摘要 介紹了化學(xué)益生素和益生素的作用機(jī)理。益生素不僅可促進(jìn)動(dòng)物體內(nèi)微生物的代謝,而且可押制有害物質(zhì)的生長(zhǎng),從而提高動(dòng)物的免疫力。并詳述了化學(xué)益生素和益生素在豬、禽飼料中的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞 化學(xué)益生素;益生素;動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)
抗生素應(yīng)用于飼料行業(yè)已有50年左右的歷史,它為畜牧業(yè)的飛速發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用。但現(xiàn)在人們也逐漸意識(shí)到,抗生家長(zhǎng)期添加于飼料中,不僅對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生不良后果,亦有可能通過食物鏈對(duì)人類的健康造成威脅。兼于抗生素的不利影響,研究人員一直致力于開發(fā)一些通過調(diào)整動(dòng)物胃腸道平衡,以達(dá)到促進(jìn)生長(zhǎng)和維持動(dòng)物健康等目的的飼料添加劑,具有無毒、無任何負(fù)作用的微生態(tài)制劑(Microecolohi-cal agents)就成了人們研究的熱點(diǎn),其中最重要的兩種即為化學(xué)益生素(prebiotics)和益生素(Probiotics)。
1 化學(xué)益生素和益生素的定義
化學(xué)益生素一詞譯于“Prebiotics”,也稱前生素、益生元等。它是一種非消化性食物成分,到達(dá)大腸后可選擇性地為大腸內(nèi)的有益茵降解利用,卻不為有害菌所利用。它包括多種物質(zhì),如含氮多糖或寡糖、輔酶、某些氨基酸和維生素,甚至包括半纖維素和果膠等。但現(xiàn)在研究和應(yīng)用較多的為寡糖類物質(zhì),如低聚果糖(FOS)、甘露低聚糖(MOS)及異麥芽低聚糖等。
益生素一詞譯于“Probiotics”,也稱益生菌、促生素、利生素等,此詞是由Paker于1974年首先提出的。益生素的定義較多,但目前較新且較為全面的是由Soggaard(1990)年給出的:益生素是指攝入動(dòng)物體內(nèi)參與腸內(nèi)微生物平衡的具有直接通過增強(qiáng)動(dòng)物對(duì)腸內(nèi)有害微生物群落的抑制作用,或者通過增強(qiáng)非特異性免疫功能來預(yù)防疾病。而間接起到促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)作用和提高飼料轉(zhuǎn)化率的活性微生物培養(yǎng)物。
2 化學(xué)益生素和益生素的作用機(jī)理
目前人們對(duì)化學(xué)益生素和益生素的作用機(jī)理了解得仍不十分深入,但它們均是通過調(diào)控腸道微生物平衡,增殖有益菌,抑制有害菌,使有益菌成為優(yōu)勢(shì)菌群,而菌群的改變反過來又作用于宿主,以此達(dá)到各種目的。大多數(shù)化學(xué)益生素由于其自身的結(jié)構(gòu),不能被胃腸道分泌的消化酶所水解(如低聚果糖含β-1,2糖苷鍵,動(dòng)物分泌的消化酶只含有水解α-1,4糖苷鍵的酶),而大腸中的有益菌如雙歧桿菌、乳酸菌等,分泌的酶可水解此酶,因而得到養(yǎng)分而增殖,而絕大多數(shù)有害菌由于不能分泌此酶,在有益菌增殖的同時(shí),活性也受到抑制。至于益生素,它本身就是一種有益活菌制劑,直接添加于飼料中或通過口服而到達(dá)動(dòng)物體內(nèi),然后在腸道內(nèi)寄居,“增殖,使腸道微生物調(diào)整到平衡狀態(tài)。因此,化學(xué)益生素和益生素歸根到底是作用于腸道內(nèi)的微生物而起作用的。
2.1 微生物的作用方式
2.1.1形成優(yōu)勢(shì)種群 正常動(dòng)物腸道內(nèi)的細(xì)菌與宿主保持著動(dòng)態(tài)平衡,且微生物種群中的優(yōu)勢(shì)種群對(duì)整個(gè)種群起決定作用,但由于現(xiàn)代的集約化飼養(yǎng),動(dòng)物應(yīng)激因子增多,如換料、轉(zhuǎn)群等的刺激,就會(huì)使原來的優(yōu)勢(shì)種群發(fā)生更替,而添加化學(xué)益生素和益生素的目的就是為了恢復(fù)優(yōu)勢(shì)種群。田允波等(1999)指出,一般情況下,豬雞腸道內(nèi)優(yōu)勢(shì)種群為厭氧菌(占99%以上,而需氧菌和兼性厭氧菌只占1%),其中主要是擬桿菌、雙歧桿菌及乳酸桿菌等,但動(dòng)物處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí),兼性厭氧桿菌等顯著增加,專性厭氧桿菌顯著減少,這時(shí)可誘發(fā)動(dòng)物腹瀉、下痢等,但添加化學(xué)益生素和益生素均可使優(yōu)勢(shì)種群得到恢復(fù),而使動(dòng)物處于正常生理狀態(tài)。周中凱等(1999)在綜述中指出,寡糖可特異性地增殖優(yōu)勢(shì)種群微生物,如雙歧桿菌、乳酸菌等,同時(shí)也可抑制有害菌。
2.1.2 形成菌群屏障 通過添加化學(xué)益生素和益生素均可使動(dòng)物腸道內(nèi)有益菌增加。有益苗可競(jìng)爭(zhēng)性地抑制病原菌附著在腸壁上,它們有的通過改變有害菌附著的受體結(jié)構(gòu),有的由于與病原菌結(jié)構(gòu)相似,同病原菌競(jìng)爭(zhēng)附著空間,而起到屏障作用。因此,給幼齡動(dòng)物飼喂寡糖或益生素均可有助于建立正常的有益的微生物區(qū)系,排除或控制潛在的病原體。
2.1.3 造成厭氧環(huán)境 以益生素形式添加孢子菌,或添加寡糖特異性地增殖芽胞桿菌,它們?cè)诜敝尺^程中均可消耗腸內(nèi)氧氣,在局部范圍內(nèi)造成厭氧環(huán)境,降低氧化--還原電勢(shì),有利于厭氧微生物生長(zhǎng),從而把失調(diào)菌群恢復(fù)到正常狀態(tài),以達(dá)到防病、治病、促生長(zhǎng)的目的。
2.2 微生物的代謝
2.2.1 降低腸道pH 添加化學(xué)益生素如寡糖類物質(zhì),或飼喂益生素,動(dòng)物腸道內(nèi)的乳酸菌和鏈球菌含量會(huì)增多,它們就會(huì)產(chǎn)生更多的有機(jī)酸使腸道內(nèi)pH值下降,可以抑制包括很多革蘭氏陽性菌在內(nèi)的病原菌的繁殖,同時(shí)它們也可產(chǎn)生溶菌素、過氧化氫等,也可抑制幾種潛在的病原微生物。
2.2.2 抑制有害物質(zhì)的產(chǎn)生 腸道內(nèi)的腐敗菌,大腸桿菌等增多,會(huì)產(chǎn)生一些有害物質(zhì),如氨、生物胺、吲跺和酚等,這些物質(zhì)具有潛在抑制生長(zhǎng)和致癌作用。但添加寡糖或益生素后,生成這些物質(zhì)的酶活性會(huì)受到抑制,因而生成的有害產(chǎn)物的量就得到控制。
2.2.3 維生素B族、K族及消化酶的合成與分泌增多 研究表明,動(dòng)物飼喂寡糖或益生素可使腸道內(nèi)有益菌如乳酸菌、雙歧桿菌等增多,而它們可在腸內(nèi)合成維生素B族和K族及蛋白質(zhì),從而加強(qiáng)動(dòng)物體的營(yíng)養(yǎng)代謝。但Savage(1986)指出,雖然微生物可為宿主提供少量的維生素及氮,但這對(duì)動(dòng)物組織營(yíng)養(yǎng)可能意義不大。Hotten(1988)報(bào)道,有益微生物可在體內(nèi)產(chǎn)生多種消化酶,從而提高飼料消化率,如芽胞桿菌具有很強(qiáng)的蛋白酶、脂肪酶及淀粉酶活性,且還能降解某些飼料中較復(fù)雜的碳水化合物。
2.2.4 提高動(dòng)物免疫力 Fuller(1989)指出,直接飼喂活的微生物可刺激動(dòng)物腸道免疫器官發(fā)育,提高動(dòng)物抗體水平或提高巨噬細(xì)胞活性,增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。Wren(1987)研究表明,乳酸桿菌可以某種免疫調(diào)節(jié)因子的形式起作用,刺激腸道某種局部型免疫反應(yīng)。Peter Spring博士曾就化學(xué)益生素(MOS)對(duì)仔豬免疫力的影響進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,飼喂MOS的常規(guī)豬和無菌豬膽汁中、腸道內(nèi)及血清中的免疫球蛋白濃度都顯著升高,腸道淋巴細(xì)胞數(shù)也顯著增加。葉成遠(yuǎn)(1999)在綜述中指出,MOS也會(huì)使內(nèi)細(xì)胞素-2濃度提高,而它是參與T細(xì)胞的增殖與分化的,同時(shí)也可使活化T細(xì)胞分泌的細(xì)胞激動(dòng)素IFN活力增加。
3 化學(xué)益生素和益生素在動(dòng)物營(yíng)蘇中的應(yīng)用
對(duì)于化學(xué)益生素國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的較多為寡糖,有關(guān)化學(xué)益生素和益生素作用效果報(bào)道較多,但多不一致,總的來說在促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng),提高飼料利用串,預(yù)防和治療疾病,提高動(dòng)物繁殖力,增強(qiáng)機(jī)體健康及改善環(huán)境等方面均起到重要作用。
3.1 豬
Farnworth等(1992)報(bào)道,斷奶仔豬日糧中添加1.5%的化學(xué)益生素(FOS),可使日增重顯著提高。我國(guó)的盧富莊(1999)報(bào)道,化學(xué)益生素(FOS)可使仔豬日增重提高6.4%,單位飼料消耗降低11.7%,飼料效率提高10%,每千克飼料成本減少10%。日本在化學(xué)益生素(寡糖)的研究和應(yīng)用方面,起步較早,是從80年代中后期開始的。根據(jù)日本北里大學(xué)研究和日本農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)期使用化學(xué)益生素后總結(jié)發(fā)現(xiàn):化學(xué)益生素可提高母豬泌乳量,同時(shí)未成熟胎兒發(fā)生率降低10%,母豬從斷奶至發(fā)情的時(shí)間間隔從10d縮短至7d??墒鼓肛i產(chǎn)仔數(shù)增加0.7頭,公豬精于密度提高20%~25%,受胎率提高;母豬便秘減少,斷奶仔豬體重從5.4kg提高到6.3kg,下痢大幅下降,亦可改善夏季采食量下降對(duì)豬造成的不利影響。林勇等(1999)及劉亞力(1999)指出,化學(xué)益生素還可顯著降低仔豬產(chǎn)生的氨、吲垛、糞臭素及對(duì)甲酚等有害物質(zhì)。
益生素?zé)o論在仔豬、母豬還是生長(zhǎng)肥育豬上應(yīng)用報(bào)道均較多,且一般具有正效果。Bekaert等(1993)就益生素(啤酒酵母I-4049)和抗生家(弗吉尼亞霉素)對(duì)仔豬的增重效果進(jìn)行比較,結(jié)果仔豬日增重與飼料效率均無顯著差異。Poll-man對(duì)3207頭仔豬飼喂益生素的結(jié)果表明,可顯著提高仔豬日增重和飼料報(bào)酬。權(quán)吉錫等(1996)報(bào)道,生長(zhǎng)肥育豬添加益生素制劑可使日增重提高9.5%。研究也表明,母豬日糧中添加益生素也可使斷奶仔豬數(shù)和斷奶體重顯著提高。Doelson等報(bào)道,20頭母豬日糧添加枯草桿菌制劑,平均斷奶仔豬數(shù)和斷奶仔豬重比對(duì)照分別提高5.85%和3.4%。至于仔豬增重是由于有益菌通過母豬傳給仔豬,還是由于母豬的健康狀況更加穩(wěn)定,尚不確定。但Willianms指出,母豬飼喂益生索后,可使后腸養(yǎng)分發(fā)酵供能增多,有助于養(yǎng)分利用和提高產(chǎn)奶量,因而提高仔豬日增重和斷奶體重日齡。同時(shí),母豬是否能將活菌傳給仔豬,活菌進(jìn)入仔豬體內(nèi)后是否能繼續(xù)存活,尚值得懷疑。因此,第二種觀點(diǎn)似乎還有些根據(jù),但這還需要更進(jìn)一步研究證明。
3.2 家禽
化學(xué)益生素在仔雞上應(yīng)用較多。葉成遠(yuǎn)(1999)綜述指出,雛雞飼料中應(yīng)用寡糖可使育雛效果良好,飲水增加,育成率提高,飼料轉(zhuǎn)化率和日增重明顯改善;也可顯著提高蛋雞產(chǎn)蛋率,且在蛋雞飼料中具有廣闊的應(yīng)用前景。
Oyzabal等(1996)給肉雞飼喂化學(xué)益生素(FOS)后,發(fā)現(xiàn)其抗病力增加。吳天星(1997)曾對(duì)肉仔雞日糧中添加化學(xué)益生素(FOS)的最佳劑量進(jìn)行了研究。結(jié)果指出,添加水平以0.25%~0.50%為宜,這期間可明顯促進(jìn)雞的生長(zhǎng)和改善飼料報(bào)酬,但當(dāng)添加量達(dá)到1.00%后,肉雞腹瀉率增加,飼料報(bào)酬及日增重還低于0.50%的組,這可能是由于仔雞腸道微生物對(duì)寡糖的利用能力有限所致。
仔雞日糧中添加益生素可提高肉雞的日增重、飼料轉(zhuǎn)化率及群體均勻度,預(yù)防和治療雞白痢等疾病。詹志春等(1993)報(bào)道,益生素可使肉雞增重提高14.1%,料重比下降7.6%。于永波(1994)指出,15周齡蛋雛雞日糧中添加益生素,使增重提高7.3%,料重比下降19.3%,死淘率下降36.4%。Georgia研究表明,益生素可使7~14周齡小母雞群體均勻度提高28%~42%。田允波等(1999)綜述也指出,益生素可預(yù)防和治療雞白痢,也可使蛋雞的生產(chǎn)期平均延長(zhǎng)12d,而飼料消耗和死亡率均明顯下降。
3.3 改善飼料品質(zhì)
化學(xué)益生素可抑制飼料霉菌毒素的活性。其中甘露寡糖(MOS)可通過物理吸附或直接與霉菌毒素結(jié)合,且不破壞毒素的化學(xué)結(jié)構(gòu),因此飼料成分不受到影響。Trenholm(1998)研究表明,MOS的細(xì)胞壁和完整的細(xì)胞均可結(jié)合玉米赤霉烯酮。Raju(1998)模擬肉雞消化道體外試驗(yàn)表明,MOS對(duì)黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和豬曲霉毒素的結(jié)合率分別為88.5%,51.6%和26.4%。Mahesh等(1996)體外試驗(yàn)表明,高劑量的MOS與硅酸鈣鈉鹽對(duì)家禽飼料中AF結(jié)合率均高于80%。
液體飼料在國(guó)外應(yīng)用較廣,一般在豬肥育時(shí)飼喂。研究表明,益生素可改善液體飼料品質(zhì)。已經(jīng)證明,乳酸片球菌(Bactocell PA)作為一種益生素添加于液體飼料中效果良好,使用乳酸片球菌對(duì)液體飼料進(jìn)行“清洗”,可使飼料效率改善2.5%,豬日增重提高8.3%,各種損耗明顯下降。當(dāng)乳酸菌迅速增殖時(shí),乳酸含量就會(huì)明顯增多,因而液體飼料pH值就會(huì)顯著下降。這種酸化作用就會(huì)抑制儲(chǔ)存和飼喂系統(tǒng)中的一些病原菌的生長(zhǎng),使微生物分布重新調(diào)整到有利于動(dòng)物健康的方向,同時(shí)乳酸菌也會(huì)競(jìng)爭(zhēng)排斥液體飼料中對(duì)宿主無益的微生物。這項(xiàng)生物學(xué)技術(shù)是全新的,它將研究方向放在減少微生物對(duì)飼料的降解上,而微生物對(duì)液體飼料的降解,可使其品質(zhì)下降,如使口味變差,飼料的可利用養(yǎng)分減少等。因此應(yīng)用前景也較廣闊。
4 結(jié)語
實(shí)際生產(chǎn)中,由于化學(xué)益生素和益生素所含成分不同、添加劑量、方式、作用對(duì)象及應(yīng)用環(huán)境等各方面因素均會(huì)影響它們的作用效果,因此,在這方面尚有很長(zhǎng)的路要走。但我們必須看到,作為一種新型的綠色飼料添加劑,由于無毒、無任何副作用,同時(shí)某些時(shí)候在某些方面的作用效果已經(jīng)趕上甚至超過了抗生素,因此,它們?cè)谖磥淼奶砑觿┦袌?chǎng)中一定會(huì)占有越來越多的市場(chǎng)份額。
由于化學(xué)益生素以特異性地增殖某些有益菌,而益生素本身是飼喂給動(dòng)物的一種活菌制劑,從理論上講,它們兩者結(jié)合使用效果應(yīng)該比較不錯(cuò),但目前尚未發(fā)現(xiàn)此類的報(bào)道。相信這也將會(huì)成為化學(xué)益生素和益生素的研究熱點(diǎn)之一。
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