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益生菌对动物营养素吸收与代谢的影响研究
  作者:王静等 摘自:中国饲料工业信息网 日期:2013-03-18  

  摘要:益生菌是指对人畜无害而有益的活体微生物。益生菌与宿主消化道正常菌群互相作用,参与动物生长、发育,营养物质消化吸收及各种功能发生、发展的全过程。研究益生菌对动物营养物质消化、吸收机理和特点,对益生菌在动物生产中的应用有极其重要的意义,为益生菌制剂的研发及在生产中的应用提供理论基础。

  关键词:益生菌、营养素、吸收、代谢、芽孢杆菌、乳酸菌

  前言

  益生菌是指对人畜无害而有益的活体微生物。国内外益生菌研究较多的是枯草芽孢杆菌及链球菌,我国则以芽孢杆菌、乳酸菌研制为主[1]。研究表明,芽孢杆菌能够促进动物饲料养分吸收利用,提高生产性能,增强机体免疫力等[2];而乳酸菌作为目前应用最多、研究较广的一类益生菌,能够维持动物肠道微生物区系平衡、在动物消化道内粘附和定植、能分解食物中蛋白质、糖类、合成维生素、增强动物机体免疫力[3]。何明清[4]等根据大量研究,将益生菌与动物营养、免疫和代谢间的关系概况为五个方面:(1)产酶。促进养分消化吸收,提高饲料转化率;(2)合成蛋白质、维生素;(3)促进体内有益菌的增殖,抑制有害菌的繁殖;(4)增强非特异性免疫功能;(5)净化环境,降低粪、尿臭味。

  一、动物消化道正常菌群

  正常微生物群是微生物与其宿主在共同生物进化过程中形成的生态系。动物出生时胃肠内是无细菌的,出生后不久便有细菌定居。其后,随动物的生长发育、进食饲料、饮水等生命活动,定居的正常菌群的种类及数量有所变化。胃肠道内的温度、pH值、粘膜结构、氧还电位、微生物间的相互作用等都为胃肠道菌群产生影响[5]。

  1.1猪禽胃肠道菌群

  猪肠道菌群优势菌群有三类:乳酸菌、拟杆菌、肠杆菌。据报道,成年猪粪便菌群总菌数在1010个/g以上,并以拟杆菌等厌氧菌占最优势,其次为乳酸菌,而链球菌和肠杆菌一般为107-108个/g左右;鸡胃肠道内优势菌群为乳杆菌,约109个/g,链球菌、肠杆菌也有定制,一般为107-108个/g。

  1.2反刍动物胃肠道菌群

  反刍动物瘤胃内定居有大量微生物,大约50-100万个原虫和100亿个/g以上的细菌。这些微生物群约占瘤胃内容物的3-4%。瘤胃内养分的合成分解主要有细菌完成,其次是原虫。瘤胃内正常菌群按作用分为纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌等,此外还有产甲烷菌、分解尿素菌、合成维生素菌等。

  1.3其他动物肠道菌群

  兔盲肠优势菌群为拟杆菌,其次为厌氧弯曲杆菌、消化球菌等,约为108个/g;猫狗等优势菌群分别为拟杆菌、真杆菌、消化链球菌等。

  二、益生菌与动物营养素吸收、代谢

  代谢是细菌的基本特征之一,其代谢旺盛,同时能分泌大量活性物质,因此微生物与机体营养指间的关系密切[6]。细菌代谢分为分解与合成两个过程。细菌一方面从外界摄取营养物质,在细胞内经过各种化学变化,将营养物质转化为细菌本身组织;另一方面,细菌组织又不断分解排出体外。微生物生长过程中需要各种营养因子,如能量、碳源、氮源、维生素、常量元素、微量元素等。尤其是肠道优势菌群,它们的营养需要往往比其他菌群要高的多,如嗉囊中部分乳酸杆菌都是嗜酸乳酸杆菌的变种,嗉囊中脱落的上皮细胞是起营养的主要来源。

  2.1益生菌与蛋白质代谢

  蛋白质是氨基酸通过肽键连接起来的生物大分子。经过细菌分解产生氨基酸能被机体利用。蛋白质在蛋白酶作用下分解成多肽,在羧肽酶作用下分解成氨基酸。枯草芽孢杆菌能合成明胶酶和酪蛋白酶,能水解明胶与酪蛋白;而大肠杆菌不产这两种酶,因而不能分解这两种蛋白质。据研究报道,水解蛋白质的细菌有变形杆菌、梭菌、芽孢杆菌、假单胞杆菌等;几乎所有的细菌都有肽酶,能分解蛋白质为氨基酸。研究表明赖氨酸缺乏日粮会导致盲肠中的真杆菌和肠杆菌数量下降以及乳酸杆菌数量明显下降[7]。在低水平蛋白质条件下,肠内菌的存在,能改善宿主的生长。

  肠内菌最大的作用之一是氨的生成。消化道中细菌作用下生成的氨,来源于氨基酸的脱氨基反应、尿素的分解以及细菌细胞的自身融解。肠内生成的氨通过肠道进入肝,在肝内通过尿素循环氨被解毒,形成尿素,部分被排除体外,另一部分经肠肝循环进入肠内,经肠内尿素酶作用形成氨。据研究报道,肠内优势菌的发酵乳杆菌、产气真杆菌、多酸拟杆菌等有强的尿素酶活性,肠内一部分氨经谷氨酸脱氢酶作用转换为谷氨酰胺,继而由于氨基转化酶作用转化为必需氨基酸的氨基,在进一步成为形成蛋白质的氨基酸源;另一部分氨作为肠内菌的菌体氨基酸源被利用,合成菌体蛋白质。

  2.2益生菌与碳水化合物代谢

  作为微生物生长必需的碳源,碳水化合物是微生物生长繁殖必不可少的营养素之一。同时,肠内菌分泌的酶能分解宿主不能消化的多糖类物质,使这些物质转化成小分子的葡萄糖等单糖,利于宿主吸收利用。多数肠内菌不仅对单糖和多糖有降解作用,对寡糖、多糖、糖苷、糖醇等糖类也具有酵解作用。

  单胃动物盲肠中微生物可向宿主提供25%-35%因细菌酶降解多糖而产生的营养物质。据研究报道,枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌具有较强的淀粉酶活性,能降解植物性饲料中复杂碳水化合物的酶,如果胶酶、葡聚糖酶、纤维素酶等哺乳动物和禽类体内不能合成的酶。

  2.3益生菌酶与动物机体代谢

  酶在益生菌的营养和呼吸方面是必不可少的。益生菌的酶按催化作用分为:①水解酶。各种微生物普遍具有的酶,能促进蛋白质、糖和脂肪等有机物的分解;②发酵酶。是在将糖类物质分解为简单化合物并产能反应中起催化作用。③呼吸酶。此类酶在益生菌呼吸过程中参与氢氧转移,如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等。

  益生菌酶活性的调节,是通过激活和抑制酶的活性以及酶合成的调节来完成的。同时,益生菌可通过自身代谢分泌的酶补充宿主机体内源酶的不足,尤其是幼龄动物更为明显。如细菌蛋白酶可增强宿主消化酪蛋白的胰蛋白酶的活性;嗜热脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等都能产生中性、碱性或酸性蛋白酶[8]。

  三、益生菌作用机理及在动物生产中应用研究进展

  综上所述,益生菌与宿主肠道菌群及营养物质消化、吸收、利用关系密切。因此人们可以通过添加微生态平衡和维持机体健康状态。研究报道,通过饮水与在日粮中添加饲喂益生菌均对动物生产性能有提高作用,在日粮中添加饲喂效果好于饮水饲喂。

  3.1益生芽孢杆菌作用机理及应用研究进展

  从上世纪七十年代起,国内外就对饲用芽孢杆菌进行了研究,先后在猪、禽、牛、兔子、老鼠等动物上了做了大量研究,通过研究发现,芽孢杆菌能提高动物体增重、饲料利用率,增强机体免疫力,平衡机体胃肠道微生态平衡等。

  芽孢杆菌为需氧菌,在生长过程中需要大量氧气,进入体内后,消耗大量的游离氧,降低氧还电位,利于厌氧微生物生长,保持肠道菌群稳衡,提高抗病力;芽孢杆菌另一特点是能够分泌大量胞外酶,促进饲料养分消化利用;益生芽孢杆菌在动物消化道内生长繁殖能够合成多种营养物质如维生素、氨基酸、促生长因子等,从而提高动物生产性能;此外,芽孢杆菌还可通过提高氮的利用率,减少粪便中氨的产量,降低粪臭。

  大量试验研究表明,日粮中添加芽孢杆菌制剂能够提高动物生产性能。胡东兴等(2001)研究报道,益生菌可产生脂肪酶、淀粉酶等,能够降解某些复杂碳水化合物,从而提高饲料转化率[9]。程茂基等研究发现黑曲霉可提高仔猪饲料消化率与肠道消化酶产量[10]。益生菌可促进雏鸡日增重、降低料重比,提高营养物质利用率[11]。

  3.2益生乳酸杆菌作用机理及应用研究进展

  乳酸菌是一类能利用可发酵糖产生大量乳酸的厌氧或兼性厌氧微生物[12]。其作用机理综述为以下几个方面:定植拮抗;产生抑菌物质;清理肠道有毒物质;提供营养物质;调节免疫系统功能。有研究报道大肠内微生物可将碳水化合物转变成短链脂肪酸。乳酸杆菌的代谢副产物乳酸、乙酸、过氧化氢等,可对潜在病原微生物有杀灭作用,使空肠、回肠pH值下降,促进营养物质的吸收。Lidbeck等(1992)证实了嗜酸乳杆菌能够预防人类因放疗而引起的腹泻[13]。

  李宗波(2005)[14]研究报道,乳酸菌进入体内后,能够分解食物中的蛋白质、糖类,合成维生素,直接为宿主提供部分可利用的必需氨基酸和部分维生素,同时还可以提高矿物元素的生物学活性,进而达到为宿主提供必需的营养素,增强的营养代谢,直接促进动物生长;张力等(2000)[15]报道,乳酸菌代谢产生乳酸,降低pH值,利于钙、磷等元素的吸收,同时乳酸的产生还可加强肠道的蠕动和分泌;L.Z.Jin(2001)[16]在肉仔鸡日粮中添加乳杆菌属培养物后,发现其不仅提高了肉鸡的生产性能,显著增强了40日龄肉鸡肠道淀粉酶的活性,与此同时,还发现乳杆菌属培养物能降低β-葡萄糖苷酸酶的活性。

  四、展望

  综上所述,大量研究结果显示,益生菌能够促进动物优势菌群定植与繁殖,帮助维持肠道菌群稳衡;并能够在自身代谢过程中产生多种消化酶、有机酸、营养物质、益生因子等,直接或间接参与宿主营养物质代谢、吸收过程。研究结果显示,日粮中添加益生菌对动物生产性能有促进作用,但其具体作用方式和机理方面研究较少,尤其是营养物质在消化道内的分解、吸收特点、方式和规律研究更少,加强此方面的研究有利于更详细、准确的理解益生菌对宿主营养素吸收代谢的影响,为益生菌在动物生产中的应用提供参考依据。

  参考文献

  [1] 江龙海,祁克宗,涂健.益生素(菌)的研究及其在畜牧生产中的应用[J].饲料博览,2006(7):7-10

  [2]杨汉博.地衣芽孢杆菌BL15和BL19对黄鸡的营养、微生态效应研究[D]四川农业大学.2002.05

  [3]付果花.发酵乳杆菌—Lactobacillus Fermentum F-6对肉鸡生长性能及消化功能的影响[D].2010,05

  [4]何明清.我国动物微生态制剂的起源、发展战略及应用前景[J]中国动物微生态学杂志.2001,6(3):166-176

  [5]何明清.动物微生态学[M]1994:2-40

  [6]Mary Ellen Sanders.1999.Probiotics.Food Technology.Vol.53, No.11: 67-77

  [7]Takashi Sasaki, et al. Phagocytosis of splenetic neutrophils of mice enhanced by orally administered pepeidoglycan from Bifidobacterium thermophilum.J.Vet.Med.Sci.1996,58(1):85-86

  [8]张日俊.消化道微生物与宿主营养素的吸收和代谢研究[J].中国饲料.2003(2):11-14

  [9]胡东兴、苪汉明.微生态制剂及其作用机理[J]中国饲料,2001,3:14-17

  [10] 程茂基 计峰 夏伦志等 黑曲霉益生菌对断奶仔猪生长及日粮养分消化的影响[J].中国饲料,2005,(7):11-19

  [11] 李新红 顾孝连.益生菌制剂和植酸酶对育成期雉鸡生长、营养物质利用的影响[J].上海交通大学学报(农业科学版),2006,24(4):321-325

  [12]杨洁彬,郭兴华,张篪等。乳酸菌生物学基础及应用[M].北京:中国轻工业出版社,1996,4.

  [13]Lidbeck A,Overnick E,Rafter J,et al.Effect of Lactobacillus acidophilus supplements on mutagen excretion in faeces and urine in humans[J].Microbiological Ecology Health and Disease,1992,5:59-67

  [14]李宗波.关于益生素研究及应用的几个问题[J].河北畜牧兽医,2005,21(9):40-41

  [15]张力,郑中朝.饲料添加剂手册[M].北京:化学工业出版社.2000.

  [16]Jin L Z.熊国远译.肉仔鸡日粮中添加乳杆菌属培养物对消化酶及细菌酶活性的影响[J].饲料工业,2001,22(8):485-486.

  王静,女,(1981-),硕士,助理研究员,任职山东省宝来利来生物工程股份有限公司,主要从事动物营养及动物微生态制剂研发工作。

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