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)最初是針對糞便中的微生物,目前的研究則側(cè)重于對進(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,免受外來有害細(xì)菌的感染,特別是對正常健康動(dòng)物的胃腸道的感染,無菌動(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)物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收等方面的特殊功效開展深入研究后,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對于Dubos提出的概念進(jìn)行了修改.在國內(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,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,它們在人類醫(yī)療、畜禽生產(chǎn)與疫病防治、動(dòng)物生長促進(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期使用及濫用,其弊端逐漸得到人們的廣泛認(rèn)識.越來越多的事實(shí)表明,抗生素飼料添加劑的應(yīng)用存在較多的安全性問題,主要表現(xiàn)在:藥物殘留和毒性;過敏作用;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的弊端,世界各國的科研工作者不斷努力以尋求和開發(fā)一種安全、無毒副作用、無殘留,既能促進(jìn)動(dòng)物生長,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題應(yīng)運(yùn)而生,它不僅能夠?qū)χ虏【鹨种谱饔?、對畜產(chǎn)品無毒和促進(jìn)畜禽生長,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,如微生物促生長劑、益生菌、促生素、生菌劑、活菌制劑等等.對其概念的不同解釋代表了人們對它在功能和來源上的諸多認(rèn)識.總的來說,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,通過攝入充足的數(shù)量,可對宿主產(chǎn)生一種或多種特殊且經(jīng)論證的功能性健康益處.益生菌是人們對廣泛使用抗生素所產(chǎn)生的種種問題十分關(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,國內(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)勢種群,經(jīng)過分離、鑒定和選種后,以不同的生產(chǎn)工藝制成活菌制劑,通過不同方式進(jìn)入動(dòng)物消化道回到原來的自然生境,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,各國科研工作者長期以來都在尋求優(yōu)良的菌源.

關(guān)于微生態(tài)制劑所用菌株的種類,各國都有不同的規(guī)定.1989年,美國食品與藥物管理局(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,我國農(nóng)業(yè)部公布的第105號公告所允許使用的飼料添加劑品種目錄中,飼料級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,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)勢種群

使用微生態(tài)制劑的目的在于,通過補(bǔ)給優(yōu)勢菌株與宿主腸道內(nèi)有益菌一起形成優(yōu)勢種群,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 通過黏附機(jī)制和競爭排斥作用阻止病原菌繁殖

某些益生菌通過與動(dòng)物腸道中有害微生物直接競爭定居部位,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)揮其競爭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 提供營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)動(dòng)物生長

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

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,人們才開始重視微生物飼料添加劑的研究與開發(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,我國成立了中國微生態(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,開始重視微生物飼料添加劑的研究開發(fā)和使用.從全球范圍看,目前微生物制劑市場總銷量已達(dá)5萬噸/年,銷售額約為5億美元,使用較多的是日本、歐盟和美國等.

日、德、英等國早在10多年前就相繼開發(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.而美國及西歐一些國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.美國從20世紀(jì)70年代開始使用飼用微生態(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源以及活的微生物數(shù)量保證值.此外,美國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3 000萬美元.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)畜禽的生長發(fā)育及增重.在歐洲,僅法國20世紀(jì)90年代初市場上銷售的益生菌品種就不低于50個(gè),德國、荷蘭、丹麥、法國、西班牙等的大中型配合飼料廠和大型畜牧場目前都已開始對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、美國等目前已逐步推廣這一技術(shù).從技術(shù)角度來看,國外采用液體發(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

隨著社會(huì)的發(fā)展,人民生活水平的提高,人們的保健意識逐漸在增強(qiáng),綠色食品概念已逐漸成為人們的共識.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)品的開發(fā)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新.對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)制劑以其無毒副作用、無耐藥性、無殘留、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)和泰樂菌素4種抗生素在畜禽飼料中作為生長促進(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,微生物飼料添加劑的潛在市場隨之?dāng)U大.在我國,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在跟進(jìn)國外先進(jìn)的農(nóng)牧科技方面取得優(yōu)先權(quán),而且可使無公害畜牧業(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國民的身體素質(zhì).

3 結(jié) 語

動(dòng)物微生態(tài)制劑產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用,必將在我國飼料行業(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).人們也開始漸漸接受并形成“有病要治療,沒病要預(yù)防,無病要保健”的觀念.伴隨人們健康意識的逐步增強(qiáng)以及對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.最新資料顯示,目前我國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.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養(yǎng)素的吸收和代謝研究[J].中國飼料,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.地衣芽孢桿菌對家兔免疫功能的影響研究[J].中國微生態(tài)學(xué)雜志,1998,10(4):204-206.