益生元，益生菌復(fù)合微生態(tài)制劑作用機(jī)理的研究

柴振宇，苑麗園，張 彪，胡獻(xiàn)文，田 木

1. 吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院 (四平 136000)2. 吉林師范大學(xué) (四平 136000)>3. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) (哈爾濱 150030)

20世紀(jì)40年代，為了促進(jìn)動物快速生長，在飼料中添加抗生素。但是隨著抗生素長期廣泛的使用，也逐漸產(chǎn)生了耐藥性、藥物殘留、動物機(jī)體免疫力下降等弊端。微生態(tài)制劑以其綠色、安全、無藥物殘留等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛重視和使用。

“益生菌”這一概念是由Lilly等[1]在1965年首先提出的，益生菌是一類對宿主產(chǎn)生有益作用的活性微生物的總稱，是定植于人體腸道、生殖系統(tǒng)內(nèi)，能產(chǎn)生確切健康功效從而改善宿主微生態(tài)平衡、發(fā)揮對腸道有益作用的活性有益微生物的總稱。人體、動物體內(nèi)有益的細(xì)菌或真菌主要有：酪酸梭菌、乳酸菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、枯草芽孢桿菌、放線菌、酵母菌等。

益生元作為一種膳食用的補(bǔ)充劑， 通過選擇性的刺激一種或幾種益生菌的生長與活性，從而可以改善寄主健康而不被消化吸收的物質(zhì)[2]。益生元主要是功能性低聚糖，包括寡糖類物質(zhì)或低聚糖類物質(zhì)，常見的益生元有低聚果糖、低聚異麥芽糖、葡聚糖、菊粉、猴頭菇多糖和香菇多糖等。益生元不能直接被機(jī)體利用發(fā)揮作用，而是通過益生菌共同發(fā)揮作用。機(jī)體消化道內(nèi)沒有分解益生元的物質(zhì)，因此其大部分益生元物質(zhì)可通過機(jī)體小腸和胃而不被分解利用，直接進(jìn)入大腸內(nèi)被雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌利用[3]。

國內(nèi)外研究表明，益生元具有增殖有益菌、抑制有害菌、調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)免疫力、潤腸通便、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收的作用，對結(jié)腸癌、炎癥性腸道疾病和急性感染具有有益的影響[4-5]。其主要應(yīng)用于乳制品、保健食品、復(fù)合制劑和飼料業(yè)中。如：雙歧桿菌和低聚果糖一同使用，可以發(fā)揮出更加理想的生理代謝功能和營養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)低聚果糖有著口感良好、安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以通常以復(fù)合制劑的形式應(yīng)用，常見于嬰幼兒食品、乳制品、保健食品等產(chǎn)品中[6]。在飼料中，益生元可以作為綠色天然添加劑，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到雞飼料、豬飼料和水產(chǎn)飼料中去，異麥芽寡糖、果寡糖、甘露寡糖等，都是飼料中經(jīng)常添加的益生元，在提高養(yǎng)殖質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用[7]。

1 益生元、益生菌復(fù)合微生態(tài)制劑

微生態(tài)制劑又稱微生態(tài)調(diào)節(jié)劑，是指在微生態(tài)學(xué)理論指導(dǎo)下，調(diào)整微生態(tài)失調(diào)，保持微生態(tài)平衡，提高宿主健康水平或增進(jìn)健康狀態(tài)的益生菌及其代謝產(chǎn)物和生長促進(jìn)物質(zhì)的制品[8]。微生態(tài)制劑分為益生菌、益生元和合生元[9]。

益生元、益生菌復(fù)合微生態(tài)制劑，即制備的復(fù)合微生態(tài)制劑是由多種益生菌混合培養(yǎng)制備，同時(shí)為了提高益生菌活菌總數(shù)，更好發(fā)揮調(diào)節(jié)作用在益生菌的混合培養(yǎng)過程中添加對益生菌起促進(jìn)作用的益生元物質(zhì)。微生態(tài)制劑常用的益生菌必須滿足以下幾點(diǎn)要求：第一，沒有致病性，并且不能產(chǎn)生毒副作用；第二，可以在腸道內(nèi)定植，發(fā)揮益生的功效；第三，具有一定的活菌總數(shù)[10]。有研究表明，添加低聚果糖等益生元類物質(zhì)可以起到促進(jìn)雙歧桿菌的增長，調(diào)節(jié)機(jī)體腸道菌群平衡的作用[11-12]。益生元，益生菌復(fù)合微生態(tài)制劑之所以能起到調(diào)節(jié)機(jī)體胃、腸道菌群平衡，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，主要有以下幾點(diǎn)作用機(jī)理。

2 益生元，益生菌復(fù)合微生態(tài)制劑的主要作用機(jī)理

2.1 益生菌競爭性排斥理論

正常狀態(tài)下，益生菌在細(xì)胞粘膜上定植，構(gòu)成機(jī)體的微生物屏障，防止病原微生物的入侵。由于宿主機(jī)體的消化道定植位點(diǎn)被益生菌占據(jù)后，有害的病原微生物侵染幾率降低，從而能夠降低機(jī)體感染疾病，增強(qiáng)抵抗疾病的能力。以仔豬為例，豬消化道內(nèi)存在少量的大腸桿菌不會產(chǎn)生致病作用，但是大腸桿菌在消化道內(nèi)如果過度繁殖便會導(dǎo)致動物發(fā)病。由乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢桿菌三種益生菌混合培養(yǎng)制備而成的復(fù)合微生態(tài)制劑添加到飼料中，用來飼喂仔豬的實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合微生態(tài)制劑中的乳酸菌定植于胃非分泌上皮后，大腸桿菌的定植位點(diǎn)被占據(jù)，從而控制大腸桿菌的繁殖，防止豬感染疾病。同時(shí)，乳酸菌在生長代謝過程中會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，酸性物質(zhì)可以抑制消化道內(nèi)革蘭氏陰性病原菌的生長，維持了消化道微生態(tài)的平衡。

周伏忠等[13]以嗜酸乳桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌三種有益菌經(jīng)優(yōu)化制成的新型復(fù)合微生態(tài)制劑能明顯促進(jìn)哺乳仔豬小腸內(nèi)微生物種群數(shù)量的增加，其中乳酸桿菌數(shù)量的增加幅度達(dá)200 %，明顯大于大腸桿菌數(shù)量的增加幅度(61.54 %)，這樣對小腸內(nèi)的微生物群落進(jìn)行了調(diào)整，哺乳仔豬的健康水平和生產(chǎn)性能也得到了提高。

2.2 生物奪氧學(xué)說

微生態(tài)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)是腸道內(nèi)需氧菌和厭氧菌共同調(diào)節(jié)作用的結(jié)果。復(fù)合微生態(tài)制劑中的枯草芽孢桿菌是一類需氧菌，枯草芽孢桿菌在生長繁殖的過程中會消耗腸道內(nèi)的氧氣從而促進(jìn)腸道內(nèi)厭氧菌或兼性厭氧菌的生長；微生態(tài)制劑中的酵母菌是一類厭氧菌，酵母菌在生長繁殖過程中產(chǎn)氣，產(chǎn)酸，產(chǎn)生的酸性物質(zhì)可以降低腸道的pH值，從而又可以促進(jìn)微生態(tài)制劑及腸道中的乳酸桿菌的生長[14-15]，正是復(fù)合微生態(tài)制劑中存在的厭氧菌和需氧菌共同調(diào)節(jié)機(jī)體的胃腸道，從而使機(jī)體的胃腸道的微生態(tài)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

傅金衡等[16]以蠟樣芽胞桿菌、雙歧桿菌和低聚果糖制成的復(fù)合微生態(tài)制劑依據(jù)微生態(tài)原理，利用蠟樣芽孢桿菌造成體內(nèi)厭氧環(huán)境，促進(jìn)正常菌群中的厭氧菌成員生長和繁殖；低聚果糖可選擇性增殖雙歧桿菌，被雙歧桿菌代謝后會產(chǎn)生醋酸及乳酸，使腸道呈酸性，抑制有害菌的增殖，促進(jìn)腸道的蠕動雙歧因子促進(jìn)雙歧桿菌生長，再強(qiáng)化補(bǔ)充雙歧桿菌來建立微生態(tài)平衡，達(dá)到預(yù)防和治療抗生素的副作用的目的。

2.3 提高機(jī)體免疫功能

腸道菌群與機(jī)體免疫功能有密切關(guān)系，復(fù)合微生態(tài)制劑中的乳酸菌，酵母菌以及枯草芽孢桿菌都可以起到提高機(jī)體免疫功能的作用。復(fù)合微生態(tài)制劑中的益生菌也可直接對宿主的免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用，刺激免疫器官的發(fā)育，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的活力，從而可以對免疫系統(tǒng)起到輔助作用。復(fù)合微生態(tài)制劑中的乳酸菌可以定植于腸道內(nèi)，刺激腸粘膜免疫系統(tǒng)，嚴(yán)重影響腸道粘膜免疫系統(tǒng)。復(fù)合微生態(tài)制劑中的枯草芽孢桿菌可以刺激機(jī)體的免疫細(xì)胞，提高機(jī)體的非特異性免疫作用。復(fù)合微生態(tài)制劑中的酵母菌細(xì)胞壁中的活性成分可以提高機(jī)體的免疫力。

動物攝入復(fù)合微生態(tài)制劑后，復(fù)合微生態(tài)制劑中的有益菌及其代謝產(chǎn)物通過站位、競爭、拮抗等作用使乳酸桿菌、雙歧桿菌和蠟樣芽胞桿菌等有益菌在短時(shí)間內(nèi)發(fā)展成為優(yōu)勢菌群，對動物腸道的菌群微生態(tài)平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)與改善，同時(shí)復(fù)合微生態(tài)制劑中的活菌制劑在代謝過程中可分解產(chǎn)生多種消化酶和營養(yǎng)因子，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，微生態(tài)制劑中的有益菌株還可以促進(jìn)動物機(jī)體免疫器官的發(fā)育，增強(qiáng)機(jī)體的免疫力。

有研究表明，將擬桿菌微生態(tài)制劑飼喂仔豬，可以提高仔豬產(chǎn)生免疫抗體的能力，從而增強(qiáng)仔豬抗豬瘟與豬藍(lán)耳病的免疫力[17]。植物乳桿菌可以增強(qiáng)炎癥性腸道內(nèi)巨噬細(xì)胞合成和分泌白介素-10[18]。豬、雞日糧中添加乳桿菌、芽孢桿菌等益生菌可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞活性，提高血清中酶活性和抗體水平，從而提高動物機(jī)體的非特異性免疫機(jī)能水平[19]。

黃其田等[20]通過分析仔豬的日增重、采食量、腹瀉率及成活率選出效果最佳的復(fù)合微生態(tài)制劑的實(shí)驗(yàn)表明，斷奶仔豬詞糧中添加復(fù)合微生態(tài)制劑可以有效提高日增重，降低耗料增重比，降低病死率，促進(jìn)仔豬的生長，提髙仔豬的生產(chǎn)性能。

2.4 促生長，提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率

芽孢桿菌具有很強(qiáng)的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性，可以降解飼料中的某些抗?fàn)I養(yǎng)因子，從而提高飼料轉(zhuǎn)化率。在腸道內(nèi)促進(jìn)生長有益微生物的生長繁殖，產(chǎn)生維生素、氨基酸等各種營養(yǎng)物質(zhì)，參與機(jī)體的新陳代謝，促進(jìn)動物生長。有多項(xiàng)研究表明，復(fù)合微生態(tài)制劑作為動物飼料添加劑，具有促生長、提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率及降低料重比等多種功能，起到增加經(jīng)濟(jì)效益的作用。

Kantas等[21]研究表明，在基礎(chǔ)日糧中聯(lián)合添加微生態(tài)制劑和酸化劑可有效調(diào)節(jié)仔豬腸道微生態(tài)平衡，減少致病菌含量并提高乳酸菌含量，從而降低腹瀉率，并可提高仔豬日增重，降低料重比。而朱劍鋒等[22]添加1 000 mg/kg以熱滅活嗜酸乳桿菌、肉桂醛和有機(jī)酸等組成的復(fù)合微生態(tài)制劑，能顯著降低斷奶仔豬糞便中大腸桿菌數(shù)量，顯著增加糞便中乳酸菌數(shù)量的試驗(yàn)結(jié)果與上述試驗(yàn)結(jié)果類似。賈卿等[23]的研究表明把0. 05%由枯草芽孢桿菌、嗜酸乳桿菌等組成的復(fù)合微生態(tài)制劑添加到肉仔雞基礎(chǔ)日糧中，能提高肉仔雞的均重量及日增重。劉鳳美等[24]研究表明在肉仔雞基礎(chǔ)日糧中分別添加0. 5% 乳酸菌、0. 5% 的枯草芽孢桿菌和0. 5%混合菌均能夠改善肉雞的生長性能，且復(fù)合菌的使用效果在各方面都要顯著優(yōu)于單一的乳酸菌或枯草芽孢桿菌。陳西風(fēng)等[25]研究表明在愛拔益加( AA) 白羽肉仔雞基礎(chǔ)日糧中添加0.1%、0.2%由乳酸菌、雙歧桿菌、芽孢桿菌、維生素等組成的復(fù)合微生態(tài)制劑可顯著提高肉仔雞的平均日采食量和平均日增重，顯著降低料重比，其作用效果可于抗生素的作用效果相當(dāng)。

以上的研究表明，動物飼料中添加了復(fù)合微生態(tài)制劑之后，動物的生長性能得到了改善，且證明了復(fù)合微生態(tài)制劑比單一的微生態(tài)制劑的作用更明顯。

2.5 微生物代謝產(chǎn)物

微生物在代謝過程中可以產(chǎn)生有機(jī)酸，多種消化酶類物質(zhì)以及某些重要的營養(yǎng)物質(zhì)。

復(fù)合微生態(tài)制劑中的益生菌可以產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機(jī)酸，它們可以促進(jìn)機(jī)體的腸道蠕動，抑制腸道病原菌的生長；同時(shí)有機(jī)酸也是動物容易利用的物質(zhì)，尤其是那些消化系統(tǒng)發(fā)育不完全的斷奶仔豬。復(fù)合微生態(tài)制劑中的益生菌在代謝過程中可產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、多糖水解酶等多種消化酶類物質(zhì)，這些酶類物質(zhì)有利于降解飼料中的蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等物質(zhì)，促進(jìn)微量和常量元素的吸收，使飼料的消化利用率得以提高，從而可以促進(jìn)動物生長發(fā)育和增加其體重。復(fù)合微生態(tài)制劑中的益生菌還能夠合成多種維生素，如葉酸、煙酸、維生素 B1等營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生大量的乳酸而形成機(jī)體的酸性環(huán)境，從而促進(jìn)機(jī)體對礦物質(zhì)元素如鈣、鐵、鋅等物質(zhì)的消化吸收，從而促進(jìn)畜禽的生長。

金鹿等[26]研究表明：在蛋雞日糧中添加100g/t的復(fù)合微生態(tài)制劑(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酪酸菌等)，顯著提高了蛋雞的生產(chǎn)性能，究其原因，有益菌在動物體內(nèi)可產(chǎn)生淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等消化酶，從而降解植物性飼料中某些較復(fù)雜的碳水化合物，提高了飼料的轉(zhuǎn)化率，顯著提高了動物的生產(chǎn)性能。曲鵬等[27]在蛋雞日糧中添加的復(fù)合微生態(tài)制劑，能產(chǎn)生乳酸，使腸道的pH值降低，促進(jìn)VD及鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)微量元素的吸收，既具有很好的營養(yǎng)作用，也能預(yù)防礦物質(zhì)、維生素缺乏，減少應(yīng)激反應(yīng)，有利于雞蛋蛋殼的形成，同時(shí)，復(fù)合微生態(tài)制劑中的酶有助于飼料成分的消化吸收，增加了雞對飼料中鈣、磷的利用率，改善了雞蛋品質(zhì)。

另外，李雪龍等[28]通過搖瓶培養(yǎng)及平板菌落計(jì)數(shù)分析進(jìn)行BL63516的體外增殖試驗(yàn)，進(jìn)行篩選適宜與BL63516復(fù)配的益生元，并找到了每種益生元的最適添加量。其結(jié)果表明低聚果糖、低聚異麥芽糖、聚葡萄糖、菊粉、低聚半乳糖、大豆低聚糖、低聚木糖等7種寡糖類益生元在最適添加量均可使BL63516 增殖1.7 倍以上，其中低聚果糖的最適添加量為0.05%；低聚異麥芽糖為5.00%；聚葡萄糖為0.5%；菊粉為0.01%；低聚半乳糖為0.50%；大豆低聚糖為5.00%；低聚木糖為0.5%。也就是說在一定范圍內(nèi)，7 種寡糖類益生元對地衣芽孢桿菌BL63516 益生菌都具有增殖作用。蔡桂林等[29]通過在益生菌酸奶冰淇淋中添加益生元，研究不同益生元對冰淇淋感官性質(zhì)、物理性質(zhì)及益生菌活菌數(shù)的影響的試驗(yàn)結(jié)果表明，添加低聚異麥芽糖、低聚果糖、菊粉和聚葡萄糖等4種益生元的益生菌酸奶冰淇淋的嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌及乳雙歧桿菌的活菌數(shù)均高于對照組，且添加1%菊粉冰淇淋的益生菌活菌數(shù)最高。由此可以看出，復(fù)合微生態(tài)制劑發(fā)揮的作用是由高活力的多種益生菌共同調(diào)節(jié)的結(jié)果，在對益生菌起促進(jìn)作用的益生元的作用下，進(jìn)入腸道的益生菌活菌總數(shù)增多，使復(fù)合微生態(tài)制劑更有利于發(fā)揮抗病、保健的有益作用，更好地發(fā)揮功效。

3 結(jié)語

復(fù)合微生態(tài)制劑以其高效性、安全性、無藥物殘留等優(yōu)點(diǎn)雖不能完全代替抗生素，但是不能否認(rèn)其良好的治病作用以及提高動物健康水平、飼料利用率的作用，未來會有更加優(yōu)良的復(fù)合微生態(tài)制劑在減少使用抗生素方面，給人類帶來更多的福利。復(fù)合微生態(tài)制劑之所以能夠促進(jìn)機(jī)體生長，提高機(jī)體免疫力的主要原因是微生態(tài)制劑中益生菌和益生元聯(lián)合發(fā)揮的作用，而機(jī)體的存活與生長是由多種益生菌共同調(diào)節(jié)發(fā)揮作用的結(jié)果。微生態(tài)制劑發(fā)揮作用的程度也由益生菌的活菌總數(shù)決定，只有達(dá)到一定的活菌數(shù)才能發(fā)揮有效的作用，這就是需要制備高活力的復(fù)合微生態(tài)制劑的真正目的。所以說益生元，益生菌復(fù)合微生態(tài)制劑意義重大。益生元，益生菌復(fù)合微生態(tài)制劑必將成為能夠促進(jìn)動物生長、提升畜禽產(chǎn)品品質(zhì)的良好物質(zhì)。