抗生素和有机酸对细菌微生物的抑菌杀菌原理区别

抗生素的抗菌机理
抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用，主要是针对“细菌有而人（或其它高等动植物）没有的机制进行杀伤，有4大类作用机理：
1）阻碍细菌细胞壁的合成，导致细菌在低渗透压环境下溶胀破裂死亡，以这种方式作用的抗生素主要是β-内酰胺类抗生素。

2）与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，让细菌内部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。

以这种方式作用的抗生素有多粘菌素和短杆菌肽等。

3）与细菌核糖体或其反应底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白质的合成。

以这种方式作用的抗生素包括四环素类抗生素、大环内酯类抗生素、氨基糖苷类抗生素、氯霉素等。

4）阻碍细菌脱氧核糖核酸的复制和转录，阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻，阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程。

以这种方式作用的主要是人工合成的抗菌剂喹诺酮类（如氧氟沙星）。

抗生素耐药性的产生
与细胞壁或细胞膜作用的两类抗生素，是以破坏菌体完整性的方式杀死细菌，故可称为杀菌剂，另外两类抗生素则是靠抑制细菌大分子合成的方式，阻断其繁殖，故又可称之为抑菌剂。

伴随着抗生素的长期使用，尤其是畜牧业长期以来低剂量、长时间使用，细菌在抗生素生存压力下，逐渐产生了对耐药性。

1、产生灭活酶
β-内酰胺酶：对β-内酰胺类抗生素耐药，使β-内酰胺环裂解而使该抗生素丧失抗菌作用。

氨基苷类抗生素钝化酶：钝化酶使后者失去抗菌作用，常见的氨基苷类钝化酶有乙酰化酶、腺苷化酶和磷酸化酶。

其他酶类：氯霉素乙酰转移酶——灭活氯霉素；酯酶——灭活大环内酯类抗生素；核苷转移酶——灭活林可霉素。

2、抗菌药物作用靶位改变：由于改变了细胞内膜上与抗生素结合部位的靶蛋白，降低与抗生素的亲和力，使抗生素不能与其结合，导致抗菌的失败。

3、改变细菌外膜通透性：通过改变通道蛋白性质和数量来降低细菌的膜通透性而产生获得性耐药性。

4、影响主动流出系统：某些细菌能将进入菌体的药物泵出体外，这种泵因需能量，故称主动流出系统。

5、细菌生物被膜的形成：细菌生物被膜是指细菌粘附于固体或有机腔道表面,形成微菌落俗称：生物膜。

细菌分泌细胞外多糖蛋白复合物将自身包裹其中而形成的膜状物。

6、交叉耐药性：指致病微生物对某一种抗菌药产生耐药性后，对其他作用机制相似的抗菌药也产生耐药性。

有机酸抗菌机理
1渗透杀菌
有机酸多为弱酸，弱酸在水中存在存在解离和未解离两种形式，且处于动态平衡状态，即[HA] [H]++[A]-。

其中未解离的有机酸分子可以自由扩散穿过细胞膜进入细胞内。

分子
态有机酸进入细菌主要与有机酸分子的大小以及挥发性有关。

分子量越小、挥发性的分子越容易进入细菌细胞内部。

细菌细胞内pH值为中性，进入细菌内部的有机酸分子在此解离产生氢阳离子和羧根负离子。

H +会降低细菌细胞内pH值，而细菌要维持正常的生命就必须将细胞内pH值保持在7.0左右，因此细菌细胞要通过H+-ATP泵将氢阳离子排到细胞外，这个过程消耗大量的能量（ATP），从而使得细菌失去活力。

另一方面，羧根负离子可以抑制细菌细胞核内的DNA和蛋白质的合成过程使得细菌不能繁殖。

2透化细胞膜
未解离的有机酸具有不同程度的脂溶性，可与细胞膜和细胞壁中的磷脂分子和脂多糖等成分或作，破坏膜的稳定性。

例如Alakomi等用乳酸处理鼠伤寒沙门氏菌，经过电泳检测发现培养细胞的上清液中脂多糖含量与对照比大幅增加，进一步研究发现乳酸导致细菌脂多糖和甘油酰磷脂大量释放。

细菌外膜中的脂多糖可以阻止大分子酶类和抗生素进入细胞，小分子有机酸通过外模空岛蛋白紧促周质空间，降低脂多糖和磷酸基团质子化，减弱外模间各组分的互作。

脂多糖和外膜蛋白组分的解离破坏了外膜的完整性，导致内容物外协，同时促进抗生素类大分子进入细胞内发挥抗菌作用。

3降低环境PH
未解离的有机酸进入细胞内部发挥作用，而已经解离的酸化剂则在通过降低细菌外部的PH值来发挥间接的抑制作用。

不同的细菌有不同的适宜其生长的环境。

微生物有其最适合生长的PH也有其PH耐受范围，在适合生长的PH范围内细菌大量繁殖，超出耐受范围细菌则开始大量死亡。

大部分肠道有益菌因为其本身可以产酸，故其对环境酸度的耐受更强。

动物胃肠道的PH并不是统一的，在胃部因为胃酸的分泌胃部的PH较低约在2.0～3.5这个范围之间，而到了肠道肠道本身分泌的大量的富含碳酸氢根的粘液，胃酸被大量中和，肠道的PH一般在6.5～8.0之间。

产道病菌对肠道产生危害主要因为细菌在肠道的数量或比例高了，因此抑菌的最终目的是降低肠道中的病原菌的数量或比例。

然而从动物消化道病原菌数量的分布来看，大肠的病原菌最多、小肠次之，而胃中最少。

从预防角度考虑，抗菌剂、抑菌剂在胃中发挥抑菌作用的效率是最高的，可以最有效的降低肠道的病原菌。

酸化剂通过对胃部PH的调节，达到减少细菌尤其是以大肠杆菌、沙门氏菌为代表的肠杆菌科细菌，虽然也会对肠道益生菌去如乳酸杆菌起到，但是作用较弱。

这样酸化剂就在胃部对进入肠道的菌群的组成进行了调节。

4不同有机酸对部分病原菌的特异性作用
不同的有机酸因为其化学结构的不同，导致其对不同种类的细菌拥有不同杀菌抑菌活性。

例如丙酸、山梨酸对霉菌的杀灭作用要其他有机酸而乙酸、乳酸则对霉菌几乎没有杀灭作用。

并且不同的有机酸之间还有协同作用，例如甲酸和丙酸、乳酸混合使用的时候其杀菌能力是单独的甲酸或者丙酸、乳酸的杀菌能力提高3倍以上。

5肠道优势菌群的间接作用
通过在胃部调节胃部PH，有机酸可以调节进入肠道内的细菌的组成，减少可以导致肠道内有害菌，尤其是以耐药性以及广泛存在的特点困扰养殖业的大肠杆菌、沙门氏菌的含量，优化肠道菌群，使肠道内的优势菌群例如乳酸菌、丁酸酪菌等益生菌的数量。

并且因为有机酸不完全电离的特性，在肠道后端依然有部分有机酸以分子的形式来对肠道菌群组成进行调节。

肠道益生菌群在肠道主要起以下作用：
1、生物占位作用益生菌通过在肠道的定植和肠道致病菌竞争肠道粘膜上的结合位点，减少致病菌在肠道的定植。

2、生物屏障作用益生菌在肠道占位成功后，除了会在肠道表面繁殖，并且形成一层保护膜，进一步减少致病菌在肠道的存留以及繁殖。

3、类抗生素作用益生菌在繁殖的过程中，会分泌一些生物活性物质，其中一些有效成分可以对致病菌产生类似于抗生素的杀灭作用。

4、刺激免疫作用益生菌可以刺激肠道的免疫系统，促进非特异性的抗体蛋白的分泌，同时刺激肠道内免疫细胞的繁殖以及对细菌的敏感性。

并且因为细菌抗原物质的同源性，益生菌通过对免疫系统的调节，使得免疫系统的非特异性抗体对细菌的杀菌的杀灭效果更强。

抗生素和有机酸抗菌原理的比较
抗生素不管是生物发酵还是化学合成都是属于有机大分子，而他们杀菌、抑菌的机理都是通过对生物大分子来起到作用。

细菌在抗生素造成的生存压力下，耐药性也是通过对自身生物大分子的改变来或形成产生的。

例如为阻止抗生素进入细菌内部，细菌改变了膜蛋白的组成、形成外膜组织抗生素的进入，产生各种酶类来对抗生素进行灭活，使之丧失抗菌活性。

有机酸尤其是小分子有机酸，其在电离时酸根离子带有电荷，此时是不容易进入细菌内部的，进入细菌体内的都是以分子状态的有机酸分子通过自由扩散进入细菌体内，分子态有机酸分子不带电荷并且其分子量较小，相较于抗生素等大分子物质更加容易通过细胞膜进入细菌内部。

细菌是无法通过变异来阻止这个过程的发生的。

有机酸分子在进入细菌细胞内部后，有机酸分子开始进行电离，产生一系列对细菌的毒害作用。

电离过程细菌无法阻止，只能通过变异来形成耐受，例如很多自身可以产酸的细菌，相对于不产酸的细菌对有机酸有更强的耐受性。

结语
长期以来抗生素是畜牧养殖乃至人类应对细菌感染的最有效手段，但是细菌对抗生素的耐药性越来越强，使用效果越来越差。

同时随着生活水品的提高消费者对食品安全、食品抗生素残留的要求越来越高。

抗生素在畜牧行业的使用限制越来越大。

有机酸与抗生素的杀菌机理有根本上的不同，对细菌依然拥有良好的杀菌效果，也不易使细菌产生耐药性。

同时有机酸本身是体内生化反应的代谢产物，可以被机体完全吸收利用，也不会产生残留以及副作用。

有机酸作为一种高效绿色的抗菌剂正在被越来越多的有前瞻性以及社会责任感的畜牧行业有识之士所关注和使用。