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摘要:發(fā)展綠色無公害飼料添加劑是21世紀(jì)飼料工業(yè)的重要研究方向,飼用微生物制劑是實(shí)現(xiàn)這一目的的主要途徑.本文重點(diǎn)介紹了乳酸菌類微生物制劑的發(fā)展概況,作用機(jī)理及提高應(yīng)用效果的方式,并對(duì)乳酸菌類微生物安全性及其應(yīng)用前景做一展望。
針對(duì)抗生素、激素和興奮劑類等殘留問題和對(duì)人類健康造成的威脅，科學(xué)家們將動(dòng)物藥品添加劑的研究方向投向具有生長促進(jìn)作用和保健效果的飼用微生態(tài)制劑。微生態(tài)制劑是指在微生態(tài)學(xué)理論的指導(dǎo)下，調(diào)整生態(tài)失調(diào)、保持微生態(tài)平衡、提高宿主（人、動(dòng)植物）健康水平或增進(jìn)健康狀態(tài)的生理活性制品及其代謝產(chǎn)物以及促進(jìn)這些生理菌群生長繁殖的生物制品（鮑行豪等，1999）。
1．飼用微生物制劑的發(fā)展概況
飼用微生物必須在生物學(xué)和遺傳學(xué)特征上保證安全和穩(wěn)定，因此應(yīng)用前必須經(jīng)過嚴(yán)格的病理，毒理試驗(yàn)，證明無毒，無害，無耐藥性等副作用才能使用。目前常用的微生物種類主要有乳酸菌、芽孢桿菌、膠木菌、放線菌、光和細(xì)菌等幾大類。美國FDA（1989年）規(guī)定允許飼喂的微生物有40余種，有近30是乳酸菌。我國1994年農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)使用的微生物品種有：蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、糞鏈球菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、乳鏈球菌等，其中大部分也屬于乳酸菌類。本文就以乳酸菌類微生物制劑為代表，初步探討微生物制劑的作用機(jī)理及其開發(fā)利用。
2乳酸菌的組成和分布
乳酸菌（LAB，Lactic acid bacteria）是一類能從可發(fā)酵碳水化合物（主要指葡萄糖）產(chǎn)生大量乳酸的細(xì)菌的統(tǒng)稱，目前已發(fā)現(xiàn)的這一類菌在細(xì)菌分類學(xué)上至少包括18個(gè)屬，主要有：乳酸桿菌屬(Lactobacillus)，雙歧桿菌屬(Bifidobacterium), 鏈球菌屬(Streptococcus)、明串珠球菌屬(Leuconostoc)、腸球菌屬(Enterococcus)、乳球菌屬Lactococcus)、肉食桿菌屬(Carnobacterium)、奇異菌屬(Atopobium)、片球菌屬(Pediococcus)、氣球菌屬(Aerococcus)、漫游球菌屬(Vagococcus)、李斯特氏菌屬(Listeria)、芽孢乳桿菌屬(Sporolactobacilus)、芽孢桿菌屬(Bacillus)中的少數(shù)種、環(huán)絲菌屬(Brochothrix)、丹毒絲菌屬(Erysipelothrix)、孿生菌屬(Gemella)和糖球菌屬(Saccharococcus)等（楊潔彬等，1996）。
乳酸菌絕大多數(shù)都是厭氧菌或兼性厭氧的化能營養(yǎng)菌，革蘭氏陽性。生長繁殖于厭氧或微好氧、礦物質(zhì)和有機(jī)營養(yǎng)物豐富的微酸性環(huán)境中。污水、發(fā)酵生產(chǎn)t如青貯飼料、果酒啤酒、泡菜、醬油、酸奶、干酪）培養(yǎng)物、動(dòng)物消化道等乳酸菌含量較高。小牛胃和上部腸道中乳酸菌占優(yōu)勢，從牛乳喂養(yǎng)的小牛胃 液中分離乳酸乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌，而小牛瘤胃中主要是嗜酸乳桿菌，發(fā)酵乳桿菌則是粘附在柱狀上皮細(xì)胞的主要乳桿菌。
3．乳酸菌的作用機(jī)理
乳酸菌對(duì)人和動(dòng)物都有保健和治療功效，這一點(diǎn)，國內(nèi)外均有大量飼養(yǎng)和臨床試驗(yàn)證明。Baird（1977）用乳桿菌飼喂斷奶仔豬和生長育肥豬，試驗(yàn)證明均能增加日增重和提高飼料轉(zhuǎn)化率；Lidbeck等（1992）證實(shí)乳酸桿菌能預(yù)防放療引起的腹瀉。蔡輝益等（1993）對(duì)益生素使用效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中乳酸菌類益生素飼喂豬的報(bào)道，7例證明能提高日增重，平均提高7.67%,6例證明提高飼料轉(zhuǎn)化率,平均提高5.4%,飼喂肉雞的報(bào)道中,5例證明提高日增重,平均達(dá)7.32%,5例證明提高飼料利用率,平均達(dá)9.5;乳酸桿菌在飼喂育肥牛(舍飼)時(shí)使用,平均日增重提高13.2%,飼料轉(zhuǎn)化率提高6.3%,發(fā)病率下降27.7%。Gallagher等（1974）研究表明食用酸奶的人群對(duì)乳糖的利用率比食用含相同乳糖濃度的牛奶要高，從而減輕乳糖的不耐受癥狀。此外乳酸菌的抗癌作用也有不少報(bào)道。
乳酸菌在實(shí)際應(yīng)用中效果顯著，近鼓昀矗更多的研究工作集中于乳酸菌發(fā)揮這些功能的作用機(jī)制的探討上。有關(guān)報(bào)道很多，綜其所述，其作用機(jī)理主要有以下幾點(diǎn)：1）提供營養(yǎng)物質(zhì)，具有促機(jī)體生長作用。2）改善微生態(tài)環(huán)境，清理腸道有毒物質(zhì)。3）調(diào)節(jié)消化免疫系統(tǒng)等。
3．1提供營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)機(jī)體生長
乳酸菌如果能在體內(nèi)正常發(fā)揮代謝活性，就能直接為宿主提供可利用的必需氨基酸（如賴氨酸和蛋氨酸等）和各種維生素（維生素B族和K、H等），還可提高礦物元素的生物學(xué)活性，近而達(dá)到為宿主提供必需營養(yǎng)物質(zhì)，增強(qiáng)動(dòng)物的營養(yǎng)代謝，直接促其生長的作用。Hamad（1979）試驗(yàn)證明，小麥，稻米及玉米等谷物進(jìn)行乳酸發(fā)酵后，營養(yǎng)價(jià)值大大提高；畢德成等（1988）用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發(fā)酵玉米和小麥粉，發(fā)現(xiàn)賴氨酸含量分別增加72%和85%，蛋氨酸分別增加40%和46%，硫胺素（VB1）和核黃素（VB2）均有所增加，游離氮增加1.6倍和1.4倍，游離鐵分別增加1.3倍和.9倍，游離鈣增加1.5 和1.2倍，總體營養(yǎng)價(jià)值有明顯提高。此外，乳酸菌產(chǎn)生的酸性代謝產(chǎn)物使腸道環(huán)境偏酸性，而一般消化酶的最適pH值為偏酸性（淀粉酶6.5、糖化酶4.4），這樣就有利于營養(yǎng)素的消化吸收，有機(jī)酸的產(chǎn)生還可加強(qiáng)腸道的蠕動(dòng)和分泌，也可促斷化吸收養(yǎng)分（張力等，2000）。
3．2改善微生態(tài)環(huán)境
動(dòng)物的整個(gè)消化道在正常情況下都寄生有大量微生物。就其作用而言，可分為三類：1）共生性類型，主要是兼性厭氧菌，在生態(tài)平衡時(shí)，它們的微生素和蛋白質(zhì)合成、消化吸收、生物頡抗和免疫等功能對(duì)宿主有利。2）致病性類型，正常情況下數(shù)量少，寄生于正常部位，不至于使宿主發(fā)病，若失控，則會(huì)導(dǎo)致宿主的不良反應(yīng)。3）中間性類型，即同時(shí)具有生理和致病兩種作用，其數(shù)量增加，會(huì)導(dǎo)致腐生物質(zhì)，毒素增加，促進(jìn)宿主的老化（康白，1988）。微生物群的平衡，對(duì)機(jī)體的嚦凳分重要，而乳酸菌就能夠調(diào)節(jié)這種微生態(tài)平衡，保障宿主正常生理狀態(tài)。
在乳酸菌生長代謝過程中，會(huì)產(chǎn)生一些具有抗微生物活性的物質(zhì)，如：有機(jī)酸，過氧化氫，二氧化碳等，均在體外表現(xiàn)出抑菌活性。很多乳酸菌都能產(chǎn)生細(xì)菌素，如：乳鏈菌素，乳酸菌素，噬呔素等，經(jīng)研究表明這些物質(zhì)在抑制病原菌上具有重要作用。粘附能力通常認(rèn)為是病原菌的一種重要的毒性因子（Finary等，1997）。粘附于腸道粘膜，是病原菌定植并產(chǎn)生臨床癥狀的前提條件。乳酸菌可防止病原菌附著于腸上皮細(xì)胞表面，定植并入侵腸道細(xì)胞，有人稱此機(jī)制為“粘附抗摺?。肠店@學(xué)物質(zhì)的組成也是微生態(tài)環(huán)境的重要影響因素，毒安素，硫化物，吲哚和酚類都是對(duì)腸道有刺激作用和毒性的物質(zhì)，是腸道腐敗菌活動(dòng)增強(qiáng)的標(biāo)志。雙歧桿菌能防止致病菌對(duì)氨基酸的脫羧作用，減少腸內(nèi)容物內(nèi)氨的濃度，有效減少毒性胺的合成，改善腸道環(huán)境。
摺3．3調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能
乳酸菌制劑能夠增強(qiáng)免疫力，表現(xiàn)在兩方面：一是影響非特異性免疫應(yīng)答，增強(qiáng)單核吞噬細(xì)胞（單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）、多形核白細(xì)胞的活力，刺激活性氧、溶酶體酶和單核因子的分泌；二是刺激特異性免疫應(yīng)答，如加強(qiáng)粘膜表面和血清中IgA和IgM，IgG水平以加強(qiáng)體液免疫，促進(jìn)T、B淋巴細(xì)胞的增殖，加強(qiáng)細(xì)胞免疫。Schiffrin等(1994)發(fā)現(xiàn)約氏乳桿菌(L.johnsonnii)Lj1和乳酸雙歧桿菌(B.lactis)Bb12能在體外增強(qiáng)吞噬細(xì)胞對(duì)大腸桿菌的吞噬作用;噬熱鏈球菌與沙門氏菌一起使用可起到免疫佐劑的作用,顯著提高血清中IgA的含量。Gill(1998)列出了1985至1995年一些乳酸菌在任何動(dòng)物上進(jìn)行的試驗(yàn)報(bào)道，結(jié)果均表現(xiàn)出正結(jié)果。乳酸菌對(duì)免疫系統(tǒng)的刺激機(jī)理還在進(jìn)一步研究中。Ouwehand等（1999）提出了攝入益生素（含乳酸菌）對(duì)免疫刺激作用的可能途徑：抗原性物質(zhì)通過淋巴集結(jié)中的連濾泡上皮，通過途徑有兩浚閡皇俏⑸物代謝產(chǎn)物或碎片作為小分子抗原直接通過普通上皮細(xì)胞或者透過上皮細(xì)胞間的緊密連接縫隙；二是微生物細(xì)胞本身由微皺細(xì)胞（M---Cell）通過胞飲作用傳送給位于M---Cell包囊中的巨噬細(xì)胞等，抗原進(jìn)入淋巴組織后，或由抗原提呈細(xì)胞處理后或直接交給淋巴細(xì)胞，產(chǎn)生相應(yīng)棵庖哂Υ稹
4．乳酸菌的應(yīng)用開發(fā)-
4．1篩選菌株需注意的原則
由于對(duì)乳酸菌代謝和遺傳特性了解的深入以及對(duì)其機(jī)理的認(rèn)識(shí)，還有大量臨床試驗(yàn)的結(jié)果證明將其作為保健輔佐劑，飼料添加劑的可行性，人們已經(jīng)廣泛接受了乳酸菌坷啾＝≈破貳Ｄ殼笆諧∩舷售的畜禽益生菌制劑主要有芽孢桿菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、酵母菌培養(yǎng)物等幾大類。菌株的篩選和活性的測定是益生菌研究的關(guān)鍵問題，決定著微生態(tài)制劑的使用效果。Fuller（1989）和Ouwehand等（1999）分別提出了益生素用菌株的篩選原則。綜其所述，主坑幸韻錄傅悖1）原宿主來源。寄主和腸道菌之間存在著特異性相互選擇關(guān)系。母豬體內(nèi)的菌株更易在仔豬體內(nèi)定植，所以菌株的來源應(yīng)當(dāng)和使用對(duì)象一致，只有這樣才能增強(qiáng)益生菌具有的特異性功效。2）定植和粘附力。益生菌在腸壁上的粘附是益生菌定植過程中的一個(gè)重要步驟，是大量恐潮涑捎攀浦秩旱那疤幔所以粘附力的強(qiáng)弱是篩選益生菌菌株的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。3）在酸性和高膽鹽環(huán)境中的生存能力?？诜且嫔M(jìn)入腸道的 主要途徑，所以益生素在進(jìn)入大腸之前必須經(jīng)受胃中鹽酸和小腸中高濃度膽鹽的影響。只有在鹽酸和膽鹽中成活率高的菌株才可發(fā)揮作用。4）特異性的生理功能。各種益生菌都具有其特定的生理功能，如噬酸乳桿菌對(duì)寄主的免疫系統(tǒng)有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用，而鼠乳桿菌對(duì)大腸桿菌有較強(qiáng)的抑制作用等。只有對(duì)各個(gè)菌株的生物特性有深入的研究和了解，才能根據(jù)不同的情況有針對(duì)性的設(shè)計(jì)出有明確生長作用的 微生態(tài)制劑。5）產(chǎn)品中穩(wěn)氐幕罹數(shù)。微生態(tài)制劑中活菌的數(shù)量是其發(fā)揮作用的關(guān)鍵，所以，活菌制劑的應(yīng)用要求單位產(chǎn)品達(dá)到一定的活菌數(shù)，以符合有效治療劑量標(biāo)準(zhǔn)。
4．2可提高乳酸菌應(yīng)用效果的研究方向
為了更好發(fā)揮乳酸菌的使用效果，近年來在對(duì)微生物的菌株改造，夭工藝，產(chǎn)品形式等方面作了許多研究工作。主要有以下幾個(gè)方面：1）多菌株配伍使用。有試驗(yàn)內(nèi)表明，乳酸桿菌和雙歧桿菌配合使用能夠增加其效果。嚴(yán)格厭氧的菌株與非嚴(yán)格厭氧菌株進(jìn)行共培養(yǎng)，可以提高厭氧菌的產(chǎn)量和 存活率，利于各菌株發(fā)揮效用。2）提高成品中乳酸菌的數(shù)量。添加微量元素（Fe、Cu、Zn、Se、Mo等），菌體生長需要的氨基酸（Arg、Tyr、Pro、Phe等）和B族維生素等物質(zhì)放于培養(yǎng)基中，促進(jìn)菌株生長，可延長其在成品中的存活時(shí)間（唐涌濂等，1996）。3）利用合適的載體，使使益生素菌株成功到達(dá)預(yù)期位置發(fā)生作用。有人驗(yàn)證，酸奶就是乳酸＞和雙歧桿菌的有效載體，使其進(jìn)入腸道的過程中存活率提高（Kailasapathy等，2000）。4）益生素與酶制劑、有機(jī)酞、多酞、中草藥等物質(zhì)的復(fù)合使用。石傳林等相繼研究了加酶益生菌在育肥豬、羊、肉兔、牛、雞等畜禽中的應(yīng)用情況，結(jié)果都有明顯的促生長作用，并且降低了喂養(yǎng)成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。從研究結(jié)果來看，乳酸菌類益生素與其它飼料添加劑聯(lián)合使用均取得了很好的應(yīng)用效果。
5．乳酸菌類微生態(tài)制劑的安全性問題
對(duì)活的微生物應(yīng)用于飼料和食品中，其潛在的致病性、抗藥基因轉(zhuǎn)移可能性及繁殖和變異的不可控制性都是需要注意的。Adams（1999）綜述了可能由乳酸菌引起的機(jī)體感染癥：心內(nèi)膜炎、菌血癥及其他的一些胸部和消化道感染。上述乳酸菌的潛在危險(xiǎn)我們應(yīng)當(dāng)注意。但更應(yīng)該看到乳酸菌更大的有益的部分。有證據(jù)表明除腸球菌外，由乳酸菌引起的人類感染是相對(duì)少的。因此，科學(xué)家們認(rèn)為只要在有效監(jiān)督控制下，對(duì)乳酸菌進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)之后再使用可認(rèn)為是安全的。所需檢測的項(xiàng)目主要有：固有特性，代謝產(chǎn)物，毒性，對(duì)粘膜的一向，計(jì)量反應(yīng)效應(yīng)。臨床評(píng)估，流行病學(xué)研究等。Dunne等（1999）還提醒研究者在進(jìn)行評(píng)估時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意，每一株菌都必須做檢驗(yàn)，不能有相近株進(jìn)行推測；臨床試驗(yàn)前必須對(duì)菌株和產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格鑒定；其結(jié)果則由獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)確證。
乳酸菌類微生態(tài)制劑為飼料和畜禽養(yǎng)殖業(yè)提供了一條高效、無害無污染的新選擇。其產(chǎn)生和發(fā)展順應(yīng)了當(dāng)前高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和注重環(huán)保的主流，在應(yīng)用中充分考慮動(dòng)物菌群自刑氐鬩約凹鬧饔牖肪持間的關(guān)系，科學(xué)合理的使用，必將成為本世紀(jì)飼料添加劑的主導(dǎo)產(chǎn)品。
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乳酸菌類微生物制劑的作用機(jī)理及其應(yīng)用
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