微生态制剂

第一章微生态制剂华南农业大学食品学院生物工程系罗文华从帝赛发现双岐杆菌说起1890年帝赛在一位儿童医院的教授指导下，开展了“对婴幼儿消化不良病因的研究”，经过10年的研究，终于从母乳喂养婴儿的正常大便内发现了双歧杆菌。在巴斯德研究所工作的帝赛发表了学术论文“肠道菌群——乳幼儿的正常与病态”，文中指出，母乳喂养儿粪便有一种杆菌，呈革兰氏阳性的多形态。母乳喂养儿体内的双歧杆菌占优势，这种细菌难以在空气中存活，呈字母Y或V那样分叉，故命名为双歧杆菌。帝赛发现无论哪种喂养方式的婴儿，当他们腹泻时，这种分叉的杆菌就会减少或消失。益生菌的发现及“长寿学说”俄罗斯细菌学家梅契尼科夫（1845-1916，1888年聘为Pasteur研究所研究员）在20世纪初发现乳酸菌对人健康的重要性，提出了“酸奶长生不老说”。上述研究告知我们人体和动物肠道内是有细菌的；•人体栖居着种类繁多、数量庞大的微生物。一个健康人定植的原核细胞达1014CFU，人体携带的微生物总重量约为1271g，其中肠道占1000g，肺：20g，口腔占20g，鼻占10g，眼1g，皮肤200g。胃肠微生物量占人体总微生物量78.67%，种类多达四五百种。某些种类的细菌对人体健康有益，有些有害；•在人体肠道庞大的菌群环境中，各种菌群相互依存、相互制约，处于相对平衡状态，组成体内最大的微生态环境，成为维护人体健康的天然防线。有益菌的数量增加提高人体和动物的健康。•新生婴儿出生2-3日后肠道的双歧杆菌开始增殖，5日后达到最高峰并占绝对优势且比重最大（约占98%），随着人年龄的增高，双歧杆菌在肠道内逐渐减少，体弱多病的老人肠道内双歧杆菌数量几乎为零，这说明人体肠道内双歧杆菌的数量是检验人是否健康的一个标准.内容概要微生态制剂的概念微生态制剂的分类微生态制剂的作用机理益生菌发挥功能的物质基础作为益生菌的微生物种类及益生元益生菌制品生产工艺如何研发微生态制剂一、微生态制剂的概念微生态制剂（Microecologics）、微生态调节剂（Microecologicalmodulator）、益生菌（Probiotics）微生态制剂是在微生态学理论指导下，用正常微生物群成员，经特殊工艺制成的只含有活菌或包含细菌菌体及其代谢产物的主要用于动物的活菌制剂。Fuller将益生素定义为“一种可通过改变肠道菌群平衡而对动物施加有利影响的活微生物饲料添加剂”，我国学者将Probiotics译为益生素，其产品称为微生态制剂。微生态制剂的出现从20世纪70年代开始，微生物学者转向进行微生态制剂的研究和实际应用。逐步在理论上探明了常见动物体内（特别是消化道内）的正常菌群的种类、数量及其功能。在应用方面，研制成功了多种微生态制剂，并在生产实践当中进行了较广泛的开发应用，产生了显著的经济、生态和社会效益。微生态制剂的出现由于生活水平的提高，人们逐渐认识到，抗生素长期添加于饲料中，可通过食物链对人类的健康造成危害。由此人类对食品安全性倍加重视。微生态制剂的研究应用克服了长期使用抗生素给养殖业造成的种种弊端，对发展绿色饲料添加剂具有广阔的应用前景，己被农业部列为二十一世纪重点推广技术项目。这意味着对微生态制剂的研究、推广，符合我国可持续发展的总体要求。微生态制剂的出现特别是20世纪90年代，世界各国，尤其是欧洲、日本等发达国家纷纷采取官方强硬的措施，对饲用抗生素的种类、使用方法、剂量和配伍等方面严加限制。为此，当前可替代抗生素、抗菌药物而又无毒副作用、无残留的微生态制剂在养殖业生产中应用越来越普遍。欧盟已经从2002年起全面禁止在饲料中添加抗生素产品来促生长。理想的微生态制剂标准：对宿主有益而无毒、无害、安全和无副作用具有良好的微生态调节和其他保健功能含一至几种高质量的有效菌株（种）活菌含量高稳定，保质期长，保质期内应有一半初始活菌数存活能力，有较好的抗氧、抗酸和抗胆汁功能能进行工业化规模生产，价廉二、微生态制剂的分类按微生态制剂的主要成分，分为：益生菌（Probiotics）：即狭义的微生态制剂，含有一种或几种有益菌.Probiotics=forlife益生元（Prebiotics）：不被宿主消化吸收，却能选择性地促进体内有益菌的代谢和增殖的化学物质。合生元（Synbiotics）：也称合生剂，含益生菌和益生元两部分组成。益生元1995年Gibson,G.R等人提出了益生元的概念。它是一类非消化性物质，能选择性的促进一种或几种定植于结肠内常住菌的活性或生长繁殖，从而增进宿主健康。这类物质最初发现的是双歧因子。大量研究认为，某些寡糖、多糖、肽类、蛋白质及我国的中草药等均可作为益生元。现在的研究热点多集中于寡糖，应用较多的是大豆寡糖、半乳寡糖、低聚果糖等。合生元益生素和益生元联合应用，既可发挥益生菌的活性，又可选择性地提高这些菌的数量，使益生作用更显著持久。国际上将此类产品定名为合生元，这是微生态制剂的又一发展方向。按其应用对象分为：人用微生态制剂：保健、疾病预防和治疗。兽用微生态制剂：畜禽用的微生物饲料添加剂水产用微生态制剂：水质调节剂、饵料添加剂。农用微生态制剂：菌肥和菌类添加剂微生态制剂的种类微生态制剂的种类按照用途分类:微生态治疗剂:主要由乳酸菌、双歧杆菌等种、属菌株组成,具有很强地调整消化道内环境和微生物区系平衡的作用,主要用于预防和治疗消化机能紊乱和消化道感染。微生态促生长剂：主要由真菌、酵母、芽孢杆菌等具有很强消化能力的种属菌株组成,在消化道中能产生多种消化酶,丰富的B族维生素、维生素K、未知生长因子和菌体蛋白等,可起到辅助消化、促进生长的作用。微生态多功能剂：由多种、属菌株配合而成,具有一定整肠保健、防治疾病作用,又有较好的辅助消化、促进生长等作用。三、微生态制剂的作用机理益生菌进入动物肠道后，会与其中的正常菌群会合，显现出共生、栖生、竞争或吞噬等复杂关系。因此，微生态制剂的作用机理相当复杂，从微生物作用方式的角度，有以下几种解释：1、优势种群学说2、微生物夺氧学说3、生物拮抗作用4、增强机体的免疫功能5、产生有益代谢产物及抗菌物质6、合成酶类及营养物质7、防止产生有害物质，改善机体环境三、微生态制剂的作用机理1、优势种群说正常微生物群与动物和环境之间所构成的微生态系统中，优势种群对整个种群起决定作用。一旦失去了优势种群，则该微生态平衡失调，原有优势种群发生更替.使用饲用微生物添加剂的首要目的就在于恢复优势种群。正常情况下,动物肠道内需氧菌及兼性厌氧菌只占1%,而优势种群为厌氧菌占99%以上,其中主要是拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌等,如该优势种群发生更替,专性厌氧菌显著减少,而需氧菌和兼性厌氧菌显著增加,微生态平衡失调。当使用饲用微生物添加剂后，拟杆菌、双歧杆菌等专性厌氧菌逐渐增加恢复正常状态，而大肠杆菌等逐渐降低并保持原有状态。2、生物拮抗作用有益微生物在体内对病原微生物有生物拮抗作用,可竞争性抑制病原微生物粘附到肠粘膜上皮细胞上,同病原微生物争夺有限的营养物质和生态位点,并将其驱除定植地点,从而不利于病原微生物的生长繁殖。膜菌群屏障说：动物肠道内正常菌群直接参与机体生物防御的屏障结构，以影响过路菌或侵袭菌，防止其在肠道内定植生长。饲喂动物的有益微生物可竞争性地附着到肠细胞上，形成屏障作用，也就是竞争性颉颃作用。在非有益微生物区系建立前，给新生家畜接种有益的微生物，有助于幼畜建立正常的微生物区系，排除或控制潜在的病原体，即人为的改变肠道微生物区系，也就是优势种群发生更替，建立新的优势种群。某些益生菌还可合成抗生素、有机酸、H202等物质抑制有害菌的生长，从而起到生物颉颃作用。例如乳酸乳球菌能合成分泌nisin，枯草杆菌能合成分泌枯草杆菌素（subtilisin）等抗菌肽物质。向贵友等（1995）报道用B01(芽孢杆菌)菌液饲喂雏鸡后，发现其对雏鸡肠内大肠杆菌和沙门氏菌有极显著的颉颃作用。3、微生物夺氧说一些需氧的微生物特别是芽孢杆菌能消耗肠道内氧气，造成局部厌氧环境，有利于厌氧微生物生长，从而使失调菌群恢复正常。当饲用微生物添加剂中某菌种以孢子状态进入畜禽消化道后迅速生长繁殖，消耗肠内氧气，使局部氧分子浓度下降，从而恢复肠内微生物之间的微生态平衡，达到防病治病、促生长之目的。4、增强机体的免疫功能微生态制剂中的有益菌是良好的免疫激活剂。大量研究表明乳酸菌可诱导机体产生TNF-a、白细胞介素等细胞因子，通过淋巴循环活化全身的免疫防御系统，增强机体抑制癌细胞增殖的能力。酵母菌细胞壁含有酵母多糖，其主要活性成分为葡萄朊、甘露聚糖、明角质，研究证明这些酵母细胞壁成分可提高动物的免疫力，增进健康。刘克琳等（1997）用芽孢杆菌制剂饲喂雏鸡后发现试验组的中枢免疫器官发育比对照组快，胸腺内淋巴细胞密度加大，T细胞数量增加，法氏囊黏膜形成皱襞数量增加，血中T细胞数量亦较高。潘康成等（1997，1998）发现地衣芽孢杆菌对家兔体液免疫功能有促进作用。Wren（1987）研究表明，乳酸杆菌以某种免疫调节因子的形式起作用，刺激肠道某种局部型免疫反应。潘康成等（1999）综述认为，动物口服益生菌后，调整肠道菌群，使肠道微生态系统处于最佳的平衡状态，活化肠黏膜内的相关淋巴组织，使SIgA抗体分泌增强，提高免疫识别力，并诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞等产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环而活化全身免疫系统，从而增强机体免疫功能。5、产生有益代谢产物及抗菌物质有益微生物进入肠道后产生乳酸和乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸,降低肠道pH值,抑制致病菌的生长,激活酸性蛋白酶活性。乳酸乳球菌产生nisin，枯草杆菌产生枯草杆菌素（subtilisin）等抗菌肽物质。6、合成酶类及营养物质合成酶类：芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性,这些酶类可补充动物机体消化道内源酶的不足,帮助动物机体对营养物质的消化，提高饲料转化率,促进动物生长。营养作用：益生菌（如乳杆菌，双歧杆菌等）能够合成多种维生素如叶酸、烟酸、VB1、VB2等，促进机体对蛋白质、钙、铁和维生素D的消化吸收，从而起到促进畜禽生长和提高生产性能的作用。苏志勇等(1999)用生态宝(酵母菌、链球菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌复合制剂)饲喂蛋鸡发现：试验组产蛋率比对照组提高5.7%，产蛋量提高9.1%，饲料转化率提高10%，而腹泻率下降12.7%。7、防止产生有害物质,改善机体环境当机体内微生态平衡失调时,大肠杆菌比例增高,分解蛋白质产生氨、胺、细菌毒素等有毒物质。微生态制剂可显著降低大肠杆菌、沙门氏菌数量,抑制病原菌,减少蛋白质向胺及氨的转化,使肠内粪便和血液中氨浓度下降,从而降低粪便臭味,改善舍内空气质量,减少机体应激,降低对环境的污染。back益生菌发挥功能的物质基础1细胞表面磷璧酸、肽聚糖和表层蛋白（S-蛋白）的作用:（1）黏附功能：黏附于肠上皮细胞，在肠道生长繁殖，并能竞争性地排除致病菌的黏附作用（2）调节免疫功能和抑制肿瘤细胞的功能肽聚糖的作用：激活巨噬细胞和B淋巴细胞产生白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子等，促进淋巴细胞的分裂等益生菌发挥功能的物质基础2短链脂肪酸和乳酸的作用（1）抑制致病菌、抗感染造成酸性环境，对致病菌有拮抗作用，促进肠道蠕动，防止致病菌定植（2）控制毒性物质的形成抑制肠道腐败细菌，同时将有毒的氨气和胺类变成铵离子，降低血中氨的水平，保肝护肝，改善肝功能益生菌发挥功能的物质基础（3）延缓机体衰老抑制肠道腐败细菌，减少这些细菌产生的毒胺、吲哚、氨、硫化氢、致癌物质和其他毒素，延缓机体衰老。增加血中SOD的活性和含量（4）促进营养吸收，调节内源代谢短链脂肪酸：改善金属离子（如：钙）的代谢、吸收；调节内源代谢。（5）诱导肿瘤细胞凋亡丁酸的作用益生菌发挥功能的物质基础3.特殊酶系的作用产生各种酶：分解亚硝胺的酶、合成各种维生素的酶、分解胆酸的酶、分解有毒物质的酶、降低胆固醇的酶等4.细菌素和过氧化氢的作用抑菌作用益生菌发挥功能的物质基础5.多糖的