饲用微生物制剂的研究进展

文章篇号:1007-2764(2003)增刊-0030-098

饲用微生物制剂的研究进展

陈 琼 杨汝德

(华南理工大学食品与生物工程学院 广州510641 )

摘 要: 本文综述了饲用微生物制剂的定义和作用机理。 针对目前饲用微生物制剂使用效果不一致的问题分析了其影响因素, 并就饲用微生物应具备的条件, 在使用中的安全问题、功效评价等研究进展, 以及今后的研究发展方向进行了探讨。

关键词: 饲用微生物制剂; 肠道菌群;作用机理; 研究进展

在动物的胃肠道中，存在相对稳定殖居的微生物群落，而且数量相当大，约为1014个微生物，分别来自400个不同的细菌类型。其中有一些微生物对维持胃肠道环境的相对稳定和促进营养物质在肠道的消化与吸收起着相当重要的作用。Fuller [1]的研究发现，肠道内相对稳定的微生物群落的形成, 有助于动物提高抵抗力，免受外来有害细菌的感染，特别是对正常健康动物的胃肠道的感染，无菌动物比具有完整胃肠道微生物群落的动物更易感染疾病。

由于微生物群落在动物胃肠道内的特殊功效，动物微生态学的概念和理论被提出并完善。在动物养殖业中，利用动物微生态学理论，依据动物胃肠道微生态系统的客观规律，因势利导，改善胃肠道的微生态环境，建立生物量更高的微生态平衡，从而起到促生长，防疾病的功效。

其成功应用表现在微生态制剂(microecologics)在畜禽饲料中使用, 具有极其良好的饲养效果。微生态制剂又称益生素(probiotics)，与之接近的术语有微生物生长促进剂(microbial growth promoters)，直接饲喂微生物(direct-fed microbials, DFM)等。 1 饲用微生物制剂的定义及其组成菌

饲用微生物制剂是指在动物微生态学理论的指导下，调整微生态失调、保持微生态平衡、提高宿主健康水平或增进健康状态的益生菌及其代谢产物和生长促进物质制成的制剂[2]。

1989年美国食品与药物管理局(FDA)与饲料协会(AAFCO)发布了可以直接饲喂动物的安全菌株41种，其中乳酸菌类17株，双歧杆菌类6株，芽孢杆菌类5株，拟杆菌类4株，霉菌类2株（黑曲霉、米曲霉），酵母菌类1株，球菌和丙酸菌类6株。我国农业部1999年公布了12种可以直接饲喂动物的饲料级微生物菌

98

种，包括干酪乳杆菌、植物乳杆菌、粪链球菌、乳酸片球菌、枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、乳链球菌、啤酒酵母、产朊假丝酵母、沼泽红假单胞菌。相比1994年公布的菌种（有乳酸杆菌、粪链球菌、双歧杆菌、芽孢杆菌、酵母菌），种类有了增加。 2 饲用微生物的作用机理

饲用微生物进入畜禽肠道内，与其中极其复杂的微生态环境中的正常菌群会合，出现栖生、互生、偏生、竞争或吞噬等复杂关系。益生菌作用机理研究的难度较大, 饲用微生物发挥作用的确切机制尚未完全知晓，这也是限制饲用微生物制剂广泛使用的主要原因。本文就目前的研究进展做一归纳。

2.1 保持动物胃肠道微生态环境的相对稳定

在胃肠道正常微生物群落与动物和环境之间所构成的微生态系统中，微生物群落中的优势种群对整个微生物群落起着决定性的作用，一旦失去了优势种群，可以导致胃肠道微生态系统平衡失调，原有的优势种群发生变更，动物出现生产性能下降或疾病症状[2]。

何明清[3]的研究表明，正常仔猪的小肠内需氧菌与厌氧菌之比为1:100，而腹泻下痢时需氧菌与厌氧菌之比为1:1，即仔猪下痢时大肠杆菌等需氧菌的数量显著上升，乳杆菌等厌氧菌的数量却明显下降。也就是肠道微生物群落的微生态平衡被打破，致使仔猪发生了病理性下痢。

除应激外，过度卫生、服用抗生素等也对胃肠道微生态产生不良影响。饲用微生物能通过以下作用方式调整并平衡胃肠道的微生态环境。 2.1.1 定植抗力与生态占位

动物胃肠道的原籍种群能抑制其他外来微生物在肠道中定植或增殖，这就是定植抗力（Colonization

resistance ），也叫竞争排斥（Competitive exclusion）。这种定植抗力的产生是因为体内微生物与致病菌竞争肠道上皮的吸附位点而产生的。如果这些吸附位点被较多有益微生物所占据，病原微生物就会被排斥。

研究表明[4]，乳杆菌能定植于鸡和猪的肠道上皮，与动物体建立一种共生关系，调节肠道种群的形成。并能有效地防止肠道致病菌，如沙门氏菌对动物的感染。

2.1.2 产生抑菌物质

乳酸菌的抗菌机理涉及其产生的各种代谢产物，包括酸性物质、细菌素、二氧化碳和过氧化氢等。乳酸菌产生的多是一些含羧基的弱有机酸，而只有未解离的弱有机酸进入细菌细胞才能有效的发挥抑菌作用。酸性物质可以消耗大量的细胞能量并影响细胞膜的稳定性和传递功能，从而抑制致病菌的生长[7]。

细菌素是细菌代谢过程中合成并分泌到环境中的一类对革兰氏阳性菌（尤其是亲缘性较近的细菌）有抑制作用的蛋白类抑菌物质。乳酸菌素可作用于细胞膜，造成膜内物质和能量的泄漏。乳酸菌素分为四类：羊毛硫抗生素（Ⅰ）、肽类乳酸菌素（Ⅱ）、蛋白类乳酸菌素（Ⅲ）、复合型乳酸菌素（Ⅳ）。已被鉴定的乳酸菌素数以百计，它们是一种复杂的拮抗物，其分子量、生化特性、敏感范围及其作用方式有较大差异。

赵瑞香[7]等对从婴儿肠道中分离出来的两株嗜酸乳杆菌的抑菌特性的研究表明，该菌株对致病性大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌以及炭疽杆菌有明显的抑菌作用。Gibson [5]等的研究发现，双歧杆菌能产生一种未知的光谱抗菌物质，具有抑制沙门氏菌、志贺氏菌、霍乱弧菌等病原菌的活性。罗特氏乳杆菌能在鸡肠道内分泌抗菌物质，在15-30ug/ml的浓度下杀死沙门氏菌、大肠杆菌等致病菌，在60-150ug/ml的浓度下，乳酸菌包括罗特氏菌本身也被抑制。这种抗菌素被分离鉴定为3-羟基丙醛（3-HPA ）的二聚体和单体的复合物，其抗菌机理尚不清楚[6]。 2.2 微生物夺氧机制

在胃肠道微生态系统内，正常环境下厌氧菌占99%，需氧菌仅占1%，当饲用微生物添加剂中某种菌种以孢子状态进入动物胃肠道后，可以迅速繁殖，消耗胃肠道内的氧气，使胃肠道内氧分子浓度下降，氧化还原电势下降，促进厌氧菌的生长，使厌氧菌保持在较高的数量水平，从而维护胃肠道内微生物群落之间的生态平衡，提高定植抗力，达到防治疾病的目的[8]

。这是将好氧和兼性厌氧芽孢杆菌用于饲用微生物

的作用机理之一。据报道可直接用于微生物添加剂的芽孢杆菌有凝结芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。生物夺氧机制的具体机理有待进一步研究。 2.3 膜菌群屏障作用机制

在动物饲料中添加有益微生物可以竞争性抑制病原体附集到胃肠道壁上，起到屏蔽作用，阻止致病菌的定植与入侵，保护动物体免受感染。 2.4 提高免疫功能

很多学者的研究证明，益生菌对免疫系统有正面的影响。试验证实了双歧杆菌细胞壁中的完整肽聚糖可使小鼠腹腔巨噬细胞IL-1、IL-6等细胞因子的mRNA 的表达增多，从而在调节机体免疫反应中起到作用[9] [10]。乳杆菌能提高巨噬细胞的活性，并防止肿瘤的生长。潘康成等用地衣芽孢杆菌饲喂家兔, 发现家兔的免疫器官的生长速度明显加快, 而且血液中的白细胞总数和外周血T 淋巴细胞酸性醋酸萘酯酶活性(ANAE)阳性率均显著高于对照组。 2.5 促进消化、提供营养

益生菌在动物体内能产生各种消化酶，提高饲料转化率。如芽孢杆菌有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性，还能降解植物性饲料中较复杂的碳水化合物[11]

。乳酸菌能合成维生素供动物吸收，并产生有机酸来加强肠的蠕动，促进常量及微量元素如钙、铁、锌的吸收。某些酵母菌有富集微量元素的作用，使之由无机态形式变成动物易消化吸收的有机态形式。通过电镜扫描也证实，益生菌能够维持和加强动物小肠绒毛的结构和功能，从而促进营养物质的吸收利用。归纳目前已见的报道，用芽孢杆菌和乳杆菌等产酸型益生菌饲喂动物后，动物小肠黏膜皱裂增多，绒毛加长，黏膜陷窝加深，小肠吸收面积增大，从而提高增重和饲料的利用率。

3 饲用微生物制剂的几个问题

3.1 安全性问题[12] [13]

饲用微生物的安全性必须考虑以下几个方面：①应用于动物的益生菌最好来源于同种动物；②益生菌必须从健康的动物中分离；③益生菌必须经过一定的时间来证明其无致病性；④益生菌不能有与疾病相联系的历史⑤益生菌不能携带可以转移的抗抗生素基因。

乳杆菌天生对许多抗生素具有抗性，但在大多情况下，这种抗性不能转移。这些具有非转移抗抗生素基因的乳杆菌，不必考虑其安全性。干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌对万古霉素天生具有抗性，它们作为安全

99

的益生菌使用了多年，没有发现其抗性基因转移给其他细菌。Tynkkynen 等证明鼠李糖乳杆菌的抗万古霉素基因与肠道球菌的无相关性。在乳杆菌中，只有极少数菌株的抗抗生素基因是由质粒编码的，使用这些乳杆菌时就要考虑其安全性。

3.2 饲用微生物制剂需具备的条件[14,15]

组成饲用微生物制剂的益生菌需具备以下条件：①不能产生任何内外毒素，即无毒、无害、安全、无副作用；②有利于促进体内菌群平衡；③为了具有较好的黏附性能，最好采用来源于动物的益生菌；④对于必须以活菌体形式才能发挥作用的益生菌，如双歧杆菌、乳杆菌类，还需要耐酸、耐胆盐。另外，为了实际生产需要，益生菌株应有生长速度快、存活期长、易保存等特性。

3.3 微生态制剂使用中的问题 使用过程中，微生态制剂主要受到以下几方面的影响。

3.3.1 饲料成分的影响[16] [17]

饲料中含有拮抗益生菌的抗生素或其他抗菌物质会影响使用效果。另外，口粮中某些营养物质，如不饱和脂肪酸对益生菌的活性有显著影响。有报道指出，饲料中的矿物元素、钙对益生菌活性有影响。 3.3.2 饲用微生物质量的影响

饲用微生物的稳定性、含菌数、活菌数等直接影响使用效果。另外，储藏条件如水分、温度以及饲料的pH 值均有影响。

3.3.3 使用剂量与方式的影响

目前尚无饲用微生物的动力学系统描述。益生菌在肠道发挥作用的有效剂量及定植所需剂量无法明确，不同年龄、不同种动物的最佳使用剂量不同，需通过实验不断摸索。 3.3.4 环境的影响

国外在对一种商业性益生菌评估结果表明，微生态制剂在非最佳条件（主要指突然的气候变化导致的应激，而非自身饲养卫生条件差）下才显示出效果。国内郑明球的试验证明，比较两种不同卫生条件下，使用饲用微生物防治仔猪下痢和鸡大肠杆菌病时，卫生差的效果也差。因此，应用饲用微生物防治动物肠道传染病时，要注意环境污染的治理。 3.4 功效评价问题

目前饲用微生物的检测与质量评价尚无统一的方法和标准，亦无统一的检测部门。国内外关于饲用微生物的使用效果的实验报道很多，其有益作用已被确认。但也有效果不理想的报道。这些报道不一致的

100

地方体现在：①结果的不稳定性。某处作出的正面结果，其他人不能重复证实；②同一个产品在不同场所使用的效果不同；③在畜禽处在不同生长阶段、不同健康状况或者不同的饲养环境时，产品表现的效果不同。

因此，功效评价时：①需在特定的饲养环境条件下进行，每种产品有对应的功效以及各自最适宜的使用对象；②由于饲养环境和畜禽健康状态的易变性，评价饲用微生物制剂时，须做纵向（同一个场地多批次试验）和横向（多个场地同时试验）的多次比较，得出的结果才可靠合理。 3.5 有待研究解决的问题

3.5.1 加强微生态学基础研究，为筛选功效更为确实、作用机制清楚的益生菌提供理论基础。

3.5.2 加快动物微生态制剂管理法规、质量标准的制定。

3.5.3 益生菌的配伍组合的研究，益生菌与益生协同剂（如寡聚糖、酶制剂、中草药、氨基酸等）协同作用效应和机理的研究[18]。

3.5.4 微生态基因工程菌的研究。 3.6 对饲用微生物制剂要正确认识

对饲用微生物制剂的作用要有公正客观的认识，不能把那些发生机理尚不清楚，尚无有效疗法的畜禽疾病寄希望于饲用微生物来完全解决。应该认识到，饲用微生物的预防效果要好于治疗。

参 考 文 献

1 2 3 4

Fuller R.A review: Probiotics in man and animals. J Appl Bacter, 198966:365~378

谭支良. 动物胃肠道微生态理论与实践. 应用生态学报, 2003,14(1):148~150

何明清. 仔猪不同肠道区段正常菌群与下痢病菌的关系研究. 四川农学院学报,1983,!:243~249

Barrow P A,et al. The attachment of bacteria to the gastric epithelium of the pig and its importance in the microecology of the intestine. Journal of Applied Bacteriology.1980, 48:147 5

Gibson G R. Regulatory effects of bifidobacteria on the growth of other colonic bacteria. Journal of Applied Bacteriology. 1994,77:412~420 6 7 8

Thung T C.In vitro studies on reuterin by Lactobacillus reuteri. Micro.Hith.Dis. 1989,2:137~144

赵瑞香等. 嗜酸乳杆菌抑菌特性的研究. 中国微生态学杂志.2001,13 (6):318~319

闫凤兰, 卢峥. 等. 肉仔鸡饲喂枯草芽孢杆菌效果的研究. 动

《广州食品工业科技》

物营养学报,1996,8(4):34~38 9

“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集 Vol.19.增刊(总77)

14 Fuller R. A review: Probiotics in man and animals. Journal of

Applied Bacteriology.1989,66:365~378

15 王世荣. 益生素的应用和筛选. 饲料博览,1990,4:18~19 16 周安国. 国外益生菌在猪营养的研究应用进度, 四川农业大

学学报,1994,12(增刊)554~557

17 潘宝海, 李德发等. 益生菌在养鸡生产中的应用. 中国饲料,

2000,16:9~11

18 刘一尘, 何明清等. 益生菌剂与益生协同剂的协同作用的研

究及应用现状, 中国微生态学杂志,2001,3(3):179~180

Sekine K.Analysis of antitumor properties of effector cells stimulated with a cell wall preparation of bifidobacteriu- m infantis. Biol.Pham.Bull.1995,18:148~153

10 王立生, 潘令嘉, 等. 双歧杆菌对裸鼠腹腔巨嗜细胞产生IL-1

及IL-6的影响. 中国微生态学杂志,1996,8(4):34~38 11 Risiey C. Pelleting direct fed microbial. Feed International.

1992,13 (8):28~38

12 Shibashi N,Yamazaki S.Probiotics and Safety.Am J Clin Nutl,

2001,73(Suppl):465~470

13 袁杰利, 康白. 肠球菌及有关微生态调节剂. 中国微生态学杂

志,1998,10(1):59~60

Progress and Application of Direct-fed Microbials

Chen Qiong, Yang Rude

(Dept. of Biotechnology Engineering, South China University of Tech., Guangzhou, 510640)

Abstract: The definition and mechanism of direct-fed microbials are summed up in this paper. The qualification, safety question, effect evaluation of direct-fed microbials are also studied. There are many effectors when using direct-fed microbials.

Key words: direct-fed microbials; intestinal flora; mechanism

101