韓亞超 何永高 張新紅 王明躍

摘要：由益生菌制成的微生態(tài)制劑在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用，為人們的餐桌提供了安全可靠的畜禽產(chǎn)品，對(duì)于消除在畜禽養(yǎng)殖中濫用抗生素對(duì)人類健康的威脅具有重要意義。本文綜述了益生菌篩選標(biāo)準(zhǔn)及其益生作用機(jī)理，為進(jìn)一步研發(fā)適宜不同畜禽使用的微生態(tài)制劑奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：益生菌；益生作用；機(jī)理；菌種

中圖分類號(hào)：Q81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-4437（2014）02-0057-03

微生態(tài)制劑是在微生態(tài)失調(diào)、平衡、防治和營(yíng)養(yǎng)等理論的指導(dǎo)下，從健康動(dòng)物機(jī)體內(nèi)分離篩選的益生菌菌株及其代謝產(chǎn)物或生長(zhǎng)促進(jìn)物質(zhì)，在體外經(jīng)加工處理而制成的生物制劑。微生態(tài)制劑具有補(bǔ)充動(dòng)物腸道缺乏的正常微生物、調(diào)整和維持腸道正常菌群平衡，從而達(dá)到有病治病、未病防病、無(wú)病保健以及降低飼料消耗率和提高動(dòng)物生產(chǎn)性能的目的。微生態(tài)制劑按益生菌的種類一般分為乳酸菌類、芽胞桿菌類、酵母菌類和復(fù)合菌類；按成分劃分為益生菌、益生元以及合生元三大類。由于益生菌是目前市場(chǎng)上研究應(yīng)用最多的微生態(tài)制劑，所以人們習(xí)慣地把益生菌稱之為微生態(tài)制劑。

1 益生菌的概念

益生菌（Probiotics）一詞源于希臘語(yǔ)，意思是“for life”。[1]1908年，俄國(guó)科學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者伊力亞·梅契尼科夫在“The Prolongation of Life”一書中論述“經(jīng)常飲用含有益生菌的發(fā)酵牛奶能使人健康長(zhǎng)壽”，首次明確提出乳酸菌能促進(jìn)人體健康。1965年，Lilly和Stillwell最先使用益生菌一詞，在Nature雜志上發(fā)表的論文中闡述“益生菌是由一種微生物分泌的能夠促進(jìn)其它微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)”[2]。 1974年，Parker將益生菌定義修改為“有助于腸道微生態(tài)平衡的微生物及其各種代謝產(chǎn)物”[3]。1989年，F(xiàn)uller將益生菌定義進(jìn)一步修改為“能通過改善腸道微生物平衡而對(duì)宿主產(chǎn)生有益影響的微生物活體制品”[4]，他強(qiáng)調(diào)益生菌的功效和益處必須經(jīng)過臨床驗(yàn)證。1992年，Havennar對(duì)益生菌定義進(jìn)一步擴(kuò)展為“一種單一或混合的活的微生物培養(yǎng)物，通過改善動(dòng)物固有菌群的性質(zhì)而對(duì)寄主產(chǎn)生有益的影響”[5]。1998年，Guarner對(duì)益生菌作了一個(gè)通俗的定義，即 “當(dāng)攝入一定量時(shí)能對(duì)宿主健康有積極作用的活體微生物”[6]。2001年，F(xiàn)AO/WHO聯(lián)合專家委員會(huì)將益生菌定義為“活的微生物，通過攝入充足的數(shù)量，能夠?qū)λ拗鹘】诞a(chǎn)生益處”。這一定義普遍被人們所接受，但隨著對(duì)益生菌的深入研究，其定義也將不斷發(fā)展和完善。

2 益生菌的篩選標(biāo)準(zhǔn)

益生菌制劑無(wú)論是作為獸藥還是飼料添加劑，與傳統(tǒng)意義上的化學(xué)藥物有著本質(zhì)上的不同。益生菌菌種篩選需要通過一定的特殊途徑和方法，其菌種的生物學(xué)研究是益生菌作為動(dòng)物保健生物制品應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。益生菌菌種的篩選和復(fù)配是菌劑研制過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣及應(yīng)用效果。一般來說，用作益生菌的菌株獲取主要有兩種途徑：從健康動(dòng)物體內(nèi)分離（如從動(dòng)物腸道和糞便中分離等）和從動(dòng)物體外其它途徑獲得（如從土壤和青貯飼料中分離等）。目前，普遍認(rèn)為作為益生菌菌種的菌株應(yīng)該具備以下條件：

2.1安全性

益生菌菌株首先必須經(jīng)過菌株特殊生化試驗(yàn)和分子生物學(xué)鑒定，明確其生物學(xué)分類；菌株最好來自本動(dòng)物腸道內(nèi)，有利于其在宿主體內(nèi)定植即宿主特異性；菌株不分泌任何外毒素和內(nèi)毒素，無(wú)潛在致病性，不與病原菌產(chǎn)生雜交種，安全性好；明確菌株的抗生素耐藥譜，菌株不攜帶可轉(zhuǎn)移的抗生素耐藥性基因。

2.2有效性

菌株的粘附能力好是其篩選的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，有利于其能在動(dòng)物消化道表面粘附定植；菌株能夠耐受胃酸和小腸中高濃度膽鹽的不利影響，順利通過胃腸道；菌株能產(chǎn)生多種有益活性物質(zhì)，如維生素、淀粉酶、蛋白酶、氨基酸和生長(zhǎng)因子等，促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體生長(zhǎng)和增強(qiáng)免疫功能；菌株能產(chǎn)生抑制有害菌生長(zhǎng)的或創(chuàng)造抑制有害菌生長(zhǎng)的環(huán)境，而不影響本身的活性。

2.3生產(chǎn)性

菌株應(yīng)在體外繁殖速度快，易于培養(yǎng)獲取；對(duì)生產(chǎn)過程中不同工藝條件的耐受能力較強(qiáng)；菌株應(yīng)在產(chǎn)品使用和保藏過程中能夠長(zhǎng)期保持良好的活力和穩(wěn)定性。在益生菌菌株篩選過程中，應(yīng)盡可能選擇滿足上述特點(diǎn)的微生物菌株。

3 益生菌的益生作用機(jī)理

動(dòng)物腸道微生物種類十分復(fù)雜，當(dāng)益生菌進(jìn)入腸道后，會(huì)與腸道中近數(shù)百種正常菌群發(fā)生棲生、共生、偏生、競(jìng)爭(zhēng)和吞噬等復(fù)雜關(guān)系。至今，益生菌發(fā)揮益生作用的確切機(jī)理尚未完全揭曉，綜合眾多研究人員的闡述，一般認(rèn)為微生態(tài)制劑促進(jìn)動(dòng)物健康的作用機(jī)理包括以下幾個(gè)方面。

3.1 優(yōu)勢(shì)菌群學(xué)說

動(dòng)物腸道菌群是在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的。菌群的種類和數(shù)量處于一種動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)，這對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和抵抗疾病具有重要意義。健康動(dòng)物腸道內(nèi)正常菌群由原籍菌或固有菌、外籍菌或路過菌和共生菌群等組成，包括至少15個(gè)菌屬約500種微生物，優(yōu)勢(shì)菌群主要是專性厭氧菌，約占腸道菌群的99%以上，主要包括類桿菌屬、雙歧桿菌屬、真桿菌屬、乳酸桿菌屬等，而需氧菌和兼性厭氧菌僅占腸道菌群的1%，主要包括腸球菌和腸桿菌。當(dāng)環(huán)境應(yīng)激、抗生素濫用和營(yíng)養(yǎng)不良等不利因素打破腸道菌群平衡時(shí)，導(dǎo)致專性厭氧菌數(shù)量下降，而需氧菌和兼性厭氧菌數(shù)量增加，便會(huì)引起一系列癥狀，如引起雙重感染和免疫力下降等。此時(shí)在飼料中添加微生態(tài)制劑，可補(bǔ)充腸道內(nèi)缺失的有益菌種類和數(shù)量，從而修復(fù)和維持畜禽腸道正常微生物菌群平衡。新生健康仔豬腸道微生物區(qū)系穩(wěn)定建立是在斷奶后二周，適時(shí)給動(dòng)物飼喂益生菌制劑，一方面有助于仔豬建立正常有益的微生物區(qū)系，另一方面也能有效地阻止和控制潛在病原微生物區(qū)系的建立。 據(jù)報(bào)道，通過攝入一定劑量的約氏乳桿菌和干酪乳桿菌， 能夠提高腸道內(nèi)乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，并且降低腸桿菌和梭狀芽胞桿菌的數(shù)量[7]。徐麗萍試驗(yàn)首先對(duì)雞人工感染雞白痢沙門氏菌后，再給試驗(yàn)組飼喂復(fù)合益生菌制劑，研究結(jié)果顯示，試驗(yàn)組與未飼喂復(fù)合菌組的對(duì)照組比較，死亡率降低了20%，腸道內(nèi)容物中大腸桿菌數(shù)明顯減少，乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)明顯增多[8]。

3.2 生物屏障學(xué)說

細(xì)菌進(jìn)入腸道能夠粘附或定植于腸道上皮細(xì)胞上，但某些益生菌可以與病原菌競(jìng)爭(zhēng)腸道上皮細(xì)胞位點(diǎn)，使得病原菌無(wú)法定植在腸道上皮細(xì)胞上，從而發(fā)揮生物屏障作用。Pascual等研究表明，將105CFU/g唾液乳桿菌飼喂新生雛雞，可以有效的預(yù)防腸道沙門氏菌的定植[9]。研究表明，乳酸桿菌可通過與沙門氏菌和埃希氏大腸桿菌等致病菌發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性拮抗作用，排除或抑制其附著在腸細(xì)胞上，使其隨糞便排出體外。此外，益生菌在動(dòng)物腸道內(nèi)代謝產(chǎn)生乳酸、丙酸、丁酸、細(xì)菌素和其它活性物質(zhì)等共同構(gòu)成化學(xué)屏障，使消化道內(nèi)酸度降低，抑制大腸桿菌等有害菌及外籍菌的定植和存活。

3.3 生物奪氧學(xué)說

根據(jù)腸道正常微生物菌群自然定植規(guī)律，新生兒和動(dòng)物腸道最初是無(wú)菌的，出生后不久被一系列的細(xì)菌經(jīng)口腔和肛門定植。定植的順序首先是需氧菌，然后是兼性厭氧菌，最后的是厭氧菌。厭氧菌雖不能先定植，但在整個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)中其數(shù)量占據(jù)首位，并保持著一定的微生態(tài)平衡。動(dòng)物腸道多數(shù)病原微生物屬于需氧菌或兼性厭氧菌，當(dāng)飼喂動(dòng)物芽胞桿菌時(shí)，菌種以孢子狀態(tài)進(jìn)入消化道后快速生長(zhǎng)繁殖，消耗腸道內(nèi)的氧氣，使局部的氧濃度下降，形成適合于正常腸道優(yōu)勢(shì)菌生長(zhǎng)的微環(huán)境，促進(jìn)厭氧菌快速繁殖生長(zhǎng)，最終達(dá)到微生態(tài)平衡，從而達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。

3.4 增強(qiáng)機(jī)體免疫力

益生菌是良好的免疫激活劑，能夠促進(jìn)免疫組織器官的發(fā)育成熟，增強(qiáng)體液免疫和細(xì)胞免疫水平，提高吞噬細(xì)胞吞噬活性和自然殺傷細(xì)胞活力，從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫力和抗病力。為抵御腸道細(xì)菌與毒素對(duì)腸上皮細(xì)胞的粘附和侵入，益生菌可活化腸粘膜下層的免疫組織細(xì)胞，增加SIgA抗體的分泌，并誘導(dǎo)T、B淋巴細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等產(chǎn)生細(xì)胞因子，并通過淋巴循環(huán)活化全身免疫系統(tǒng)，從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能。腸道相關(guān)的免疫系統(tǒng)通過模式識(shí)別各種受體抗原，TLRs（Toll樣受體）便是其一，它能識(shí)別細(xì)菌一系列保守分子結(jié)構(gòu)，包括脂多糖、脂磷壁酸和DNA未甲基化的CpG基序，誘導(dǎo)復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，最終介導(dǎo)促或抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)[9]。Castillo等以鼠傷寒沙門氏菌感染小鼠為試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，研究了益生菌株L.casei CRL431提高免疫反應(yīng)的作用機(jī)制，結(jié)果表明L.casei CRL431能下調(diào)TNF-α的表達(dá)，促進(jìn)IL-6和IL-10的產(chǎn)生以及TLR受體的表達(dá)[10]。益生菌對(duì)機(jī)體免疫功能調(diào)節(jié)的一個(gè)重要方面就是與免疫細(xì)胞直接相互作用，介導(dǎo)促或抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)。在健康動(dòng)物機(jī)體內(nèi)，益生菌制劑LGG表現(xiàn)在預(yù)刺激CD4+T細(xì)胞，從而激發(fā)抗炎因子IL-10的合成，降低促炎因子IFN-γ、IL-6和TNF-α的釋放[11]。

3.5 合成各種酶和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

宿主腸道微生物菌群存在著復(fù)雜而多樣的共生代謝關(guān)系?？莶菅堪麠U菌和地衣芽胞桿菌可以為機(jī)體提供所需要的酶類，如水解酶、呼吸酶、發(fā)酵酶，從而提高飼料轉(zhuǎn)化率，降低飼料成本。雙歧桿菌在腸內(nèi)代謝可產(chǎn)生丙氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和多種B族維生素。乳酸菌能夠合成多種維生素類物質(zhì)供動(dòng)物機(jī)體吸收，產(chǎn)生有機(jī)酸加強(qiáng)腸道蠕動(dòng)，促進(jìn)常量和微量礦物質(zhì)元素的吸收。酵母菌具有富集微量元素的作用，使之由無(wú)機(jī)態(tài)形式轉(zhuǎn)變成動(dòng)物易消化吸收的有機(jī)態(tài)形式。益生菌代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸、氨基酸和原生質(zhì)脂蛋白能促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，增強(qiáng)腸道酶類的表達(dá)，并刺激腸道益生菌群的生長(zhǎng)繁殖。一些益生菌菌體本身就含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如光合細(xì)菌，含有蛋白質(zhì)、葉酸和泛酸等，被動(dòng)物攝取利用后能提高飼料轉(zhuǎn)化率與機(jī)體抗病能力。

由于可用作飼料添加劑的益生菌種類很多，其益生作用機(jī)理各有不同，所以我們?cè)谶x用益生菌制備微生態(tài)制劑時(shí)，可以根據(jù)不同菌株之間的相互關(guān)系，使菌種和菌種之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，制備成多種益生菌的復(fù)合微生態(tài)制劑，有時(shí)還可以將益生菌制劑和中草藥制劑進(jìn)行復(fù)配，更好的發(fā)揮益生菌的益生效果和中草藥的保健效果。在菌株的篩選上，最好是從活體宿主體內(nèi)分離篩選，這樣制備的微生態(tài)制劑更具有針對(duì)性。

總之，應(yīng)綜合考慮益生菌的益生作用機(jī)理及其益生效果，進(jìn)而開發(fā)出更有利于提高動(dòng)物生產(chǎn)性能和品質(zhì)的微生態(tài)制劑，以減少抗生素在畜禽養(yǎng)殖中的使用以及由此產(chǎn)生的細(xì)菌抗藥性對(duì)人類健康的危害。

——————

參考文獻(xiàn)

[1] Gibson G R，F(xiàn)uller R.Aspects of in vitro and in vivo research approaches directed toward identifying probiotics and prebiotics for human use[J].Nutr，2000，130（2S Suppl）：391S-395S.

[2] Lilly DM，Stillwell RH.Growth promoting factors produced by probiotics[J].Science，1965， 147：747-748.

[3] Parker R B.Probiotics，the other half of the antibiotics story[J].Nutr Health，1974，29： 4-8.

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

[5] Havenaar R，Huis Int Veld MJH.Probiotics：a general view.In：Lactic acid bacteria in health and disease.Vol 1.Amsterdam：Elsevier Applied Science Publishers，1992.

[6] Guanner F，Sehaafsma G J.Probiotics [J].International Journal of Food Microbiology， 1998，39：237-238.

[7] Yamano T，Iino H，Takada M et al.Improvement of the human intestinal flora by ingestion of the probiotic strain Lactobacillus johnsonii La1[J].Br.J.Nutr，2006，95：303-312.

[8] 徐麗萍，宋云鵬，婁玉杰.復(fù)合菌對(duì)肉仔雞生產(chǎn)性能及腸道中主要正常菌群的影響[J].吉林畜牧獸醫(yī)，2001.11：2-4

[9] Pascual M，Hugas M，Badiola JI，et al.Lactobacillus salivarius CTC2197 prevent Salmonella Enteritidis colonization in chickens[J].Applied and Environmental Microbiology，1999，65：4981-4986.

[10]Cario， E. Bacterial interactions with cells of the intestinal mucosa： Toll-like receptors and NOD2. Gut，2005，54：1182-1193.

[11]Castillo N A，Perdigon G，de Moreno D L A.Oral administration of a probiotic Lactobacillus modulates cytokine production and TLR expression improving the immune response against Salmonella enterica serovar Typhimurium infection in mice[J].BMC Microbiol，2011，11：177.