微生态制剂的研究进展及应用

微生态制剂的研究进展及应用

摘要:微生态制剂是指利用动物体内正常微生物成员或促进物质经特殊加工工艺支撑的活菌制剂。微生态制剂以其独特的作用机制和无毒副作用、无残留及无抗药性等优点越来越受到世人的关注。由于微生态制剂的特点是效果好、成本低且不污染环境,得到众多学者的关注。

1947年,外国学者首次用乳酸杆菌饲喂仔猪后发现,乳酸菌可有效改善猪营养状况,增加其体质量。但微生态制剂一直没有得到深人研究,直到20世纪60年代才开始逐渐被实际应用于畜禽养殖业。Lioyd(1997)试验证明,乳酸菌对肠道致病菌有颉颃作用。Schillinger(1989)发现,乳酸菌可预防消化道疾病并有促进宿主生长的作用。Sorokulova(1998)研究发现,饲喂益生菌可提高巨噬细胞活性。美国食品与药品管理局(FDA)和美国饲料管理协会(AAF— CO)(1989)规定了43

种允许饲喂的微生物。我国微生态制剂也得到进一步发展,农业部(1999)第105号文件公布允许使用的微生物种类是12种。目前,我国的年使用量已超过l 000 t。

1微生态制剂的定义与分类

1.1定义

微生态制剂是指利用动物体内正常微生物成员或促进物质经特殊加工工艺

制成的活菌制剂。较早被称作益生素和促生素,国内亦称为微生态制剂。在美国被命名为DFMs(直接饲用微生物)。欧盟委员会将其命名为微生物制剂。根据《动物微生态学》(何明清,1998)理论,机体通过补充外源有益菌群,使消化道内有益菌群迅速生长繁殖,并建立种群优势。微生物制剂的抗病促生长机制尚处于假说阶段,即菌体自身的蛋白质、维生素及代谢产生的多种抑菌物质和酶类共同实现其促生长作用。

1.2微生态制剂的分类

1.2.1 按成分分为益生菌、益生元和合生元3大类

益生菌是有利于宿主肠道微生物平衡的活菌食品或饲料添加剂。目前,用作微生态饲料添加剂的微生物主要有乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、放线菌和光合细菌等几大类。益生元是能有选择性地刺激宿主动物消化道内有益菌的生长,从而对动物产生有利作用的食品或饲料中的不可消化成分,包括低聚糖、微藻(如螺旋藻和节旋藻)及天然植物(如中草药和野生植物)等。目前,饲料中研究较多的益生元主要是低聚糖、酸化剂、中草药和糖萜素等几大类。合生元即为益生菌和益生元以一定比例结合的产物,可同时具有二者的共同作用。

1.2.2按菌种分为乳酸杆菌类、

芽孢杆菌类、酵母菌类和复合菌剂等乳酸杆菌类是动物肠道中的正常微生物,作为饲料添加剂应用较多的是嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和粪链球菌等,其中包括乳酸菌发酵饲料、乳酸菌粉及乳酸菌提取物;芽孢杆菌类在动物肠道中存在数量极少,目前应用的主要是蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等;酵母菌类在动物肠道内存在极少,目前常用制剂主要有啤酒酵母和

假丝酵母菌等培养物;复合菌剂能适应多种条件和宿主,比单一菌制剂更能促进畜禽的生长和提高饲料转化率。

2微生态制剂的作用机制

2.1优势菌群学说

正常微生物群对整个肠道菌群起决定作用,使用微生物的目的在于恢复优势菌群,保持微生态平衡。聂志武研究认为,加入乳酸菌类微生态制剂后,形成乳酸菌优势菌群,参与肠道正常菌生物屏障结构,通过生物夺氧及竞争性排斥抑制过路菌或侵

染菌等病原微生物在胃肠道黏膜上皮的定植和生长,同时在肠道代谢过程中产生的挥发性脂肪酯(VFA)(乳酸、乙酸和丙酸等)使动物肠道pH下降,抑制有害菌生长。

2.2生物夺氧学说

在动物饲料中添加有益微生物可竞争性抑制病原体附集到胃肠道壁上,起屏蔽作用,阻止致病菌的定植与入侵,保护动物体免受感染。张雅萍等试验结果表明,烫伤大鼠肠道内容物中双歧杆菌明显下降,大肠埃希氏菌和酵母菌迅速生长,导致肠道微生态失衡。应用益生菌治疗后,促进肠黏膜机械屏障功能的恢复,调理肠道微生态平衡,对肠黏膜起占位性保护作用,提高了肠道局部和全身益生菌的免疫功能。

2.3生物屏障学说

在动物饲料中添加微生态制剂可有效抑制病原体附集到胃肠道黏膜上,起到屏蔽作用,阻止致病菌的定植与入侵,以保护动物体不受感染。

2.4增强机体免疫力

微生态制剂中的有益菌可刺激动物免疫系统的及早建立,调动和提高动物机体的一般非特异免疫功能,因而提高了整体的抗病能力。试验证实,双歧杆菌细胞壁中的完整肽聚糖可使合成小鼠腹腔巨噬细胞L一1和L一6等细胞因子的rnRNA表达增多,从而在调节机体免疫反应中起作用。芽孢杆菌能促进肠道相关淋巴组织处于高度反应的“准备状态”,同时加速幼畜免疫器官的发育,促进其尽早尽快成熟,T、B淋巴细胞的数量增多,使动物的体液免疫和细胞免疫水平提高,从而增强机体的免疫力和抗病力。

2.5合成酶及营养物质

益生菌为机体提供所需的酶,并在动物体内产生各种消化酶,提高饲料转化率,如芽孢杆菌有很强的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性,还能降解植物性饲料中较复杂的碳水化合物。乳酸菌能合成多种维生素供动物吸收,并产生有机酸加强肠蠕动,促

进常量及微量元素(如钙、铁和锌)的吸收。某些酵母菌有富集微量元素的作用,使之由无机态形式变成动物易消化的有机态形式。

3微生态制剂的生产工艺及产品质量的控制

3.1生产工艺类型

动物微生态制剂的生产一般包括选种、培养、发酵、吸附、干燥和制剂等多个生产环节。根据发酵工艺不同,目前生产工艺主要有固体发酵法和液体发酵法。

其一般工艺流程为菌种接种培养一种子罐培养一发酵罐发酵培养一排放培养液一收集菌体一加入适量载体和保护剂一干燥一粉碎一过筛一稀释混合一成品包装一质检一益生菌产品。

3.2产品质量标准

据报道,优质的微生态制剂应具备如下标准:1)制剂应含一定数量的活微生物,活菌量至少应达107~1010个/g(mL)。2)菌株应是稳定、安全和可靠的。

3)菌株能在肠道中存活并繁殖,并具有抗pH和抗环境变异的能力。4)制剂应具有提高生产率和抗病的有益作用;应能长期储存,在此有效期限内不应低于标示的活菌数。

3.3产品质量控制

微生态制剂是活菌制剂,技术含量高,生产工艺复杂,产品质量问题屡有出现。主要是活菌含量低,水分含量高,不耐抗生素,对胃酸和高浓度的胆盐不稳定,因此,使微生态制剂不能充分发挥作用。

4微生态制剂在生产中的应用

4.1在猪生产中的应用