益生或功能性青贮；二是开发新型乳酸菌接种剂以消除青贮中的有害物质。研究得出结论，这些进展为减轻全身性氧化应激和炎症、支持整体反刍动物健康提供了基础策略，并有望通过减少污染物从饲草向肉乳的易位来保障食品链安全。该论文发表在《Journal of Dairy Science》。

在技术方法上，研究人员主要通过综述和荟萃分析既往文献中的体外发酵与体内动物饲养试验结果开展研究。涉及的样本队列来源包括各文献报道的奶牛场或奶山羊场。关键技术方法包括：微生物菌株分离与筛选技术，用于从受污染环境中分离具备特定功能（如产阿魏酸酯酶、产细菌素、产胞外多糖）的乳酸菌菌株；动物活体饲喂试验，通过向反刍动物饲喂接种特定乳酸菌的青贮，采集血清、乳样和粪便以分析生理指标；分子生物学多组学技术，利用宏基因组测序检测抗生素抗性基因（ARG）及微生物群落演替，并通过转录组学评估宿主乳腺组织中抗氧化和炎症相关基因的表达水平；色谱-质谱联用技术，用于定量检测青贮、动物血清及乳样中的真菌毒素、农药残留和功能性代谢物（如γ-氨基丁酸）含量。

在研究结果方面，本文主要围绕以下几个主题展开：

通过新型乳酸菌菌株操纵青贮发酵为反刍动物健康生产益生或功能性青贮
为反刍动物健康生产益生源性抗氧化青贮
通过接种产阿魏酸酯酶的植物乳杆菌或具备高抗氧化酶活性的菌株，能够有效减少青贮中抗氧化物质（如α-生育酚和β-胡萝卜素）的降解，提升总抗氧化能力（T-AOC）。动物饲喂试验表明，饲喂此类青贮能显著提升反刍动物血清及乳样中的抗氧化酶活性，并上调血红素加氧酶1（HMOX₁）和谷胱甘肽过氧化物酶2（GPX₂）等抗氧化相关基因的表达，同时改善乳品质。

为动物健康生产益生源性抗炎青贮
接种益生菌的青贮能够有效调节反刍动物的免疫和炎症反应。研究表明，饲喂接种特定乳酸菌的青贮可上调免疫球蛋白（如IgA、IgG、IgM）和抗炎细胞因子（如IL-4、IL-10），并下调促炎细胞因子（如IL-1β、IL-6）。此外，接种产γ-氨基丁酸（GABA）的乳酸菌能显著提高乳中GABA含量，并下调乳腺组织中促炎基因的表达，从而支持乳腺健康。

接种益生菌性乳酸菌减轻青贮中的污染物
青贮中霉菌毒素的生物防治
乳酸菌通过3种主要机制降低青贮中霉菌毒素风险：通过酸化和竞争性排斥抑制产毒真菌增殖；通过细胞壁成分（如肽聚糖）物理吸附毒素；分泌酶或代谢物降解或转化毒素，例如将黄曲霉毒素B₁转化为毒性较低的衍生物。

青贮中农药残留的生物防治
自然发酵过程能部分降解农药残留，而特定乳酸菌（如L. pentosus 3-27）具备显著的农药降解能力，能有效降解β-氯氰菊酯等残留物。多菌株协同的降解效率优于单菌株。此策略可减少农药在肉乳中的生物累积。

青贮中抗生素抗性基因的生物防治
青贮中存在可移动的抗生素抗性基因。通过严格的发酵控制和使用乳酸菌接种剂，可降低高风险ARG的丰度。乳酸菌通过快速积累乳酸降低pH值，竞争性排除携带ARG的酸不耐受细菌（如肠杆菌和克雷伯氏菌），并抑制可移动遗传元件（MGE）的质粒接合与水平基因转移。

青贮中食源性致病菌的生物防治
接种产胞外多糖（EPS）、苯乳酸（PLA）或细菌素的乳酸菌能有效抑制沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌等食源性致病菌。其机制包括增强肠上皮屏障、分泌抑菌物质以及竞争性粘附。某些细菌素产生菌还能抑制瘤胃发酵中的产甲烷菌，减少甲烷排放。

在总结讨论部分，研究结论指出，过去青贮研究主要集中在接种乳酸菌以提高饲草质量和优化动物营养。在此，研究人员总结了在操纵青贮发酵以促进动物健康方面的众多机会，包括：开发特定的益生性乳酸菌，赋予青贮抗氧化、抗炎、免疫刺激和其他有益健康的特性，并制备益生性青贮或功能性青贮；以及开发具有有效去污能力的新型乳酸菌接种剂，以抑制或消除青贮中的毒素和病原体。这些进展提供了一项基础策略，可能有助于减轻全身性氧化应激和炎症，从而支持整体反刍动物健康和福利。此外，减少污染物从饲草向家畜的易位是减少这些危害在肉和乳中积累的关键屏障，从而间接保障食品链安全。然而，为了充分验证生物学功效并通过饲喂益生性青贮或功能性青贮促进反刍动物健康和食品安全，需要在不同反刍动物物种和大规模养殖条件下进行进一步的临床研究。