技術(shù)交流
武漢金華農(nóng)生物技術(shù)服務(wù)部
微生態(tài)制劑又名益生素、促生素、生菌劑以及活菌劑等，是近年來新興的一類飼料添加劑。它由多種有益微生物及其代謝產(chǎn)物和生長(zhǎng)促進(jìn)物質(zhì)組成，能有效促進(jìn)動(dòng)物體調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，并能高效轉(zhuǎn)化飼料，改善生產(chǎn)性能。Fuller（1989）將其定義為一種通過改善腸道菌群平衡而對(duì)動(dòng)物施加有利影響的活的微生物飼料添加劑。微生態(tài)制劑具有無殘留、不產(chǎn)生耐藥性等特點(diǎn)，作為綠色的動(dòng)物飼料添加劑，愈來愈受到人們的關(guān)注。
1 微生物飼料添加劑的作用機(jī)理
1.1維持消化道菌群正?；?
在微生態(tài)系統(tǒng)中，優(yōu)勢(shì)菌群對(duì)整個(gè)菌群起決定作用，一旦失去優(yōu)勢(shì)種群，則該微生態(tài)平衡失調(diào)。使用微生物添加劑則通過補(bǔ)充某一特定微生物，維持有益細(xì)菌菌群的優(yōu)勢(shì)地位，保持菌群的正常。原理如下：①優(yōu)勢(shì)種群理論：宿主體內(nèi)的正常微生物群存在一種或幾種優(yōu)勢(shì)種群，優(yōu)勢(shì)種群的喪失就意味著微生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)。動(dòng)物的腸道微生態(tài)系中，厭氧菌占99%以上，直接充實(shí)有益的優(yōu)勢(shì)菌群，并使之在腸道內(nèi)定植；②生物頡頏理論：正常微生物構(gòu)成了機(jī)體的化學(xué)和生物屏障，微生物的代謝產(chǎn)物如乙酸、乳酸和其他物質(zhì)抑制有害菌的生長(zhǎng)形成化學(xué)屏障；微生物與有害菌競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分或競(jìng)爭(zhēng)附著部位形成生物學(xué)屏障。所以補(bǔ)充微生態(tài)制劑可以形成這些屏障發(fā)揮物頡頏作用；③生物奪氧理論：當(dāng)動(dòng)物腸道內(nèi)的微生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)，局部氧分子濃度升高時(shí)，有利于病原微生物的生長(zhǎng)繁殖，微生態(tài)制劑與病原菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，消耗消化道內(nèi)的氧氣，造成不利有害菌的環(huán)境；④產(chǎn)生不利有害菌的產(chǎn)物，例如產(chǎn)生乳酸、過氧化氫、溶菌酶和抗菌物質(zhì)等。
1.2調(diào)節(jié)動(dòng)物消化代謝
根據(jù)已有的研究成果認(rèn)為：①有益微生物可產(chǎn)生各種消化酶（例如酵母菌和芽孢桿菌能產(chǎn)生脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶），直接消化飼料營(yíng)養(yǎng)成分，有些微生物還能產(chǎn)生分解復(fù)雜碳水化合物的酶或植酸酶，改善消化道食糜的物理特性或消除日糧中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，直接提高飼料轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)。②有益細(xì)菌可產(chǎn)生B族維生素，例如生物素等，提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。此外，微生物添加劑可提高動(dòng)物體內(nèi)抗體水平或提高巨噬細(xì)胞的活性，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。
1.3防止產(chǎn)生有害產(chǎn)物
腸內(nèi)大腸桿菌活動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨和胺，兩者都具有刺激性和毒性。飼喂微生物添加劑可使大腸桿菌數(shù)量減少和活動(dòng)減弱，腸道、糞便及門靜脈血液中的氨量降低，阻止腸道內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生胺及中和腸內(nèi)毒素等。
1.4增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫功能
益生菌產(chǎn)生多種抗生物質(zhì)，如乳酸菌素、嗜酸菌素、桿菌肽等，以及產(chǎn)生有機(jī)酸、H2O2等物質(zhì)，能抑制病原菌的生長(zhǎng)繁殖。研究表明，益生菌能產(chǎn)生非特異性免疫調(diào)節(jié)因子，增強(qiáng)機(jī)體的抗體水平，增加免疫球蛋白的數(shù)量和巨噬細(xì)胞的活性，從而提高動(dòng)物機(jī)體免疫力。
2 研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)微生物飼料添加劑的研究起步較晚，但起點(diǎn)高，發(fā)展較快“，八五”期間，由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)何明清教授主持的國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“飼用微生物添加劑及其應(yīng)用技術(shù)研究”及山東大學(xué)主持承擔(dān)的國(guó)家科技攻關(guān)專題“飼用微生物添加劑———乳酸桿菌添加劑的研究”都在理論、技術(shù)和應(yīng)用方面取得突破，并通過有關(guān)部門的鑒定。另外，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的“復(fù)合菌劑”、武漢大學(xué)研制的“特強(qiáng)力”、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的JF518益生菌、吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)院研制的931生物活菌添加劑以及陜西省科學(xué)院酶工程研究所研制的4PCA加酶益生素飼料添加劑都在逐步試驗(yàn)推廣應(yīng)用。還有馮定遠(yuǎn)等研制的JBC“樂圖”乳酸菌2004年獲得廣東省科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)：JBC“樂圖”乳酸菌提高豬生產(chǎn)性能及改善豬肉品質(zhì)的效果”中建立的方法，則綜合了制作發(fā)酵飼料、飲水及噴霧等幾種使用方法。
1989年我國(guó)農(nóng)業(yè)部公布了可以直接飼喂動(dòng)物的飼料級(jí)微生物添加劑菌種12個(gè)，即干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、糞鏈球菌、乳鏈球菌、枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、乳酸片菌、沼澤紅假單孢菌、啤酒酵母、產(chǎn)假絲酵母、曲霉。2006年和2008年公布16種可直接使用的微生物飼料添加劑的菌種。2000年益生菌的生產(chǎn)廠家約100多家，到2002年，我國(guó)益菌素廠家已達(dá)400多家，年產(chǎn)量約1萬t。到目前為止，年產(chǎn)量約3萬t。國(guó)外投放市場(chǎng)的微生態(tài)制劑產(chǎn)品約有40種，有英國(guó)PIC公司的PROTEXIN，泰國(guó)研制生產(chǎn)的Toyocerin(主要含東洋芽孢桿菌），加拿大生產(chǎn)的Prosurs Paste(主要含芽孢桿菌、糞鏈球菌等），芬蘭的復(fù)合微生態(tài)制劑BROILACT和日本的EM復(fù)合微生態(tài)制劑等（趙忠民等，2004；荊忠良等，2007）。從國(guó)外的開發(fā)和利用效果看，復(fù)合菌制劑較單一菌株作用效果好，因此，單一菌株益生素有逐漸向復(fù)合益生素發(fā)展的趨勢(shì)，如腸道共生復(fù)合菌、瘤胃復(fù)合菌等。比較典型的是日本研制的含有5科10屬80多種微生物復(fù)合培的有效生物群制劑（EM），用于飼料中能增強(qiáng)畜禽的免疫力，促進(jìn)生長(zhǎng)，改善環(huán)境衛(wèi)生，而且具有天然、無毒、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)的畜牧業(yè)。
近年的大量研究進(jìn)一步證實(shí)，益生素在增強(qiáng)免疫力，促生長(zhǎng)，提高消化力、防止腹瀉，改善欄舍環(huán)境、提高肉品風(fēng)味質(zhì)量等方面發(fā)揮重要的作用。蔡一鳴等(1995）用“菌痢康”（需氧芽孢桿菌制劑）進(jìn)行防治仔豬黃、白痢試驗(yàn)，對(duì)仔豬黃痢的治愈率在93%以上，仔豬黃、白痢治愈率在95%以上，且試驗(yàn)組比對(duì)照組發(fā)病率、死亡率降低。張曉梅等(1999）報(bào)道，雛雞早期飼喂微生態(tài)制劑可顯著提高腸道消化酶的活性。童家楠等（2000）研究表明，在豬基礎(chǔ)日糧中添加天然精選活菌酵素復(fù)合的微生物制劑賜百?。ê樗釛U菌、枯草桿菌、乳酸球菌等）可以提高育肥豬屠宰率和瘦肉率，肌肉肉色較鮮紅，豬肉品質(zhì)也較好。李春麗等（2006）將0.25%的微生態(tài)制劑拌于母豬及其所產(chǎn)仔豬飼料中，結(jié)果表明，試驗(yàn)組哺乳仔豬平均日增重提高13.02%，發(fā)病率降低36.04%。凈化了舍內(nèi)空氣質(zhì)量，有利于養(yǎng)禽業(yè)的持續(xù)發(fā)展。孫學(xué)會(huì)等（2008）證實(shí)，定期給雞舍噴灑微生物制劑可有效改善雞舍環(huán)境空氣質(zhì)量，減少了環(huán)境中NH3、H2S等有毒、有害氣體的含量。張春楊等（2002）用產(chǎn)蛋白酶的益生菌制備成益生菌劑飼喂肉雞，能明顯促進(jìn)免疫器官的生長(zhǎng)發(fā)育，提高免疫器官指數(shù)。劉克琳等（1994）研究發(fā)現(xiàn)，飼喂蠟樣芽孢桿菌的雛雞免疫器官生長(zhǎng)發(fā)育較對(duì)照組迅速，血中T細(xì)胞值較對(duì)照組高。
3 益生菌產(chǎn)品研發(fā)的新構(gòu)想
3.1新型菌種的篩選
中國(guó)農(nóng)業(yè)部飼料添加劑品種目錄（2008）中微生物添加劑有16種，而常用于飼料的主要有芽孢桿菌、乳酸桿菌、糞鏈球菌、雙岐桿菌和酵母菌等，目前應(yīng)用較多的是芽孢桿菌、酵母菌、乳酸桿菌。美國(guó)FDA規(guī)定允許作為益生素使用的微生物有43種。為滿足生產(chǎn)的需要，我們可以引入國(guó)內(nèi)外食品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的有益菌進(jìn)行研究，用于畜禽飼料添加劑，如：酪酸菌、長(zhǎng)岐雙岐桿菌、東洋芽孢桿菌等。
3.2多菌種共生配伍研究
目前業(yè)界多為單一菌種或簡(jiǎn)單復(fù)配、尚缺乏多菌種共生的研究。簡(jiǎn)單復(fù)配后能否很好的共生，尚缺乏可靠的證據(jù)。復(fù)配菌的營(yíng)養(yǎng)底物，最佳培養(yǎng)條件可能不盡一樣。因此可利用以下三種菌的特性進(jìn)行配伍工藝篩選研究：①芽孢桿菌好氧特性；②乳酸菌的產(chǎn)酸特性；③酵母菌的真菌屬性及營(yíng)養(yǎng)支持特性。
筆者提出多菌種共生配伍技術(shù)思路：①芽孢桿菌制造厭氧環(huán)境（把胃腸道或共生體系的氧耗掉），有害菌大部分是需氧的：如大腸桿菌、沙門氏菌等，把好氧有害菌“憋死”（生物奪氧學(xué)說）；②此時(shí)，兼性厭氧產(chǎn)酸的乳酸菌開始迅速生長(zhǎng)，定植占位、產(chǎn)酸，把有害菌給“酸死”、“擠死”（占位學(xué)說、酸堿平衡理論）；③與此同時(shí)，兼性厭氧的酵母菌也迅速生長(zhǎng)，作為有益真菌類，與有害真菌如霉菌存在某種竟?fàn)庩P(guān)系。可望對(duì)有害的真菌如霉菌進(jìn)行有效抑制或排斥。因?yàn)槿绻麤]有有益真菌，即使在無氧、酸性條件下有些有害的真菌如霉菌還是可以生長(zhǎng)的（占位同源排斥理論）；④同時(shí)酵母菌產(chǎn)生的一些生長(zhǎng)因子可以提供有益菌生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。
3.3新型合生素的研究
通俗地講，合生素補(bǔ)充益生菌，同時(shí)補(bǔ)充菌吃的“糧食”，目前這些“糧食”主要是寡糖類物質(zhì)，而事實(shí)上微生物的營(yíng)養(yǎng)底物遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止寡糖。筆者認(rèn)為，可研究其他營(yíng)養(yǎng)如核苷酸等與益生菌配合的功效。
3.4其他
此外，也可加強(qiáng)對(duì)以下幾方面的研究：①通過基因工程手段獲得“多功能性”益生菌；②微生態(tài)制劑代謝物———細(xì)菌素、乳酸菌素等，作為抗生素的替代物；③益生菌與酸化劑、中草藥等綠色飼料添加劑的協(xié)同效應(yīng)和作用機(jī)理的研究；④研究針對(duì)不同動(dòng)物、不同階段、不同地域的專用微生態(tài)制劑，以保證良好效果。南北差距，所處的抗生素等外在環(huán)境及不同日齡胃腸道環(huán)境不一樣，微生物區(qū)系也不盡相同。微生態(tài)制劑的適應(yīng)性、有效性也不一樣；⑤新劑型研究：借鑒食品和醫(yī)藥行業(yè)益生素的應(yīng)用，如微膠囊技術(shù)；⑥制訂合理的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)：因我國(guó)目前還沒有微生態(tài)制劑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，造成市場(chǎng)上產(chǎn)品混亂，應(yīng)該參考《Guidance Docu-ment–The Use of Probiotic Microorganisms in Food2009/4》除FAO/WHO食品用益生菌評(píng)價(jià)指南外，該指南為唯一的食品用益生菌指南的法規(guī)性文件。而目前微生物飼料添加劑的標(biāo)準(zhǔn)還是空白，不利于其良性發(fā)展。
4 應(yīng)用前景
專家指出“抗生素之后的時(shí)代將是微生態(tài)制劑的時(shí)代”，可見益生菌前途光明。從研究現(xiàn)狀來看，尚需加強(qiáng)研發(fā)力度，如利用益生菌開發(fā)無抗或少抗飼料、發(fā)酵飼料、發(fā)酵床養(yǎng)殖等新型技術(shù)和產(chǎn)品，研制出對(duì)動(dòng)物及人類更安全、有效的微生物制劑。
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