乳酸菌

　　針對抗生素、激素和興奮劑類等殘留問題和對人類健康造成的威脅，科學家們將動物藥品添加劑的研究方向投向具有生長促進作用和保健效果的飼用微生態製劑。微生態製劑是指在微生態學理論的指導下，調整生態失調、保持微生態平衡、提高宿主（人、動植物）健康水平或增進健康狀態的生理活性製品及其代謝產物以及促進這些生理菌群生長繁殖的生物製品。

　　1．飼用微生物製劑的發展概況

  　飼用微生物必須在生物學和遺傳學特徵上保證安全和穩定，因此應用前必須經過嚴格的病理，毒理試驗，證明無毒，無害，無耐藥性等副作用才能使用。目前常用的微生物種類主要有乳酸菌、芽孢桿菌、膠木菌、放線菌、光和細菌等幾大類。美國FDA（1989年）規定允許飼餵的微生物有40餘種，有近30是乳酸菌。我國1994年農業部批准使用的微生物品種有：蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、糞鏈球菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、乳鏈球菌等，其中大部分也屬於乳酸菌類。本文就以乳酸菌類微生物製劑為代表，初步探討微生物製劑的作用機理及其開發利用。

　　2乳酸菌的組成和分布

　　乳酸菌（LAB，Lactic acid bacteria）是一類能從可發酵碳水化合物（主要指葡萄糖）產生大量乳酸的細菌的統稱，目前已發現的這一類菌在細菌分類學上至少包括18個屬，主要有：乳酸桿菌屬(Lactobacillus)，雙歧桿菌屬(Bifidobacterium), 鏈球菌屬(Streptococcus)、明串珠球菌屬(Leuconostoc)、腸球菌屬(Enterococcus)、乳球菌屬Lactococcus)、肉食桿菌屬(Carnobacterium)、奇異菌屬(Atopobium)、片球菌屬(Pediococcus)、氣球菌屬(Aerococcus)、漫遊球菌屬(Vagococcus)、李斯特氏菌屬(Listeria)、芽孢乳桿菌屬(Sporolactobacilus)、芽孢桿菌屬(Bacillus)中的少數種、環絲菌屬(Brochothrix)、丹毒絲菌屬(Erysipelothrix)、孿生菌屬(Gemella)和糖球菌屬(Saccharococcus)等。

　　乳酸菌絕大多數都是厭氧菌或兼性厭氧的化能營養菌，革蘭氏陽性。生長繁殖於厭氧或微好氧、礦物質和有機營養物豐富的微酸性環境中。污水、發酵生產（如青貯飼料、果酒啤酒、泡菜、醬油、酸奶、乾酪）培養物、動物消化道等乳酸菌含量較高。小牛胃和上部腸道中乳酸菌佔優勢，從牛乳餵養的小牛胃液中分離乳酸乳桿菌、發酵乳桿菌，而小牛瘤胃中主要是嗜酸乳桿菌，發酵乳桿菌則是粘附在柱狀上皮細胞的主要乳桿菌。

　　3．乳酸菌的作用機理

　　乳酸菌對人和動物都有保健和治療功效，這一點，國內外均有大量飼養和臨床試驗證明。Baird（1977）用乳桿菌飼餵斷奶仔豬和生長育肥豬，試驗證明均能增加日增重和提高飼料轉化率；Lidbeck等（1992）證實乳酸桿菌能預防放療引起的腹瀉。對益生素使用效果進行統計，其中乳酸菌類益生素飼餵豬的報道，7例證明能提高日增重，平均提高7.67%,6例證明提高飼料轉化率,平均提高5.4%,飼餵肉雞的報道中,5例證明提高日增重,平均達7.32%,5例證明提高飼料利用率,平均達9.5;乳酸桿菌在飼餵育肥牛(舍飼)時使用,平均日增重提高13.2%,飼料轉化率提高6.3%,發病率下降27.7%。Gallagher等（1974）研究表明食用酸奶的人群對乳糖的利用率比食用含相同乳糖濃度的牛奶要高，從而減輕乳糖的不耐受癥狀。

　　乳酸菌在實際應用中效果顯著，近兩年來，更多的研究工作集中於乳酸菌發揮這些功能的作用機制的探討上。有關報道很多，綜其所述，其作用機理主要有以下幾點：1）提供營養物質，具有促機體生長作用。2）改善微生態環境，清理腸道有毒物質。3）調節消化免疫系統等。

　　3.1 提供營養物質促進機體生長

　　乳酸菌如果能在體內正常發揮代謝活性，就能直接為宿主提供可利用的必需氨基酸（如賴氨酸和蛋氨酸等）和各種維生素（維生素B族和K、H等），還可提高礦物元素的生物學活性，近而達到為宿主提供必需營養物質，增強動物的營養代謝，直接促其生長的作用。Hamad（1979）試驗證明，小麥，稻米及玉米等穀物進行乳酸發酵後，營養價值大大提高；畢德成等（1988）用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發酵玉米和小麥粉，發現賴氨酸含量分別增加72%和85%，蛋氨酸分別增加40%和46%，硫胺素（VB1）和核黃素（VB2）均有所增加，遊離氮增加1.6倍和1.4倍，遊離鐵分別增加1.3倍和.9倍，遊離鈣增加1.5和1.2倍，總體營養價值有明顯提高。此外，乳酸菌產生的酸性代謝產物使腸道環境偏酸性，而一般消化酶的最適pH值為偏酸性（澱粉酶6.5、糖化酶4.4），這樣就有利於營養素的消化吸收，有機酸的產生還可加強腸道的蠕動和分泌，也可促進消化吸收養分。

　　3.2 改善微生態環境

　　動物的整個消化道在正常情況下都寄生有大量微生物。就其作用而言，可分為三類：1）共生性類型，主要是兼性厭氧菌，在生態平衡時，它們的微生素和蛋白質合成、消化吸收、生物頡抗和免疫等功能對宿主有利。2）致病性類型，正常情況下數量少，寄生於正常部位，不至於使宿主發病，若失控，則會導致宿主的不良反應。3）中間性類型，即同時具有生理和致病兩種作用，其數量增加，會導致腐生物質，毒素增加，促進宿主的老化（康白，1988）。微生物群的平衡，對機體的健康十分重要，而乳酸菌就能夠調節這種微生態平衡，保障宿主正常生理狀態。

　　在乳酸菌生長代謝過程中，會產生一些具有抗微生物活性的物質，如：有機酸，過氧化氫，二氧化碳等，均在體外表現出抑菌活性。很多乳酸菌都能產生細菌素，如：乳鏈菌素，乳酸菌素，噬酸菌素等，經研究表明這些物質在抑制病原菌上具有重要作用。粘附能力通常認為是病原菌的一種重要的毒性因子（Finary等，1997）。粘附於腸道粘膜，是病原菌定植併產生臨床癥狀的前提條件。乳酸菌可防止病原菌附著於腸上皮細胞表面，定植併入侵腸道細胞，有人稱此機製為「粘附抗性」。腸道化學物質的組成也是微生態環境的重要影響因素，毒安素，硫化物，吲哚和酚類都是對腸道有刺激作用和毒性的物質，是腸道腐敗菌活動增強的標誌。雙歧桿菌能防止致病菌對氨基酸的脫羧作用，減少腸內容物內氨的濃度，有效減少毒性胺的合成，改善腸道環境。

　　3.3 調節免疫系統功能

    乳酸菌製劑能夠增強免疫力，表現在兩方面：一是影響非特異性免疫應答，增強單核吞噬細胞（單核細胞和巨噬細胞）、多形核白細胞的活力，刺激活性氧、溶酶體酶和單核因子的分泌；二是刺激特異性免疫應答，如加強粘膜表面和血清中IgA和IgM，IgG水平以加強體液免疫，促進T、B淋巴細胞的增殖，加強細胞免疫。Schiffrin等(1994)發現約氏乳桿菌(L.johnsonnii)Lj1和乳酸雙歧桿菌(B.lactis)Bb12能在體外增強吞噬細胞對大腸桿菌的吞噬作用;噬熱鏈球菌與沙門氏菌一起使用可起到免疫佐劑的作用,顯著提高血清中IgA的含量。Gill(1998)列出了1985至1995年一些乳酸菌在任何動物上進行的試驗報道，結果均表現出正結果。乳酸菌對免疫系統的刺激機理還在進一步研究中。Ouwehand等（1999）提出了攝入益生素（含乳酸菌）對免疫刺激作用的可能途徑：抗原性物質通過淋巴集結中的連濾泡上皮，通過途徑有兩種：一是微生物代謝產物或碎片作為小分子抗原直接通過普通上皮細胞或者透過上皮細胞間的緊密連接縫隙；二是微生物細胞本身由微皺細胞（M---Cell）通過胞飲作用傳送給位於M---Cell包囊中的巨噬細胞等，抗原進入淋巴組織後，或由抗原提呈細胞處理後或直接交給淋巴細胞，產生相應的免疫應答。

　　4．乳酸菌的應用開發-

　　4.1 篩選菌株需注意的原則

    由於對乳酸菌代謝和遺傳特性了解的深入以及對其機理的認識，還有大量臨床試驗的結果證明將其作為保健輔佐劑，飼料添加劑的可行性，人們已經廣泛接受了乳酸菌這類保健製品。目前市場上銷售的畜禽益生菌製劑主要有芽孢桿菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、酵母菌培養物等幾大類。菌株的篩選和活性的測定是益生菌研究的關鍵問題，決定著微生態製劑的使用效果。Fuller（1989）和Ouwehand等（1999）分別提出了益生素用菌株的篩選原則。綜其所述，主要有以下幾點：1）原宿主來源。寄主和腸道菌之間存在著特異性相互選擇關係。母豬體內的菌株更易在仔豬體內定植，所以菌株的來源應當和使用對象一致，只有這樣才能增強益生菌具有的特異性功效。2）定植和粘附力。益生菌在腸壁上的粘附是益生菌定植過程中的一個重要步驟，是大量繁殖變成優勢種群的前提，所以粘附力的強弱是篩選益生菌菌株的重要標準之一。3）在酸性和高膽鹽環境中的生存能力。口服是益生菌進入腸道的主要途徑，所以益生素在進入大腸之前必須經受胃中鹽酸和小腸中高濃度膽鹽的影響。只有在鹽酸和膽鹽中成活率高的菌株才可發揮作用。4）特異性的生理功能。各種益生菌都具有其特定的生理功能，如噬酸乳桿菌對寄主的免疫系統有較強的調節作用，而鼠乳桿菌對大腸桿菌有較強的抑制作用等。只有對各個菌株的生物特性有深入的研究和了解，才能根據不同的情況有針對性的設計出有明確生長作用的微生態製劑。5）產品中穩定的活菌數。微生態製劑中活菌的數量是其發揮作用的關鍵，所以，活菌製劑的應用要求單位產品達到一定的活菌數，以符合有效治療劑量標準。 

　　4.2 可提高乳酸菌應用效果的研究方向

　　為了更好發揮乳酸菌的使用效果，近年來在對微生物的菌株改造，生產工藝，產品形式等方面作了許多研究工作。主要有以下幾個方面：1）多菌株配伍使用。有試驗內表明，乳酸桿菌和雙歧桿菌配合使用能夠增加其效果。嚴格厭氧的菌株與非嚴格厭氧菌株進行共培養，可以提高厭氧菌的產量和存活率，利於各菌株發揮效用。2）提高成品中乳酸菌的數量。添加微量元素（Fe、Cu、Zn、Se、Mo等），菌體生長需要的氨基酸（Arg、Tyr、Pro、Phe等）和B族維生素等物質放於培養基中，促進菌株生長，可延長其在成品中的存活時間（唐涌濂等，1996）。3）利用合適的載體，使使益生素菌株成功到達預期位置發生作用。有人驗證，酸奶就是乳酸桿菌和雙歧桿菌的有效載體，使其進入腸道的過程中存活率提高（Kailasapathy等，2000）。4）益生素與酶製劑、有機酞、多酞、中草藥等物質的複合使用。石傳林等相繼研究了加酶益生菌在育肥豬、羊、肉兔、牛、雞等畜禽中的應用情況，結果都有明顯的促生長作用，並且降低了餵養成本，取得了明顯的經濟效益。從研究結果來看，乳酸菌類益生素與其它飼料添加劑聯合使用均取得了很好的應用效果。

　　5．乳酸菌類微生態製劑的安全性問題

　　對活的微生物應用於飼料和食品中，其潛在的致病性、抗藥基因轉移可能性及繁殖和變異的不可控制性都是需要注意的。Adams（1999）綜述了可能由乳酸菌引起的機體感染症：心內膜炎、菌血症及其他的一些胸部和消化道感染。上述乳酸菌的潛在危險我們應當注意。但更應該看到乳酸菌更大的有益的部分。有證據表明除腸球菌外，由乳酸菌引起的人類感染是相對少的。因此，科學家們認為只要在有效監督控制下，對乳酸菌進行嚴格檢驗之後再使用可認為是安全的。所需檢測的項目主要有：固有特性，代謝產物，毒性，對粘膜的一向，計量反應效應。臨床評估，流行病學研究等。Dunne等（1999）還提醒研究者在進行評估時還應當注意，每一株菌都必須做檢驗，不能有相近株進行推測；臨床試驗前必須對菌株和產品進行嚴格鑒定；其結果則由獨立研究機構確證。

　　乳酸菌類微生態製劑為飼料和畜禽養殖業提供了一條高效、無害無污染的新選擇。其產生和發展順應了當前高新技術產業化和注重環保的主流，在應用中充分考慮動物菌群自身特點以及寄主與環境之間的關係，科學合理的使用，必將成為本世紀飼料添加劑的主導產品。