乳酸菌在水產養殖行業的應用

乳酸菌類微生態製劑的研究也已成為近年來研究的焦點之一，目前，在眾多微生物添加劑中, 乳酸菌製劑是飼用微生物添加劑中應用最為廣泛、效果較好的一類，它是多種水產動物消化道主要的共生菌，能形成正常菌群，也是中國最早公布的兩種可直接使用的飼料級微生物添加劑菌種之一。乳酸菌可以在水產動物腸道內大量定植，有效調整腸道菌群平衡，可分泌乳酸，併產生多種消化酶，幫助食物消化和代謝，促進營養物質的吸收和利用；同時它還能通過競爭營養、佔位競爭、分泌細菌素等與致病菌競爭，抑制有害菌的繁殖，改善腸道內環境，調整胃腸道菌群平衡，提高動物健康水平。它為飼料和畜禽水產養殖業的健康發展提供了一條高效、無公害、無污染的新途徑。1 乳酸菌的生理特性乳酸菌指發酵糖類主要產物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱，形態、代謝性能和生理學特徵不完全相同。細胞形態多為桿狀或球狀，不生產孢子，不運動或少運動，不耐高溫，但耐，在pH3.0-4.5時仍可生長，對胃中的酸性環境有一定的耐受性，營養要求嚴格，除了碳水化合物，還需要多種氨基酸、維生素和肽等。在動物體內通過生物頡頏，降低pH，阻止和抑制致病菌的侵入及定植，降解亞硝氨、氨、吲哚和糞臭素等有害物質，活菌體內和代謝產物中含有較高。目前在自然界已發現的這一類菌在細菌分類學上至少包括 23 個屬：乳酸桿菌屬，雙歧桿菌屬、肉食桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠球菌屬、乳球菌屬和芽孢乳桿菌屬等。乳酸菌絕大多數生長繁殖於厭氧或微耗氧、礦物質和有機營養物豐富的酸性環境中，分布十分廣泛，在發酵生產（青貯飼料、泡菜和酸奶）的培養物和動物消化道中含量較高。2 乳酸菌的作用機制2.1 抑菌機制細菌在動物腸道內定居和繼續生存的因素，包括胃酸、膽鹽、消化酶、免疫反應、內源微生物及其產生的抗菌素。這些因素中任何一個因素的改變都會導致細菌活的超氧化歧化酶（SOD），能增強體液免疫和細胞免疫。乳酸菌的抑菌機制正是它的生化特性改變了致病菌的生存環境和生長機制, 從而達到抑菌的效果。2.1.1 通過產酸改變腸道微生態環境抑制有害菌的生長乳酸菌在體內發酵乳糖類，生產大量的醋酸和乳酸，使環境 pH下降，腸道處於酸性環境，而腸道內的病原細菌最適生長的pH為7.0-7.4，由於乳酸菌產酸及細胞崩解產酸使腸道內pH下降，不利於腸道內病原菌在腸壁定殖和生長，導致病原細菌活力下降進而衰老和死亡,維持了腸道的生態平衡，使腸道得以發揮正常的生理功能。2.1.2 通過產生某些抗菌物質抑制有害菌生長乳酸菌除了產生有機酸，還可產生過氧化氫和安息香酸等抑菌物質，合成溶菌酶及其他抗菌物質，如乳酸菌素、乳酸鏈球菌肽和嗜酸菌素等，這些產物對腸道病原菌有抑制作用。過氧化氫和細菌素等在抑制病原菌上的機制被稱為黏附抗性。黏附於腸道黏膜，是病原菌定植併產生臨床癥狀的前提條件。體內微生物與病原微生物間存在競爭附著小腸上皮位點的作用，即競爭排斥作用，如果這些位點被較多的有益菌株佔據，病原菌就會被排斥。乳酸菌可通過與病原菌間生存和繁殖的空間、時間、定居位點及營養的競爭，從而抑制病原菌黏附在腸黏膜上皮細胞上,達到抑菌作用。2.2 營養機制乳酸菌在動物體內正常發揮代謝活性，就能直接為宿主提供各種可利用的必需氨基酸和各種維生素及消化酶（如澱粉酶、蛋白酶和纖維素酶）等，還可提高礦物質（如鈣、磷、鐵和鎂）的消化率和吸收率，從而增強動物的營養代謝，促進動物機體的生長和生產。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 酸性（澱粉酶pH6.5，糖化酶pH4.4），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，也可促進養分的消化吸收。2.3 免疫機制乳酸菌能增強動物機體免疫力，表現在2個方面：（1）影響非特異性免疫應答，增強單核和巨噬細胞活力，刺激活性氧、溶酶體酶和單核因子的分泌。（2）刺激特異性免疫應答， 如加強黏膜表面和血清中IgA、IgM和IgG水平，以加強體液免疫。促進T淋巴細胞和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.lact is）Bb12 能在體外增強吞噬細胞對大腸菌的吞噬作用；嗜熱鏈球菌與沙門菌一起使用可起到免疫佐劑的作用，顯著提高血清中IgA 含量。乳酸菌對免疫系統的刺激機制還在進一步研究中。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結中的濾泡上皮，通過途徑有2 種：（1）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透過上皮細胞間的緊密連接縫隙。（2）微生物細胞本身由微皺細胞通過胞飲作用傳送給位於微皺細胞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或直接交給淋巴細胞，產生相應的免疫應答。2.4 中和中毒, 防止腐敗產物的產生某些細菌能中和或減少內毒素等有害物質的毒害作用。目前發現，雙歧桿菌可防止腸內容物產生氨，蠟樣芽孢桿菌可降低腸內容物和肝臟門靜脈中血氨的濃度，使酚類和吲哚等有害物質減少。3 乳酸菌對動物的保健和治療功效國內外已有大量的飼養和臨床試驗證明，其報道結果不一致，有正效應,，有負效應，但據統計，正效應仍多於負效應。造成結果不一致的原因很多，如試驗動物的品種、 年齡、 飼養環境、 菌株質量及有無應激等，但乳酸菌對動物機體的有益作用還是公認的。3.1 改善胃腸道功能, 降低動物胃腸道疾病的發生率乳酸菌是腸道的優勢菌，畜禽服用後,通過發酵產酸可改變胃腸道內環境，抑制有害菌的繁殖，調整胃腸道菌群的平衡。也可通過其產生的黏附素與腸黏膜細胞緊密結合，在腸黏膜表面定植佔位，成為生理屏障的主要部分，從而達到恢復宿主抵抗力、修復腸道細菌屏障和治療腸道疾病的作用。3.2 提高動物免疫力, 增進動物健康乳酸菌在動物體內通過刺激動物機體的非特異性免疫應答和特異性免疫應答，誘導產生干擾素、促進細胞分裂、產生抗體及促進細胞免疫，提高機體的抗病能力。3.3 促進動物生產，提高飼料利用率，降低飼養成本提高經濟效應乳酸菌在動物體內自身代謝產生各種營養物質提供給宿主，如各種維生素、必需氨基酸及各種消化酶，從而增強動物的營養代謝，促進動物機體的生長和生產，同時乳酸菌可降低腸道 pH，其偏酸性利於各種酶活性的發揮，利於營養素的消化吸收及降低飼養成本。4 應用現狀綜上所述，乳酸菌具有預防、治療疾病、 營養和保健等功效。近年來，越來越多的人對抗生素飼料添加劑的弊端有了深刻認識，許多學者紛紛投入到了克服這些弊端的微生態的研究中，推動了微生態製劑的發展。目前，乳酸菌製劑已廣泛應用於豬、 雞、 牛、 羊和水產養殖等各個領域。5 存在的問題及展望5.1 菌株的篩選目前市場上銷售的水產益生菌製劑主要有光合細菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、EM菌、芽孢桿菌和培養物等幾大類。而作為益生菌製劑中重要的一員——乳酸菌菌株的篩選和活性的測定是關鍵問題,決定著其使用效果。合格的乳酸菌菌株必須滿足以下幾個方面要求。5.1.1 正確的來源寄主的遺傳特性和環境因素，在決定腸道菌菌群結構和組成方面各起 50%的作用，寄主和腸道菌間存在著相互選擇和相互依賴的關係。因此，許多學者認為理想的益生素菌株最好來自動物自身胃腸道。魚體內的乳酸菌菌株毫無疑問更易在幼苗體內定植，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功效的特異性和針對性。所以，有針對性的乳酸菌製劑的研發具有較大發展前景。5.1.2 定植和黏附力益生菌乳酸菌通過對腸道黏液的黏附與定植進而起到維持機體健康的作用，雖然有調節腸道菌平衡和改善內環境的作用,但其是通過對腸道黏液的黏附與定植進而起到維持機體健康的作用，所以乳酸菌在腸壁上的黏附和定植是其發揮作用的一個重要步驟, 是大量繁殖變成優勢種群的前提, 所以黏附力的強弱，對腸黏液黏附時間的長短是篩選益生菌菌株的重要標準。5.1.3 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,所以益生菌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考驗。只有在鹽酸和膽鹽中成活率高的菌株才有可能發揮作用。5.1.4 特異的生理功能每一種乳酸菌具有其特定的生理功能。如嗜酸乳桿菌 GG 對寄主的免疫系統有較強的調解作用,而鼠乳酸桿菌對大腸桿菌有較強的抑制作用。目前,中國在乳酸菌製劑的研究和應用方面雖然取得了一定的成績,但還是比較薄弱,尤其是作用機理了解得不十分清楚, 大多數研究還停留在使用效果水平上,對其生理功能，作用機制等基礎理論方面的研究還遠遠不夠,因此導致其作用效果不是很穩定。只有對各個菌株的療效和生物特性有深入細緻的研究和了解,才能根據不同情況設計出有促生長作用的微生態製劑。5.1.5 產品中穩定的活菌數微生態產品中活菌的數量是其發揮作用的根本保證,所以要求菌株在生產和保存過程及加工後活菌存活率高, 混入飼料後高溫下穩定性好。5.1.6 不會使人和動物致病, 不與病原微生物產生雜交種必須用本動物或試驗動物做急性毒性試驗、亞急性毒性試驗和致畸致殘試驗, 只有安全性好的菌株才能作為生產菌種。5.2 使用時間微生態製劑在動物的整個生長過程都可使用,但不同的生長時期其作用效果不盡相同。一般幼齡動物,體內微生態平衡尚未完全建立,抵抗疾病的能力較弱,此時引入益生菌,可較快地進入體內,佔據附著點,效果最佳。另外,在斷奶、運輸、飼料轉變、天氣突變和飼養環境惡劣等應激條件下, 動物體內微生態平衡遭到破壞,使用微生態製劑對形成優勢種群極為有利,因此,把握應用時機,使其益生作用得到充分體現。5.3 使用劑量微生態製劑的作用是通過有益微生物在動物體內一系列生理活動、來實現的, 其最終效果同所使用的菌株的數量密切相關,數量不夠, 在體內不能形成菌群優勢, 難起到益生作用。根據試驗,如果一種細菌在盲腸內容物的濃度低於107個/ g, 該菌產生的酶及代謝產物不足以影響宿主; 數量過多, 超出佔據腸內附著點和形成優勢菌群所需的菌量, 非但功效不會增加,反而造成不必要的浪費。微生態製劑用於特定養殖動物所需的菌群數量尚無統一的規定。5.4 提高產品中的乳酸菌數量及採用多菌株復方製劑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、 生產工藝和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。有試驗表明,乳酸桿菌和雙歧桿菌配合使用能增加其效果。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。將菌體生長需要的微量元素、氨基酸和 B 族維生素等物質添加在培養基中, 促進菌株生長,可延長其在成品中的存活時間。3)利用合適的載體, 使菌株成功到達預期位置發生作用。Kailasapathy 等驗證,奶是乳酸桿菌和雙歧桿菌的有效載體,使其進入腸道後存活率提高。4) 與酶製劑、有機肽、多肽和中草藥等物質的複合使用。5.5 乳酸菌類微生態製劑的安全性問題活的微生物應用於飼料和食品中, 其潛在的致病性、 抗藥基因轉移的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, 包括心內膜炎、 菌血症及其他一些胸部和消化道感染。我們應當注意上述乳酸菌的潛在危險, 但更應看到乳酸菌更大的有益作用, 有證據表明, 除了腸球菌外,由乳酸菌引起的人類感染是極少的。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後再使用是安全的。6 國內外允許使用的乳酸菌種1989 年, 美國 FDA 和美國飼料控制官員協會公布了可直接飼餵和一般認為是安全的微生物菌種名單, 共42 種, 其中乳酸菌菌種有:雙歧桿菌、嗜熱雙歧桿菌、 嗜酸乳酸桿菌、 保加利亞乳桿菌、 乳酸乳桿菌和胚芽乳桿菌等。我國農業部第 105 號公布的允許使用的飼料添加劑品種目錄中,微生物添加劑有12 種, 乾酪乳桿菌、植物乳桿菌、 乳酸片球菌、 枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、 嗜酸乳桿菌和乳鏈球菌等。總之, 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、無害無污染且無殘留的新途徑。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及寄主與環境間的關係。科學合理的使用, 必將成為本世紀飼料添加劑的主導產品。
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