（焦作恒輝牧業(yè)有限公司 河南知微生物有限公司 北京理工大學(xué)）
摘要：微生態(tài)制劑是在微生態(tài)理論指導(dǎo)下發(fā)展起來的一種新型活菌劑或其促進(jìn)物質(zhì)。它具有調(diào)整微生態(tài)失調(diào)、保持微生態(tài)平衡和提高宿主健康水平的作用。本文主要從微生態(tài)制劑的種類、作用機(jī)理、在生產(chǎn)中的應(yīng)用、影響微生態(tài)制劑作用的因素、存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)等幾個(gè)方面進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：微生態(tài)制劑；益生菌；飼料添加劑
微生態(tài)制劑（Microecological preparation）是在微生態(tài)理論指導(dǎo)下，利用對(duì)宿主有益的、活的正常微生物或其促生長(zhǎng)物質(zhì)經(jīng)特殊工藝制成的制劑，以達(dá)到調(diào)整體內(nèi)微生態(tài)平衡的目的。其商品名稱則主要有：生物獸藥、飼用微生物添加劑、生菌素、益生素、生物發(fā)酵劑、生物凈化劑、合生素等。
世界上已有許多國(guó)家大量使用微生態(tài)制劑。據(jù)報(bào)道，美國(guó)準(zhǔn)許直接飼喂的益生菌種已有40種，年使用量約8000噸以上，在歐洲僅法國(guó)1991年市場(chǎng)上銷售的益生菌品種就不低于50個(gè)；日本每年益生菌用量在1000噸以上。20世紀(jì)80年代初期由日本硫球大學(xué)比嘉照夫教授研制出微生態(tài)制劑EM(effective microorganism )液，含有光合細(xì)菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌以及發(fā)酵系列的絲狀菌等5科10屬80余種微生物。在我國(guó)，對(duì)于微生態(tài)制劑的開發(fā)利用雖然起步較晚，但起點(diǎn)較高，發(fā)展較快。2000年微生態(tài)制劑的生產(chǎn)廠家約100多家，到2002年我國(guó)微生態(tài)制劑廠家已達(dá)400多家，年產(chǎn)量約1萬噸。隨著動(dòng)物微生態(tài)學(xué)的研究和應(yīng)用的發(fā)展，微生態(tài)制劑的研制和開發(fā)蓬勃發(fā)展起來。
1. 微生態(tài)制劑的種類
微生態(tài)制劑的種類繁多，傳統(tǒng)的分類方法多種多樣，但自20世紀(jì)90年代以來，微生態(tài)制劑的分類方法國(guó)內(nèi)外逐漸趨向統(tǒng)一。目前，腸道微生態(tài)制劑分為3大類：益生菌、益生元和合生元三大類。
1.1益生菌
益生菌（Probiotics）又稱為益生素，Parker在1974年將益生菌定義為維持腸道內(nèi)微生態(tài)平衡的活的或死的微生物及其發(fā)酵物。Fuller在 1989年又將益生素定義為一種可通過改善腸道菌群平衡，對(duì)動(dòng)物施加有利影響的活微生物飼料添加劑。而 Sosard在1990年將益生素定義為攝入動(dòng)物體內(nèi)參與腸內(nèi)微生物群落的阻礙作用，或者通過增強(qiáng)非特異性免疫功能來預(yù)防疾病而間接地起到促進(jìn)生長(zhǎng)作用和提高飼料效率的活的微生物培養(yǎng)物。
目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的微生態(tài)制劑主要為雙歧桿菌（Bifidobacterium）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和乳桿菌（Lactobacillus）制備的益生菌。雙歧桿菌主要定居在人的結(jié)腸部位，在腸粘膜表面形成生物防御屏障，代謝產(chǎn)物為對(duì)人體健康有益的乙酸、乳酸、維生素B1、維生素B2和多種酶。芽孢桿菌屬不能在人體腸道內(nèi)長(zhǎng)期定植，但是它們?cè)谌梭w腸道內(nèi)主要通過生物奪氧作用，使局部微環(huán)境中的氧分子濃度降低，氧化還原電位下降，造成適合正常優(yōu)勢(shì)菌群——雙歧桿菌等生長(zhǎng)的微環(huán)境，起到間接調(diào)整菌群失調(diào)的作用。乳桿菌在代謝過程中產(chǎn)生乳酸、乙酸、酶和抗菌物質(zhì)等，有益于微生態(tài)平衡。乳桿菌制劑常用的菌種有嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、德式乳桿菌、干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和植物乳桿菌。
目前，其他常用的菌種還有鏈球菌屬中的嗜熱鏈球菌、丁酸梭菌、乳酸鏈球菌，乳球菌屬中的乳酸乳球菌、布拉氏酵母菌等。
1.2益生元
益生元（Prebiotics）又叫化學(xué)益生素，是一種不能被宿主消化吸收，也不能被腸道有害菌利用，只能被有益微生物選擇性吸收利用或能促進(jìn)有益菌的活性(或繁殖)的一類化學(xué)物質(zhì)。最早發(fā)現(xiàn)的益生元是雙歧因子，后來又發(fā)現(xiàn)多種不能被消化的寡糖可作為益生元，如乳果糖、低聚果糖及低聚麥芽糖等。
1.3合生元
合生元（Synbiotics）為益生菌和益生元按一定比例結(jié)合的生物制劑，能同時(shí)發(fā)揮二者的共同作用，這類產(chǎn)品的發(fā)展前景非常廣闊。例如，在雙歧桿菌等活菌制劑中加進(jìn)低聚果糖等益生元，既可直接補(bǔ)充雙歧桿菌，促進(jìn)雙歧桿菌的生長(zhǎng)和代謝，促進(jìn)微生態(tài)平衡，也可提高制劑中雙歧桿菌在腸道的存活力和定植力。
2微生態(tài)制劑的作用機(jī)理
2.1抑制有害菌的生長(zhǎng)
現(xiàn)階段對(duì)微生態(tài)制劑抑制有害菌生長(zhǎng)的機(jī)理的研究主要基于“微生態(tài)平衡理論”，主要包括：（1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制有害菌的定植：在動(dòng)物的健康處于正常情況下時(shí)，動(dòng)物腸道內(nèi)能有效促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)和消化的有益菌群主要由桿菌、真菌、消化球菌、厭氧彎曲桿菌、乳桿菌和雙歧桿菌等構(gòu)成。當(dāng)腸道內(nèi)微生態(tài)環(huán)境失衡時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充益生菌可以維持或增強(qiáng)有益菌群的優(yōu)勢(shì)。益生菌進(jìn)入腸內(nèi)后與病原菌和有害菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生存空間，抑制病原菌粘附到腸細(xì)胞上。（2）有益需氧菌奪氧：動(dòng)物腸道內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌群以厭氧菌為主，益生菌中的有益需氧菌如蠟樣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌等在動(dòng)物腸道內(nèi)生長(zhǎng)繁殖過程中，消耗環(huán)境內(nèi)的氧氣，可降低局部氧分子的濃度，利于正常菌群專性厭氧菌的定植和生長(zhǎng)繁殖，由于需氧菌與兼性厭氧菌的下降，使腸道微生態(tài)平衡恢復(fù)正常。（3）生成抗生物質(zhì)：嗜酸乳桿菌、乳酸乳桿菌等菌種可通過產(chǎn)生過氧化氫抑制葡萄球菌的生長(zhǎng)繁殖，使有益菌在細(xì)菌的種間競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì)。雙歧桿菌、乳酸桿菌通過產(chǎn)生乙酸、乳酸等有機(jī)酸以致降低腸道內(nèi)的pH值。較低的pH值可以抑制有害菌的生長(zhǎng)，從而減少疾病的發(fā)生。有些益生菌合成抗生物質(zhì)（嗜酸菌素、乳糖菌素、桿菌肽、伊維菌素）、維生素（VB1、VB2、VB12、VK）等可以對(duì)有害菌產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用。
2.2消除污染物、凈化環(huán)境
微生態(tài)制劑能發(fā)揮氧化、氨化、消化、反消化、固氮等作用，將動(dòng)物的排泄物、殘存飼料、浮游生物殘?bào)w、化學(xué)物質(zhì)等迅速地分解為二氧化碳、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等無毒無害的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供植物利用。
2.3刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，提高免疫力
微生態(tài)制劑可以刺激胸腺、脾臟等免疫器官的發(fā)育，有效提高抗干擾素和巨噬細(xì)胞的活性，通過產(chǎn)生抗體和提高噬菌作用活性等刺激免疫，增強(qiáng)T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞對(duì)抗原刺激的反應(yīng)性，激發(fā)機(jī)體體液免疫和細(xì)胞免疫，從而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。Yasui從雙歧桿菌屬中分離出可以誘導(dǎo)派伊爾結(jié)(IgA)產(chǎn)生大量免疫球蛋白的品系，某些品系的短雙歧桿菌促進(jìn)IgA的產(chǎn)生和細(xì)胞的增生。另有報(bào)道，益生菌可產(chǎn)生類屬抗原，引起機(jī)體對(duì)一些病原性微生物產(chǎn)生交叉反應(yīng)，因而使機(jī)體對(duì)病原微生物產(chǎn)生免疫作用。乳酸菌抗原包括脂磷壁酸和細(xì)胞壁蛋白。
2.4營(yíng)養(yǎng)作用
雙歧桿菌在腸道內(nèi)發(fā)酵后可以產(chǎn)生乳酸和醋酸，提高鈣、磷、鐵的利用率，并促進(jìn)鐵和維生素D的吸收。雙歧桿菌能夠合成維生素和蛋白質(zhì)，促進(jìn)消化和吸收：雙歧桿菌具有磷蛋白磷酸酶，能分解奶中的α-酪蛋白，提高蛋白消化率。用作微生態(tài)制劑的菌種，一般都具備特殊的酶系，如分解亞硝胺的酶、降低膽固醇的酶、控制內(nèi)毒素的酶、分解α-酪蛋白的酶、合成各種維生素的酶等。微生態(tài)制劑還在腸道內(nèi)代謝產(chǎn)生幾種B族維生素。因此，微生態(tài)制劑對(duì)動(dòng)物機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)消化起到非常重要的作用。
3微生態(tài)制劑的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量
3.1生產(chǎn)工藝
目前，微生態(tài)制劑的生產(chǎn)工藝包括兩種：固體發(fā)酵法和液體發(fā)酵法。固體發(fā)酵法操作簡(jiǎn)單，成本低，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，易污染，產(chǎn)品質(zhì)量控制難度大。所以，工業(yè)生產(chǎn)一般使用液體發(fā)酵法，其主要工藝流程為：菌種培養(yǎng)→種子罐培養(yǎng)→生產(chǎn)罐培養(yǎng)→菌液達(dá)一定濃度后
收獲菌液→質(zhì)檢→菌懸液微生態(tài)制劑
→排放菌液前加載體→干燥→粉碎→過篩→質(zhì)檢→粉劑、片劑微生態(tài)制劑
3.2產(chǎn)品質(zhì)量
由于在應(yīng)用上對(duì)微生態(tài)制劑的產(chǎn)品質(zhì)量要求比較嚴(yán)格，所以優(yōu)質(zhì)的微生態(tài)制劑必須具備以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）制劑應(yīng)含一定數(shù)量的活微生物，活菌量至少應(yīng)達(dá) 107～1010個(gè)/g(m1)；（2）菌株應(yīng)穩(wěn)定、安全、可靠；（3）菌株能在腸道中存活、繁殖，且具有抗低pH和適應(yīng)環(huán)境變異的能力；（4）制劑應(yīng)具提高生產(chǎn)率和抗病的有益作用；（5）制劑應(yīng)能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，在此期限內(nèi)不應(yīng)低于原初一半的活菌數(shù)。
4微生態(tài)制劑的應(yīng)用
微生態(tài)制劑具有抑制有害菌的生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)作用、刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，提高免疫力等作用，所以其常被應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：
4.1在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用
微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用大致可分為三類：第一類是用于改良水質(zhì)的，即水質(zhì)微生態(tài)調(diào)控劑；第二類是改良動(dòng)物體內(nèi)微生物群落的組成，防治疾病，保證健康和促進(jìn)生長(zhǎng)的，即飼料微生態(tài)添加劑；第三類是提高魚類抵抗力、增進(jìn)健康的，即微生態(tài)餌料添加劑。
調(diào)節(jié)水質(zhì)的微生態(tài)制劑有枯草芽孢桿菌、硝化細(xì)菌等，能發(fā)揮氧化、氨化、硝化、反硝化、解硫、硫化、固氮等作用，將動(dòng)物的排泄物、殘存餌料、浮游生物殘?bào)w、化學(xué)藥物等迅速分解為二氧化碳、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等，為單胞藻類生長(zhǎng)繁殖提供營(yíng)養(yǎng)，而單胞藻類的光合作用又為有機(jī)物的氧化分解及養(yǎng)殖生物的呼吸提供了溶解氧，構(gòu)成一個(gè)良性的生態(tài)循環(huán)，維持和營(yíng)造了優(yōu)良水域環(huán)境。
微生態(tài)制劑作為飼料添加劑，會(huì)隨食物進(jìn)入機(jī)體消化道，在消化道內(nèi)生長(zhǎng)繁衍，由此產(chǎn)生的有益菌具有活性較強(qiáng)的淀粉酶、脂肪酸、蛋白酶等，協(xié)助動(dòng)物消化餌料，能極大地提高飼料的利用率，營(yíng)造動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的良好的消化道環(huán)境，減少腸道感染，利于消化吸收，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育；且有些有益菌本身能產(chǎn)生氨基酸、維生素、膽堿等多種有益物質(zhì)。
莢膜紅假單胞菌等作為餌料添加劑可以提高魚類的免疫力。莢膜紅假單胞菌的細(xì)胞壁中含有的多糖類物質(zhì)是非特異性免疫增強(qiáng)劑，能使魚蝦類的免疫球蛋白提高10倍以上。另外，類胡蘿卜素、維生素對(duì)提高免疫力效果明顯。
4.2在獸禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用
微生態(tài)制劑在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究比較多。潘康成等將枯草芽孢桿菌復(fù)合微生態(tài)制劑添加到斷奶仔豬的飼料中，結(jié)果表明枯草芽孢桿菌復(fù)合微生態(tài)制劑對(duì)仔豬具有一定的促生長(zhǎng)作用；提高了飼料轉(zhuǎn)化率，能很好地預(yù)防仔豬腹瀉，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。
微生態(tài)制劑在禽類的研究中應(yīng)用也極為廣泛。李相前等用添加微生態(tài)制劑 HGB的飼料喂養(yǎng)400只健康的80日齡商品代羅曼褐蛋雞。結(jié)果顯示使用微生態(tài)制劑 HGB有助于增加蛋雞體重、提高蛋雞對(duì)飼料的利用率，并能改善蛋雞的生產(chǎn)性能，也可改善試驗(yàn)蛋雞的飼養(yǎng)環(huán)境。張勇等使用微生態(tài)制劑EM液拌料飼養(yǎng)種鴕鳥，結(jié)果降低了種鴕鳥的死亡率，提高了種蛋合格率，同時(shí)也節(jié)省了飼養(yǎng)成本。
蔣小藝等選取2種乳酸菌作為奶牛飼料添加劑，主要研究了2種乳酸菌對(duì)奶牛產(chǎn)奶量及乳品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，乳酸菌對(duì)奶牛的生產(chǎn)性能有一定的影響，并且不同型號(hào)的乳酸菌制劑對(duì)奶牛的產(chǎn)奶量及乳成分影響不同。
4.3在食品中的應(yīng)用
微生態(tài)制劑因其特有的保健功能作為功能食品的研究已越發(fā)受到關(guān)注。目前，微生態(tài)制劑在食品中的應(yīng)用主要有：功能性食品添加劑、功能性酸奶及其他功能性產(chǎn)品。
功能性食品添加劑主要是產(chǎn)味益生菌，它們通過產(chǎn)乙醛、乙二酰、乳酸、乙酸及丁二酮等風(fēng)味物質(zhì)賦予食品芳香，提高產(chǎn)品風(fēng)味，減少香精、香料在產(chǎn)品中的添加，從而使產(chǎn)品更趨于天然、綠色，更易于被消費(fèi)者接受。
功能性酸奶則是利用微生態(tài)制劑可幫助消化，防止便秘，防止細(xì)胞老化，降低膽固醇的吸收，抗腫瘤和調(diào)節(jié)人體機(jī)能等保健和醫(yī)療作用來生產(chǎn)的。
其他功能性產(chǎn)品，如各種功能性發(fā)酵果蔬飲料、糖果制品、冰淇淋甜點(diǎn)等都因其特有的保健功能作為功能食品的研究亦越發(fā)受到關(guān)注。以紅茶菌飲料為例，由于紅茶菌飲料中富含維生素 C、維生素B 等營(yíng)養(yǎng)素，并含有三種以上對(duì)人體有益的微生物菌群，因此能調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能，促進(jìn)新陳代謝，幫助消化，防止動(dòng)脈硬化，抗癌，養(yǎng)生強(qiáng)身，正在成為一種盛行全世界的養(yǎng)生保健飲料。
4.4在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)微生態(tài)制劑在各種臨床疾病中起到治療和輔助調(diào)節(jié)作用，尤其是消化系統(tǒng)疾病，如腸易激綜合征(IBS)、炎癥性腸病 (IBD)、抗生素相關(guān)性腹瀉(AAD)、根除幽門螺旋桿菌的輔助治療等。臨床常用的益生菌是乳酸菌、雙歧桿菌、腸球菌和芽孢桿菌。
5影響微生態(tài)制劑應(yīng)用的因素
經(jīng)大量研究表明，影響微生態(tài)制劑應(yīng)用的主要因素有：水分、酸度、溫度及抗生素。
5.1水分
活菌在干燥狀態(tài)下存活時(shí)間長(zhǎng)，水分升高則存活率降低。如飼料原料玉米、豆餅含水量多在14％左右，一但與微生態(tài)制劑混合，對(duì)活菌影響很大。水分對(duì)菌群活力影響最小的是芽孢桿菌，其次是糞鏈球菌。水分對(duì)乳酸菌影響甚大，有人認(rèn)為受水分影響大的有益微生物不適宜作微生態(tài)添加劑使用。
5.2酸度
除耐酸性的芽胞桿菌和乳酸菌外，一般的活菌制劑在胃酸作用下大量被殺死，殘存的少量活菌進(jìn)入腸道后很難形成菌群優(yōu)勢(shì)，因此，不耐酸的活菌制劑其含菌量必須達(dá)到相當(dāng)高的濃度才能發(fā)揮益生作用。
5.3溫度
微生態(tài)制劑對(duì)溫度的要求比較嚴(yán)格。來源不同種類微生物對(duì)溫度耐受力不同，芽孢桿菌能耐受較高溫度，在52-102℃范圍內(nèi)影響不大。乳酸菌類在溫度66℃或更高時(shí)幾乎完全失去活性。鏈球菌在72℃條件下活菌損失96%以上。酵母菌在82-86℃條件下完全失去活性。因此，益生菌產(chǎn)品一般都要求冷藏。
5.4抗生素
經(jīng)研究表明，各種抗生素對(duì)各類微生態(tài)制劑的抑制作用不同。若是有強(qiáng)烈抑制作用的抗生素與微生態(tài)制劑同時(shí)使用，可能會(huì)影響微生態(tài)制劑的作用效果。因此，在使用前需了解各種抗生素與所用微生態(tài)制劑之間的關(guān)系，有時(shí)二者同時(shí)使用也會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用。
6微生態(tài)制劑當(dāng)前存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)
微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品上受到廣泛重視和使用，其生產(chǎn)、應(yīng)用技術(shù)和作用機(jī)制有待深入研究。
目前，微生態(tài)制劑存在的問題有：（1）飼用微生態(tài)制劑品種種類太少，常常出現(xiàn)多種畜禽通用一個(gè)型號(hào)產(chǎn)品的情況；（2）活菌制劑不耐高溫、在加工顆粒飼料時(shí)受到限制；（3）不耐酸的活菌制劑用量較大，飼用成本相對(duì)較高；（4）醫(yī)用微生態(tài)制劑的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。
基于以上問題，微生態(tài)制劑當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：（1）菌種選擇：選擇適合人畜的優(yōu)良菌種，特別是適合各種日糧，直接促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的益生菌，應(yīng)用生物工程技術(shù)能培育出分泌更多氨基酸和消化酶的益生菌等；（2）耐酸耐熱選育：益生菌不能抵抗鹽酸、膽酸等的作用，就無法到達(dá)腸道，或能到達(dá)腸道但定植時(shí)間不長(zhǎng)。益生菌在生產(chǎn)和運(yùn)輸中受壓受熱失活，就會(huì)降低應(yīng)用效果。必須應(yīng)用基因工程技術(shù)進(jìn)行定向耐酸耐熱選育；（3）作用機(jī)理：研制最理想的抗生素替代品，以及應(yīng)用基因工程技術(shù)篩選半永久性腸道定居菌株的機(jī)理研究。其他如益生菌存活機(jī)理、粘附定植機(jī)理、益生作用的微生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)機(jī)理等均成為一定的研究熱點(diǎn)；（4）應(yīng)用技術(shù)：益生素復(fù)合制劑及與抗生素、肽、酶等的聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)，益生菌與光和菌聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)等，也是微生態(tài)制劑研究熱點(diǎn)之一。