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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現(xiàn)這一目的的主要途徑.本文重點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,并對乳酸菌類微生物安全性及其應(yīng)用前景做一展望。
針對抗生素、激素和興奮劑類等殘留問題和對人類健康造成的威脅，科學(xué)家們將動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，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
乳酸菌對人和動物都有保健和治療功效，這一點，國內(nèi)外均有大量飼養(yǎng)和臨床試驗證明。Baird（1977）用乳桿菌飼喂斷奶仔豬和生長育肥豬，試驗證明均能增加日增重和提高飼料轉(zhuǎn)化率；Lidbeck等（1992）證實乳酸桿菌能預(yù)防放療引起的腹瀉。蔡輝益等（1993）對益生素使用效果進(jìn)行統(tǒng)計，其中乳酸菌類益生素飼喂豬的報道，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道。
乳酸菌在實際應(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)報道很多，綜其所述，其作用機(jī)理主要有以下幾點：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)動物的營養(yǎng)代謝，直接促其生長的作用。Hamad（1979）試驗證明，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
動物的整個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，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，則會導(dǎo)致宿主的不良反應(yīng)。3）中間性類型，即同時具有生理和致病兩種作用，其數(shù)量增加，會導(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“粘附抗摺薄３Φ闌學(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，吲哚和酚類都是對腸道有刺激作用和毒性的物質(zhì)，是腸道腐敗菌活動增強(qiáng)的標(biāo)志。雙歧桿菌能防止致病菌對氨基酸的脫羧作用，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物上進(jìn)行的試驗報道，結(jié)果均表現(xiàn)出正結(jié)果。乳酸菌對免疫系統(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
由于對乳酸菌代謝和遺傳特性了解的深入以及對其機(jī)理的認(rèn)識，還有大量臨床試驗的結(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，而鼠乳桿菌對大腸桿菌有較強(qiáng)的抑制作用等。只有對各個菌株的生物特性有深入的研究和了解，才能根據(jù)不同的情況有針對性的設(shè)計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。主要有以下幾個方面：1）多菌株配伍使用。有試驗內(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少的。因此，科學(xué)家們認(rèn)為只要在有效監(jiān)督控制下，對乳酸菌進(jìn)行嚴(yán)格檢驗之后再使用可認(rèn)為是安全的。所需檢測的項目主要有：固有特性，代謝產(chǎn)物，毒性，對粘膜的一向，計量反應(yīng)效應(yīng)。臨床評估，流行病學(xué)研究等。Dunne等（1999）還提醒研究者在進(jìn)行評估時還應(yīng)當(dāng)注意，每一株菌都必須做檢驗，不能有相近株進(jìn)行推測；臨床試驗前必須對菌株和產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格鑒定；其結(jié)果則由獨立研究機(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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