微生态制剂及其作用机理

微生态制剂及其作用机理
潘康成四川农业大学动科院胡东兴华南农业大学 1. 微生态制剂分类
微生态制剂，是在微生态学理论指导下，调整微生态失调，保持微生态平衡，提高宿主健康水平的正常菌群及其代谢产物和选择促进宿主正常菌群生长的物质制剂总称。微生态制剂的分类方法较多，本文根据微生态制剂的物质组成进行分类，分为益生菌、益生元和合生元。
1.1 益生菌
是指改善宿主微生态平衡而发挥有益作用，达到提高宿主健康水平和健康状态的活菌制剂及其代谢产物。研制益生菌的基本指导思想是，用健康动物的正常菌群，尤其是优势菌种，经过选种和人工培养制成活菌制剂，然后用于动物发挥其固有的生理作用。研制益生菌的关键技术，是筛选优良的生产菌种，它直接关系到应用效果及其质量优劣。美国FDA批准用作直接饲喂的微生物已有43种，我国农业部1999年6月公布了干酪乳杆菌、植物乳杆菌、粪链球菌、屎链球菌、乳酸片球菌、枯草芽孢杆菌、纳豆芽杆菌、嗜酸乳杆菌、乳链球菌、啤酒酵母、产朊假丝酵母、沼泽红假单孢菌等12种为可直接饲喂动物的饲料级微生物添加剂。此外国内外陆续有应用新菌种的报道，如环状芽孢杆菌、坚强芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、丁酸梭菌、芽孢乳杆菌、噬菌蛭弧菌等。
1.2 益生元
是指一种非消化性食物成分，能选择性促进肠内有益菌群的活性或生长繁殖，起到促进宿主健康和促生长作用。最早发现的益生元是双歧因子。后来又发现多种不能消化的寡糖可作益生元。最常见的寡糖有乳果糖、蔗糖寡聚糖、棉籽寡聚糖及寡聚麦芽糖等。这些寡糖不被有害细菌分解和利用，只能被有益菌利用，促进有益菌生长，达到调整菌群的目的。近年来，我国研究发现，一些中草药制剂也可作为益生元。益生元有许多优越性，不存在保持活菌数的技术难关，稳定性强，有效期长，不仅可促进有益菌群生长，而且还可提高机体免疫功能。
1.3 合生元
为益生菌和益生元结合的生物制剂，它的特点是同时发挥益生菌和益生元的作用。这种制剂的应用，有日渐增多的趋势。
2. 微生态制剂的作用机理
微生态制剂种类繁多，其作用机理分益生菌和益生元两部分论述。
2.1 益生菌的作用机理
2.1.1 拮抗动物病原细菌并维持和调整肠道微生态平衡　在正常情况下，动物肠道微生物种群及其数量处于一个动态微生态平衡状态，当机体受到某些应激因素的影响，这种平衡可能被破坏，导致体内菌群比例失调，需氧菌如大肠杆菌增加，并使蛋白质分解产生胺、氨等有害物质，动物表现下

痢等病理状态，生产性能下降。研究表明，饲喂芽孢杆菌能产生蛋白多肽类抗菌物质，拮抗肠道病原细菌；此外还能使动物空肠内容物乳酸、丙酸、乙酸等含量上升，PH下降，抑制有害菌生长繁殖。乳酸菌可以产生多种抗有害菌物质，如有机酸、过氧化氢、酶类、细菌等拮抗病原菌。产生有机酸包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等，可使肠道环境pH下降，对病原性细菌有抑制作用，产生过氧化氢从而抑制病原菌的生长繁殖，使有益微生物在细菌种间的相互竞争中占优势。双歧杆菌和乳酸杆菌还产生保外糖苷酶，可降解肠粘膜上皮细胞的特异性糖类，阻止致病菌和毒素对上皮细胞的粘附和侵入。
2.1.2 产生多种酶类并提高动物消化酶活性　研究表明，一些益生菌能产生多种酶类，参与动物消化道“酶池”，促进动物对营养物质的消化吸收。Sogard（1990）报道，枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌具有较强的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性，同时还具有降解植物饲料中非淀粉多糖的酶，如果胶酶、葡聚糖酶、纤维素等酶，酵母菌和霉菌均能产生多种酶类，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等，可提高蛋白质和能量利用率。陈惠等（1994）、王子彦（1994）、胡东兴（1996）、潘康成（1997）分别利用不同的芽孢杆菌制成微生态制剂饲喂动物，均能提高消化道的酶活，他们认为芽孢杆菌提高动物消化酶活性是微生态制剂促进动物生长作用的一个重要因素。
2.1.3 益生菌的营养作用促进动物生长　益生菌在动物肠道内生长繁殖能产生多种营养物质如维生素、氨基酸、促生长因子等，参与机体的新陈代谢。凝集芽孢杆菌、芽孢乳杆菌等菌株能产生乳酸，可提高动物对Ca、P、Fe、维生素D的利用和吸收。研究发现，用乳酸菌发酵的奶中，B族维生素和维生素C较鲜奶丰富。乳酸菌发酵后产生乳酸，可提高Ca、P、Fe的利用率和维生素D吸收。
乳糖分解产生半乳糖，是构成脑神经系统苷脂的成分，与动物出生后脑的迅速发育有密切关系。酵母细胞和霉菌细胞中含有丰富维生素和各种营养成分，粗蛋白质含量平均为40%~60%，可在消化道中合成菌体蛋白及其维生素尤其是B族维生素，供机体利用。此外一些益生菌还产生一些重要的营养因子，从而促使矿物质元素利用，减少应激反应。
2.1.4 促进动物器官生理机能成熟并改善动物生理状态　余成瑶等（1994）研究表明，用芽孢杆菌饲喂肉用仔鸡后，能明显改善雏鸡肠道结构，增大小肠吸收面积，同时发现可促进动物内脏器官的生理机能，进而增强消化吸收功能，促进动物生长。乳酸菌可产生乳酸、细菌素等抗菌物质

，抑制肠道中腐败细菌的繁殖，减少肠道内毒素、尿素酶的含量，并能抑制腐败菌产生胺、靛基质、吲哚、氨、硫化氢等致癌物质和其它毒性物质，使血液中毒素和氨含量下降，使机体处于理想的生理状态。酵母和霉菌还能抑制黄曲霉毒素，吸附有毒物质和病原菌，从而抑制胃肠道疾病的发生。研究发现，乳酸菌具有降低胆固醇、减少血脂病发生的作用。Hartley给雄兔饲喂0.25%的胆固醇饲料，同时在食物中每天加入1010个长双歧杆菌，持续13周，与对照组相比试验兔的胆固醇降低。傅晓丽（1991，1992）证明，屎链球菌等在动物体内及人体内均有降低血清胆固醇的作用。Hepner推测，乳酸菌抗胆固醇作用可能与羟基戊二酸辅酶A还原酶有关。Kawai（1984，1986）报道，肠球菌及其提取物也具有降低胆固醇和甘油三酯的作用。
2.1.5 增强机体的免疫功能并提高抗病能力　促进动物免疫功能是益生菌的重要作用机理。I-nook（1983）研究发现，纳豆芽芽孢杆菌能够增强雏鸡抗绵羊红细胞抗体产生，随后进一步试验表明该菌能显著提高仔鸡脾脏T、B淋巴细胞比例，增强鸡的细胞免疫功能。刘克琳等（1994）报道，凝结芽孢杆菌试验组鸡的免疫器官生长发育较对照组高。潘康成等（1997，1998）还发现地衣芽孢杆菌对家兔体液免疫功能有促进作用。大量研究证明，乳酸菌可诱导机体产生干扰素、白细胞介素等细胞因子，通过淋巴循环活化全身的免疫防御系统，增强机体抑制癌细胞增殖。酵母菌细胞壁含有酵母多糖，其主要活性成分为葡萄朊、甘露聚糖、明角质，研究证明这些酵母细胞壁成分可提高动物的免疫力，增进健康。霉菌分泌的一些代谢产物，可以增强机体免疫力。潘康成等（1999）综述认为，动物口服益生菌后，调整肠道菌群，使肠道微生态系统处于最佳的平衡状态，活化肠粘膜内的相关淋巴组织，使SigA抗体分泌增强，提高免疫识别力，并诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞等产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环而活化全身免疫系统，从而增强机体的免疫功能。
2.1.6 促进反刍动物胃肠道微生物生长繁殖并提高对纤维素的消化率　益生菌尤其是酵母和霉菌，具有促进瘤胃微生物繁殖和活性能力，稳定瘤胃内环境，促进瘤胃菌体蛋白质合成，改变十二指肠内氨基酸构成比，促进厌氧菌特别是乳酸菌生长繁殖，进一步提高瘤胃中纤维素成分早期的消化，可使纤维素成分消化速度加快30%，并可使瘤胃甲烷产量减少，增加能量。霉菌偏好于纤维素中较硬的木质素，能使瘤胃中的总菌数和纤维素分解菌成倍增加，从而加速瘤纤维素分解，加强对瘤胃中氨的利用和蛋

白质合成，提高磷的消化利用率。
2.2 益生元的作用机理
2.2.1 益生元竞争性与病原菌结合并抑制病原菌生长繁殖　研究表明，病原菌（如大肠杆菌、沙门氏菌、梭状芽孢杆菌等）细胞表面具有能够识别动物肠壁的“特异性糖类”受体结构物质，它与肠壁受体结合，定位繁殖，从而导致肠道疾病的发生。益生元如甘露低聚糖等与病原菌在肠壁的受体非常相似，与病原菌有很强的结合力，从而使病原菌不能与肠壁受体结合。益生元不被消化道消化分解，因此可携带病原菌通过肠道排除体外，防止病原菌在肠道内繁殖。此外某些寡糖益生元还能清除已附着的病原菌。
2.2.2 益生元是动物肠道有益菌群的增值因子并促进有益菌的生长繁殖　一些有益元是有益菌细胞壁的重要成分，有利于有益菌生长繁殖。某些有益菌能产生分解有益元的酶系，可分解利用益生元，促进生长。Toba等人研究表明，肠道中的双歧杆菌与乳酸杆菌通过分泌β-半乳糖苷酶将半乳寡糖水解，从而对其加以利用，促进自身生长。A.Sghir等人研究表明，双歧杆与乳酸杆菌均能分泌酶分解果寡糖作为炭源和能量来源。Hartemink等人在研究口腔中的链球菌对寡聚糖的降解和发酵作用时发现，在寡聚糖存在的情况下，口腔链球菌能产生国寡糖降解酶。同时益生元分解产生的酸性物质，可降低肠道内pH值，抑制有害菌生长，提高抗病力。
2.2.3 刺激动物机体的免疫系统并增强免疫功能研究证明，甘露低聚糖、果寡糖等可以充当免疫刺激因子，激活机体免疫系统，增强机体对抗原的免疫应答能力，进而提高机体的抗病及生长能力。
3. 结语
动物肠道菌群自身及宿主、环境的关系错综复杂，理论及机理研究难度较大，直至近20年来，随着科学的进步和对微生态学认识加深，才使微生态制剂被人们所了解重视，其应用效果得到充分肯定。今后开发研究微生态制剂时需要考虑：
1）在获取具有一定效果的活菌时，应进一步研究这些活菌的作用机理；
2）通过基因工程手段获得基因工程益生菌，生产出能“永久性”定居在肠道内的益生菌和“多功能性”微生态制剂；
3）加强益生菌与益生元、酶制剂等的协同效应和作用机理研究。