益生菌及其益生作用機理

韓亞超 何永高 張新紅 王明躍

摘要：由益生菌制成的微生態制劑在畜禽養殖中的應用，為人們的餐桌提供了安全可靠的畜禽產品，對于消除在畜禽養殖中濫用抗生素對人類健康的威脅具有重要意義。本文綜述了益生菌篩選標準及其益生作用機理，為進一步研發適宜不同畜禽使用的微生態制劑奠定理論基礎。

關鍵詞：益生菌；益生作用；機理；菌種

中圖分類號：Q81 文獻標識碼：A 文章編號：1672-4437（2014）02-0057-03

微生態制劑是在微生態失調、平衡、防治和營養等理論的指導下，從健康動物機體內分離篩選的益生菌菌株及其代謝產物或生長促進物質，在體外經加工處理而制成的生物制劑。微生態制劑具有補充動物腸道缺乏的正常微生物、調整和維持腸道正常菌群平衡，從而達到有病治病、未病防病、無病保健以及降低飼料消耗率和提高動物生產性能的目的。微生態制劑按益生菌的種類一般分為乳酸菌類、芽胞桿菌類、酵母菌類和復合菌類；按成分劃分為益生菌、益生元以及合生元三大類。由于益生菌是目前市場上研究應用最多的微生態制劑，所以人們習慣地把益生菌稱之為微生態制劑。

1 益生菌的概念

益生菌（Probiotics）一詞源于希臘語，意思是“for life”。[1]1908年，俄國科學家諾貝爾獎獲得者伊力亞·梅契尼科夫在“The Prolongation of Life”一書中論述“經常飲用含有益生菌的發酵牛奶能使人健康長壽”，首次明確提出乳酸菌能促進人體健康。1965年，Lilly和Stillwell最先使用益生菌一詞，在Nature雜志上發表的論文中闡述“益生菌是由一種微生物分泌的能夠促進其它微生物生長的物質”[2]。 1974年，Parker將益生菌定義修改為“有助于腸道微生態平衡的微生物及其各種代謝產物”[3]。1989年，Fuller將益生菌定義進一步修改為“能通過改善腸道微生物平衡而對宿主產生有益影響的微生物活體制品”[4]，他強調益生菌的功效和益處必須經過臨床驗證。1992年，Havennar對益生菌定義進一步擴展為“一種單一或混合的活的微生物培養物，通過改善動物固有菌群的性質而對寄主產生有益的影響”[5]。1998年，Guarner對益生菌作了一個通俗的定義，即 “當攝入一定量時能對宿主健康有積極作用的活體微生物”[6]。2001年，FAO/WHO聯合專家委員會將益生菌定義為“活的微生物，通過攝入充足的數量，能夠對宿主健康產生益處”。這一定義普遍被人們所接受，但隨著對益生菌的深入研究，其定義也將不斷發展和完善。

2 益生菌的篩選標準

益生菌制劑無論是作為獸藥還是飼料添加劑，與傳統意義上的化學藥物有著本質上的不同。益生菌菌種篩選需要通過一定的特殊途徑和方法，其菌種的生物學研究是益生菌作為動物保健生物制品應用的理論基礎。益生菌菌種的篩選和復配是菌劑研制過程中的一個重要環節，直接關系到產品質量的優劣及應用效果。一般來說，用作益生菌的菌株獲取主要有兩種途徑：從健康動物體內分離（如從動物腸道和糞便中分離等）和從動物體外其它途徑獲得（如從土壤和青貯飼料中分離等）。目前，普遍認為作為益生菌菌種的菌株應該具備以下條件：

2.1安全性

益生菌菌株首先必須經過菌株特殊生化試驗和分子生物學鑒定，明確其生物學分類；菌株最好來自本動物腸道內，有利于其在宿主體內定植即宿主特異性；菌株不分泌任何外毒素和內毒素，無潛在致病性，不與病原菌產生雜交種，安全性好；明確菌株的抗生素耐藥譜，菌株不攜帶可轉移的抗生素耐藥性基因。

2.2有效性

菌株的粘附能力好是其篩選的主要標準之一，有利于其能在動物消化道表面粘附定植；菌株能夠耐受胃酸和小腸中高濃度膽鹽的不利影響，順利通過胃腸道；菌株能產生多種有益活性物質，如維生素、淀粉酶、蛋白酶、氨基酸和生長因子等，促進動物機體生長和增強免疫功能；菌株能產生抑制有害菌生長的或創造抑制有害菌生長的環境，而不影響本身的活性。

2.3生產性

菌株應在體外繁殖速度快，易于培養獲?。粚ιa過程中不同工藝條件的耐受能力較強；菌株應在產品使用和保藏過程中能夠長期保持良好的活力和穩定性。在益生菌菌株篩選過程中，應盡可能選擇滿足上述特點的微生物菌株。

3 益生菌的益生作用機理

動物腸道微生物種類十分復雜，當益生菌進入腸道后，會與腸道中近數百種正常菌群發生棲生、共生、偏生、競爭和吞噬等復雜關系。至今，益生菌發揮益生作用的確切機理尚未完全揭曉，綜合眾多研究人員的闡述，一般認為微生態制劑促進動物健康的作用機理包括以下幾個方面。

3.1 優勢菌群學說

動物腸道菌群是在長期進化過程中形成的。菌群的種類和數量處于一種動態的平衡狀態，這對動物生長發育和抵抗疾病具有重要意義。健康動物腸道內正常菌群由原籍菌或固有菌、外籍菌或路過菌和共生菌群等組成，包括至少15個菌屬約500種微生物，優勢菌群主要是專性厭氧菌，約占腸道菌群的99%以上，主要包括類桿菌屬、雙歧桿菌屬、真桿菌屬、乳酸桿菌屬等，而需氧菌和兼性厭氧菌僅占腸道菌群的1%，主要包括腸球菌和腸桿菌。當環境應激、抗生素濫用和營養不良等不利因素打破腸道菌群平衡時，導致專性厭氧菌數量下降，而需氧菌和兼性厭氧菌數量增加，便會引起一系列癥狀，如引起雙重感染和免疫力下降等。此時在飼料中添加微生態制劑，可補充腸道內缺失的有益菌種類和數量，從而修復和維持畜禽腸道正常微生物菌群平衡。新生健康仔豬腸道微生物區系穩定建立是在斷奶后二周，適時給動物飼喂益生菌制劑，一方面有助于仔豬建立正常有益的微生物區系，另一方面也能有效地阻止和控制潛在病原微生物區系的建立。 據報道，通過攝入一定劑量的約氏乳桿菌和干酪乳桿菌， 能夠提高腸道內乳酸桿菌和雙歧桿菌的數量，并且降低腸桿菌和梭狀芽胞桿菌的數量[7]。徐麗萍試驗首先對雞人工感染雞白痢沙門氏菌后，再給試驗組飼喂復合益生菌制劑，研究結果顯示，試驗組與未飼喂復合菌組的對照組比較，死亡率降低了20%，腸道內容物中大腸桿菌數明顯減少，乳酸桿菌和雙歧桿菌數明顯增多[8]。

3.2 生物屏障學說

細菌進入腸道能夠粘附或定植于腸道上皮細胞上，但某些益生菌可以與病原菌競爭腸道上皮細胞位點，使得病原菌無法定植在腸道上皮細胞上，從而發揮生物屏障作用。Pascual等研究表明，將105CFU/g唾液乳桿菌飼喂新生雛雞，可以有效的預防腸道沙門氏菌的定植[9]。研究表明，乳酸桿菌可通過與沙門氏菌和埃希氏大腸桿菌等致病菌發生競爭性拮抗作用，排除或抑制其附著在腸細胞上，使其隨糞便排出體外。此外，益生菌在動物腸道內代謝產生乳酸、丙酸、丁酸、細菌素和其它活性物質等共同構成化學屏障，使消化道內酸度降低，抑制大腸桿菌等有害菌及外籍菌的定植和存活。

3.3 生物奪氧學說

根據腸道正常微生物菌群自然定植規律，新生兒和動物腸道最初是無菌的，出生后不久被一系列的細菌經口腔和肛門定植。定植的順序首先是需氧菌，然后是兼性厭氧菌，最后的是厭氧菌。厭氧菌雖不能先定植，但在整個微生態系統中其數量占據首位，并保持著一定的微生態平衡。動物腸道多數病原微生物屬于需氧菌或兼性厭氧菌，當飼喂動物芽胞桿菌時，菌種以孢子狀態進入消化道后快速生長繁殖，消耗腸道內的氧氣，使局部的氧濃度下降，形成適合于正常腸道優勢菌生長的微環境，促進厭氧菌快速繁殖生長，最終達到微生態平衡，從而達到預防和治療疾病的目的。

3.4 增強機體免疫力

益生菌是良好的免疫激活劑，能夠促進免疫組織器官的發育成熟，增強體液免疫和細胞免疫水平，提高吞噬細胞吞噬活性和自然殺傷細胞活力，從而增強機體的免疫力和抗病力。為抵御腸道細菌與毒素對腸上皮細胞的粘附和侵入，益生菌可活化腸粘膜下層的免疫組織細胞，增加SIgA抗體的分泌，并誘導T、B淋巴細胞、單核/巨噬細胞和樹突狀細胞等產生細胞因子，并通過淋巴循環活化全身免疫系統，從而增強機體的免疫功能。腸道相關的免疫系統通過模式識別各種受體抗原，TLRs（Toll樣受體）便是其一，它能識別細菌一系列保守分子結構，包括脂多糖、脂磷壁酸和DNA未甲基化的CpG基序，誘導復雜的細胞內信號轉導通路，最終介導促或抗炎細胞因子的表達[9]。Castillo等以鼠傷寒沙門氏菌感染小鼠為試驗模型，研究了益生菌株L.casei CRL431提高免疫反應的作用機制，結果表明L.casei CRL431能下調TNF-α的表達，促進IL-6和IL-10的產生以及TLR受體的表達[10]。益生菌對機體免疫功能調節的一個重要方面就是與免疫細胞直接相互作用，介導促或抗炎細胞因子的表達。在健康動物機體內，益生菌制劑LGG表現在預刺激CD4+T細胞，從而激發抗炎因子IL-10的合成，降低促炎因子IFN-γ、IL-6和TNF-α的釋放[11]。

3.5 合成各種酶和營養物質

宿主腸道微生物菌群存在著復雜而多樣的共生代謝關系。枯草芽胞桿菌和地衣芽胞桿菌可以為機體提供所需要的酶類，如水解酶、呼吸酶、發酵酶，從而提高飼料轉化率，降低飼料成本。雙歧桿菌在腸內代謝可產生丙氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和多種B族維生素。乳酸菌能夠合成多種維生素類物質供動物機體吸收，產生有機酸加強腸道蠕動，促進常量和微量礦物質元素的吸收。酵母菌具有富集微量元素的作用，使之由無機態形式轉變成動物易消化吸收的有機態形式。益生菌代謝產生的短鏈脂肪酸、氨基酸和原生質脂蛋白能促進營養物質的吸收，增強腸道酶類的表達，并刺激腸道益生菌群的生長繁殖。一些益生菌菌體本身就含有營養物質，如光合細菌，含有蛋白質、葉酸和泛酸等，被動物攝取利用后能提高飼料轉化率與機體抗病能力。

由于可用作飼料添加劑的益生菌種類很多，其益生作用機理各有不同，所以我們在選用益生菌制備微生態制劑時，可以根據不同菌株之間的相互關系，使菌種和菌種之間的優勢互補，制備成多種益生菌的復合微生態制劑，有時還可以將益生菌制劑和中草藥制劑進行復配，更好的發揮益生菌的益生效果和中草藥的保健效果。在菌株的篩選上，最好是從活體宿主體內分離篩選，這樣制備的微生態制劑更具有針對性。

總之，應綜合考慮益生菌的益生作用機理及其益生效果，進而開發出更有利于提高動物生產性能和品質的微生態制劑，以減少抗生素在畜禽養殖中的使用以及由此產生的細菌抗藥性對人類健康的危害。

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參考文獻

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