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饲用益生素与抗生素的比较研究

时间:2019-11-23 08:45来源:政策标准
核心提示:益生素 (probiotics) 和抗生素( antibiotics )是两种不同概念的物质。低剂量抗生素作为促生长饲料添加剂,已有 50 多年的历史,在动物防病保健方面起到了不可磨灭的作用。由

  核心提示:益生素 (probiotics) 和抗生素( antibiotics )是两种不同概念的物质。低剂量抗生素作为促生长饲料添加剂,已有 50 多年的历史,在动物防病保健方面起到了不可磨灭的作用。由于人们对环境及健康的要求,对抗生素产生的副作用忧心忡忡。因此,各国学者们纷纷踏上了开发研究无副作用的绿色饲料添加剂的道路 , 益生素饲料添加剂则受到了前所未有的关注。

  益生素 (probiotics) 和抗生素( antibiotics )是两种不同概念的物质。也有人认为是“你中有我、我中有你”的同类物质。低剂量抗生素作为促生长饲料添加剂,已有 50 多年的历史,在动物防病保健方面起到了不可磨灭的作用。由于人们对环境及健康的要求,对抗生素产生的副作用忧心忡忡。据英国最新一期《 New Scientist 》杂志报道,每年欧盟国家和美国消耗的抗生素总量达 2 万吨,其中约有一半用于治疗或预防家畜疾病。瑞士联邦环境科学与技术研究所的科学家指出,这些抗生素不仅会通过肉类食品进入人类食物链,还会随家畜的排泄物大量进入农田,被农作物吸收。对瑞士一些农田的土壤分析时,发现其中抗生素含量很高。由于瑞士已经禁止在动物饲料中添加抗生素,这一发现意味着其他国家的农田抗生素污染可能更严重。尤其令人担心的是不易溶于水也不易分解的硫胺类药物,据估计瑞士农田里的硫胺药物含量可能高达每公顷 1 千克 ,这足以促使大肠杆菌等细菌产生抗药性。因此,各国学者们纷纷踏上了开发研究无副作用的绿色饲料添加剂的道路 , 益生素饲料添加剂则受到了前所未有的关注。

  

  1 益生素饲料添加剂研究的历史与现况

  

  益生素又名促生素、竞生素、生菌素、促菌生、活菌剂等,是活的微生物饲料添加剂。

  

  益生素就其应用可以追溯到古代,中国早在公元前 17 世纪就有用微生物生产醋、酒的记载。欧洲在《圣经》的《旧约全书》中就有 含有微生物食品 - 发酵酸奶 的记载。而益生素的概念形成于 20 世纪 70 年代,是由 R.B.Parker 提出的,他给益生素下的定义是:“使肠道微生物达到平衡的有机体和物质”。 Parker 在肯定益生素与肠道内微生物有关外,还指出“物质”内含有抗生素的可能。 1989 年 Fuller 明确提出益生素是“一种活的微生物饲料添加剂,通过改善肠道内微生物的平衡而起作用”。将含活菌的饲料喂给动物始于 Metchnikeff ,他得出“正常菌群有害说”,认为调整胃肠道菌群有益于健康。法国的 Paster 提出了“正常肠道菌群有益说”,他认为人和动物必须有正常菌群,在消化食物时需要通过微生物的发酵作用,将淀粉、多糖降解为单糖,然后才被利用。随着无菌技术和悉生动物( Gnofobiotes )的研究进展,人们进一步认识到在人和动物的胃肠道菌群中,既存在对宿主抵抗疾病和能量转化有益的细菌,也存在着对宿主致病和对能量转化不利的细菌。饲料中加入抗生素,杀灭了肠道一些细菌,提高了动物的生产性能并降低了发病率和死亡率。据此,一些学者认为,应调节畜禽肠道微生物群落,使之既维持又增强动物的抗病力,以有利于动物生长。

  

  总之,无菌技术和悉生动物的发展以及抗生素的应用,奠定了益生素作为饲料添加剂的理论基础。益生素在实际应用中有着突出的优点和广泛的作用。如维持肠道菌群平衡,预防幼畜禽腹泻性疾病,提高免疫力,生产力,减少肠道有害气体的产生,属于天然产品,无残留性和抗药性。此外,有实验证明,益生素还有延缓不耐乳糖症,减轻便秘,抗癌、抗胆固醇等作用。从菌种来看,生产益生素最理想的微生物应具备以下特点:①不会使人和动物致病;②在体内外易于增殖;③ 在低 pH 值和胆汁中存活,并能植入肠粘膜;④在发酵过程中能产生乳酸;⑤能合成大肠杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌、梭状芽孢杆菌等肠道致病菌的抑制物且不影响自己的活性;⑥经加工后存活率高,混入饲料后室温下稳定性好。另外,组成益生素的微生物最好来自本动物肠道内,因为很多细菌有宿主特异性,来自本动物肠道内细菌组成的益生素,更有利于其在宿主体内的定植。

  

  1989 年,美国食品与药物管理局( FDA )和美国饲料公定协会,发表了可以直接喂饲且一般认为是安全的微生物品种的名单,共 42 种。但是,构成用于配合饲料的主要活体微生物产品的微生物种类较少,主要是乳酸杆菌属(以嗜酸乳杆菌为主)、粪链球菌属、芽孢杆菌属及酵母。其中,前两种是肠道的常居菌群,而后两种仅偶尔存在于肠道微生物中。在菌种组合和筛选方面国内外也见一些报道。 Henry Sogaard 等人报道,某些芽孢杆菌属不仅对热、压有较高的耐受性,而且对家畜(特别是猪)有“平衡”、“稳定”及促生长的作用。因此用芽孢杆菌属替代乳酸菌作为饲料微生物添加剂不仅效果好,还可以避免制粒过程中微生物活性受破坏。 Sogaard 在一篇报道中讨论了以乳杆菌属为主的益生素和以芽孢杆菌属为主的微生物促生长剂的区别。区别的意义不仅使其应用更有针对性,而且可以根据使用规则不同而在制粒及包装贮存过程中分别对待。

  

  从微生物作用方式上看,主要有以下 3 种学说:①优势种群学说。正常微生物群对整个菌群起决定作用,使用微生物的目的就在于恢复优势菌群,保持微生态平衡;②微生物夺养学说。益生素菌种以孢子状态进入畜禽消化道后,以消耗肠内氧气,使局部氧分子浓度下降,从而益于厌氧微生物的生长;③膜菌群或屏障学说。益生素可以竞争性地抑制病原体,附着到肠细胞上,起到屏障的作用。

  

  从微生物代谢方式看,其作用方式主要有以下 7 种:①产生乳酸菌 ; ②产生过氧化氢,它对几种潜在的病原微生物有杀灭作用 ; ③防止有害物质氨和胺的产生 ; ④合成酶。产生各种消化酶,以提高饲料转化率 ; ⑤合成 B 族维生素 ; ⑥产生抗生素类物质,但其作用尚不清楚 ; ⑦产生非特异性调解因子。最近研究表明,乳酸杆菌以某种局部型免疫因子的形式起作用,刺激肠道某种局部型反应。总之,微生物代谢方面的作用可归纳为“三流运转学说”,即微生物与宿主动物之间或正常微生物种群之间存在新陈代谢和物质交换。有关益生素研究应用的情况国内外报道很多。

  

  在国外,如美国、日本、德国、英国、丹麦、瑞典、菲律宾、朝鲜、前苏联、奥地利、法国、芬兰、西班牙等国的众多科学家都在这一科研领域,取得了长足进步。在理论研究上主要侧重于作用方式及机理探讨方面。在生产研究上,主要侧重于微生物品种的筛选,寻求自己的菌源。同时,通过对其作用机理的研究,力求通过基因工程筛选菌株,以便生产出能永久性定居肠道内的菌群。另外,在益生素产品的保藏及加工处理过程中保持其菌体活性方面都进行了研究和探讨。在益生素和其它活性物质结合使用方面也见许多研究和报道。

  

  在国内,微生物添加剂的研制始于 20 世纪 80 年代初。而动物微生态学则在 70 年代末就已开始。何明清发现,仔猪下痢的主要原因是因为肠内菌群比例失调,从而为研制和应用微生态制剂提供了理论依据。随着动物微生态学的研究和应用的发展,益生素的研制和开发蓬勃发展起来。罗世彤从正常雏鸡群中找到了一种雏鸡乳杆菌( Lactobillus Gallmarlm ),此菌与酵母菌混合制成的制剂,对仔鸡白痢防治效果明显,亦有防治仔猪白痢功效。薛恒平从健康兔和猪肠道粪便中分离到乳酸杆菌 K 株和 P 株,所制成的活菌制剂对仔猪、雏鸡均有防下痢、提高增重等效果。北京市营养源研究所于 1991 年底研究出 HB-1 增菌素,其安全性、酶活性均达国外标准。 1993 年肖振铎等根据植物乳杆菌( Lactobacillus Planterum )、粪链球菌( Streptococcus Fecalis )和乳酸片球菌( Peeltococcus Acitilactict )的产酸耐酸特性,研制出由这三种菌组成的接续产酸型活菌制剂,并成为防治幼雏腹泻的首选药物或添加剂。

  

  在饲喂效果方面,主要可概括为防病和促生长两方面。在防病方面,试验证明,乳杆菌可吸附于鸡的消化道上皮,并能降低悉生小鸡或普通小鸡嗉囊和肠道 pH 值,并在嗉囊和肠道中排斥大肠杆菌的定植。

  

  用鸡的肠道微生物饲喂感染过沙门氏菌的鸡,可防止沙门氏菌在盲肠的定植。王长文用嗜酸乳杆菌和无毒需氧芽孢杆菌制成复合生物制剂,对犊牛的腹泻有很好的疗效。 Inooko 给仔鸡饲喂乳酸杆菌可使仔鸡显著增加抗体产生,提高脾脏 T 、 B 淋巴细胞的比例。顾宏伟用蜡样芽孢杆菌饲喂肉仔鸡,显著提高 IgG 的含量( P<0.05 )。这些结果预示益生素可使机体免疫功能增强。在益生素对畜禽生产性能方面无明显影响的报道也颇多。在肉仔鸡日粮中添加乳酸杆菌对家禽日增重并未产生显著影响。有人用某些芽孢杆菌和酵母饲喂猪,发现对猪的增重和饲料报酬具有益作用,或使断奶仔猪数增加。

  

  使用条件对益生素的饲喂效果也有一定影响。波兰学者 A.Siuta 的一项研究表明,玉米青贮中添加益生素比大麦青贮中添加益生素效果更好。郎仲武等人分别对活菌制剂的剂量和浓度上进行了探讨。另外,许多研究表明,益生素与某些活性物质的配合使用效果最佳。乔宏宇研究结果表明,活菌制剂与有机酸配合使用效果最佳。薛恒平试验证明,乳杆菌和其它一些物质(如酵母、龙胆紫、芽孢杆菌)混合使用对家禽增重、产蛋量和饲料转化率有有益影响; Saartchit 用枯草芽孢杆菌和抗生素混合喂鸡,第 1 个试验结果枯草芽孢杆菌并不影响火鸡增重和饲料报酬,只是嗉囊和盲肠的枯草芽孢杆菌增多,肠道乳杆菌和大肠杆菌数量不受影响。而第 2 个试验表明枯草芽孢杆菌可提高火鸡的日增重。这一研究表明,芽孢杆菌对提高禽的生产性能有一定影响,但效果不够稳定。由于乳酸杆菌和链球菌大量存在于动物肠道,并且人们较早认识到它们对于维持肠道微生态平衡的重要性,因而早期益生素产品主要为乳酸杆菌和链球菌。然而乳酸杆菌属较不稳定,不能耐受饲料加工过程中高温高压的破坏作用,也不能长期存放。而芽孢杆菌的芽孢对饲料的加工、贮存和酸性胃环境有一定的耐受性,还可以在肠道内发芽,成为具有新陈代谢作用的“营养型细胞”。研究表明,芽孢杆菌属具有多种有效的酶活性。地衣多糖芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌具有较强的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性。这些杆菌对植物组成部分的许多复杂的碳水化合物具有降解功能,可降解甘油三酯、蛋白质、淀粉和动物难以消化的木聚糖、果胶、羧甲基纤维素、地衣聚糖等。因此,它的研究和应用越来越受到专家和学者们的关注,成为目前益生素研究的热点之一。但是,关于芽孢杆菌饲喂动物的研究结果还很不一致,并且国内外报道多见于对猪的研究上,而对肉鸡的研究相对较少。

  

  2 饲用抗生素研究概况

  

  饲用抗生素是在药用抗生素基础上发展形成的,一般作为饲料添加剂使用。饲用抗生素的应用大体可以划分为三个阶段:① 20 世纪 50 年代为开始阶段,当时抗生素人畜共用,如青霉素、链霉素、四环素和杆菌肽锌等;② 20 世纪 60 年代后,人们对细菌产生耐药性的机制和抗药性的转移有了进一步的了解后发现,细菌可以通过质粒将抗药性直接传递给相邻的微生物细胞使其产生抗药性或遗传给后代。因此提出饲用抗生素要与人用抗生素分开,以避免在引起人类疾病的抗生素中产生抗药性。在这个时期,一些专门用于饲料添加剂的抗生素先后被发现;③ 20 世纪 80 年代以来在饲料工业发达国家,饲用抗生素的研究和应用已发展到第三阶段,即通过筛选研制新的饲用抗生素 , 首先使其与人用抗生素分开,然后在与兽药分开,并筛选出在肠道内不宜吸收或不吸收的抗生素使其在体内不产生残留,开发对人畜更安全的抗生素。就其作用而言,抗生素不仅可以保证动物的健康状态,保持良好的生产性能,而且可以限制病弱动物排泻带病粪便和分泌物以及病原微生物的传播。从流行病学看,当某种病原侵入到某个群体后,受这种病原感染的是整个群体,因而人们常把用于预防和治疗疾病的抗生素作为药物添加到饲料中,随着动物采食饲料,同时也服用了抗生素药物。另外,在群体饲养中,可使同一群体的个体健康状况相对一致,特别对机体免疫系统尚未健全、疾病抵抗能力较弱、相互之间传染疾病机会较多的幼龄畜群体来说,饲用抗生素就显得格外重要。同时,饲用抗生素还可以改善养分的利用、促进生长、提高饲料转化率。因此,尽管饲用抗生素在实际生产中还存在这样或那样的争议,但从我国目前国情出发,抗生素在减少人畜病原微生物的滋生、保证规模化养殖业正常生产等方面仍然起着决定性作用。

  

  有关抗生素的促生长效果目前主要有以下几种解释:①抗生素在畜禽肠道内起抑菌和杀菌作用,有效地阻碍肠道内有害微生物的繁殖,减少疾病的发生,促进畜禽生长;②使畜禽肠壁变薄,增加肠粘膜通透性,从而有利于畜对营养成分的吸收;③当微量的抗生素进入体液循环后,能够刺激脑下垂体,增加促生长的激素的分泌量,有效地促进畜禽的生长;④由于畜禽机体内细菌、微生物被杀死或抑死,减少了细菌所耗的养分,节省下来的养分可用于畜禽生长,从而达到促生长的目的;⑤抗生素可能影响动物机体的代谢;⑥许多抗生素能激活许多酶(淀粉酶、磷酸酶、酯酶等)。另外,抗生素可能使氨基酸的利用得到改善,使体内蛋白质合成提高。

  

  抗生素的促生长作用机制前人已做过广泛的研究。Coates 等在 2 种饲养环境条件下对抗生素的作用进行了研究。一种是把试验鸡置于没有养过鸡的环境中,另一种把鸡置于经常养鸡( 10 年以上)的环境中。结果表明,抗生素的防病促生长作用仅在后一种情况下有效。 Hill 和 Lillie 等研究认为,在无菌环境下鸡的生长速度不受抗生素的影响。 Freeman 研究发现,抗生素不能降低应激的作用,但 Dafwang 研究认为,抗生素可以减弱因密度过大的应激对畜禽产生的抑制作用。

  

  人们研究发现,无菌鸡的肠壁重量比常规鸡的肠壁重量要轻,而且前者的肠壁厚度比后者薄。 Corden 和 Pepper 研究发现饲用抗生素后的鸡肠壁厚度变薄,重量减轻。 Henry 等人的研究也得出类似结论。 Meixner 等研究发现,诺尔丝菌素( Nourseothyrcin )可以促进肉鸡生长,同时近回肠端的肠壁绒毛明显变长。因而可以认为抗生素是通过作用于胃肠道,促进营养物质的吸收,从而促进畜禽生长。另外, Warren 、 Alvares 、 Visck 、等人发现,益生素的促生长作用与抑制微生物在动物体内外分解过多的胺有关。

  

  由于抗生素是由微生物产生,并对微生物起作用的物质,因此可以认为所有抗生素的促生长作用都与肠道内微生物有关。近几十年来人们把产气荚膜杆菌作为研究抗生素促生长机制的代表。 Lev 、 Cole 、 Stuutz Dafuang 的研究均发现,抗生素可以通过减少肠道产气荚膜杆菌而有利于动物生长,减少疾病的发生。此外, Untauale 、 Wangner 及 Aluvares 等研究发现,抗生素可作用于抗生长因子,从而促进动物生长。

  

  抗生素对免疫系统的作用也曾一度成为许多专家和学者研究的热点。 Click 研究认为抗生素可以降低切除法氏囊的鸡的死亡率并改善其体增重。佟建明的研究也得出了类似的结论。 Pafwang 等经研究发现抗生素可能与动物的免疫系统有关。但 Naqi 的研究却表明抗生素与免疫系统无关。

  

  3 益生素与抗生素的关系及比较研究

  

  在畜禽饲料中添加亚治疗剂量的抗生素用于提高动物的生产性能的作用是肯定的,同时对其长期作为饲料添加使用也存在争议。争议的原因在于人们逐渐认识到抗生素作为饲料添加剂的种种弊端,如使畜禽消化道菌群平衡失调导致胃肠道疾病的发生,尤其是幼畜;能间接地使人类致病菌产生耐药性;在畜产品中残留的抗生素将严重地危险人类健康并有遗传的可能等等。鉴于此,抗生素的大量使用越来越受到许多专家和学者的反对。经济发达的国家对抗生素的控制十分严格,这就迫使人们去寻找能够替代全部或部分抗生素的新型添加剂。益生素就是在这个领域上研究和应用的焦点之一。应用抗生素的目的是试图通过人为因素,在动物肠道中建立一个适合于动物生长的微生态环境,在这种环境中病原微生物的繁殖受到限制,有益菌群占主导地位,从而防止动物产生疾病,达到促进其生长的目的。由于该添加剂的作用过程是一种生物防治的过程,因此具有不诱发病原微生物产生抗药性的特点,克服了微生物产生抗药性的缺点,也正是由于这些优点,该添加剂受到了许多消费者的欢迎,并促进人们对其进行深入研究。

  

  但是益生素并不是在任何条件下都能有效地发挥其作用。譬如,当肠道内有较多的病原体和无益微生物及益生素不能取代肠内微生物时,都会降低益生素的作用。因此在饲喂益生素之前先用抗生素预先清理肠道可以解决上述问题。但一般来讲益生素和抗生素是两种对立而不能统一的添加剂。抗生素是将菌丝筛选和繁殖培养,取其代谢产物制成的抗菌物质,其作用是抑制和杀灭病原菌以达到防治疾病的目的。但同时,也抑杀了动物机体内正常共生的菌群,破坏了微生态平衡。相反,益生素的作用在于扶植正常微生物菌群,提高它们在肠道中的定居繁殖能力以颉抗致病微生物,把生态失衡调节为生态平衡,从而达到促进生长,防治疾病的目的。因此,原则上讲抗生素和益生素不能混合使用。但是,由于目前饲料中普遍添加抗生素,因此许多学者开始在抗生素和益生素的配合使用方面进行探讨。

  

  目前,抗生素和益生素配合使用的研究还仅仅是一个开端。其意义有 2 个方面:一是通过益生素的添加减少或避免抗生素的某些副作用;二是抗生素作为一种较成熟的饲料添加剂目前在各类饲料中已普遍应用,并能显著地提高动物的生产性能。因而,在短期内用益生素完全代替抗生素还不可能。因此与抗生素配合使用已成为益生素研究的一个新课题。 Costaloo 在其综述中指出,开展益生素对抗生素的敏感性的研究很有价值。 Tortuer 等肉鸡试验表明, 0-24 日龄肉仔鸡料中同时使用蜡样芽孢杆菌和弗吉尼亚霉素比单独使用更有利于提高增重和改善饲料利用率。 Seunal 也得出了类似的结论。但从机理上更深入的探讨还未见报道。 Wiliam 和 Qutonlen 测定了益生素对抗生素及抗球虫病药物的敏感性。这种研究虽在体外进行,但很有参考价值。它提示人们,低剂量抗生素可能与适量的益生素相互配伍,同时喂给动物,以便产生相互补充、相互促进的效果。另外,还可以从时间上对抗生素和益生素的使用进行探讨。比如先用抗生素作前处理,然后再喂给益生素,这样既可以避免抗生素对益生素的抑制,又可以统一或改善益生素的作用环境,其更有效地发挥作用;如果动物出生后就立即投以益生素,生长过程中为抵抗外界环境的不良影响再投以益生素,就可以避免初生动物由于抗生素的投喂而发生肠道微生态失调,减少胃肠疾病的发生。再者,联合使用的剂问题也可以给予考虑。若由于益生素的使用而能减少抗生素的用量而不降其生产性能 , 实际上是减轻了抗生素的副作用。

  

  有关益生素的作用机理许多学者进行过多方面研究和探讨。从保持和恢复动物肠绒毛亚细胞结构上看,产酸菌和芽孢杆菌均有保持和恢复肠绒毛正常结构的作用。董克苏报道,将 3 种产酸菌组成的益生素饲喂给仔猪,用扫描电镜观察 4 月龄仔猪小肠绒毛发现,绒毛各段均较对照组发育良好。王长文对犊牛的研究也得出了类似结果。这说明益生素是通过维持小肠正常形态和微绒毛细胞器的正常结构,在细胞水平上发挥作用的

  

  李梅用蜡样芽孢杆菌作益生素、金霉素作抗生素作为饲料添加剂,分别以单独试喂、先喂金霉素后喂蜡样芽孢杆菌及同时饲喂蜡样芽孢杆菌和金霉素的方式喂肉仔鸡,观察其对肉鸡生产性能的影响。并分别与对照组相比较,来探讨不同饲喂方式之间的差异。同时测定某些生物活性物质用以作机理上的探讨。试图通过试验为蜡样芽孢杆菌和金霉素的单独使用、联合使用和交叉使用在肉鸡生产中应用的可行性提供研究素材和理论依据。

  

  许多研究者报道中提出,益生素的使用效果不稳定,通常是由于肠道原有有害菌群的干扰,使益生素不能在肠道中很好地定植和发挥作用。先用抗生素作前处理,可以起到预先清理肠道的作用。但如果继续长期使用抗生素,不但易造成产生耐药性和药物残留等种种弊端,还易于破坏肠道微生态平衡,不利于肠道正常有益菌群的益生作用。

  

  从微生物代谢方式看,其作用如前述。对益生素产品的效果而言,可能是其中 1 种或几种或全部综合的作用所致。作用的方式取决于所用微生物的种类和数量。

  

  在抗生素的作用机理研究中,能刺激某些激素的分泌和能增强某些酶的活力尚属较不成熟的观点,还缺少足够的试验佐证。

  

  目前对抗生素和益生素的配伍使用,包括联合使用和交叉使用,有关学者和专家持有不同的观点。但大多仅停留在假说和设想上。

编辑:政策标准 本文来源:饲用益生素与抗生素的比较研究

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