益生元，益生菌复合微生态制剂作用机理的研究

柴振宇，苑丽园，张 彪，胡献文，田 木

1. 吉林师范大学博达学院 (四平 136000)2. 吉林师范大学 (四平 136000)>3. 东北农业大学 (哈尔滨 150030)

20世纪40年代，为了促进动物快速生长，在饲料中添加抗生素。但是随着抗生素长期广泛的使用，也逐渐产生了耐药性、药物残留、动物机体免疫力下降等弊端。微生态制剂以其绿色、安全、无药物残留等优点而被广泛重视和使用。

“益生菌”这一概念是由Lilly等[1]在1965年首先提出的，益生菌是一类对宿主产生有益作用的活性微生物的总称，是定植于人体肠道、生殖系统内，能产生确切健康功效从而改善宿主微生态平衡、发挥对肠道有益作用的活性有益微生物的总称。人体、动物体内有益的细菌或真菌主要有：酪酸梭菌、乳酸菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌、放线菌、酵母菌等。

益生元作为一种膳食用的补充剂， 通过选择性的刺激一种或几种益生菌的生长与活性，从而可以改善寄主健康而不被消化吸收的物质[2]。益生元主要是功能性低聚糖，包括寡糖类物质或低聚糖类物质，常见的益生元有低聚果糖、低聚异麦芽糖、葡聚糖、菊粉、猴头菇多糖和香菇多糖等。益生元不能直接被机体利用发挥作用，而是通过益生菌共同发挥作用。机体消化道内没有分解益生元的物质，因此其大部分益生元物质可通过机体小肠和胃而不被分解利用，直接进入大肠内被双歧杆菌、乳酸菌等益生菌利用[3]。

国内外研究表明，益生元具有增殖有益菌、抑制有害菌、调节肠道菌群、增强免疫力、润肠通便、促进矿物质吸收的作用，对结肠癌、炎症性肠道疾病和急性感染具有有益的影响[4-5]。其主要应用于乳制品、保健食品、复合制剂和饲料业中。如：双歧杆菌和低聚果糖一同使用，可以发挥出更加理想的生理代谢功能和营养价值，同时低聚果糖有着口感良好、安全性强等优点，所以通常以复合制剂的形式应用，常见于婴幼儿食品、乳制品、保健食品等产品中[6]。在饲料中，益生元可以作为绿色天然添加剂，已经被广泛应用到鸡饲料、猪饲料和水产饲料中去，异麦芽寡糖、果寡糖、甘露寡糖等，都是饲料中经常添加的益生元，在提高养殖质量方面发挥着重要作用[7]。

1 益生元、益生菌复合微生态制剂

微生态制剂又称微生态调节剂，是指在微生态学理论指导下，调整微生态失调，保持微生态平衡，提高宿主健康水平或增进健康状态的益生菌及其代谢产物和生长促进物质的制品[8]。微生态制剂分为益生菌、益生元和合生元[9]。

益生元、益生菌复合微生态制剂，即制备的复合微生态制剂是由多种益生菌混合培养制备，同时为了提高益生菌活菌总数，更好发挥调节作用在益生菌的混合培养过程中添加对益生菌起促进作用的益生元物质。微生态制剂常用的益生菌必须满足以下几点要求：第一，没有致病性，并且不能产生毒副作用；第二，可以在肠道内定植，发挥益生的功效；第三，具有一定的活菌总数[10]。有研究表明，添加低聚果糖等益生元类物质可以起到促进双歧杆菌的增长，调节机体肠道菌群平衡的作用[11-12]。益生元，益生菌复合微生态制剂之所以能起到调节机体胃、肠道菌群平衡，增强机体免疫力，主要有以下几点作用机理。

2 益生元，益生菌复合微生态制剂的主要作用机理

2.1 益生菌竞争性排斥理论

正常状态下，益生菌在细胞粘膜上定植，构成机体的微生物屏障，防止病原微生物的入侵。由于宿主机体的消化道定植位点被益生菌占据后，有害的病原微生物侵染几率降低，从而能够降低机体感染疾病，增强抵抗疾病的能力。以仔猪为例，猪消化道内存在少量的大肠杆菌不会产生致病作用，但是大肠杆菌在消化道内如果过度繁殖便会导致动物发病。由乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌三种益生菌混合培养制备而成的复合微生态制剂添加到饲料中，用来饲喂仔猪的实验表明，复合微生态制剂中的乳酸菌定植于胃非分泌上皮后，大肠杆菌的定植位点被占据，从而控制大肠杆菌的繁殖，防止猪感染疾病。同时，乳酸菌在生长代谢过程中会产生酸性物质，酸性物质可以抑制消化道内革兰氏阴性病原菌的生长，维持了消化道微生态的平衡。

周伏忠等[13]以嗜酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌三种有益菌经优化制成的新型复合微生态制剂能明显促进哺乳仔猪小肠内微生物种群数量的增加，其中乳酸杆菌数量的增加幅度达200 %，明显大于大肠杆菌数量的增加幅度(61.54 %)，这样对小肠内的微生物群落进行了调整，哺乳仔猪的健康水平和生产性能也得到了提高。

2.2 生物夺氧学说

微生态系统的平衡状态是肠道内需氧菌和厌氧菌共同调节作用的结果。复合微生态制剂中的枯草芽孢杆菌是一类需氧菌，枯草芽孢杆菌在生长繁殖的过程中会消耗肠道内的氧气从而促进肠道内厌氧菌或兼性厌氧菌的生长；微生态制剂中的酵母菌是一类厌氧菌，酵母菌在生长繁殖过程中产气，产酸，产生的酸性物质可以降低肠道的pH值，从而又可以促进微生态制剂及肠道中的乳酸杆菌的生长[14-15]，正是复合微生态制剂中存在的厌氧菌和需氧菌共同调节机体的胃肠道，从而使机体的胃肠道的微生态系统处于平衡状态。

傅金衡等[16]以蜡样芽胞杆菌、双歧杆菌和低聚果糖制成的复合微生态制剂依据微生态原理，利用蜡样芽孢杆菌造成体内厌氧环境，促进正常菌群中的厌氧菌成员生长和繁殖；低聚果糖可选择性增殖双歧杆菌，被双歧杆菌代谢后会产生醋酸及乳酸，使肠道呈酸性，抑制有害菌的增殖，促进肠道的蠕动双歧因子促进双歧杆菌生长，再强化补充双歧杆菌来建立微生态平衡，达到预防和治疗抗生素的副作用的目的。

2.3 提高机体免疫功能

肠道菌群与机体免疫功能有密切关系，复合微生态制剂中的乳酸菌，酵母菌以及枯草芽孢杆菌都可以起到提高机体免疫功能的作用。复合微生态制剂中的益生菌也可直接对宿主的免疫系统发挥作用，刺激免疫器官的发育，增强巨噬细胞的活力，从而可以对免疫系统起到辅助作用。复合微生态制剂中的乳酸菌可以定植于肠道内，刺激肠粘膜免疫系统，严重影响肠道粘膜免疫系统。复合微生态制剂中的枯草芽孢杆菌可以刺激机体的免疫细胞，提高机体的非特异性免疫作用。复合微生态制剂中的酵母菌细胞壁中的活性成分可以提高机体的免疫力。

动物摄入复合微生态制剂后，复合微生态制剂中的有益菌及其代谢产物通过站位、竞争、拮抗等作用使乳酸杆菌、双歧杆菌和蜡样芽胞杆菌等有益菌在短时间内发展成为优势菌群，对动物肠道的菌群微生态平衡进行调节与改善，同时复合微生态制剂中的活菌制剂在代谢过程中可分解产生多种消化酶和营养因子，促进营养物质的消化和吸收，微生态制剂中的有益菌株还可以促进动物机体免疫器官的发育，增强机体的免疫力。

有研究表明，将拟杆菌微生态制剂饲喂仔猪，可以提高仔猪产生免疫抗体的能力，从而增强仔猪抗猪瘟与猪蓝耳病的免疫力[17]。植物乳杆菌可以增强炎症性肠道内巨噬细胞合成和分泌白介素-10[18]。猪、鸡日粮中添加乳杆菌、芽孢杆菌等益生菌可增强巨噬细胞活性，提高血清中酶活性和抗体水平，从而提高动物机体的非特异性免疫机能水平[19]。

黄其田等[20]通过分析仔猪的日增重、采食量、腹泻率及成活率选出效果最佳的复合微生态制剂的实验表明，断奶仔猪词粮中添加复合微生态制剂可以有效提高日增重，降低耗料增重比，降低病死率，促进仔猪的生长，提髙仔猪的生产性能。

2.4 促生长，提高营养物质利用率

芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性，可以降解饲料中的某些抗营养因子，从而提高饲料转化率。在肠道内促进生长有益微生物的生长繁殖，产生维生素、氨基酸等各种营养物质，参与机体的新陈代谢，促进动物生长。有多项研究表明，复合微生态制剂作为动物饲料添加剂，具有促生长、提高营养物质利用率及降低料重比等多种功能，起到增加经济效益的作用。

Kantas等[21]研究表明，在基础日粮中联合添加微生态制剂和酸化剂可有效调节仔猪肠道微生态平衡，减少致病菌含量并提高乳酸菌含量，从而降低腹泻率，并可提高仔猪日增重，降低料重比。而朱剑锋等[22]添加1 000 mg/kg以热灭活嗜酸乳杆菌、肉桂醛和有机酸等组成的复合微生态制剂，能显著降低断奶仔猪粪便中大肠杆菌数量，显著增加粪便中乳酸菌数量的试验结果与上述试验结果类似。贾卿等[23]的研究表明把0. 05%由枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌等组成的复合微生态制剂添加到肉仔鸡基础日粮中，能提高肉仔鸡的均重量及日增重。刘凤美等[24]研究表明在肉仔鸡基础日粮中分别添加0. 5% 乳酸菌、0. 5% 的枯草芽孢杆菌和0. 5%混合菌均能够改善肉鸡的生长性能，且复合菌的使用效果在各方面都要显著优于单一的乳酸菌或枯草芽孢杆菌。陈西风等[25]研究表明在爱拔益加( AA) 白羽肉仔鸡基础日粮中添加0.1%、0.2%由乳酸菌、双歧杆菌、芽孢杆菌、维生素等组成的复合微生态制剂可显著提高肉仔鸡的平均日采食量和平均日增重，显著降低料重比，其作用效果可于抗生素的作用效果相当。

以上的研究表明，动物饲料中添加了复合微生态制剂之后，动物的生长性能得到了改善，且证明了复合微生态制剂比单一的微生态制剂的作用更明显。

2.5 微生物代谢产物

微生物在代谢过程中可以产生有机酸，多种消化酶类物质以及某些重要的营养物质。

复合微生态制剂中的益生菌可以产生乳酸、乙酸等有机酸，它们可以促进机体的肠道蠕动，抑制肠道病原菌的生长；同时有机酸也是动物容易利用的物质，尤其是那些消化系统发育不完全的断奶仔猪。复合微生态制剂中的益生菌在代谢过程中可产生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、多糖水解酶等多种消化酶类物质，这些酶类物质有利于降解饲料中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等物质，促进微量和常量元素的吸收，使饲料的消化利用率得以提高，从而可以促进动物生长发育和增加其体重。复合微生态制剂中的益生菌还能够合成多种维生素，如叶酸、烟酸、维生素 B1等营养物质，产生大量的乳酸而形成机体的酸性环境，从而促进机体对矿物质元素如钙、铁、锌等物质的消化吸收，从而促进畜禽的生长。

金鹿等[26]研究表明：在蛋鸡日粮中添加100g/t的复合微生态制剂(枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酪酸菌等)，显著提高了蛋鸡的生产性能，究其原因，有益菌在动物体内可产生淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等消化酶，从而降解植物性饲料中某些较复杂的碳水化合物，提高了饲料的转化率，显著提高了动物的生产性能。曲鹏等[27]在蛋鸡日粮中添加的复合微生态制剂，能产生乳酸，使肠道的pH值降低，促进VD及钙、磷、铁等矿物质微量元素的吸收，既具有很好的营养作用，也能预防矿物质、维生素缺乏，减少应激反应，有利于鸡蛋蛋壳的形成，同时，复合微生态制剂中的酶有助于饲料成分的消化吸收，增加了鸡对饲料中钙、磷的利用率，改善了鸡蛋品质。

另外，李雪龙等[28]通过摇瓶培养及平板菌落计数分析进行BL63516的体外增殖试验，进行筛选适宜与BL63516复配的益生元，并找到了每种益生元的最适添加量。其结果表明低聚果糖、低聚异麦芽糖、聚葡萄糖、菊粉、低聚半乳糖、大豆低聚糖、低聚木糖等7种寡糖类益生元在最适添加量均可使BL63516 增殖1.7 倍以上，其中低聚果糖的最适添加量为0.05%；低聚异麦芽糖为5.00%；聚葡萄糖为0.5%；菊粉为0.01%；低聚半乳糖为0.50%；大豆低聚糖为5.00%；低聚木糖为0.5%。也就是说在一定范围内，7 种寡糖类益生元对地衣芽孢杆菌BL63516 益生菌都具有增殖作用。蔡桂林等[29]通过在益生菌酸奶冰淇淋中添加益生元，研究不同益生元对冰淇淋感官性质、物理性质及益生菌活菌数的影响的试验结果表明，添加低聚异麦芽糖、低聚果糖、菊粉和聚葡萄糖等4种益生元的益生菌酸奶冰淇淋的嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌及乳双歧杆菌的活菌数均高于对照组，且添加1%菊粉冰淇淋的益生菌活菌数最高。由此可以看出，复合微生态制剂发挥的作用是由高活力的多种益生菌共同调节的结果，在对益生菌起促进作用的益生元的作用下，进入肠道的益生菌活菌总数增多，使复合微生态制剂更有利于发挥抗病、保健的有益作用，更好地发挥功效。

3 结语

复合微生态制剂以其高效性、安全性、无药物残留等优点虽不能完全代替抗生素，但是不能否认其良好的治病作用以及提高动物健康水平、饲料利用率的作用，未来会有更加优良的复合微生态制剂在减少使用抗生素方面，给人类带来更多的福利。复合微生态制剂之所以能够促进机体生长，提高机体免疫力的主要原因是微生态制剂中益生菌和益生元联合发挥的作用，而机体的存活与生长是由多种益生菌共同调节发挥作用的结果。微生态制剂发挥作用的程度也由益生菌的活菌总数决定，只有达到一定的活菌数才能发挥有效的作用，这就是需要制备高活力的复合微生态制剂的真正目的。所以说益生元，益生菌复合微生态制剂意义重大。益生元，益生菌复合微生态制剂必将成为能够促进动物生长、提升畜禽产品品质的良好物质。