微生態(tài)制劑在動物營養(yǎng)中的應用

微生態(tài)制劑在動物營養(yǎng)中的應用

1微表面處理的定義和類型1.1微生態(tài)制劑的定義不同的開放階段對微生態(tài)材料的定義不同。微生態(tài)制劑最早由Parker提出,將其定義為有助于腸道菌群的微生物和物質。隨后Fuller提出,微生態(tài)制劑是一種活的微生物添加劑,通過改善腸道內菌群平衡而對動物產(chǎn)生有利的影響。1994年,在德國召開的國際微生態(tài)學術討論會上,將其定義為供口服或經(jīng)由其他黏膜途徑投入,旨在黏膜表面處改善微生物和酶的平衡,或刺激特異性和非特異性免疫機制的微生物制劑。目前對微生態(tài)制劑的定義不再限定于活菌,概念更加全面:它是指在微生態(tài)學理論指導下,將從動物體內分離得到的有益微生物通過特殊工藝制成的含活菌或包含菌體及其代謝產(chǎn)物的制劑。1.2生物制劑的應用常用作微生態(tài)制劑的菌種主要有原核生物中的芽孢桿菌、乳酸桿菌、乳酸球菌、鏈球菌、腸球菌、片球菌、雙歧桿菌、擬桿菌、假單胞菌及真核生物中的酵母菌、曲霉和木霉等。美國食品藥品管理局和美國飼料管理協(xié)會1989年公布了42種可以直接飼喂,且通常認為是安全的微生物,我國農(nóng)業(yè)部也于2000年公布了干酪乳桿菌、植物乳桿菌、糞鏈球菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、兩歧雙歧桿菌、乳酸腸球菌、嗜酸乳桿菌、乳酸腸球菌、乳酸乳桿菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、產(chǎn)朊假絲酵母、釀酒酵母、沼澤紅假單胞菌和保加利亞乳桿菌。乳酸桿菌類制劑能調節(jié)腸道pH,維護腸道健康,增強免疫系統(tǒng)和營養(yǎng)物質的生物利用率,減少乳糖不耐癥。這類制劑可利用糖類發(fā)酵產(chǎn)生大量乳酸,有的還產(chǎn)生乙酸和其他揮發(fā)性脂肪酸,降低腸道pH,防止外來菌在腸道的定植,抑制大腸桿菌和沙門菌等病原菌的生長,對維持消化道微生物平衡和消化機能正常起重要作用。此外,乳酸桿菌還可以通過調節(jié)腸道的pH以激活蛋白酶,促進胃腸蠕動,幫助食物消化吸收,減輕脹氣和促進肝功能等。乳酸還可以刺激免疫系統(tǒng),提高機體免疫力,增強腸組織對細菌侵襲的抵抗能力。芽孢桿菌類在動物腸道中存在數(shù)量極少,目前應用的主要是蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌等。芽孢桿菌好氧且無害,能產(chǎn)生芽孢,耐酸堿、耐高溫并耐擠壓,在配合飼料制粒過程及腸道酸性環(huán)境中具有高度的穩(wěn)定性,能促進有益菌的生長,頡頏腸道內有害菌,增強機體免疫力,提高抗病能力,分泌多種消化酶及營養(yǎng)物質,明顯提高動物對飼料的利用率并促進動物生長速度。雙歧桿菌類是人和動物生命活動中重要的微生物,對調整和維持正常微生物區(qū)系和穩(wěn)定的消化道內環(huán)境起關鍵作用,特別是維持幼齡動物消化機能正常和防制腹瀉有明顯作用。能抑制腸內細菌產(chǎn)生氨等有害物質,并能中和腸內有毒物質,是應用最早的防制幼畜腹瀉的生物制劑。與乳酸桿菌屬相比,其缺點主要有:對營養(yǎng)成分要求嚴格和復雜,培養(yǎng)基中必須含有生長素和酵母膏才能生長,厭氧條件嚴格,在低pH環(huán)境下存活時間短。酵母菌類在動物腸道中存在極少,具有很強的產(chǎn)酶活性,目前常用制劑有啤酒酵母和假絲酵母菌等。一般在消化道內參與營養(yǎng)物質代謝,特別是對復雜的細胞壁結構物質具有較強的降解能力,同時還產(chǎn)生豐富的B族維生素、麥角固醇和谷胱甘肽等,用作飼料添加劑具有提供營養(yǎng)物質、助消化、促生長和提高飼料利用率等。1.3腸道抗菌材料可擴充作為良好的微生態(tài)制劑應滿足以下要求:對宿主能產(chǎn)生有益的效應,主要是增質量或抗病;無致病性或毒不良反應;應含大量活菌;能在腸道內存活、定植并參與代謝;具有良好的穩(wěn)定性,經(jīng)長期保存后仍可保持一定的活菌數(shù)。2微生態(tài)制劑對動物飼料的生理和機制的應用和機制2.1李靈平給瞳菌的作用機制及其篩選動物在消化道內有特定的有益微生物來維持消化道內的菌群平衡,促進動物生長和飼料的消化與吸收,但在環(huán)境和飼料改變時引起的應激會造成消化道內微生物區(qū)系的紊亂,使病原菌大量繁殖,引起消化道疾病,生長受阻。微生態(tài)制劑可以調節(jié)動物腸道菌群,抑制有害菌的生長。其機制主要有以下幾個方面:1)占據(jù)宿主消化道的定植位點,形成生物屏障,減少病原微生物的侵染和定植;2)通過生物奪氧作用,抑制有害菌的生長;3)產(chǎn)生具有廣譜作用的物質來抑制和滅殺有害菌;4)產(chǎn)生胞外核苷酶,阻止致病菌對腸黏膜細胞的侵襲;5)產(chǎn)生包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等有機酸,下調pH,抑制病原細菌。李靈平給仔豬飼喂含有乳酸菌和酵母菌等的復合有益活菌后發(fā)現(xiàn),該活菌制劑可以顯著減少仔豬回腸、盲腸和結腸內容物中大腸桿菌、沙門菌及需氧菌的數(shù)量,增強雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖程度。使斷奶仔豬腸道菌群在極短的時期恢復至動態(tài)平衡狀態(tài)。于卓騰等利用微生態(tài)制劑飼喂肉雞后,肉雞盲腸中揮發(fā)性脂肪酸質量濃度升高,pH降低,并且促進了腸道內菌群的增殖,其多態(tài)性比飼喂抗生素更加復雜和多樣化。2.2其他安全食品的制備益生菌在動物疾病,特別是腸道感染的防制中起著重要作用,并且通過多種途徑彌補了抗生素的不足,為動物的健康和獲得安全食品開辟了新的途徑。2.2.1免疫器官的質量馬明穎等的研究結果表明:雛雞飼喂微生態(tài)制劑后,法氏囊指數(shù)和脾指數(shù)有了顯著提高。劉克琳等用微生態(tài)制劑飼喂雛雞后,試驗組免疫器官的質量均高于對照組,面積大于對照組。其胸腺的皮質較寬,皮質內T淋巴細胞明顯增多;法氏囊褶皺數(shù)量多;盲腸扁桃體面積增大,表明試驗組雛雞的中樞免疫器官胸腺和法氏囊器官生長發(fā)育快和成熟度高。2.2.2微生態(tài)制劑對7.7日齡雞脾t細胞的影響馬明穎等的研究發(fā)現(xiàn),雛雞飼喂益生菌后可以顯著提高雛雞血清中的免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)和免疫球蛋白M(IgM)的水平。司振書和孟喜龍的研究結果表明:飼喂微生態(tài)制劑后,10和17日齡肉雞的脾T淋巴細胞百分數(shù)顯著高于對照組。此外,王莉莉等利用嗜酸乳桿菌細胞壁提取成分對小鼠上皮淋巴細胞共同孵育后,發(fā)現(xiàn)小鼠淋巴細胞殺傷活性明顯增強。2.3對克氏原螯蝦的影響益生菌自身可以分泌多種消化酶,如:蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、葡聚糖酶和纖維素酶等,或其分泌物能提高消化酶的活性,從而提高營養(yǎng)物質的消化率和能量的利用率,促進動物對營養(yǎng)物質的吸收。周韶等使用抗生素、酶制劑和微生態(tài)制劑飼喂仔豬后發(fā)現(xiàn),與對照組相比,試驗組可以顯著提高仔豬對蛋白的利用率。此外,付立芝使用芽孢桿菌制劑飼喂雛雞,發(fā)現(xiàn)試驗組的蛋白酶、脂肪酶與淀粉酶活性均有顯著性提高,其中蛋白酶提高最為明顯(3個試驗組分別提高95.16%、90.23%和98.32%)。2.4乳酸菌飼料可促進血藥濃度的提高邱凌等使用含有芽孢桿菌、乳酸桿菌及酵母菌等復合微生態(tài)制劑飼喂奶牛后發(fā)現(xiàn),試驗組極顯著地提高了產(chǎn)奶量;牛乳品質沒有較大影響,但乳蛋白、乳糖和非脂乳固體的含量有所提高,脂肪含量有所降低。石峰等研究發(fā)現(xiàn),肉仔雞飼喂乳酸菌微生態(tài)制劑后可明顯提高體質量,顯著提高飼料轉化率;并且能促進其免疫器官的發(fā)育,顯著提高循環(huán)血液中抗體水平并能很好的保持。潘康成等在不含抗生素添加劑的飼料中分別添加益生菌(蠟樣芽孢桿菌)和益生元(甘露聚糖)后能顯著促進家兔生長,聯(lián)合使用后效果更佳;并且能促進下丘腦-垂體-腎上腺皮質(HPA)軸中5-羥色胺(5-HT)分泌細胞的表達。5-HPA分泌細胞分泌的5-HPA對機體生理功能具有廣泛的調節(jié)作用,可以刺激胃腸黏液分泌,促進平滑肌收縮,從而促進機體的消化能力。此外,5-HT還可以直接作用于淋巴細胞,增強腸道黏膜免疫。2.5益生菌對豬舍內氨氣的影響畜禽由于對飼料營養(yǎng)物質消化不全,缺乏妥善管理,對環(huán)境造成了巨大影響,同時也影響了畜禽的安全生產(chǎn)和人們的食品安全情況。微生態(tài)制劑可以抑制腸道內腐敗菌的生長,降低脲酶活性,減少蛋白質向胺和氨的轉化,降低腸內和血液中氨及銨的含量,減少氨等有害氣體的排出,改善舍內空氣質量。此外,益生菌還能影響礦物元素的代謝,提高宿主對礦物元素的吸收,減輕生物病原污染及氮和磷對環(huán)境的污染。元娜等的研究表明:使用微生態(tài)制劑飼喂蛋種雞23d后,試驗組粗蛋白、鈣和磷消化率分別比對照組提高10.37%、19.05%和7.8%;大腸桿菌數(shù)量降低37.51%,雞舍內氨氣質量濃度下降了2.01mg/kg。此外,趙芙蓉等報道,在豬飼料中添加復合益生菌后,試驗開始第1~3周CO2含量對照組極顯著高于試驗組,試驗組比對照組降低了58.3%;豬舍內氨氣質量濃度試驗1和2組與對照組間無顯著差異,在第3周,試驗組比對照組降低32.3%,差異顯著;試驗組與對照組硫化氫質量濃度雖沒有顯著差異,但試驗組比對照組降低了28.12%。說明微生態(tài)制劑能夠很好地凈化畜舍環(huán)境,改善空氣質量。3影響健康產(chǎn)品性能的因素3.1微生物制劑作為飼料添加劑用微生態(tài)制劑菌株首先必須保證不產(chǎn)生任何內外毒素,無毒、無害和無不良反應。由于多數(shù)微生態(tài)制劑是以活菌形式發(fā)揮作用的,而且需要通過消化道途徑發(fā)揮作用,這就要求所用菌株應能夠耐受胃酸和膽汁酸等腸內對益生菌不利環(huán)境因素的菌株。此外,微生態(tài)制劑需要黏附在腸道中才能發(fā)揮作用,因此在選育益生菌時還應考慮其黏附性。3.2宿主腸道的特性宿主因素對微生態(tài)制劑影響也是多方面的,宿主的生理狀態(tài)改變,如:年齡的改變(幼齡、育成期、老齡期、斷奶期和泌乳期等)都會影響微生態(tài)制劑的應用效果。此外,宿主腸道內的正常菌群對外來菌群具有強烈的定植抗力,作為非宿主原有正常菌群成員的微生態(tài)制劑很難在宿主腸道中黏附定植。此外,一些應激因素等可誘使腸道習慣性產(chǎn)生激素,降低腸道黏膜層的厚度,降低益生菌的黏附力,減弱益生菌功效水平。3.3微生態(tài)制劑的存活率飼料成分也會對微生態(tài)制劑功效的發(fā)揮產(chǎn)生影響,某些食物成分可以使胃酸或膽汁酸的分泌增多,影響微生態(tài)制劑在經(jīng)過胃和十二指腸的存活率。另外,由于抗生素會抑制或殺死某些微生物,因此在飼喂微生態(tài)制劑時,不宜與抗生素同時使用。3.4微生態(tài)制劑的貯藏生產(chǎn)工藝條件對微生態(tài)制劑發(fā)揮功效具有很大影響,目前常用的發(fā)酵技術,主要包括液體深層發(fā)酵和固體發(fā)酵。利用液體深層發(fā)酵效果比較穩(wěn)定,但使用固體發(fā)酵時,經(jīng)常會混有雜菌污染,從而影響微生態(tài)制劑的功效,甚至無效。飼料在攪拌機內混合,尤其是在制粒過程中會出現(xiàn)暫時的高溫,一些不耐熱的活菌制劑在制粒過程中可能會喪失活性。在混合飼料時,活菌制劑還會受到來自飼料原料顆粒的摩擦和擠壓,使菌體細胞壁破損導致死亡。貯存條件是影響益生菌存活的關鍵因素。一般情況下,微生物在干燥狀態(tài)下存活狀態(tài)較好,當濕度加大,隨時間延長,存活率降低,影響微生態(tài)制劑功能的發(fā)揮;當貯存溫度超過30℃時,微生態(tài)制劑活性就會受到影響,因此微生態(tài)制劑一般都要求冷藏;除乳酸菌外,在低pH環(huán)境下(pH低于4),微生物極易死亡,因此不能將微生態(tài)制劑與酸化劑存放在一起。3.5動物食入活菌的最佳劑量微生態(tài)制劑的功效是通過有益微生物在動物體內的一系列生理活動來實現(xiàn)的,其最終效果同動物食入活菌的數(shù)量密切相關。目前對微生態(tài)制劑的使用劑量還沒有形成一個統(tǒng)一的標準。一般認為,在飼料中添加微生態(tài)制劑用于促生長或預防疾病,至少每克飼料中應含有100萬個有效活菌才能發(fā)揮明顯的功效。4提高微生態(tài)制劑的效果4.1物質組成試驗益生元是一種非營養(yǎng)性添加劑,由一些低聚寡糖類物質組成,包括果寡糖、甘露寡糖、異麥芽寡糖、乳寡糖和木寡糖等,能夠選擇地刺激腸內一種或幾種有益菌生長繁殖,起到增進宿主健康和促生長的作用。4.1.1益生菌的生物利用研究表明:病原菌(大腸桿菌、沙門菌和梭狀芽孢桿菌等)的細胞表面或絨毛上具有類幾丁質結構,能夠識別動物腸壁細胞的特異性糖類受體,并與之結合在腸壁上發(fā)育繁殖,導致疾病的發(fā)生。益生元與病原菌在腸壁上的受體非常相似,與病原菌有很強的結合能力,阻止病原菌與腸壁受體結合。益生元不被消化道消化分解,可攜帶病原菌通過腸道排出體外。此外某些益生元是有益菌細胞壁的重要成分,有利于有益菌生長繁殖。RNemcová等報道,含有乳酸桿菌和寡聚糖的合生元組比對照組和單獨使用乳酸桿菌及寡聚糖組,均能顯著提高斷奶仔豬糞便中乳酸桿菌和雙歧桿菌的含量,并且能顯著降低梭菌和腸桿菌的含量。說明益生元可以增強益生菌的生物功能。李樹鵬等使用黃芪多糖及由乳酸菌和芽孢桿菌組成的益生菌飼喂雛雞后發(fā)現(xiàn),與對照組相比,在回腸,黃芪多糖、益生菌及合生元組21和42日齡乳酸菌數(shù)量分別比對照組增加了3.46%、6.92%、9.66%和2.92%、7.7%及11.02%;雙歧桿菌分別增加了4.41%、7.86%、11.45%和4.38%、7.53%及12.19%;大腸桿菌分別減少了7.85%、11.71%、14.27%和4.11%、12.04%及14.87%。在盲腸微生物區(qū)系中,3個試驗組21和42日齡乳酸菌數(shù)量分別比對照組提高了3.49%、9.51%、14.12%和4.46%、8.12%及11.27%;雙歧桿菌分別增加了4.42%、7.98%、11.17%和4.14%、6.81%及10.71%;大腸桿菌分別減少了2.72%、8.52%、11.61%和6.02%、12.59%及15.6%,差異均顯著。與單獨添加益生菌組相比,合生元組除21和42日齡回腸大腸桿菌及21日齡回腸乳酸菌數(shù)量差異不顯著外,其余均差異顯著。說明合生元組能更好的增加雛雞腸道乳酸菌和雙歧桿菌的數(shù)量,抑制大腸桿菌的生長。4.1.2果寡糖對乳狀腺素和細胞轉化的影響研究表明:甘露低聚糖和果寡糖等均可以充當免疫刺激因子,激活機體的免疫系統(tǒng),增強機體對抗原的免疫應答能力,促進動物體液免疫和細胞免疫能力,進而提高機體的抗病及生長能力。邵良平等向試驗組仔豬灌服甘露寡糖30d后發(fā)現(xiàn),甘露寡糖能顯著提高哺乳仔豬血清IgA和IgG的水平,并且能顯著提高哺乳仔豬植物凝集素(PHA)-淋巴細胞轉