食品生產(chǎn)用動物及其健康關(guān)乎人類健康

中圖分類號：S816 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C 文章編號：1001-0769（2016）08-0076-03

益生元的概念相對較新，不易消化的食物成分（如不能消化的低聚糖）可被一種或多種對腸道生理具有益作用的細(xì)菌選擇性發(fā)酵，一些益生元可選擇性地刺激腸道中內(nèi)源乳酸菌和雙歧桿菌的生長，增加益生菌數(shù)量，從而改善宿主健康。如果特定有益菌不存在，益生元就沒有用處。同樣，如果環(huán)境不利，活菌也不會產(chǎn)生效力。最近提出了共生概念，即同時含有益生元和益生菌屬性的食物才是有益健康的功能食品。

1 益生菌和益生元能夠改善動物健康、生產(chǎn)性能和食品安全

腸道菌群將多糖發(fā)酵為短鏈脂肪酸的能力對能量平衡具有深遠(yuǎn)的影響，因為反芻動物70 %的能量、部分單胃動物20 %～30 %的能量通過這種方式提供。共生不是一個新的概念，但最近受到科學(xué)界越來越多的關(guān)注。動物飼料中使用益生菌和直接飼喂微生物（DFMs）作為抗菌促生長劑的潛在替代物正越來越受到認(rèn)可，可在特定情況下用于控制特定的腸道病原體。益生菌被定義為通過改善宿主腸道菌群平衡對宿主產(chǎn)生有益作用的活微生物添加劑。正常的腸道菌群可在多個方面改善宿主動物的代謝，包括改善吸收能力、蛋白質(zhì)代謝、能量代謝、纖維代謝和促進(jìn)腸道成熟等。胃腸道菌群平衡和免疫刺激是攝入益生菌的主要功能。益生菌的很多作用是通過免疫調(diào)節(jié)，特別是通過促炎癥和抗炎癥細(xì)胞因子的控制平衡來發(fā)揮作用的。例如，以禽源糞腸球菌處理后，外周血液中淋巴細(xì)胞數(shù)量顯著增加，沙門氏菌感染后3 d CD3、CD4、CD8和IgM陽性細(xì)胞也有增加的趨勢。多項動物和人體研究表明，特定益生菌株能夠刺激固有免疫系統(tǒng)，并可增強體液免疫。此外，不同的研究表明，接受沙門氏菌感染2 h后攝入乳酸菌，感染后12 h～24 h期間病原體顯著下降。使用相同的感染模型和腸道m(xù)RNA表達(dá)芯片分析發(fā)現(xiàn)，益生菌和生理鹽水處理的雞存在基因表達(dá)差異，尤其是與NFkB 復(fù)合物和細(xì)胞凋亡有關(guān)的基因表達(dá)，表明細(xì)胞凋亡增加可能是這種益生菌降低沙門氏菌感染的一種機制。另外，Toll樣受體（TLRs）是防護(hù)入侵微生物必需的病原體識別受體，而某些益生菌株可調(diào)節(jié)TLR的表達(dá)。

2 用于單胃動物的益生菌和DFMs

已經(jīng)發(fā)表的實驗和商業(yè)研究表明，特定益生菌能夠減少商品化火雞育雛舍的自發(fā)性腹瀉。大規(guī)模商品化試驗表明，火雞和肉仔雞飼喂適量的益生菌混合物可提高生產(chǎn)性能，降低生產(chǎn)成本。禽胃腸道來源的唾液乳桿菌和小片球菌是益生菌的主要成分，這兩種菌株還具有體外抗腸炎沙門氏菌、大腸桿菌（O157∶H7）以及空腸彎曲桿菌的活性。此外，它們可也快速誘導(dǎo)與減少腸道沙門氏菌定植相關(guān)的宿主基因表達(dá)。

盡管在商品化家禽生產(chǎn)中使用的乳酸菌已經(jīng)開發(fā)成功，但對可穩(wěn)定保存、具有成本效益且在飼料中穩(wěn)定（對熱制粒工藝有耐受性）的商品化益生菌仍存在迫切的需要。目前應(yīng)用的益生菌產(chǎn)品大多數(shù)是細(xì)菌孢子體。主要以其孢子形式被利用，有證據(jù)顯示它們可預(yù)防特定的胃腸道功能紊亂，一些特定孢子體對熱具有高度耐受性。多項研究表明，無論是活的植物細(xì)胞還是某些分離物的內(nèi)生孢子，均可預(yù)防結(jié)腸癌發(fā)生或分泌抗革蘭氏陽性菌如金黃色葡萄球菌、屎腸球菌和梭狀芽孢桿菌的物質(zhì)。因此，含有芽孢的產(chǎn)品以比普通益生菌產(chǎn)品具有更多的潛在優(yōu)勢，因為它們可直接飼喂微生物。DFMs通常由活或死的酵母、真菌或細(xì)菌培養(yǎng)物以及發(fā)酵終產(chǎn)物組成，被廣泛用于動物生產(chǎn)。研究表明芽孢可減少食物來源的病原體。但是因飼料所需芽孢濃度的成本問題大大制約了其在動物業(yè)內(nèi)的商品化應(yīng)用。

3 反芻動物胃腸道發(fā)酵與微生態(tài)

牛等反芻動物與瘤胃微生物細(xì)菌、原生動物、古細(xì)菌、病毒和增菌存在獨特共生關(guān)系，它們可發(fā)酵質(zhì)量相對較低的飼料原料，并進(jìn)而為反芻動物提供營養(yǎng)成分，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)肉、奶和毛。反芻動物的腸道與單胃動物不同，因為它有一個很大的厭氧發(fā)酵室瘤網(wǎng)胃。反芻動物能夠在不同微生態(tài)環(huán)境下生存，這與駐留的微生物菌群的共生是關(guān)鍵。

瘤胃發(fā)酵將飼料原料轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸，從瘤胃排出的微生物細(xì)胞（微生物粗蛋白）被宿主胃降解，并在小腸中被吸收。主要的短鏈脂肪酸有乙酸、丙酸和丁酸，它們被宿主吸收時可提供高達(dá)80 %的動物能量需要。雖然乙酸是瘤胃發(fā)酵中生成的主要短鏈脂肪酸，但是丙酸可生成葡萄糖，在快速生長的動物中更為需要（如肉牛）。乙酸/丙酸比是宿主動物發(fā)酵產(chǎn)能效率的一個指標(biāo)，可以通過簡單增加日糧中谷物的量來改變。飼喂谷物可降低乙酸/丙酸比，意味著有更多的能量提供給宿主用于生長。另外，瘤胃和胃腸道菌群開可生成B族維生素，降低日糧B族維生素的添加需要。

反芻動物日糧由多種含有復(fù)雜碳水化合物的可變原料組成（如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素），因此，整個胃腸道中存在多種營養(yǎng)素的微生態(tài)。隨著日糧成分的改變，營養(yǎng)成分微生態(tài)及伴隨的細(xì)菌種類也隨之變化。此外，菌群還可能受到發(fā)酵終產(chǎn)物的影響。比如，飼喂谷物改變瘤胃丙酸比例的主要原因是淀粉。瘤胃淀粉被鏈球菌和乳球菌發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸和乳酸，導(dǎo)致瘤胃pH下降。乳酸濃度增加的結(jié)果是利用乳酸的瘤胃菌群埃氏巨球型菌和反芻月形單胞菌由于其二次發(fā)酵乳酸形成丙酸酯的能力而導(dǎo)致數(shù)量增加。

除了細(xì)菌細(xì)胞中的優(yōu)質(zhì)蛋白（微生物粗蛋白）外，有些飼料原料在瘤胃中不被降解，而是通過皺胃（通常被稱為不被降解的攝入物或過瘤胃物質(zhì)），并在小腸和大腸中被降解和吸收。在牛的盲腸和結(jié)腸中存在其他菌群，這些菌群與瘤胃菌群截然不同。這些菌群在腸道后部進(jìn)行二次發(fā)酵，過瘤胃發(fā)酵可獲得更多的日糧能量。例如，到達(dá)直腸的淀粉被發(fā)酵，形成更高的糞短鏈脂肪酸和乳酸濃度，其pH也低于飼喂草料日糧的動物。