賓冬梅,楊 燦(衡陽師范學(xué)院生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院,湖南衡陽421008)
隨著生活水平的提高,食品安全的問題逐漸被人們重視,而畜禽肉作為人們?nèi)粘J澄镏胁豢扇鄙俚娜忸愂称?,其安全性受到廣泛的關(guān)注??股氐氖褂媚軞⑺乐虏【瑫r(shí)殺死宿主腸道內(nèi)的正常微生物使宿主腸道內(nèi)正常菌群的平衡被打破,頻繁使用還會(huì)導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生抗藥性,并隨著畜產(chǎn)品進(jìn)入人體,對人體造成危害。目前,尋求能夠替代抗生素作為動(dòng)物飼料的添加劑已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)[1]。因此,微生態(tài)制劑因其無毒、無殘留、無副作用等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注,它既能避免頻繁使用抗生素而導(dǎo)致的毒副作用,又能增強(qiáng)畜禽的生產(chǎn)性能,改善產(chǎn)品的品質(zhì)。微生態(tài)制劑在畜禽飼料中的應(yīng)用出現(xiàn)了許多研究成果,并形成一定的產(chǎn)業(yè)。筆者對微生態(tài)制劑的使用與現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述。
1.1 微生態(tài)制劑的定義與分類 微生態(tài)制劑是指在微生態(tài)學(xué)理論的指導(dǎo)下,調(diào)節(jié)與保持宿主體內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定的有益微生物及其代謝產(chǎn)物和選擇性促進(jìn)宿主體內(nèi)有益微生物群落生長的物質(zhì)制劑總稱[2]。目前,微生態(tài)制劑按成分被大致分為3種:益生菌、益生元和合生元[3]。益生菌制劑又稱益生素,是指將活菌制劑投入動(dòng)物飼料中,飼喂后進(jìn)入宿主的內(nèi)環(huán)境,通過提高宿主體內(nèi)有益菌群的微生態(tài)系統(tǒng)的平衡,并使宿主的身體健康和生產(chǎn)性能得到提高的活菌制劑及其代謝產(chǎn)物。益生元制劑是指可以促進(jìn)宿主體內(nèi)益生菌生長和繁殖的物質(zhì),從而抑制有害菌的生長,保持機(jī)體健康的狀態(tài)。合生元制劑是指將益生元與益生菌并用的制劑。這種混合制劑綜合了前2種制劑的優(yōu)點(diǎn),所以它既能促進(jìn)益生菌數(shù)量的增加,又能有效發(fā)揮益生菌的生理活性,使得宿主體內(nèi)的益生菌更高效更持久地發(fā)揮作用。因此,微生態(tài)制劑的發(fā)展將會(huì)朝向合生元這一方面。目前,在微生態(tài)制劑中常用的菌種有乳酸桿菌類、芽孢桿菌類及酵母類等[4]。
1.2 微生態(tài)制劑的應(yīng)用 微生態(tài)制劑主要應(yīng)用在臨床、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域。在臨床應(yīng)用上,微生態(tài)制劑常用于治療炎癥性腸病、腹瀉、腸易激惹綜合征、抗幽門螺旋桿菌感染等。目前,市場上出售的微生態(tài)制劑產(chǎn)品有很多品種,劑型以片劑、液體制劑、膠囊劑、顆粒劑等,如麗珠腸樂、整腸生、媽咪愛、金雙歧等。
畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要包括豬、雞、羊、牛等畜禽動(dòng)物生產(chǎn)。微生態(tài)制劑主要被用作飼料添加劑,目前常用的有芽孢桿菌、乳酸桿菌、酵母菌、光合細(xì)菌及霉菌等。微生態(tài)制劑的作用主要在防治疾病、免疫調(diào)節(jié)、提高生產(chǎn)性能和改善環(huán)境等。
在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中,微生態(tài)制劑主要有光合細(xì)菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌、硝化細(xì)菌等,其不僅被用作飼料的來源,而且能調(diào)控水生態(tài)系統(tǒng),在養(yǎng)殖水環(huán)境修復(fù)被廣泛應(yīng)用。
1.3 微生態(tài)制劑的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 國外早在20世紀(jì)初就開始研究微生態(tài)制劑[5]。目前美國允許直接飼喂的微生物種類達(dá)43種,其中嗜酸乳桿菌、糞鏈球菌和枯草桿菌、酵母菌、米曲霉等已進(jìn)行商品化生產(chǎn)??莶輻U菌、納豆芽抱桿菌、乳酸桿菌、乳酸球菌、酪酸菌等主要在日本用作微生態(tài)制劑使用。目前,國外生產(chǎn)最多的是從土壤中分離Toyoi菌(孢子型桿菌培養(yǎng)物)、酪酸菌及Bifid菌(初代培養(yǎng)雙歧桿菌)。
我國微生態(tài)制劑的研究起步較晚,開始于20世紀(jì)70年代,我國已批準(zhǔn)使用的微生態(tài)制劑菌株有蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌、乳酸球菌和酵母菌等,生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)幾十家,主要集中分布在北京、河北、遼寧、廣東、山東等地區(qū)。隨著微生態(tài)制劑的應(yīng)用效果突顯及人們食品安全意識的日益增強(qiáng),微生態(tài)制劑作為畜禽動(dòng)物飼料添加劑的應(yīng)用得到了大力的推廣。2013年我國的微生態(tài)制劑銷量達(dá)15萬t,產(chǎn)值達(dá)20.3億元;2016年,市場需求量將達(dá)55萬t,產(chǎn)值將達(dá)169.4 億元[6]。
2.1 微生態(tài)制劑的作用機(jī)理 微生態(tài)制劑中的活菌作為宿主體內(nèi)環(huán)境中的有益微生物,具有定植性、排他性、分解性和繁殖性,對致病菌卻能起到一定的拮抗作用或分解作用。一旦進(jìn)入宿主體內(nèi),能夠迅速地參與到宿主體內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)中,其作用機(jī)理與微生物的生理代謝和微生物的生長繁殖相關(guān)[7-8]。
2.1.1 優(yōu)勢種群理論。宿主腸胃與正常微生物群落構(gòu)成一個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)。若是在宿主的健康狀態(tài)下,這個(gè)區(qū)系是處于一個(gè)平衡的狀態(tài),其中的某些起著決定作用的優(yōu)勢種群對整個(gè)群落起控制作用。一旦這些優(yōu)勢種群被更替,微生態(tài)平衡遭到了破壞,病原微生物很快就能占據(jù)優(yōu)勢,接著引發(fā)各種疾?。?]。使用微生態(tài)制劑,能補(bǔ)充并恢復(fù)優(yōu)勢菌群數(shù)量,調(diào)整菌群失衡,同時(shí)及分泌物能控制病原微生物的生長,達(dá)到防病治病的目的。
2.1.2 屏障理論。宿主體內(nèi)的微生物及其分泌產(chǎn)物可以構(gòu)建自身的生物屏障和化學(xué)屏障。生物屏障是指在皮膚上皮細(xì)胞或粘膜之間原有的正常菌群,通過定植保護(hù)作用干擾外來致病菌的占位與定植所形成的菌群膜。化學(xué)屏障是指腸道內(nèi)主要菌群分泌可以阻止病原微生物在動(dòng)物體內(nèi)定植甚至殺滅病原微生物的代謝產(chǎn)物,如乳酸、乙酸、過氧化氫、丙酸與細(xì)菌素等。
2.1.3 生物奪氧理論。母體內(nèi)的人或動(dòng)物處于一個(gè)無菌的狀態(tài),但出生后不久就會(huì)先后被需氧菌、兼性厭氧菌、厭氧菌[10]所定植。需氧菌和兼性厭氧菌的生長,導(dǎo)致大量的氧被消耗掉,當(dāng)氧基本被消耗殆盡時(shí),宿主體內(nèi)形成厭氧環(huán)境,厭氧菌開始大量增殖,在整個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)首位并保持平衡,成為宿主體內(nèi)的優(yōu)勢種群。利用有益微生物消耗掉宿主胃腸道內(nèi)環(huán)境中的氧,營造腸道優(yōu)勢厭氧菌群的生長環(huán)境,達(dá)到有益微生物的動(dòng)態(tài)平衡。
2.1.4 增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。微生態(tài)制劑中的活菌能夠產(chǎn)生一定的抗菌物質(zhì),也可以產(chǎn)生一些非特異性的免疫調(diào)節(jié)因子,還能進(jìn)一步提高動(dòng)物巨嗜細(xì)胞的活性以及抗體水平,通過這種方式來激發(fā)宿主的細(xì)胞免疫和體液免疫,并加強(qiáng)機(jī)體的抗病力和免疫力。
2.2 微生態(tài)制劑的生產(chǎn) 動(dòng)物微生態(tài)制劑的生產(chǎn)流程一般包括:選種、培養(yǎng)、發(fā)酵、濃縮、吸附、干燥、稀釋混合、包裝、質(zhì)檢等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。根據(jù)發(fā)酵工藝的不同,常用于制作微生態(tài)制劑的方法有液體深層發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵和液固兩相發(fā)酵。
2.2.1 液體深層發(fā)酵。液體深層發(fā)酵是將活化后的菌種接種到深層發(fā)酵罐發(fā)酵,再經(jīng)過濃縮、過濾或載體吸附、干燥得到的活菌制劑。液體深層發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面:微生物生長在懸浮狀態(tài),有利于活菌、產(chǎn)物、底物的擴(kuò)散,發(fā)酵的全過程都是在均質(zhì)的條件下進(jìn)行,能控制和檢測,便于運(yùn)輸及機(jī)械化操作,有利于規(guī)?;a(chǎn)。此外,液態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)和發(fā)酵設(shè)備已逐漸完善并廣泛應(yīng)用。但是,液體深層發(fā)酵也有孢子數(shù)量少、孢子耐受力差、不易保存及設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn),適用于人用微生態(tài)制劑的生產(chǎn),如“整腸生”、“麗珠得樂”等。
2.2.2 固態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵是指利用農(nóng)作物纖維素顆粒(如稻殼、麩皮、米糠等)作為原料,利用微生物在沒有或幾乎沒有游離水的固態(tài)基質(zhì)上的發(fā)酵方法。此發(fā)酵過程中幾乎沒有游離水,微生物附著在固態(tài)基質(zhì)表面,并從中吸收水分、碳源、氮源、無機(jī)物和其他營養(yǎng)物,整個(gè)發(fā)酵過程與微生物在自然狀態(tài)下相似,其發(fā)酵得到的產(chǎn)品高。目前,固態(tài)發(fā)酵法的研究不斷深入,逐步開發(fā)出填充床生物反應(yīng)器、壓力脈沖生物反應(yīng)器、轉(zhuǎn)鼓式生物反應(yīng)器等固態(tài)發(fā)酵設(shè)備。但是,因其不能使用密閉式接種,菌體分離、濃縮、提取技術(shù)較難,以致于該法的使用具有一定局限性。
2.2.3 液固兩相發(fā)酵。液固兩相發(fā)酵是指利用液體發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的菌絲利用密閉管道泵送到固體發(fā)酵罐中進(jìn)行固體發(fā)酵的發(fā)酵方式。它結(jié)合了液體發(fā)酵菌量大、周期短和固體發(fā)酵菌體活力高、成本低、酶系豐富等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于動(dòng)物飼料添加劑的生產(chǎn)。但是,關(guān)鍵在于能否找到適合的液體種子培養(yǎng)基以及與之搭配的固體發(fā)酵培養(yǎng)。
3.1 微生態(tài)制劑在豬飼料中的應(yīng)用 仔豬在斷奶過程中會(huì)因?yàn)榄h(huán)境、營養(yǎng)和管理等一系列變化而受到各種應(yīng)激影響。在應(yīng)激時(shí)會(huì)導(dǎo)致腸道中大腸桿菌數(shù)量的增多和乳酸菌數(shù)量的減少。但是,在仔豬的飼料中添加一定的微生態(tài)制劑有利于仔豬體內(nèi)有益微生物的繁殖,抑制有害菌的生長,并能使仔豬腸道內(nèi)的pH降低,增加各種酶的活性,進(jìn)而促進(jìn)仔豬健康和提高其生產(chǎn)性能。Huang等[11]研究表明在斷奶仔豬飼料中添加乳酸菌復(fù)合物能對其平均日增重有顯著提高作用。Giang等[12]報(bào)道在豬生長過程的日糧中添加復(fù)合微生態(tài)制劑,能提高其飼料轉(zhuǎn)化效率、生長性能以及養(yǎng)分消化率。張建梅等[13]報(bào)道日糧中添加復(fù)合微生態(tài)制劑可以顯著降低斷奶仔豬的料重比,提高仔豬的生長速度。
3.2 微生態(tài)制劑在雞飼料中的應(yīng)用 在產(chǎn)蛋雞的飼料中添加合適的微生態(tài)制劑后,微生態(tài)制劑中的有益微生物就會(huì)迅速在產(chǎn)蛋雞體內(nèi)生長繁殖,并能產(chǎn)生多種有利于降解飼料中脂肪、多糖和蛋白質(zhì)的酶類。微生態(tài)制劑在產(chǎn)蛋雞體內(nèi)還可以產(chǎn)生多種營養(yǎng)物質(zhì),如氨基酸、未知生長因子和B族維生素等。許蘭嬌等[14]用產(chǎn)蛋白酶的益生菌制備成益生素飼喂肉雞,結(jié)果發(fā)現(xiàn)益生菌能提高肉雞體內(nèi)的蛋白酶活力,提高肉雞的飼料轉(zhuǎn)化率、日增重和產(chǎn)蛋率。羅曉花等[15]研究了微生態(tài)制劑對肉雞生產(chǎn)性能的影響,將400只雞隨機(jī)分為2組,每組200只,試驗(yàn)組飼料中添加微生態(tài)制劑,按微生態(tài)制劑與基礎(chǔ)日糧5∶100的比例混合拌勻,每天拌1次,拌量為1 d的飼料用量,使拌好的飼料在1 d內(nèi)用完,而對照組飼喂基礎(chǔ)日糧,結(jié)果表明在肉雞飼料中添加微生態(tài)制劑可以提高肉雞的產(chǎn)蛋率,并降低料蛋比。
3.3 微生態(tài)制劑在反芻動(dòng)物飼料中的應(yīng)用 新生反芻動(dòng)物的胃腸道內(nèi)幾乎是處于一個(gè)無菌的狀態(tài),pH也比較緩和,基本接近中性,在這樣的環(huán)境下對腸道病原菌的生長是最有利的[16]。飼喂微生物制劑可以促進(jìn)其瘤胃發(fā)育和調(diào)節(jié)瘤胃pH,并能促進(jìn)犢牛提前斷奶。周盟[17]和董曉麗[18]以枯草芽孢桿菌和植物乳酸桿菌為研究對象,分別給哺乳期犢牛飼喂基礎(chǔ)日糧(CT組)、基礎(chǔ)日糧+植物乳酸桿菌(LB組)、基礎(chǔ)日糧+植物乳酸桿菌+枯草芽孢桿菌(LBS組),測定微生態(tài)制劑對營養(yǎng)素消化率的影響,結(jié)果表明,飼喂植物乳酸桿菌及其與枯草芽孢桿菌組合菌的犢牛,營養(yǎng)物質(zhì)(如干物質(zhì)、粗脂肪有機(jī)物)的表觀消化率提高,特別是磷的表觀消化率顯著提高。Frizzo等[19]和 Signorini等[20]采用 Meta 分析法分析了1980~2010年發(fā)表的66篇文獻(xiàn),這些研究都是針對飼喂牛奶或代乳品的未斷奶犢牛,且被用于飼喂的微生物制劑主要集中于雙歧桿菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌,使用微生物制劑提高了飼喂代乳粉犢牛的飼料轉(zhuǎn)化率和生長率,并且添加乳酸桿菌還可以降低飼喂全奶犢牛的腹瀉發(fā)生率,但其對飼喂代乳粉的犢牛沒有影響。
4.1 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 微生態(tài)制劑中活性是最重要的,只有活菌數(shù)足夠的微生態(tài)制劑才能對腸道菌群起到調(diào)節(jié)作用[21],但在微生態(tài)制劑的保存中活菌的穩(wěn)定性不高。此外,目前企業(yè)生產(chǎn)的微生態(tài)制劑存在產(chǎn)品性狀不穩(wěn)定,活菌飼料添加劑在加工、運(yùn)輸、貯存的過程中很容易失活,導(dǎo)致使用的效果不甚理想。因此,廠家在產(chǎn)品出售前應(yīng)保證有足夠的活菌數(shù)量,這樣才能使其在預(yù)定的儲存期內(nèi)發(fā)揮出良好的效用。目前,提高微生態(tài)制劑的穩(wěn)定性已引起人們的高度重視,國內(nèi)外都對此進(jìn)行了更深入的研究,如美國的生物技術(shù)中心研發(fā)出一種B-葡聚糖微膠囊益生菌產(chǎn)品,在室溫下可保存36個(gè)月,且不影響其中的活菌數(shù)量[22]。
4.2 廣大養(yǎng)殖戶的使用不當(dāng) 市場需求是企業(yè)生產(chǎn)的主要導(dǎo)向,廣大養(yǎng)殖戶對微生態(tài)制劑的使用量與生產(chǎn)微生態(tài)制劑企業(yè)的效益直接相關(guān)。但是,大多數(shù)養(yǎng)殖戶的傳統(tǒng)經(jīng)營意識和用藥思想根深蒂固,在微生態(tài)制劑認(rèn)知與使用上還存在著很大的缺陷,主要表現(xiàn)為以下方面:①用藥思想與傳統(tǒng)的經(jīng)營意識的限制;②將微生態(tài)制劑當(dāng)藥使用,而不是當(dāng)作添加劑來使用;③使用越多越好的心理[22]。養(yǎng)殖戶應(yīng)端正微生態(tài)制劑的使用態(tài)度,科學(xué)使用微生態(tài)制劑,是微生態(tài)制劑市場發(fā)展的前提。
4.3 微生態(tài)制劑的市場缺乏合理的管理機(jī)制 微生態(tài)制劑重在預(yù)防,而非治療,適時(shí)適量添加微生態(tài)制劑能最大限度地幫助動(dòng)物發(fā)揮其生產(chǎn)能力。若添加量不足,不能顯現(xiàn)其功能,但若添加過量微生態(tài)制劑造成了多余的微生態(tài)制劑,則其作用也不能顯現(xiàn),還消耗掉過多的人力和物力。因此,生產(chǎn)者對微生態(tài)制劑的認(rèn)知的改變是微生態(tài)制劑市場健康、和諧發(fā)展的基礎(chǔ),制定一套合理的微生態(tài)制劑市場管理機(jī)制勢在必行。
4.4 菌株有效性低 有些活菌制劑進(jìn)入宿主體內(nèi)后難以適應(yīng)膽汁酸與鹽酸等的低pH,在腸道腸道中定植的活菌數(shù)量不足以發(fā)揮理想作用;有些活菌制劑進(jìn)入宿主體內(nèi)后繁殖速度慢,且與其他微生物相比競爭能力較差,難以形成優(yōu)勢菌群,這樣就會(huì)使微生態(tài)制劑的功效難以體現(xiàn)。因此,微生態(tài)制劑的生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)菌種特點(diǎn)來設(shè)計(jì),如乳酸菌不耐高溫,還會(huì)與一些微量元素產(chǎn)生拮抗,不在飼料尤其是顆粒飼料中添加,但可制成水劑來直接飼喂[23]。耐受性能較強(qiáng)的糞鏈球菌與芽孢桿菌可以在飼料中添加。
5.1 考慮與某些抗生素或協(xié)同劑的配合使用 利用抗生素殺菌效果強(qiáng)、可重復(fù)等優(yōu)勢,可用于防治常見疾病、促進(jìn)動(dòng)物健康成長和提高動(dòng)物生產(chǎn)性能等[24]。在動(dòng)物發(fā)病時(shí),先用針對性較強(qiáng)的抗生素消滅或抑制病原菌的繁殖,再補(bǔ)充有益微生物的作用,恢復(fù)被破壞的胃腸道菌群平衡,發(fā)揮微生態(tài)制劑與抗生素的協(xié)同作用,提高微生態(tài)制劑的功效。
5.2 往合生元方向發(fā)展 “合生元”是“益生菌”和“益生元”同時(shí)并存的制劑[25],既可增加益生菌的數(shù)量,又可以使其生理活性得到有效發(fā)揮,使效果更優(yōu)越、結(jié)構(gòu)更合理,是微生態(tài)制劑未來的發(fā)展方向。例如,在雙歧桿菌的活菌制劑中添加低聚糖等雙歧因子后,效果提高了10~100倍[26]。
5.3 優(yōu)勢菌種的選育 微生態(tài)制劑容易被胃酸和膽汁等破壞,難以到達(dá)宿主體內(nèi),即使能到達(dá)腸道內(nèi),活菌數(shù)量也會(huì)大大減少,不能有效發(fā)揮其效用,定向選育耐熱耐酸的菌種尤為重要。近年來,利用遺傳工程和分子生物學(xué)技術(shù)改造或外源轉(zhuǎn)入有益菌的遺傳基因,構(gòu)建優(yōu)良的工程菌株,是備受關(guān)注的研究熱點(diǎn),進(jìn)而研發(fā)出更多、更有效的新型微生態(tài)制劑,以此來造福于人類[27]。
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