发酵可以通过抑制致病微生物延长货架期并提高食品安全。乳酸菌发酵通常用在生物法保鲜。乳酸菌通过产生有机酸、二乙酰基、乙醇、过氧化氢和细菌素等抗菌代谢物发挥防腐作用。其中，细菌素是由细菌核糖体合成的不同种类抗菌肽的总称，具有杀死特异（窄谱）或多种（广谱）细菌的能力。研究发现，仔猪肠道菌群中有两类乳酸菌可以提高断奶仔猪对腹泻的抵抗力，其作用方式是通过乳酸菌分泌的细菌素gassericin A，与宿主肠道上皮细胞结合，以减缓仔猪的腹泻症状[1]。研究表明，近半数（主要是乳酸菌）肠道细菌编码的细菌素，通过与宿主共生关系建立菌群多样性，抑制病原体来帮助宿主防御[2]。细菌素这种调节肠道菌群的能力可能替代抗生素，改善动物肠道健康并应用在动物养殖中。文章综述细菌素在畜禽生产中减抗和替抗应用的优势，为细菌素作为饲料添加剂的使用提供参考。1细菌素概述细菌素是一类由细菌产生的抗菌肽的总称。对乳酸菌细菌素进行分类，分为经过翻译后修饰的Ⅰ类肽和未经修饰（或经过适度修饰）的Ⅱ类肽。革兰氏阴性菌细菌素可分为小分子肽（如小菌素，microcin）和大分子蛋白（如大肠菌素，colicin）。microcin按照肽分子大小和翻译后修饰程度又分为两类：一类分子质量低于5 kDa，且经过翻译后修饰；另一类分子质量为5~10 kDa，修饰或未被修饰过[3]。在理化上，细菌素通常比抗生素稳定，可以承受高温和极端pH值。细菌素的稳定性程度与其多样化结构和翻译后修饰的水平（环化、二硫键和非常规氨基酸）直接相关。但是，与化学合成的抗生素相比，细菌素的肽主链对蛋白酶敏感。因此，细菌素在自然和有机环境中的生物半衰期较短。抑菌谱上，大部分细菌素抑菌谱窄，少数抑菌谱宽。2细菌素作用机制及耐药性细菌素与抗生素作用机理不同，作用于细菌细胞膜，或在细胞内影响基因和蛋白质表达。细菌素通过特异性或非特异性受体与细胞壁成分如脂质或表面分子结合位点结合，形成孔洞或直接裂解细胞，消散细菌系统的质子动力，导致细胞死亡[4]。芽孢杆菌属的细菌素可抑制革兰氏阳性细菌，通过靶向细胞膜起作用。革兰氏阴性细菌的细胞膜中存在通透性屏障，抗生素和细菌素都很难在其细胞膜上起作用。但是，部分细菌素对革兰氏阴性菌具有活性，如乳酸链球菌肽（nisin）和片球菌素（pediocin），其作用方式为先通过细胞膜，干扰DNA、RNA和蛋白质代谢来控制其靶细菌。由于细菌素尚未在临床中广泛使用，关于细菌素耐药性的研究主要来自实验室。细菌素的耐药性机制包括受体缺失的特异性或细胞膜的非特异性变化，急剧变化消耗高能量，降低细胞的健康水平，可能会限制抗性突变体在已建立的生态位的竞争能力，解释细菌素抗性比抗生素抗性更不常见的原因[5]。研究还表明，作用位点在细胞内的细菌素的耐药性可能通过细菌素靶标的基因突变产生[5]。因此，细菌素耐药性出现的概率很低。3细菌素在动物生产中的应用3.1细菌素在猪生产中的应用肠毒素大肠杆菌（ETEC）是猪肠道疾病的主要原因，约占导致断奶仔猪死亡原因的50％。大肠杆菌素是一类由大肠杆菌产生并具有活性的细菌素。体外试验表明，大肠菌素E1（colicin E1）可以抑制导致仔猪断奶后腹泻和水肿疾病的大肠杆菌的生长[6]。在仔猪日粮中添加大肠菌素E1可以降低大肠杆菌产肠毒素菌株诱导的断奶后腹泻的发生率和严重程度，并改善仔猪的生长性能[7]。大肠菌素与乳酸菌细菌素（乳链菌肽、肠球菌素）联合使用可以增强其对大肠杆菌浮游生物膜和生物膜培养物的体外抗菌活性[8]。大肠菌素通过作用于脂多糖破坏大肠杆菌的外膜，利于细菌素进入细胞内发挥作用。猪链球菌是猪扁桃体上的常见栖息菌，是引起脑膜炎、关节炎、心内膜炎，肺炎和败血病等严重感染疾病的主要猪病原体。研究表明，产生nisin的乳酸乳球菌（L. lactis）亚种L. lactis ATCC 11404对猪链球菌具有拮抗作用，表明该细菌可能作为控制猪链球菌感染的益生菌。此外，该研究使用的所有猪链球菌均对纯化的乳链菌肽敏感，MIC值为1.25~5.00 μg/mL[9]。另外，当nisin与用于治疗猪链球菌感染的常规抗生素（如阿莫西林和头孢噻呋）组合使用时，具有协同作用。唾液乳杆菌菌株UCC118是1种人源益生菌，可产生广谱IIb类细菌素。Riboulet-Bisson等[10]评估唾液乳杆菌（Lactobacillus salivarius）产生的细菌素对健康猪肠道菌群的影响，研究表明，饲喂产生细菌素的唾液乳杆菌可以调节肠道菌群的革兰氏阴性菌群，从而降低拟杆菌和螺旋菌的水平。但是，细菌素基因缺少突变体唾液乳杆菌，则未产生同样的效果。Pediocin是由戊糖片球菌（P. pentosaceus）产生的广谱Ⅱa类细菌素。Casadei等[11]研究pediocin A对猪小肠和大肠微生物代谢的体外模拟作用，结果表明，pediocin A对小肠的发酵参数无影响，但显著减缓梭菌和大肠菌的生长，增加溶菌细菌的代谢活性。3.2细菌素在家禽生产中的应用革兰氏阳性孢子形成的厌氧细菌产气荚膜梭菌（C. perfringens）在鸡的肠道内定植，是坏死性肠炎的病原体。研究表明，蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）[12]、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）[13]、短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）和地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）[14]，均通过产生细菌素对产气荚膜梭菌产生抵抗作用。Jayaraman等[15]以健康鸡肠道中分离出的产细菌素的枯草芽孢杆菌作为饲料添加剂，研究其对感染产气荚膜梭菌的肉鸡的整体健康和肠道完整性的影响，结果显示，与感染的对照组相比，补充枯草芽孢杆菌可以降低肠道病变评分，并显著降低肠道产气荚膜梭菌数量。Grilli等[16]报道，在体外试验中，由P. pentosaceus产生的细菌素pediocin A具有很高的抗产气荚膜梭菌的活性，单独或与生产菌株一起使用的部分纯化的pediocin A，可以显著提高使用产气荚膜梭菌攻毒的肉鸡生长性能。nisin在体外对产气荚膜梭菌具有很强的抗菌活性[17]。Jozefiak等[18]报道，nisin显著提高肉鸡的饲料转化率和生长性能，和离子载体抗球虫药盐霉素一样，nisin通过减少细菌类杆菌和肠杆菌科的数量对胃肠道菌群产生调节作用。其他细菌素也具有类似作用，如分叉食杆菌（Carnobacterium divergens）产生的divercin[19]和鲁米诺球菌（Ruminococcus albus）产生的albusin B[20]。Torshizi等[21]从鸡肠道样品中筛选分离出两种乳酸菌，分别为发酵乳杆菌和鼠李糖乳杆菌，均具有体外抑制大肠杆菌生长的能力，根据抑菌物质的性质判断，可能是细菌素。Ogunbanwo等[22]研究细菌素和产生细菌素的植物乳杆菌在感染大肠杆菌肉鸡上应用的效果，结果显示，细菌素或乳酸杆菌处理的肉鸡的健康状况与未感染对照组鸡相当。3.3细菌素在反刍动物生产中的应用金黄色葡萄球菌是与临床和亚临床乳腺炎感染相关的病原体之一，可以引起奶牛乳腺炎。向奶牛乳房内注射含有细菌素的抑菌剂治疗乳腺炎病原菌的效果很好。含有nisin的治疗配方显著降低金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的活力[23]。Nisin Z显著增加由无乳链球菌（S. agalactiae）、S. aureus和其他乳房炎病原体引起的乳房炎的治疗率[24]。Nisin对常见瘤胃厌氧菌具有抑制作用。体外研究表明，nisin可以影响瘤胃发酵，且与莫能菌素的作用方式相似，莫能菌素是牛饲料添加剂的最常用离子载体[25]。此外，nisin改变了人工瘤胃系统中的发酵参数，如半纤维素降解的增加以及乙酸盐和丙酸盐的产生有助于改善瘤胃微生物平衡[26]。对瘤胃细菌基因组进行分析，发现许多新型的赛克肽（sactipeptide）和羊毛硫肽（lanthipeptide）细菌素基因簇，提示瘤胃是新型抗菌肽的丰富来源[27]。对瘤胃元基因组进行宏基因组学功能筛选，发现181种以前未鉴定的抗微生物肽，其中3种缩氨酸（lynronne-1、2和3）具有抗耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）和其他病原体的活性。以亚MIC水平将这些肽与MRSA共同培养25 d，MRSA不会产生抗性突变体[28]。因此，瘤胃菌细菌素具有在动物生产中使用的潜力。3.4细菌素在水产动物生产中的应用评估能够产生细菌素的益生菌是水产养殖业的重要研究方向。其中，海洋菌种是研究热点，从海洋环境中分离出产细菌素的益生菌菌株在水产养殖中的应用更有效。使用陆生菌株作为水产养殖的益生菌效果有限，原因是菌株特性取决于其生存的环境，海洋来源的菌株与海洋病原体具有相同的生态位。在主要的细菌素生产菌中，弧菌属、气单胞菌属、假单胞菌属、乳酸菌种和海洋蓝藻产生的细菌素具有窄或宽的抑菌谱。在携带产细菌素细菌的海洋动物中，鱼类是主要来源。比如，从鱼肠中分离抗荧光假单胞菌（Carnobacterium spp.）产生的divercins和piscicocins[29]，从大菱鲆中分离出的粪肠球菌产生的肠毒素P[30]，从鲶鱼中分离出来的乳酸乳球菌产生的乳酸链球菌素F[31]和鳗弧菌（Vibrio anguillarum）产生的Vibrio AVP10[32]。研究表明，海洋细菌弧菌属MMB2菌株对从海洋微藻中分离的虾病原体表现出强烈的抑制作用[33]。以前研究认为，芽孢杆菌属的细菌素仅对革兰氏阳性菌具有活性。但是，近几年的筛选结果表明，芽孢杆菌属的细菌素对水产养殖病原体中的革兰氏阴性菌也具有抑制性。芽孢菌具有形成孢子的能力，加上其对革兰氏阴性菌的拮抗活性，因此可重点考虑开发成水产养殖益生菌。芽孢杆菌作为益生菌添加剂可以提高哈维伊弧菌攻毒时泰国黑虎虾（斑节对虾）的生长速度和存活率。研究表明，枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、丁酸梭菌和酿酒酵母菌可以显著提高鳗弧菌攻毒后日本比目鱼的存活率。其中，在枯草芽孢杆菌培养物中发现了杆菌素22，在嗜酸乳杆菌中发现了乳酸菌素和酸菌素，在丁酸梭菌中发现了丁酸菌素7423[34]。4存在问题及解决方案细菌素在饲料中应用的主要问题是如何在通过胃肠道时不被蛋白酶消化。微囊化包被保护技术可以使细菌素到达目标部位后释放，而不失去生物活性。把乳酸链球菌肽A和杆菌肽A包被在介孔基质中后，胃蛋白酶不能降解乳酸链球菌肽A，胰蛋白酶不能降解杆菌肽A[35-36]。使用淀粉基质包被的乳酸链球菌肽喂养小鼠，在小鼠粪便中检测到生物活性完整的乳酸链球菌肽和乳酸链球菌肽组分，因此饲粮中添加的淀粉基质包被的乳酸链球菌肽可以完整的到达肠道[37]。粪便中检测到的乳酸链球菌肽的量随淀粉基质而变化，寻找最佳的包被方法需要测试不同的包被材料和条件。上述办法可以确保细菌素顺利通过肠道环境。5结论细菌素获得美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲食品安全局（EFSA）或其他机构批准在饲料添加剂使用是一个漫长的过程，但细菌素在除生物防腐剂之外的方面应用潜力仍然很显著。通过开发产细菌素的新菌株和新型包被技术，可以解决产细菌素的益生菌在饲料加工或动物胃肠道中活性稳定的问题。通过优化发酵过程和生物工程菌株，能够最大限度地提高细菌素产量和成本效率。细菌素在食品保藏、肠道调节和减轻抗生素耐药中潜在的功效不断增加，细菌素在饲料中的应用具有巨大潜力。