乳酸菌在水产养殖行业的应用

星星协力水产部 2018-09-24 08:33:47

乳酸菌类微生态制剂的研究也已成为近年来研究的焦点之一,目前,在众多微生物添加剂中, 乳酸菌制剂是饲用微生物添加剂中应用最为广泛、效果较好的一类,它是多种水产动物消化道主要的共生菌,能形成正常菌群,也是中国最早公布的两种可直接使用的饲料级微生物添加剂菌种之一。乳酸菌可以在水产动物肠道内大量定植,有效调整肠道菌群平衡,可分泌乳酸,并产生多种消化酶,帮助食物消化和代谢,促进营养物质的吸收和利用;同时它还能通过竞争营养、占位竞争、分泌细菌素等与致病菌竞争,抑制有害菌的繁殖,改善肠道内环境,调整胃肠道菌群平衡,提高动物健康水平。它为饲料和畜禽水产养殖业的健康发展提供了一条高效、无公害、无污染的新途径。

1 乳酸菌的生理特性

乳酸菌指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称,形态、代谢性能和生理学特征不完全相同。细胞形态多为杆状或球状,不生产孢子,不运动或少运动,不耐高温,但耐,在pH3.0-4.5时仍可生长,对胃中的酸性环境有一定的耐受性,营养要求严格,除了碳水化合物,还需要多种氨基酸、维生素和肽等。在动物体内通过生物颉颃,降低pH,阻止和抑制致病菌的侵入及定植,降解亚硝氨、氨、吲哚和粪臭素等有害物质,活菌体内和代谢产物中含有较高。

目前在自然界已发现的这一类菌在细菌分类学上至少包括 23 个属:乳酸杆菌属,双歧杆菌属、肉食杆菌属、链球菌属、明串珠球菌属、乳球菌属和芽孢乳杆菌属等。乳酸菌绝大多数生长繁殖于厌氧或微耗氧、矿物质和有机营养物丰富的酸性环境中,分布十分广泛,在发酵生产(青贮饲料、泡菜和酸奶)的培养物和动物消化道中含量较高。

2 乳酸菌的作用机制

2.1 抑菌机制

细菌在动物肠道内定居和继续生存的因素,包括胃酸、胆盐、消化酶、免疫反应、内源微生物及其产生的抗菌素。这些因素中任何一个因素的改变都会导致细菌活的超氧化歧化酶(SOD),能增强体液免疫和细胞免疫。乳酸菌的抑菌机制正是它的生化特性改变了致病菌的生存环境和生长机制, 从而达到抑菌的效果。

2.1.1 通过产酸改变肠道微生态环境抑制有害菌的生长
乳酸菌在体内发酵乳糖类,生产大量的醋酸和乳酸,使环境 pH下降,肠道处于酸性环境,而肠道内的病原细菌最适生长的pH为7.0-7.4,由于乳酸菌产酸及细胞崩解产酸使肠道内pH下降,不利于肠道内病原菌在肠壁定殖和生长,导致病原细菌活力下降进而衰老和死亡,维持了肠道的生态平衡,使肠道得以发挥正常的生理功能。

2.1.2 通过产生某些抗菌物质抑制有害菌生长
乳酸菌除了产生有机酸,还可产生过氧化氢和安息香酸等抑菌物质,合成溶菌酶及其他抗菌物质,如乳酸菌素、乳酸链球菌肽和嗜酸菌素等,这些产物对肠道病原菌有抑制作用。过氧化氢和细菌素等在抑制病原菌上的机制被称为黏附抗性。黏附于肠道黏膜,是病原菌定植并产生临床症状的前提条件。体内微生物与病原微生物间存在竞争附着小肠上皮位点的作用,即竞争排斥作用,如果这些位点被较多的有益菌株占据,病原菌就会被排斥。乳酸菌可通过与病原菌间生存和繁殖的空间、时间、定居位点及营养的竞争,从而抑制病原菌黏附在肠黏膜上皮细胞上,达到抑菌作用。

2.2 营养机制

乳酸菌在动物体内正常发挥代谢活性,就能直接为宿主提供各种可利用的必需氨基酸和各种维生素及消化酶(如淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶)等,还可提高矿物质(如钙、磷、铁和镁)的消化率和吸收率,从而增强动物的营养代谢,促进动物机体的生长和生产。此外,乳酸菌产生的酸性代谢产物使肠道环境偏酸性,而一般消化酶的最适pH 酸性(淀粉酶pH6.5,糖化酶pH4.4),有利于营养素的消化吸收,有机酸的产生还可加强肠道的蠕动和分泌,也可促进养分的消化吸收。

2.3 免疫机制

乳酸菌能增强动物机体免疫力,表现在2个方面:
(1)影响非特异性免疫应答,增强单核和巨噬细胞活力,刺激活性氧、溶酶体酶和单核因子的分泌。
(2)刺激特异性免疫应答, 如加强黏膜表面和血清中IgA、IgM和IgG水平,以加强体液免疫。促进T淋巴细胞和B淋巴细胞的增殖,加强细胞免疫。Schiffrin 等(1994)发现,约氏乳杆菌(L.johnsonnii) Lj1和乳酸双歧杆菌(B.lact is)Bb12 能在体外增强吞噬细胞对大肠菌的吞噬作用;嗜热链球菌与沙门菌一起使用可起到免疫佐剂的作用,显著提高血清中IgA 含量。
乳酸菌对免疫系统的刺激机制还在进一步研究中。Ouwehand等(1999)提出了摄入益生素(含乳酸菌)对免疫刺激作用的可能途径,抗原性物质通过淋巴结中的滤泡上皮,通过途径有2 种:
(1)微生物代谢产物或碎片作为小分子抗原直接通过普通上皮细胞或透过上皮细胞间的紧密连接缝隙。
(2)微生物细胞本身由微皱细胞通过胞饮作用传送给位于微皱细胞包囊中的巨噬细胞等,抗原进入淋巴组织后,或由抗原提呈细胞处理或直接交给淋巴细胞,产生相应的免疫应答。

2.4 中和中毒, 防止腐败产物的产生

某些细菌能中和或减少内毒素等有害物质的毒害作用。目前发现,双歧杆菌可防止肠内容物产生氨,蜡样芽孢杆菌可降低肠内容物和肝脏门静脉中血氨的浓度,使酚类和吲哚等有害物质减少。

3 乳酸菌对动物的保健和治疗功效

国内外已有大量的饲养和临床试验证明,其报道结果不一致,有正效应,,有负效应,但据统计,正效应仍多于负效应。造成结果不一致的原因很多,如试验动物的品种、 年龄、 饲养环境、 菌株质量及有无应激等,但乳酸菌对动物机体的有益作用还是公认的。

3.1 改善胃肠道功能, 降低动物胃肠道疾病的发生率

乳酸菌是肠道的优势菌,畜禽服用后,通过发酵产酸可改变胃肠道内环境,抑制有害菌的繁殖,调整胃肠道菌群的平衡。也可通过其产生的黏附素与肠黏膜细胞紧密结合,在肠黏膜表面定植占位,成为生理屏障的主要部分,从而达到恢复宿主抵抗力、修复肠道细菌屏障和治疗肠道疾病的作用。

3.2 提高动物免疫力, 增进动物健康

乳酸菌在动物体内通过刺激动物机体的非特异性免疫应答和特异性免疫应答,诱导产生干扰素、促进细胞分裂、产生抗体及促进细胞免疫,提高机体的抗病能力。

3.3 促进动物生产,提高饲料利用率,降低饲养成本

提高经济效应乳酸菌在动物体内自身代谢产生各种营养物质提供给宿主,如各种维生素、必需氨基酸及各种消化酶,从而增强动物的营养代谢,促进动物机体的生长和生产,同时乳酸菌可降低肠道 pH,其偏酸性利于各种酶活性的发挥,利于营养素的消化吸收及降低饲养成本。

4 应用现状

综上所述,乳酸菌具有预防、治疗疾病、 营养和保健等功效。近年来,越来越多的人对抗生素饲料添加剂的弊端有了深刻认识,许多学者纷纷投入到了克服这些弊端的微生态的研究中,推动了微生态制剂的发展。目前,乳酸菌制剂已广泛应用于猪、 鸡、 牛、 羊和水产养殖等各个领域。

5 存在的问题及展望

5.1 菌株的筛选

目前市场上销售的水产益生菌制剂主要有光合细菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、EM菌、芽孢杆菌和培养物等几大类。而作为益生菌制剂中重要的一员——乳酸菌菌株的筛选和活性的测定是关键问题,决定着其使用效果。合格的乳酸菌菌株必须满足以下几个方面要求。

5.1.1 正确的来源
寄主的遗传特性和环境因素,在决定肠道菌菌群结构和组成方面各起 50%的作用,寄主和肠道菌间存在着相互选择和相互依赖的关系。因此,许多学者认为理想的益生素菌株最好来自动物自身胃肠道。鱼体内的乳酸菌菌株毫无疑问更易在幼苗体内定植,所以菌株的来源应当和使用对象一致,只有这样才能增强益生菌功效的特异性和针对性。所以,有针对性的乳酸菌制剂的研发具有较大发展前景。

5.1.2 定植和黏附力
益生菌乳酸菌通过对肠道黏液的黏附与定植进而起到维持机体健康的作用,虽然有调节肠道菌平衡和改善内环境的作用,但其是通过对肠道黏液的黏附与定植进而起到维持机体健康的作用,所以乳酸菌在肠壁上的黏附和定植是其发挥作用的一个重要步骤, 是大量繁殖变成优势种群的前提, 所以黏附力的强弱,对肠黏液黏附时间的长短是筛选益生菌菌株的重要标准。

5.1.3 在酸性和高胆盐环境中的生存能力
口服是益生菌进入肠道的主要途径,所以益生菌在进入大肠之前必须经受胃中盐酸和小肠中高浓度胆盐的考验。只有在盐酸和胆盐中成活率高的菌株才有可能发挥作用。

5.1.4 特异的生理功能
每一种乳酸菌具有其特定的生理功能。如嗜酸乳杆菌 GG 对寄主的免疫系统有较强的调解作用,而鼠乳酸杆菌对大肠杆菌有较强的抑制作用。目前,中国在乳酸菌制剂的研究和应用方面虽然取得了一定的成绩,但还是比较薄弱,尤其是作用机理了解得不十分清楚, 大多数研究还停留在使用效果水平上,对其生理功能,作用机制等基础理论方面的研究还远远不够,因此导致其作用效果不是很稳定。只有对各个菌株的疗效和生物特性有深入细致的研究和了解,才能根据不同情况设计出有促生长作用的微生态制剂。

5.1.5 产品中稳定的活菌数
微生态产品中活菌的数量是其发挥作用的根本保证,所以要求菌株在生产和保存过程及加工后活菌存活率高, 混入饲料后高温下稳定性好。

5.1.6 不会使人和动物致病, 不与病原微生物产生杂交种
必须用本动物或试验动物做急性毒性试验、亚急性毒性试验和致畸致残试验, 只有安全性好的菌株才能作为生产菌种。

5.2 使用时间

微生态制剂在动物的整个生长过程都可使用,但不同的生长时期其作用效果不尽相同。一般幼龄动物,体内微生态平衡尚未完全建立,抵抗疾病的能力较弱,此时引入益生菌,可较快地进入体内,占据附着点,效果最佳。另外,在断奶、运输、饲料转变、天气突变和饲养环境恶劣等应激条件下, 动物体内微生态平衡遭到破坏,使用微生态制剂对形成优势种群极为有利,因此,把握应用时机,使其益生作用得到充分体现。

5.3 使用剂量

微生态制剂的作用是通过有益微生物在动物体内一系列生理活动、来实现的, 其最终效果同所使用的菌株的数量密切相关,数量不够, 在体内不能形成菌群优势, 难起到益生作用。根据试验,如果一种细菌在盲肠内容物的浓度低于107个/ g, 该菌产生的酶及代谢产物不足以影响宿主; 数量过多, 超出占据肠内附着点和形成优势菌群所需的菌量, 非但功效不会增加,反而造成不必要的浪费。微生态制剂用于特定养殖动物所需的菌群数量尚无统一的规定。

5.4 提高产品中的乳酸菌数量及采用多菌株复方制剂

为了更好发挥乳酸菌的使用效果, 近年来在对微生物的菌株改造、 生产工艺和产品形式等方面作了许多研究工作。主要有以下几个方面: 1)多菌株配伍使用。有试验表明,乳酸杆菌和双歧杆菌配合使用能增加其效果。严格厌氧的菌株与非严格厌氧菌株进行共培养,可提高厌氧菌的产量和存活率,利于各菌株发挥效用。2) 提高成品中乳酸菌的数量。将菌体生长需要的微量元素、氨基酸和 B 族维生素等物质添加在培养基中, 促进菌株生长,可延长其在成品中的存活时间。3)利用合适的载体, 使菌株成功到达预期位置发生作用。Kailasapathy 等验证,奶是乳酸杆菌和双歧杆菌的有效载体,使其进入肠道后存活率提高。4) 与酶制剂、有机肽、多肽和中草药等物质的复合使用。

5.5 乳酸菌类微生态制剂的安全性问题

活的微生物应用于饲料和食品中, 其潜在的致病性、 抗药基因转移的可能性及繁殖和变异的不可控制性都是需要注意的。Adams( 1999) 综述了可能由乳酸菌引起的机体感染症, 包括心内膜炎、 菌血症及其他一些胸部和消化道感染。我们应当注意上述乳酸菌的潜在危险, 但更应看到乳酸菌更大的有益作用, 有证据表明, 除了肠球菌外,由乳酸菌引起的人类感染是极少的。因此, 科学家们认为,只要在有效监督控制下,对乳酸菌进行严格检验后再使用是安全的。

6 国内外允许使用的乳酸菌种

1989 年, 美国 FDA 和美国饲料控制官员协会公布了可直接饲喂和一般认为是安全的微生物菌种名单, 共42 种, 其中乳酸菌菌种有:双歧杆菌、嗜热双歧杆菌、 嗜酸乳酸杆菌、 保加利亚乳杆菌、 乳酸乳杆菌和胚芽乳杆菌等。我国农业部第 105 号公布的允许使用的饲料添加剂品种目录中,微生物添加剂有12 种, 干酪乳杆菌、植物乳杆菌、 乳酸片球菌、 枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、 嗜酸乳杆菌和乳链球菌等。总之, 乳酸菌类微生态制剂为饲料和畜禽养殖业提供了一条高效、无害无污染且无残留的新途径。其产生和发展顺应了当前高新技术产业化和注重环保的主流,在应用中充分考虑动物菌群自身特点及寄主与环境间的关系。科学合理的使用, 必将成为本世纪饲料添加剂的主导产品。