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(guò)食物鏈對(duì)人類(lèi)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(kāi)發(fā)一些通過(guò)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(wú)毒、無(wú)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)益生素和益生索的定義
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)后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(lèi)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(guò)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(guò)增強(qiáng)非特異性免疫功能來(lái)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(guò)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(guò)來(lái)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，分泌的酶可水解此鍵，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(guò)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(lái)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(zhuān)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)益生意和益生素均可使優(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(guò)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(guò)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)物飼喂塞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^(guò)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(lèi)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(yáng)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(guò)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(wú)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。
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(guò)食物鏈對(duì)人類(lèi)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(kāi)發(fā)一些通過(guò)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(wú)毒、無(wú)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)益生素和益生索的定義
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)后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(lèi)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(guò)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(guò)增強(qiáng)非特異性免疫功能來(lái)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(guò)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(guò)來(lái)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，分泌的酶可水解此鍵，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(guò)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(lái)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(zhuān)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)益生意和益生素均可使優(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(guò)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(guò)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)物飼喂塞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^(guò)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(lèi)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(yáng)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(guò)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(wú)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。
