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)物和生長促進(jìn)物質(zhì)組成，能有效促進(jìn)動物體調(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動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)勢菌群對整個菌群起決定作用，一旦失去優(yōu)勢種群，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)勢地位，保持菌群的正常。原理如下：①優(yōu)勢種群理論：宿主體內(nèi)的正常微生物群存在一種或幾種優(yōu)勢種群，優(yōu)勢種群的喪失就意味著微生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)。動物的腸道微生態(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)抑制有害菌的生長形成化學(xué)屏障；微生物與有害菌競爭養(yǎng)分或競爭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，有利于病原微生物的生長繁殖，微生態(tài)制劑與病原菌競爭營養(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)動物的生長。②有益細(xì)菌可產(chǎn)生B族維生素，例如生物素等，提供營養(yǎng)物質(zhì)。此外，微生物添加劑可提高動物體內(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，從而提高動物機(jī)體免疫力。
2 研究進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀
我國對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：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年我國農(nóng)業(yè)部公布了可以直接飼喂動物的飼料級微生物添加劑菌種12個，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。國外投放市場的微生態(tài)制劑產(chǎn)品約有40種，有英國PIC公司的PROTEXIN，泰國研制生產(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，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，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，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發(fā)育較對照組迅速，血中T細(xì)胞值較對照組高。
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單復(fù)配、尚缺乏多菌種共生的研究。簡單復(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，兼性厭氧產(chǎn)酸的乳酸菌開始迅速生長，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，兼性厭氧的酵母菌也迅速生長，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的（占位同源排斥理論）；④同時酵母菌產(chǎn)生的一些生長因子可以提供有益菌生長所需的營養(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)上微生物的營養(yǎng)底物遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止寡糖。筆者認(rèn)為，可研究其他營養(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研究針對不同動物、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制訂合理的國家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)：因我國目前還沒有微生態(tài)制劑的國家標(biāo)準(zhǔn)，造成市場上產(chǎn)品混亂，應(yīng)該參考《Guidance Docu-ment–The Use of Probiotic Microorganisms in Food2009/4》除FAO/WHO食品用益生菌評價指南外，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“抗生素之后的時代將是微生態(tài)制劑的時代”，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，研制出對動物及人類更安全、有效的微生物制劑。
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