陳祈磊,宋 芹

(成都大學(xué)生物產(chǎn)業(yè)學(xué)院,四川成都 610106)

0 引 言

在正常動(dòng)物腸道內(nèi)穩(wěn)定定殖了400多種不同的微生物,其總數(shù)可達(dá)1014個(gè).這些正常定殖的微生物群落之間以及微生物與宿主之間在動(dòng)物的不同發(fā)育階段均建立了動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定平衡關(guān)系,這種穩(wěn)定平衡關(guān)系是動(dòng)物健康的基礎(chǔ).

動(dòng)物胃腸道內(nèi)微生物的研究重點(diǎn)最初是針對(duì)糞便中的微生物,目前的研究則側(cè)重于對(duì)進(jìn)入胃腸道內(nèi)容物和腸道不同區(qū)段與上皮粘膜相關(guān)聯(lián)的微生物.1989年,Fuller[1]研究了3種成年動(dòng)物糞便中微生物的組成,發(fā)現(xiàn)其腸道內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的微生物群落的形成有助于提高動(dòng)物的抵抗力,免受外來(lái)有害細(xì)菌的感染,特別是對(duì)正常健康動(dòng)物的胃腸道的感染,無(wú)菌動(dòng)物比具有完整胃腸道微生物群落的動(dòng)物更易感染疾病.在對(duì)動(dòng)物胃腸道內(nèi)微生物群落在增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體抵抗力、調(diào)節(jié)胃腸道生態(tài)環(huán)境以及有利于動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收等方面的特殊功效開(kāi)展深入研究后,Dubos于1965年首先提出了動(dòng)物胃腸道微生態(tài)學(xué)的概念,隨后Sazage對(duì)于Dubos提出的概念進(jìn)行了修改.在國(guó)內(nèi),康白于1988年正式提出了微生態(tài)學(xué)的概念與理論[2].

此外,自20世紀(jì)以來(lái),抗生素、激素、類激素等的發(fā)現(xiàn)以及化學(xué)抗菌物質(zhì)的合成并被廣泛用作飼料添加劑,它們?cè)谌祟愥t(yī)療、畜禽生產(chǎn)與疫病防治、動(dòng)物生長(zhǎng)促進(jìn),以及提高畜禽產(chǎn)品的質(zhì)量及人們生活水平等方面起到了不可或缺的作用,但同時(shí),由于這些添加劑的長(zhǎng)期使用及濫用,其弊端逐漸得到人們的廣泛認(rèn)識(shí).越來(lái)越多的事實(shí)表明,抗生素飼料添加劑的應(yīng)用存在較多的安全性問(wèn)題,主要表現(xiàn)在:藥物殘留和毒性;過(guò)敏作用;強(qiáng)化喂養(yǎng)的家畜中大量應(yīng)用廣譜抗生素,造成細(xì)菌高水平、快速耐藥;長(zhǎng)期使用抗生素,擾亂了畜禽體內(nèi)微生物系統(tǒng)中種群或群落間相互制約的格局,繼而破壞其體內(nèi)的微生態(tài)平衡,導(dǎo)致消化功能紊亂,引起各種消化道疾病;降低動(dòng)物的免疫功能.

為了克服這些飼料添加劑帶來(lái)的弊端,世界各國(guó)的科研工作者不斷努力以尋求和開(kāi)發(fā)一種安全、無(wú)毒副作用、無(wú)殘留,既能促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng),又能防治人畜疾病、替代抗生素的新型添加劑.動(dòng)物微生態(tài)制劑(微生物飼料添加劑)正是基于飼用抗生素的安全性問(wèn)題應(yīng)運(yùn)而生,它不僅能夠?qū)χ虏【鹨种谱饔?、?duì)畜產(chǎn)品無(wú)毒和促進(jìn)畜禽生長(zhǎng),而且可改善畜禽產(chǎn)品肉質(zhì)風(fēng)味,有利于生態(tài)環(huán)境和出口貿(mào)易,是未來(lái)綠色飼料的最佳解決方案之一.

目前,關(guān)于微生態(tài)制劑的稱謂較多,如微生物促生長(zhǎng)劑、益生菌、促生素、生菌劑、活菌制劑等等.對(duì)其概念的不同解釋代表了人們對(duì)它在功能和來(lái)源上的諸多認(rèn)識(shí).總的來(lái)說(shuō),微生態(tài)制劑是在微生態(tài)理論指導(dǎo)下,利用動(dòng)物體內(nèi)有益的、活的正常微生物或其促生長(zhǎng)物質(zhì)經(jīng)特殊工藝制成的活菌制劑,其具有補(bǔ)充、調(diào)整和維持動(dòng)物腸道微生態(tài)平衡,達(dá)到防治疾病、促進(jìn)動(dòng)物健康及提高生產(chǎn)性能的作用.這是一個(gè)較為綜合的概念,這一概念的范圍包括了微生物促生長(zhǎng)劑與益生菌.關(guān)于益生菌的概念,2002年,歐洲權(quán)威機(jī)構(gòu)——?dú)W洲食品與飼料菌種協(xié)會(huì)(EFFCA)給出了最新定義:益生菌是活的微生物,通過(guò)攝入充足的數(shù)量,可對(duì)宿主產(chǎn)生一種或多種特殊且經(jīng)論證的功能性健康益處.益生菌是人們對(duì)廣泛使用抗生素所產(chǎn)生的種種問(wèn)題十分關(guān)注的背景下提出的,其目的是為了研制出在功效上能全面替代抗生素,但無(wú)任何毒副作用的實(shí)用產(chǎn)品.隨著動(dòng)物微生態(tài)學(xué)的建立和發(fā)展,益生菌產(chǎn)品的研制與應(yīng)用也得到了迅速發(fā)展.

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研制的微生態(tài)制劑,主要是用動(dòng)物的正常微生物群成員,尤其是優(yōu)勢(shì)種群,經(jīng)過(guò)分離、鑒定和選種后,以不同的生產(chǎn)工藝制成活菌制劑,通過(guò)不同方式進(jìn)入動(dòng)物消化道回到原來(lái)的自然生境,發(fā)揮固有的生理作用.研制微生態(tài)制劑的關(guān)鍵技術(shù)是篩選優(yōu)良的生產(chǎn)菌種,它直接關(guān)系到應(yīng)用的效果及產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,因此,各國(guó)科研工作者長(zhǎng)期以來(lái)都在尋求優(yōu)良的菌源.

關(guān)于微生態(tài)制劑所用菌株的種類,各國(guó)都有不同的規(guī)定.1989年,美國(guó)食品與藥物管理局(FDA)與飼料協(xié)會(huì)(AAFCO)發(fā)布了可以直接飼喂動(dòng)物的安全菌株43種.1999年6月,我國(guó)農(nóng)業(yè)部公布的第105號(hào)公告所允許使用的飼料添加劑品種目錄中,飼料級(jí)微生物添加劑菌種僅有12種.其后,2005年版(修訂318公告目錄)飼料添加劑品種目錄允許使用的微生物菌種增加到18種,包括地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、兩歧雙歧桿菌、糞腸球菌、屎腸球菌、乳酸腸球菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、乳酸乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、產(chǎn)朊假絲酵母、釀酒酵母、沼澤紅假單胞菌、保加利亞乳桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、側(cè)孢芽孢桿菌.目前,畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中應(yīng)用的動(dòng)物微生態(tài)制劑多數(shù)是由以上單一或多種菌株加工而成的.現(xiàn)在科研人員研究的熱點(diǎn)集中在乳酸菌制劑、芽孢桿菌制劑、真菌制劑、光合菌制劑、復(fù)合微生態(tài)制劑上,其發(fā)展趨勢(shì)是研制復(fù)合菌制劑.通常,復(fù)合微生態(tài)制劑由兩種或多種單一菌劑復(fù)合而成,它可以先將菌種混合再共同培養(yǎng),也可先將單一菌種培養(yǎng)再共同混合,由于混合菌有益于微生物的功能互補(bǔ),故復(fù)合微生態(tài)制劑效果通常優(yōu)于單菌制劑.

1 微生態(tài)制劑的作用機(jī)制

綜合眾多學(xué)者對(duì)微生態(tài)制劑作用機(jī)理的闡述,其作用機(jī)理基本上表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.

1.1 通過(guò)生物奪氧方式阻止病原菌的繁殖

通常,動(dòng)物胃腸道內(nèi)厭氧菌占多數(shù),微生態(tài)制劑中有益的耗氧微生物在體內(nèi)定殖,可以降低局部氧分子的濃度,扶持厭氧微生物的生長(zhǎng),并提高其定殖能力,從而使失調(diào)的微生物恢復(fù)平衡,達(dá)到治療疾病的目的.

1.2 幫助建立和維持動(dòng)物正常的腸道優(yōu)勢(shì)種群

使用微生態(tài)制劑的目的在于,通過(guò)補(bǔ)給優(yōu)勢(shì)菌株與宿主腸道內(nèi)有益菌一起形成優(yōu)勢(shì)種群,進(jìn)而修復(fù)和維持動(dòng)物腸道菌群的平衡.此外,在動(dòng)物腸道非有益微生物區(qū)系建立前,給新生家畜、家禽飼喂益生菌有助于畜禽建立正常的微生物區(qū)系,能有效排除或控制潛在的病原菌[3,4].

1.3 通過(guò)黏附機(jī)制和競(jìng)爭(zhēng)排斥作用阻止病原菌繁殖

某些益生菌通過(guò)與動(dòng)物腸道中有害微生物直接競(jìng)爭(zhēng)定居部位,可抑制病原菌微生物黏附或定殖于腸道形成保護(hù)屏障,防止其直接黏附到動(dòng)物細(xì)胞上,從而發(fā)揮其競(jìng)爭(zhēng)性抑制病原體在宿主腸道的黏附或定殖的作用[5].

1.4 通過(guò)代謝產(chǎn)物和生理活性物質(zhì)抑制或殺滅病原微生物

一些微生物在其發(fā)酵過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生生理活性物質(zhì)如嗜酸菌素、乳酸菌素、細(xì)菌素等,其可直接調(diào)節(jié)微生物區(qū)系,抑制病原菌.這些抗菌性物質(zhì)通過(guò)改變腸道內(nèi)活菌的數(shù)量而發(fā)揮作用[3,4,6].

1.5 提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)

微生態(tài)制劑能產(chǎn)生多種消化酶,提高飼料利用率.此外,益生菌還能誘導(dǎo)動(dòng)物內(nèi)源消化酶的分泌,提高飼料轉(zhuǎn)化率.同時(shí),益生菌產(chǎn)生的有機(jī)酸及維生素能夠促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和激活酶原[1].許多益生菌其菌體本身就含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),如光合細(xì)菌富含蛋白質(zhì),還含有多種維生素、鈣、磷和多種微量元素等,可直接被動(dòng)物攝取利用.

1.6 增強(qiáng)動(dòng)物的免疫系統(tǒng)功能

益生菌可產(chǎn)生非特異性免疫調(diào)節(jié)因子、干擾素,提高免疫球蛋白濃度和巨嗜細(xì)胞的活性,增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫功能和抗病力.益生素的細(xì)胞壁上存在著肽聚糖,它通過(guò)激活黏膜免疫細(xì)胞而增加局部免疫抗體,增強(qiáng)動(dòng)物抵抗有害微生物的能力[8-11].

2 微生態(tài)制劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 微生態(tài)制劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前,直接飼用微生物已在畜牧生產(chǎn)、飼料生產(chǎn)、動(dòng)物胃腸道疾病預(yù)防、幼齡動(dòng)物助消化等方面得到較廣泛應(yīng)用.

我國(guó)微生態(tài)制劑的研究始于20世紀(jì)70年代,上世紀(jì)80年代后期,人們才開(kāi)始重視微生物飼料添加劑的研究與開(kāi)發(fā),并多以乳酸桿菌、糞鏈球菌、芽孢桿菌和酵母菌等為主,研制單一或復(fù)合型制劑. 1992年,我國(guó)成立了中國(guó)微生態(tài)學(xué)會(huì)并把飼用微生態(tài)制劑及其應(yīng)用技術(shù)研究列入國(guó)家“八五”科技攻關(guān)課題,推動(dòng)了微生態(tài)制劑的應(yīng)用研究.全國(guó)現(xiàn)有幾十家企業(yè)生產(chǎn)、銷售微生物飼料添加劑,主要集中于山東、河北、北京、遼寧、廣東等省市.

國(guó)際上從20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物飼養(yǎng)業(yè)中抗生素的種種弊端后,開(kāi)始重視微生物飼料添加劑的研究開(kāi)發(fā)和使用.從全球范圍看,目前微生物制劑市場(chǎng)總銷量已達(dá)5萬(wàn)噸/年,銷售額約為5億美元,使用較多的是日本、歐盟和美國(guó)等.

日、德、英等國(guó)早在10多年前就相繼開(kāi)發(fā)研制新型的抗生素替代產(chǎn)品并投入批量生產(chǎn),使微生態(tài)制劑得到較快的發(fā)展.而美國(guó)及西歐一些國(guó)家相繼禁用或限用飼用抗生素,也大大推動(dòng)了微生態(tài)制劑行業(yè)的發(fā)展.美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始使用飼用微生態(tài)制劑,年使用量約在8 000噸以上.目前,美國(guó)生產(chǎn)此類產(chǎn)品的公司較多,主要菌種是嗜酸乳桿菌、鏈球菌屬和枯草芽孢桿菌,其產(chǎn)品標(biāo)簽上明確注明所含的活的天然微生物來(lái)源以及活的微生物數(shù)量保證值.此外,美國(guó)還有多種活菌制劑出售,主要用于犢牛育成及育肥期,其次為仔豬、母豬及火雞等方面,年銷售額已超過(guò)3 000萬(wàn)美元.在日本,活菌劑的用量在1989年已達(dá)1 000噸以上,年銷售量估計(jì)為5億日元,使用菌株最多的是T oyi菌,其次為酪酸菌及雙歧菌,也有多種菌的復(fù)合制劑,主要用于防治畜禽腸道菌病和促進(jìn)畜禽的生長(zhǎng)發(fā)育及增重.在歐洲,僅法國(guó)20世紀(jì)90年代初市場(chǎng)上銷售的益生菌品種就不低于50個(gè),德國(guó)、荷蘭、丹麥、法國(guó)、西班牙等的大中型配合飼料廠和大型畜牧場(chǎng)目前都已開(kāi)始對(duì)畜禽直接飼用微生物制劑,如仔豬的人工乳及犢牛的代用乳、肉犢牛的飼料以及肉用雞、兔飼料等.目前,國(guó)外很多生物技術(shù)公司已研制出豬用、禽用、牛用、伴侶動(dòng)物用等多種微生態(tài)制劑.同時(shí),國(guó)外在應(yīng)用微生物飼料添加劑生產(chǎn)流體生物飼料方面,產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也非常迅速.丹麥、荷蘭、英國(guó)、美國(guó)等目前已逐步推廣這一技術(shù).從技術(shù)角度來(lái)看,國(guó)外采用液體發(fā)酵,有效解決了產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、有效活菌數(shù)不足、產(chǎn)品雜菌污染等問(wèn)題,并采用低溫真空干燥和微囊包被技術(shù),極大地改變了肉制品產(chǎn)品外觀質(zhì)量粗糙、貨架時(shí)間短的狀況.

2.2 微生態(tài)制劑的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)的發(fā)展,人民生活水平的提高,人們的保健意識(shí)逐漸在增強(qiáng),綠色食品概念已逐漸成為人們的共識(shí).而要實(shí)現(xiàn)農(nóng)畜產(chǎn)品的“綠色化”,其前提條件就是要在飼料添加劑產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新.對(duì)比其他抗生素及合成藥物類飼料添加劑替代產(chǎn)品,如生物活性多肽、低聚糖、酶制劑、中草藥等植物提取物,微生態(tài)制劑以其無(wú)毒副作用、無(wú)耐藥性、無(wú)殘留、成本低、效果顯著等特點(diǎn)成為了最有效和最可行的替代解決方案之一,其作用正逐漸得到行業(yè)的認(rèn)同.

1998年底,歐盟相關(guān)機(jī)構(gòu)頒布了桿菌肽鋅、螺旋霉素、維吉尼亞霉素(速大肥)和泰樂(lè)菌素4種抗生素在畜禽飼料中作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑使用的禁令,禁令已于1999年7月1日起生效.歐盟的最終目標(biāo)是禁止所有抗生素和合成類抗菌藥作為飼料添加劑,同時(shí),歐盟也將禁止其他地區(qū)使用藥物添加劑的畜禽產(chǎn)品進(jìn)口.我國(guó)也將隨著歐盟和北美等逐年限制藥物添加劑,直至完全禁用藥物作為飼料添加劑.隨著國(guó)家立法及監(jiān)督力度的加大,藥物添加劑的使用將呈下降趨勢(shì),微生物飼料添加劑的潛在市場(chǎng)隨之?dāng)U大.在我國(guó),雖然微生物飼料添加劑僅有短短幾年的歷史,但其發(fā)展十分迅猛,其推廣使用不但能使我國(guó)在跟進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的農(nóng)牧科技方面取得優(yōu)先權(quán),而且可使無(wú)公害畜牧業(yè)的發(fā)展成為可能,綠色畜禽產(chǎn)品的大量供給有利于提高我國(guó)國(guó)民的身體素質(zhì).

3 結(jié) 語(yǔ)

動(dòng)物微生態(tài)制劑產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用,必將在我國(guó)飼料行業(yè)和養(yǎng)殖行業(yè)乃至在整個(gè)大農(nóng)業(yè)領(lǐng)域引起一場(chǎng)革命性的變革,并帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高.隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,基因工程、微囊工藝、緩釋技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用,我們有理由相信飼料添加劑必然會(huì)從抗生素時(shí)代進(jìn)入到綠色環(huán)保、無(wú)污染的微生態(tài)制劑的時(shí)代.

需要指出的是,由于經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及人民生活水平不斷提高,醫(yī)學(xué)科學(xué)也從治療醫(yī)學(xué)發(fā)展到預(yù)防醫(yī)學(xué),進(jìn)而又從預(yù)防醫(yī)學(xué)發(fā)展到保健醫(yī)學(xué).人們也開(kāi)始漸漸接受并形成“有病要治療,沒(méi)病要預(yù)防,無(wú)病要保健”的觀念.伴隨人們健康意識(shí)的逐步增強(qiáng)以及對(duì)益生菌研究的不斷深入,含有益生菌的人用微生態(tài)制劑產(chǎn)品已陸續(xù)上市,其產(chǎn)品市場(chǎng)十分廣泛,已涵蓋了各種保健功能性食品與藥用類產(chǎn)品,其形態(tài)有片劑、膠囊、飲料粉末、谷物食品、果汁、口服液等多種形式,并且新品種還在不斷地涌向市場(chǎng).最新資料顯示,目前我國(guó)益生菌保健品的消費(fèi)額每年近百億元,并呈逐年上升的趨勢(shì).由此也可以看出,微生態(tài)制劑面臨著一個(gè)新的發(fā)展領(lǐng)域,必將取得更大的研究突破.

[1]Fuller R.A review:Probiotics in man and animals[J].J Appl Bacteriol,1989,66(5):365-378.

[2]康 白.微生態(tài)學(xué)[M].大連出版社,1988.

[3]胡東興.微生態(tài)制劑及其作用機(jī)理[J].中國(guó)飼料,2001,12 (3):14-16.

[4]王旭明.益生菌作用機(jī)理的研究進(jìn)展[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002,27(1):50-53.

[5]Christiane Forestier,Christophe De Champs,Catherine Vatoux. Probiotic activities of Lactobacillusc aseir hamnosus:invitro adherence to intestinal cells and antimicrobial properties[J].Res Microbio1,2001,152(2):167-173.

[6]全艷玲.地衣芽飽桿菌對(duì)有害微生物的拮抗作用[J].食品科學(xué),2002,23(8):67-69.

[7]張日俊.消化道微生物與宿主營(yíng)養(yǎng)素的吸收和代謝研究[J].中國(guó)飼料,2003,14(2):11-14.

[8]Pessi T,Sütas Y,Marttinen A,et al.Probiotics reinforce mucosal degradation of antigen in rats[J].J Nutr,1998,128(12):2313 -2318.

[9]Fang H,Elina T,Heikki A,et al.Modulation of humoral immune response through probiotic intake[J].FEMS Immunol Med Microbiol,2000,29(1):47-52.

[10]Harsharnjit S G,KayJ R.Probiotic supplementation to enhance natural immunity in the elderly:effects of a newly characterised immunostimulatory strain Lactobacillus rhamnosus HN001 (DR20TM)on leucocyte phagocytosis[J].Nutr Res,2001,21 (1-2):183-189.

[11]潘康成,何明清.地衣芽孢桿菌對(duì)家兔免疫功能的影響研究[J].中國(guó)微生態(tài)學(xué)雜志,1998,10(4):204-206.