微生态制剂作用机理

动物微生态制剂的研究进展及发展应用前景
摘要：动物微生态制剂是由正常菌群微生物所制成的一类生物制品,它可通过调节机体微生态平衡来预防疾病、提高饲料转化率,促进动物健康,保护生态环境。

它可用于作兽药或饲料添加剂,是无毒、无污染的产品,在畜牧业和水产养殖业中有极广泛的应用前景。

就动物微生态制剂的产生种类、作用机理、生产工艺、存在问题、质量控制、作用效果及应用前景进行综述。

关键词:：动物微生态制剂;研究;应用
动物微生态制剂是根据微生态平衡理论、微生态失调理论、微生态营养理论和微生态防治理论选用动物体内正常微生物成员及其促进物质经特殊加工工艺而制成的,用于调节动物机体微生态平衡的具有直接通过增强动物对肠内有害微生物的抑制作用或通过增强非特异性免疫功能来预防疾病,从而促进动物生长或提高饲料转化率的一类药物或饲料添加剂[1]。

由于它是由正常菌群微生物所制成的生物制品,因此又称为活菌剂或生理菌苗[2]。

微生态制剂以其无毒副作用、无耐药性、无残留、成本低、效果显著、不污染环境等特点,逐渐得到广大养殖界同仁的首肯。

它不但可以防病治病、提高饲料转化率和畜禽生产性能,且能改善动物健康状况,降低畜禽产品中胆固醇的含量,减少养殖环境及粪便中氨气、硫化氢、有机磷等有害物质的含量,明显减少畜牧业生产对环境造成的污染,保护生态环境,具有显著的经济效益和社会效益。

美国FDA(规定允许饲喂的微生物约40多种。

我国农业部(2003)公布的可直接饲喂动物的饲料级微生物添加剂菌种有干酪乳杆菌、乳酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌等15个菌种。

1 微生态制剂的产生及分类
1.1由于抗生素在抑制病原微生物的同时也抑制了微生态制剂的产生动物体内的生理性微生物,从而破坏了微生态平衡,造成原藉菌或过路菌的过度繁殖或定位转移,引起二重感染或内源性感染[3]。

由于耐药菌株的产生,导致抗生素的疗效越来越不理想,而微生态制剂则从调整微生态失调,恢复其平衡入手,不存在抗药性这一弊端。

抗生素的长期使用可使畜禽的细胞免疫、体液免疫的功能下降,甚至导致发病或死亡。

抗生素在畜产品肉、蛋、奶中的残留,对公共卫生产生不良影响,直接威胁人类健康。

基于以上种种原因,无毒副作用、无残留的动物微生态制剂应运而生。

1.2 动物微生态制剂的种类
1.2.1 按微生物种类将动物微生态制剂划分[4]
乳酸菌类微生态制剂此类菌属是动物肠道中的正常微生物。

目前应用的主要有植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、粪链球菌等。

该类制剂因为都是厌氧菌,活菌存活率低,由于生产技术、工艺水平所限,在产品贮存、运输和再加工过程中,极易受干燥、高温、高压、氧化等不良环境的影响,造成活菌数下降,导致产品贮存期短、质量不稳定,进而影响了饲喂效果。

芽孢杆菌类微生态制剂此类菌属在动物肠道微生物群落中仅零星存在。

芽孢杆菌对干燥、高温、高压、氧化等不良环境的抵抗力很强,产品稳定性高,在肠道发芽生长具有多种有效的酶促效应。

目前应用的主要以枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌及蜡样芽孢杆菌等为主。

酵母微生态制剂与芽孢杆菌属一样,亦是零星存在于动物肠道微生物群落中。

主要以啤酒酵母、产朊假丝酵母等为主。

此类制剂抵抗力及稳定性和乳酸菌类制剂相似,因而也影响了饲喂效果。

复合微生态制剂由多种菌复合配制而成,能适应多种条件和宿主,具有促进生长、提高饲料转化率等多种功能。

如宝利来公司生产的益生素系列产品,就是由芽孢杆菌、乳酸菌、酵
母菌及光合菌等多种菌复合配制而成的制剂。

目前的发展趋势是研制复合菌制剂。

1.2.2 按动物微生态制剂的用途和作用机制划分
可分为微生态饲料添加剂和微生态药物。

前者可直接提高饲料转化率,促进畜禽生长,同时可防治疾病。

后者可直接防治疾病从而间接提高饲料转化率,促进畜禽生长[1]。

2 动物微生态制剂的作用机理[5,6,7,8]
2.1 优势种群作用
正常微生物与动物和环境之间所构成的微生态系统中,优势种群对整个微生物群起决定作用,一旦失去了优势种群,则原微生态平衡失调,原有优势种群发生更替。

正常情况下,动物肠道内优势种群为厌氧菌占99%以上,而需氧菌及兼性厌氧菌只占1%,其中主要是拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、消化杆菌、优杆菌等。

如该优势种群发生更替,上述专性厌氧菌显著减少,而需氧菌和兼性厌氧菌显著增加,此时使用微生态制剂,有利于厌氧菌的生长,抑制需氧菌和兼性厌氧菌的繁殖,恢复微生态平衡,拟杆菌、双歧杆菌等优势种群逐渐增加恢复正常,而需氧菌和兼性厌氧菌等逐渐降低保持原有状态,达到防治疾病的目的。

2.2 生物夺氧作用
动物肠道内的有益菌为厌氧菌,若氧气含量升高,则引起需氧菌和兼性厌氧菌的大量繁殖,不利于维持微生态平衡。

大量研究表明,一些需氧菌微生物制剂特别是芽孢杆菌能消耗肠道内的氧气,造成厌氧环境,有助于厌氧微生物的生长,从而使失调的菌群平衡调整恢复到正常状态,达到治病促生长之目的。

2.3 生物拮抗作用
动物微生态制剂中的有益微生物在体内对病原微生物有生物拮抗作用。

这些有益微生物可竞争性抑制病原微生物粘附到肠粘膜上皮细胞上,同病原微生物争夺有限的营养物质和生态位点,并将其驱除定植地点,从而不利于病原微生物的生长繁殖。

2.4 增强机体的免疫功能
研究表明,乳酸杆菌以某种免疫调节因子的形式起作用,刺激肠道某种局部型免疫反应,提高机体抗体水平或巨噬细胞的活性,增强机体免疫功能。

芽孢杆菌能促进肠道相关淋巴组织,使之处于高度反应的“准备状态”,同时使免疫器官的发育增快,免疫系统的成熟度快而早,T、B淋巴细胞的数量增多,使动物的体液和细胞免疫水平提高,增强机体抗病能力。

益生菌能够刺激动物产生干扰素,提高免疫球蛋白浓度和巨噬细胞活性,增强机体体液和细胞免疫功能,防止疾病的发生。

2.5 产生有益代谢产物及抗菌物质
有益微生物尤其是乳酸菌进入肠道后产生乳酸,芽孢杆菌进入动物肠道能够产生乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸,降低肠道pH值,抑制致病菌的生长,激活酸性蛋白酶活性,对新生畜禽是有益的。

某些乳酸杆菌、链球菌、芽孢杆菌等,在代谢过程中,可产生一些抗菌物质如嗜酸菌素、乳糖菌素、杆菌肽、伊短菌素等,可抑制病原菌在肠道内生长繁殖。

2.6 合成酶类及营养物质
有益微生物在体内可产生各种消化酶,从而提高饲料转化率。

芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性,可降解饲料中的某些抗营养因子,提高饲料转化率可达8%以上。

促进生长有益微生物在肠道内生长繁殖,能产生各种营养物质如维生素、氨基酸、未知促生长因子等,参与机体的新陈代谢,促进动物生长。

2.7 防止产生有害物质,改善机体环境
当机体内微生态平衡失调时,大肠杆菌比例增高,分解蛋白质产生氨、胺、细菌毒素等有毒物质。

微生态制剂可显著降低大肠杆菌、沙门氏菌数量,抑制病原菌,从而恢复微生态平衡。

某些有益微生物,如芽孢杆菌,在肠道内可产生氨基氧化酶及分解硫化物的酶类,从而降低血液及粪便中氨、吲哚等有害气体浓度,改善机体内的环境。

3 动物微生态制剂的生产工艺及产品质量控制
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、制剂等多个生产环节。

根据发酵工艺不同,目前,生产工艺主要有两种:固体发酵法和液体发酵法[4]。

固体发酵法是将液体种子与固体培养基(麸皮、玉米面、米糠等)混合均匀,在浅盘或固体发酵罐中进行发酵,然后与适量的载体混合干燥而成。

此法操作简单,但产量低,成本高,劳动强度大,易受杂菌污染,产品质量不稳定,不适于工业规模化生产。

液体发酵培养集中,营养物质分布均匀,有利于菌体繁殖和积累产物,此法适用于规模化生产,便于无菌操作,但生产成本较高。

目前国内外生产厂家大多采用此法。

3.2 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[9]。

微生态制剂生产的每一个环节都将影响到产品的质量,为提高产品质量,必须严格控制,严格管理。

3.2.1 菌种筛选与保存
微生态制剂的质量首先取决于所选用的菌种。

菌种不仅直接关系到产品质量,而切关系到使用效果。

菌种筛选必须以预定的治疗目的为原则,应选用繁殖快,对自然环境抵抗力强、安全性好、稳定性好、耐酸性和高胆盐环境、具有较强的定植和粘附能力的菌株。

菌种长期延续保持原有特性是保证微生态制剂活性的关键。

菌种应专人管理,定期检查,并建立菌种档案。

对不同的菌种,应根据其生理特性采取不同的保存方法。

液氮低温可达-196℃,此法保存适合于各种微生物。

3.2.2 生产工艺条件控制
每种微生物的生长都有其最适温度和pH值。

在微生态制剂发酵生产过程中,必须根据不同的微生物、不同的生长阶段、不同的生理生化过程以及不同的环境进行严格控制和调整。

干燥方式和干燥条件的选择和控制对产品质量也有较大影响。

一般冷冻干燥比喷雾干燥能获得较高的产品活性。

采用-20～-30℃冷冻,在10～30℃干燥,为减少细胞膜的破坏,加入L-谷氨酸等冻干保护剂。

生产中应严格控制环境的相对湿度在药物的临界湿度之下,并严格控制原辅料的水分含量,使其在3%以下,从而保证产品水分不超标准。

3.2.3 产品包装与贮存
多数微生态制剂对空气中的氧敏感,因此包装材料材质应具有密封防潮性能。

塑料薄膜和塑料瓶因其透气性、透湿性、化学稳定性和耐热性差,不适宜于作微生态制剂的包装材料,而铝箔因其密封防潮性能好,比较适宜于作微生态制剂的包装材料,必要时可在外面加一层复合袋。

动物微生态制剂应尽量在低温、阴凉、干燥通风处贮存,应根据不同类型的产品选择适宜的保存温度,一般为5～15℃,以免其贮存过程中活菌含量下降,活性降低。

3.2.4 生产及使用中应注意的问题
在微生态制剂的使用过程中,宿主动物正常菌
群的组成、用药程序、动物年龄、制剂类别都可影响微生态制剂的作用效果,应予以注意。

此外,适当增加菌的投料量,比标准高出10倍投料,可以确保有效期内的活菌数,保证使用效果。

生产中应防止杂菌污染,严格按照生产操作规程进行清洗和消毒设备并控制清洗剂和消毒剂的残留。

4 动物微生态制剂在畜牧水产养殖业中的应用效果
4.1 改善食物利用率,提高动物的生长率
可通过提高固有的消化过程的效率或通过促进原本不能消化的物质的消化来改善食物利用率,提高动物的生长率。

如鸡的粪便肠球菌添加物可使鸡更好地利用食物中的维生素[10]。

4.2 增加奶蛋产量,提高生产率
可通过给予奶牛真菌制剂如酿酒酵母和米曲霉等提高奶牛产奶量,主要表现为产乳量和乳脂含量均增加。

许多研究表明饲喂动物微生态制剂可增加蛋鸡的产蛋量和蛋重。

4.3 控制病原菌,改善健康状况
微生态制剂可抑制或防治细菌引起的亚临床感染,防治细菌性疾病,这与抗生素的促生长作用相同。

研究表明,使用芽孢杆菌,乳酸杆菌等微生态制剂对防制猪、鸡的大肠杆菌、沙门氏菌引起的疾病有很好的效果。

包括直接抑制某些微生物的生长或刺激免疫系统的功能而降低发病率,提高动物免疫力。

4.4 改善水体环境
研究发现,光合细菌、芽孢杆菌复合菌剂等在水产养殖中具有良好的水质调节作用,既能将水体的pH值调节在适宜的范围内,增加水中溶氧量,又能降低水中的氨氮等物质。

也有报道,水中蜘弧菌可以消除水中致病菌和大肠杆菌[11]。

5 发展趋势及应用前景
目前对动物微生态制剂的作用机理了解得还不十分清楚,大多数研究还停留在使用效果水平上,基础理论方面的研究还远远不够,动物微生态学应与动物营养学和预防医学密切结合,利用生物技术手段开发出高生产性能的益生素菌种,来提高微生态制剂的饲喂效果,推动行业发展。

高酶活菌种的选育目的是筛选高产蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶等饲料常用消化酶的菌种,添加到饲料中,使之在动物肠道内生长,分泌蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶等消化酶,从而提高动物对饲料营养成分的消化吸收,提高畜禽的饲料转化率和生产性能。

转基因工程育种就是利用转基因手段将目的基因(蛋氨酸基因、赖氨酸基因、植酸酶基因、蛋白酶基因、淀粉酶基因及抗原基因等)转到芽孢杆菌中,进行高效表达,达到预防疾病、促进生长、促进消化吸收、节省饲料、降低饲料成本之目的。

今后开发研究微生态制剂的发展趋势是:利用生物技术手段如转基因技术,开发高生产性能的益生素菌种来提高微生态制剂饲喂效果,开发研究新的耐药菌株,推动行业发展;研究针对某种动物某个阶段的专用微生态制剂,设计新型合理剂型,以保证其使用效果;加强益生菌、益生元、抗生素、酶制剂的协同作用与作用机理的研究;通过基因工程手段获得基因工程益生菌,生产出能“永久性”定居在肠道的益生菌和“多功能性”微生态制剂;深入研究微生态制剂对畜禽免疫功能的影响及其作用机制。

将转基因技术应用到微生态制剂的生产中是该行业未来的发展方向。

随着分子生物学的发展,基因工程、微囊工艺、缓释技术等新技术的应用,微生态制剂在畜牧水产养殖业中有着更加广阔的应用前景。

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