乳酸菌在水產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用
近年來，隨著人們對(duì)動(dòng)物性食品安全的廣泛關(guān)注，綠色、安全且能有效替代抗生素和抗菌藥物的飼料添加劑的研發(fā)成為人們的研究熱點(diǎn)。益生菌制劑因應(yīng)而生。對(duì)于益生菌制劑，2002年歐洲權(quán)威機(jī)構(gòu)歐洲食品與飼料菌種協(xié)會(huì)(EFFCA)給出最新定義:益生菌是活的微生物，通過攝入充足的數(shù)量，對(duì)宿主生產(chǎn)一種或多種特殊且經(jīng)過論證的功能性健康益處的菌種。微生態(tài)制劑是指用動(dòng)物體內(nèi)正常的有益微生物經(jīng)特殊工藝制成的活菌制劑。其中，乳酸菌類微生態(tài)制劑的研究也已成為近年來研究的焦點(diǎn)之一，目前，在眾多微生物添加劑中，乳酸菌制劑是飼用微生物添加劑中應(yīng)用最為廣泛，效果較好的一類，它是多種水產(chǎn)動(dòng)物消化道主要的共生菌，能形成正常菌群，也是中國最早公布的兩種可直接使用的飼料級(jí)微生物添加劑菌種之一。乳酸菌可以在水產(chǎn)動(dòng)物腸道內(nèi)大量定植，有效調(diào)整腸道菌群平衡，可分泌乳酸，并產(chǎn)生多種消化酶，幫助食物消化和代謝，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用; 同時(shí)它還能通過競爭營養(yǎng)、占位競爭、分泌細(xì)菌素等與致病菌競爭，抑制有害菌的繁殖，改善腸道內(nèi)環(huán)境，調(diào)整胃腸道菌群平衡，提高動(dòng)物健康水平。它為飼料和畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展提供了一條高效、無公害、無污染的新途徑。
1 乳酸菌的生理特性
乳酸菌指發(fā)酵糖類主要產(chǎn)物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細(xì)菌的總稱，形態(tài)、代謝性能和生理學(xué)特征不完全相同。細(xì)胞形態(tài)多為桿狀或球狀，不生產(chǎn)孢子，不運(yùn)動(dòng)或少運(yùn)動(dòng)，不耐高溫，但耐酸，在pH3.0-4.5時(shí)仍可生長，對(duì)胃中的酸性環(huán)境有一定的耐受性，營養(yǎng)要求嚴(yán)格，除了碳水化合物，還需要多種氨基酸、維生素和肽等。在動(dòng)物體內(nèi)通過生物頡頏，降低pH，阻止和抑制致病菌的侵入及定植，降解亞硝氨、氨、吲哚和糞臭素等有害物質(zhì)，活菌體內(nèi)和代謝產(chǎn)物中含有較高。目前在自然界已發(fā)現(xiàn)的這一類菌在細(xì)菌分類學(xué)上至少包括23個(gè)屬:乳酸桿菌屬，雙歧桿菌屬、肉食桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠球菌屬、乳球菌屬和芽孢乳桿菌屬等。乳酸菌絕大多數(shù)生長繁殖于厭氧或微耗氧、礦物質(zhì)和有機(jī)營養(yǎng)物豐富的酸性環(huán)境中，分布十分廣泛，在發(fā)酵生產(chǎn)(青貯飼料、泡菜和酸奶)的培養(yǎng)物和動(dòng)物消化道中含量較高。
2乳酸菌的作用機(jī)制
2.1
抑菌機(jī)制
細(xì)菌在動(dòng)物腸道內(nèi)定居和繼續(xù)生存的因素，包括胃酸、膽鹽、消化酶、免疫反應(yīng)、內(nèi)源微生物及其產(chǎn)生的抗菌素。這些因素中任何一個(gè)因素的改變都會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌活的超氧化歧化酶(SOD)，能增強(qiáng)體液免疫和細(xì)胞免疫。乳酸菌的抑菌機(jī)制正是它的生化特性改變了致病菌的生存環(huán)境和生長機(jī)制，從而達(dá)到抑菌的效果。
2.1.1 通過產(chǎn)酸改變腸道微生態(tài)環(huán)境抑制有害菌的生長
乳酸菌在體內(nèi)發(fā)酵乳糖類，生產(chǎn)大量的醋酸和乳酸，使環(huán)境 pH下降，腸道處于酸性環(huán)境，而腸道內(nèi)的病原細(xì)菌最適生長的 pH 為7.0-7.4，由于乳酸菌產(chǎn)酸及細(xì)胞崩解產(chǎn)酸使腸道內(nèi)pH下降，不利于腸道內(nèi)病原菌在腸壁定殖和生長，導(dǎo)致病原細(xì)菌活力下降進(jìn)而衰老和死亡，維持了腸道的生態(tài)平衡，使腸道得以發(fā)揮正常的生理功能。
2.1.2 通過產(chǎn)生某些抗菌物質(zhì)抑制有害菌生長
乳酸菌除了產(chǎn)生有機(jī)酸，還可產(chǎn)生過氧化氫和安息香酸等抑菌物質(zhì)，合成溶菌酶及其他抗菌物質(zhì)，如乳酸菌素、乳酸鏈球菌肽和嗜酸菌素等，這些產(chǎn)物對(duì)腸道病原菌有抑制作用。過氧化氫和細(xì)菌素等在抑制病原菌上的機(jī)制被稱為黏附抗性。黏附于腸道黏膜，是病原菌定植并產(chǎn)生臨床癥狀的前提條件。體內(nèi)微生物與病原微生物間存在競爭附著小腸上皮位點(diǎn)的作用，即競爭排斥作用，如果這些位點(diǎn)被較多的有益菌株占據(jù)，病原菌就會(huì)被排斥。乳酸菌可通過與病原菌間生存和繁殖的空間、時(shí)間、定居位點(diǎn)及營養(yǎng)的競爭，從而抑制病原菌黏附在腸黏膜上皮細(xì)胞上，達(dá)到抑菌作用。
2.2 營養(yǎng)機(jī)制
乳酸菌在動(dòng)物體內(nèi)正常發(fā)揮代謝活性，就能直接為宿主提供各種可利用的必需氨基酸和各種維生素及消化酶(如淀粉酶、蛋白酶和纖維素酶等)等，還可提高礦物質(zhì)(如鈣、磷、鐵和鎂) 的消化率和吸收率，從而增強(qiáng)動(dòng)物的營養(yǎng)代謝，促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體的生長和生產(chǎn)。此外，乳酸菌產(chǎn)生的酸性代謝產(chǎn)物使腸道環(huán)境偏酸性，而一般消化酶的最適pH 酸性(淀粉酶pH6.5，糖化酶pH4.4)，有利于營養(yǎng)素的消化吸收，有機(jī)酸的產(chǎn)生還可加強(qiáng)腸道的蠕動(dòng)和分泌，也可促進(jìn)養(yǎng)分的消化吸收。
2.3 免疫機(jī)制
乳酸菌能增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫力，表現(xiàn)在2個(gè)方面: 1)影響非特異性免疫應(yīng)答，增強(qiáng)單核和巨噬細(xì)胞活力，刺激活性氧、溶酶體酶和單核因子的分泌。2)刺激特異性免疫應(yīng)答， 如加強(qiáng)黏膜表面和血清中IgA、IgM和IgG水平，以加強(qiáng)體液免疫。促進(jìn)T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的增殖，加強(qiáng)細(xì)胞免疫
Schiffrin 等( 1994) 發(fā)現(xiàn)， 約氏乳桿菌(L.johnsonnii ) Lj1和乳酸雙歧桿菌(B.lact is ) Bb12 能在體外增強(qiáng)吞噬細(xì)胞對(duì)大腸菌的吞噬作用; 嗜熱鏈球菌與沙門菌一起使用可起到免疫佐劑的作用，顯著提高血清中IgA 含量。乳酸菌對(duì)免疫系統(tǒng)的刺激機(jī)制還在進(jìn)一步研究中。Ouwehand等( 1999) 提出了攝入益生素(含乳酸菌) 對(duì)免疫刺激作用的可能途徑，抗原性物質(zhì)通過淋巴結(jié)中的濾泡上皮，通過途徑有 2 種:1)微生物代謝產(chǎn)物或碎片作為小分子抗原直接通過普通上皮細(xì)胞或透過上皮細(xì)胞間的緊密連接縫隙。2)微生物細(xì)胞本身由微皺細(xì)胞通過胞飲作用傳送給位于微皺細(xì)胞包囊中的巨噬細(xì)胞等， 抗原進(jìn)入淋巴組織后，或由抗原提呈細(xì)胞處理或直接交給淋巴細(xì)胞，產(chǎn)生相應(yīng)的免疫應(yīng)答。
2.4 中和中毒，防止腐敗產(chǎn)物的產(chǎn)生
某些細(xì)菌能中和或減少內(nèi)毒素等有害物質(zhì)的毒害作用。目前發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌可防止腸容物產(chǎn)生氨，蠟樣芽孢桿菌可降低腸內(nèi)容物和肝臟門靜脈中血氨的濃度，使酚類和吲哚等有害物質(zhì)減少。
3 乳酸菌對(duì)動(dòng)物的保健和治療功效
國內(nèi)外已有大量的飼養(yǎng)和臨床試驗(yàn)證明， 其報(bào)道結(jié)果不一致，有正效應(yīng)， 有負(fù)效應(yīng)，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，正效應(yīng)仍多于負(fù)效應(yīng)。造成結(jié)果不一致的原因很多，如試驗(yàn)動(dòng)物的品種、年齡、飼養(yǎng)環(huán)境、菌株質(zhì)量及有無應(yīng)激等，但乳酸菌對(duì)動(dòng)物機(jī)體的有益作用還是公認(rèn)的。
3.1 改善胃腸道功能，降低動(dòng)物胃腸道疾病的發(fā)生率
乳酸菌是腸道的優(yōu)勢菌，畜禽服用后，通過發(fā)酵產(chǎn)酸可改變胃腸道內(nèi)環(huán)境，抑制有害菌的繁殖，調(diào)整胃腸道菌群的平衡。也可通過其產(chǎn)生的黏附素與腸黏膜細(xì)胞緊密結(jié)合，在腸黏膜表面定植占位，成為生理屏障的主要部分，從而達(dá)到恢復(fù)宿主抵抗力、修復(fù)腸道細(xì)菌屏障和治療腸道疾病的作用。
3.2 提高動(dòng)物免疫力， 增進(jìn)動(dòng)物健康
乳酸菌在動(dòng)物體內(nèi)通過刺激動(dòng)物機(jī)體的非特異性免疫應(yīng)答和特異性免疫應(yīng)答， 誘導(dǎo)產(chǎn)生干擾素、促進(jìn)細(xì)胞分裂、產(chǎn)生抗體及促進(jìn)細(xì)胞免疫，提高機(jī)體的抗病能力。
3.3 促進(jìn)動(dòng)物生產(chǎn)，提高飼料利用率，降低飼養(yǎng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)
乳酸菌在動(dòng)物體內(nèi)自身代謝產(chǎn)生各種營養(yǎng)物質(zhì)提供給宿主，如各種維生素、必需氨基酸及各種消化酶，從而增強(qiáng)動(dòng)物的營養(yǎng)代謝，促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體的生長和生產(chǎn)，同時(shí)乳酸菌可降低腸道pH，其偏酸性利于各種酶活性的發(fā)揮，利于營養(yǎng)素的消化吸收及降低飼養(yǎng)成本。
4 應(yīng)用現(xiàn)狀
綜上所述，乳酸菌具有預(yù)防、治療疾病、營養(yǎng)和保健等功效。近年來，越來越多的人對(duì)抗生素飼料添加劑的弊端有了深刻認(rèn)識(shí)，許多學(xué)者紛紛投入到了克服這些弊端的微生態(tài)的研究中，推動(dòng)了微生態(tài)制劑的發(fā)展。目前，乳酸菌制劑已廣泛應(yīng)用于豬、 雞、 牛、 羊和水產(chǎn)養(yǎng)殖等各個(gè)領(lǐng)域。
5存在的問題及展望
5.1 菌株的篩選
目前市場上銷售的水產(chǎn)益生菌制劑主要有光合細(xì)菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、EM菌、芽孢桿菌和培養(yǎng)物等幾大類。而作為益生菌制劑中重要的一員——乳酸菌菌株的篩選和活性測定是關(guān)鍵問題，決定著其使用效果。合格的乳酸菌菌株必須滿足以下幾個(gè)方面要求。
5.1.1 正確的來源
寄主的遺傳特性和環(huán)境因素，在決定腸道菌菌群結(jié)構(gòu)和組成方面各起 50 %的作用，寄主和腸道菌間存在著相互選擇和相互依賴的關(guān)系。因此，許多學(xué)者認(rèn)為理想的益生素菌株最好來自動(dòng)物自身胃腸道。魚體內(nèi)的乳酸菌菌株毫無疑問更易在幼苗體內(nèi)定植，所以菌株的來源應(yīng)當(dāng)和使用對(duì)象一致，只有這樣才能增強(qiáng)益生菌功效的特異性和針對(duì)性。所以，有針對(duì)性的乳酸菌制劑的研發(fā)具有較大發(fā)展前景。
5.1.2 定植和黏附力
益生菌乳酸菌通過對(duì)腸道黏液的黏附與定植進(jìn)而起到維持機(jī)體健康的作用，雖然有調(diào)節(jié)腸道菌平衡和改善內(nèi)環(huán)境的作用，但其是通過對(duì)腸道黏液的黏附與定植進(jìn)而起到維持機(jī)體健康的作用，所以乳酸菌在腸壁上的黏附和定植是其發(fā)揮作用的一個(gè)重要步驟， 是大量繁殖變成優(yōu)勢種群的前提， 所以黏附力的強(qiáng)弱，對(duì)腸黏液黏附時(shí)間的長短是篩選益生菌菌株的重要標(biāo)準(zhǔn)。
5.1.3 在酸性和高膽鹽環(huán)境中的生存能力
口服是益生菌進(jìn)入腸道的主要途徑，所以益生菌在進(jìn)入大腸之前必須經(jīng)受胃中鹽酸和小腸中高濃度膽鹽的考驗(yàn)。只有在鹽酸和膽鹽中成活率高的菌株才有可能發(fā)揮作用。
5.1.4 特異的生理功能
每一種乳酸菌具有其特定的生理功能。如嗜酸乳桿菌 GG 對(duì)寄主的免疫系統(tǒng)有較強(qiáng)的調(diào)解作用，而鼠乳酸桿菌對(duì)大腸桿菌有較強(qiáng)的抑制作用。目前，中國在乳酸菌制劑的研究和應(yīng)用方面雖然取得了一定的成績，但還是比較薄弱，尤其是作用機(jī)理了解得不十分清楚，大多數(shù)研究還停留在使用效果水平上，對(duì)其生理功能，作用機(jī)制等基礎(chǔ)理論方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此導(dǎo)致其作用效果不是很穩(wěn)定。只有對(duì)各個(gè)菌株的療效和生物特性有深入細(xì)致的研究和了解，才能根據(jù)不同情況設(shè)計(jì)出有促生長作用的微生態(tài)制劑。
5.1.5 產(chǎn)品中穩(wěn)定的活菌數(shù)
微生態(tài)產(chǎn)品中活菌的數(shù)量是其發(fā)揮作用的根本保證，所以要求菌株在生產(chǎn)和保存過程及加工后活菌存活率高，混入飼料后高溫下穩(wěn)定性好。
5.1.6 不會(huì)使人和動(dòng)物致病，不與病原微生物產(chǎn)生雜交種
必須用本動(dòng)物或試驗(yàn)動(dòng)物做急性毒性試驗(yàn)、亞急性毒性試驗(yàn)和致畸致殘?jiān)囼?yàn)，只有安全性好的菌株才能作為生產(chǎn)菌種。
5.2 使用時(shí)間
微生態(tài)制劑在動(dòng)物的整個(gè)生長過程都可使用，但不同的生長時(shí)期其作用效果不盡相同。一般幼齡動(dòng)物，體內(nèi)微生態(tài)平衡尚未完全建立，抵抗疾病的能力較弱，此時(shí)引入益生菌，可較快地進(jìn)入體內(nèi)，占據(jù)附著點(diǎn)，效果最佳。另外，在斷奶、運(yùn)輸、飼料轉(zhuǎn)變、天氣突變和飼養(yǎng)環(huán)境惡劣等應(yīng)激條件下，動(dòng)物體內(nèi)微生態(tài)平衡遭到破壞，使用微生態(tài)制劑對(duì)形成優(yōu)勢種群極為有利，因此，把握應(yīng)用時(shí)機(jī)，使其益生作用得到充分體現(xiàn)。
5.3 使用劑量
微生態(tài)制劑的作用是通過有益微生物在動(dòng)物體內(nèi)一系列生理活動(dòng)、來實(shí)現(xiàn)的， 其最終效果同所使用的菌株的數(shù)量密切相關(guān)，數(shù)量不夠，在體內(nèi)不能形成菌群優(yōu)勢，難起到益生作用。根據(jù)試驗(yàn)，如果一種細(xì)菌在盲腸內(nèi)容物的濃度低于107個(gè)/ g，該菌產(chǎn)生的酶及代謝產(chǎn)物不足以影響宿主; 數(shù)量過多，超出占據(jù)腸內(nèi)附著點(diǎn)和形成優(yōu)勢菌群所需的菌量，非但功效不會(huì)增加，反而造成不必要的浪費(fèi)。微生態(tài)制劑用于特定養(yǎng)殖動(dòng)物所需的菌群數(shù)量尚無統(tǒng)一的規(guī)定。
5.4 提高產(chǎn)品中的乳酸菌數(shù)量及采用多菌株復(fù)方制劑
為了更好發(fā)揮乳酸菌的使用效果， 近年來在對(duì)微生物的菌株改造、 生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品形式等方面作了許多研究工作。主要有以下幾個(gè)方面: 1)多菌株配伍使用。有試驗(yàn)表明，乳酸桿菌和雙歧桿菌配合使用能增加其效果。嚴(yán)格厭氧的菌株與非嚴(yán)格厭氧菌株進(jìn)行共培養(yǎng)，可提高厭氧菌的產(chǎn)量和存活率，利于各菌株發(fā)揮效用。2) 提高成品中乳酸菌的數(shù)量。將菌體生長需要的微量元素、氨基酸和 B 族維生素等物質(zhì)添加在培養(yǎng)基中，促進(jìn)菌株生長，可延長其在成品中的存活時(shí)間。3)利用合適的載體，使菌株成功到達(dá)預(yù)期位置發(fā)生作用Kailasapathy 等驗(yàn)證，奶是乳酸桿菌和雙歧桿菌的有效載體，使其進(jìn)入腸道后存活率提高。4) 與酶制劑、有機(jī)肽多肽和中草藥等物質(zhì)的復(fù)合使用。
5.5 乳酸菌類微生態(tài)制劑的安全性問題
活的微生物應(yīng)用于飼料和食品中， 其潛在的致病性、 抗藥基因轉(zhuǎn)移的可能性及繁殖和變異的不可控制性都是需要注意的。Adams( 1999) 綜述了可能由乳酸菌引起的機(jī)體感染癥， 包括心內(nèi)膜炎、 菌血癥及其他一些胸部和消化道感染。我們應(yīng)當(dāng)注意上述乳酸菌的潛在危險(xiǎn)，但更應(yīng)看到乳酸菌更大的有益作用，有證據(jù)表明， 除了腸球菌外，由乳酸菌引起的人類感染是極少的。因此，科學(xué)家們認(rèn)為，只要在有效監(jiān)督控制下，對(duì)乳酸菌進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)后再使用是安全的。
6 國內(nèi)外允許使用的乳酸菌種
1989 年，美國 FDA 和美國飼料控制官員協(xié)會(huì)公布了可直接飼喂和一般認(rèn)為是安全的微生物菌種名單，共42 種， 其中乳酸菌菌種有:雙歧桿菌、 嗜熱雙歧桿菌、嗜酸乳酸桿菌、保加利亞乳桿菌、乳酸乳桿菌和胚芽乳桿菌等。我國農(nóng)業(yè)部第105號(hào)公布的允許使用的飼料添加劑品種目錄中，微生物添加劑有12 種，干酪乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸片球菌、枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、 嗜酸乳桿菌和乳鏈球菌等?？傊?，乳酸菌類微生態(tài)制劑為飼料和畜禽養(yǎng)殖業(yè)提供了一條高效、無害無污染且無殘留的新途徑。其產(chǎn)生和發(fā)展順應(yīng)了當(dāng)前高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和注重環(huán)保的主流，在應(yīng)用中充分考慮動(dòng)物菌群自身特點(diǎn)及寄主與環(huán)境間的關(guān)系?？茖W(xué)合理的使用，必將成為本世紀(jì)飼料添加劑的主導(dǎo)產(chǎn)品。
