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合生素的研究進(jìn)展

nety 2007-7-1 18:34

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　抗生素長(zhǎng)期以來一直在動(dòng)物生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大作用，可有效地治療和預(yù)防動(dòng)物疾病發(fā)生，但是抗生素的持續(xù)使用會(huì)造成細(xì)菌耐藥性和動(dòng)物產(chǎn)品藥物殘留等諸多問題，尋求和開發(fā)綠色、無污染、低殘留的飼料添加劑替代抗生素飼料添加劑已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
合生素（synbiotics）又稱合生元，由Gibson（1995）首先提出，它是指益生菌（Probiotics）與益生元（Prebiotics）結(jié)合使用的生物制劑，其特點(diǎn)是同時(shí)發(fā)揮益生菌和益生元的作用[1]。合生素的使用效果相當(dāng)于或優(yōu)于抗生素，而其成本低于抗生素等抗菌藥物，并且不存在藥物殘留的問題。目前，國(guó)內(nèi)外研制成功的飼用合生素產(chǎn)品并不多見，2003年我國(guó)國(guó)家飼料工程技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)室成功研制出飼用合生素，該飼用合生素產(chǎn)品已達(dá)到與抗生素相似的生產(chǎn)性能，且對(duì)肉品品質(zhì)有較明顯的改善作用，是非常有前途的抗生素替代品[2]。本文主要對(duì)合生素的作用機(jī)理及在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用作以綜述。

　　1 合生素的作用機(jī)理

　　1．1 益生素、益生元和合生素
　　1．1．1 益生素
　　益生素（Probiotics）又稱益生菌、促生素、利生素、生菌素、益康素、活菌制劑等[3]。益生素是選用動(dòng)物正常菌群中的優(yōu)勢(shì)種群，經(jīng)系列人工培養(yǎng)制成活菌制劑，再回歸自然環(huán)境，發(fā)揮其固有的生理作用。益生素通過與有害菌競(jìng)爭(zhēng)氧、營(yíng)養(yǎng)或定植位點(diǎn)，抑制有害菌增殖，從而改善腸內(nèi)菌群的平衡，使腸內(nèi)環(huán)境得到凈化。通過抗氧化作用、抗變異作用、生理活性作用、免疫刺激等方式對(duì)宿主發(fā)揮機(jī)體調(diào)節(jié)、機(jī)體防御、預(yù)防疾病、治療疾病等功效。目前應(yīng)用較多的有乳酸桿菌制劑、雙歧桿菌制劑、芽孢桿菌制劑等。在生產(chǎn)中，益生素具有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、提高飼料轉(zhuǎn)化率、改善動(dòng)物的健康水平和消化分解抗?fàn)I養(yǎng)因子等作用[4]。
　　1．1．2 益生元
　　益生元（Prebiotics）又稱化學(xué)益生素、前生素等，是通過選擇性促進(jìn)腸道內(nèi)某些有益菌的活性或生長(zhǎng)繁殖，從而增進(jìn)宿主健康[1]。益生元一般在胃腸道的上部既不能水解，也不能被動(dòng)物吸收，但能夠選擇性地刺激腸內(nèi)有益菌（雙歧桿菌等）生長(zhǎng)、繁殖或激活代謝功能，調(diào)節(jié)腸內(nèi)有益于健康的優(yōu)勢(shì)菌群的構(gòu)成和數(shù)量，從而起到增強(qiáng)宿主機(jī)體健康的作用。
　　益生元多為非消化性食物成分，目前最具開發(fā)前景的益生元是功能性低聚糖、酸化劑及中草藥制劑等。功能性低聚糖是由2～10個(gè)單糖通過糖苷鍵連接形成的低度聚合糖。主要包括甘露寡糖（MOS）、低聚果糖（FOS）、大豆低聚糖（SOS）、異麥芽寡糖（IOS）、低聚乳果糖（LDL）、寡乳糖（GOS）、低聚焦糖（STOC）和寡木糖（XOS）等[5]。由于機(jī)體胃腸道缺乏水解這些低聚糖的酶系統(tǒng)，因此它們大部分可順利通過小腸和胃而不被降解利用，直接進(jìn)入大腸內(nèi)被雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌所利用，有害菌對(duì)其利用率極低或不能利用，從而使有益菌大量生長(zhǎng)繁殖。Ito等（1990）報(bào)道：FOS與TOS可促進(jìn)人體內(nèi)雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖而抑制病源菌如大腸桿菌、梭狀芽抱桿菌和沙門氏菌的生長(zhǎng)。Gibson（l994，1995）認(rèn)為，雙歧桿菌數(shù)量的增加可以改變腸微生態(tài)，抑制有害菌的繁殖[6]。
　　國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的飼用酸化劑有單一品種的有機(jī)酸和復(fù)合酸兩大類，其中有機(jī)酸主要是檸檬酸、延胡索酸。復(fù)合酸是利用幾種特定的單一酸復(fù)合而成的。酸化劑除對(duì)預(yù)防仔豬腹瀉有良好作用的同時(shí)，對(duì)促進(jìn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能也有明顯的促進(jìn)效果，是一種無殘留、無污染，符合環(huán)保要求的飼料添加劑[7]。
　　中草藥有效成分極為復(fù)雜，通過動(dòng)物試驗(yàn)和人體免疫功能的機(jī)理研究證實(shí)，中草藥含蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、油脂、樹脂、糖類、植物色素、常量元素和微量元素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并含有大量的有機(jī)酸類、生物堿、多糖、揮發(fā)油、蠟、甙、鞣質(zhì)等物質(zhì)，還含有多種免疫活性物質(zhì)及一些未知的促生長(zhǎng)活性物質(zhì)。據(jù)研究，有200多種中草藥含有免疫活性物質(zhì)，能增強(qiáng)動(dòng)物體的免疫功能；有400多種中草藥有殺菌、抑菌作用；有130多種中草藥能抗菌；50多種中草藥對(duì)病毒有滅活或抑制作用。枸杞、茯苓、淫羊藿、甘草等中草藥中含有的各種多糖是免疫刺激劑，具有促進(jìn)胸腺體液反應(yīng)、刺激網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)、激活機(jī)體對(duì)癌細(xì)胞的特異性免疫反應(yīng)，同時(shí)又能刺激白細(xì)胞產(chǎn)生干擾素和免疫球蛋白，抑制細(xì)菌和病毒的繁殖；黃花、人參等含有的甙類化合物和苦豆草含有的生物堿等，都有促進(jìn)抗體生成及免疫調(diào)節(jié)的功能。有研究表明，扶正固本類中草藥，如黃花、黨參等，除可增強(qiáng)機(jī)體免疫功能外，還可促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸菌的生長(zhǎng)，發(fā)揮益生作用。近年來，中草藥由于無抗藥性和藥物殘留、副作用小、效果顯著、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)受到人們的關(guān)注[8]。
　　1．1．3 合生素
　　合生素是益生素與益生元結(jié)合的生物制劑，故它專指能選擇性促進(jìn)益生素作用的益生元復(fù)合物[9]。2003年國(guó)家飼料工程技術(shù)研究中心首次采用微生物學(xué)鑒定、微量快速生化反應(yīng)和離子色譜分析法等實(shí)驗(yàn)手段，將有益微生物與中草藥活性成分結(jié)合起來，從78種植物中篩選出7種目標(biāo)植物，采用大罐液體培養(yǎng)法生產(chǎn)有益芽孢桿菌菌種，然后采用空氣壓縮凈化系統(tǒng)及氣流干燥系統(tǒng)生產(chǎn)飼用芽孢桿菌添加劑，采用水提、醇提、脂提等定向提取技術(shù)提取植物多糖，然后運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)法將芽孢桿菌添加劑與植物多糖優(yōu)化組合而成飼用合生素添加劑[2]。

　　1．2 合生素的作用機(jī)理
　　合生素可同時(shí)發(fā)揮益生素與益生元的作用，通過促進(jìn)外源性活菌在動(dòng)物腸道中定植，選擇性刺激一種或有限幾種有益菌生長(zhǎng)和繁殖，從而達(dá)到促進(jìn)宿主健康的目的。
　　1．2．1 有益微生物促進(jìn)低聚糖消化
　　低聚糖由于其分子間結(jié)合位置及結(jié)合類型特殊，飼喂后不能被單胃動(dòng)物自身分泌的消化酶分解。單胃動(dòng)物消化道后部寄生著大量微生物，這些微生物可產(chǎn)生切斷多聚糖或低聚糖末端糖苷鍵的酶，并產(chǎn)生水解聚合鏈中間各種糖苷鍵的酶，從而以非消化性寡糖（NDOS）→單糖→乳酸和丙酮酸→揮發(fā)脂肪酸→二氧化碳和水的消化過程把寡聚糖消化，為有益微生物或機(jī)體所直接利用。
　　1．2．2 低聚糖促進(jìn)有益菌的增殖
　　低聚糖可直接進(jìn)入腸道能為乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益菌的生長(zhǎng)繁殖利用，產(chǎn)生二氧化碳和揮發(fā)性脂肪酸，促進(jìn)有益菌大量繁殖；同時(shí)，使腸道pH值下降。對(duì)大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌又有抑制作用，并能把病原菌帶出體外和具有充當(dāng)免疫刺激因子等作用。低聚糖一方面直接抑制病原菌的生長(zhǎng)；另一方面使腸道還原電勢(shì)降低，具有調(diào)節(jié)腸道正常蠕動(dòng)的作用，間接阻止病原菌在腸道中的定植，從而起到有益菌的增殖因子作用（邵良平，1999）。
　　1．2．3 低聚糖增強(qiáng)有益菌的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)
　　沙門氏菌、大腸桿菌等許多病原微生物的細(xì)胞表面或菌毛上含有外源凝集素，能與腸上皮寡糖結(jié)構(gòu)中的受體特異性結(jié)合，使細(xì)菌粘附在腸壁上增殖，導(dǎo)致腸道疾病的發(fā)生，導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體受損，危害養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)。Newman（1994）發(fā)現(xiàn)某些寡糖的結(jié)構(gòu)與腸上皮寡糖結(jié)構(gòu)受體相似，可與病原菌的外源凝集素特異性結(jié)合，使病原菌不能在腸壁上粘附，而隨寡糖通過消化道排出體外。Salit（1977）研究表明當(dāng)甘露寡糖存在時(shí)，具有甘露寡糖特異性外源凝集素的大腸桿菌不附著哺乳動(dòng)物腸道上皮細(xì)胞。體外試驗(yàn)證明，已粘附在腸道上皮組織上的大腸桿菌接觸甘露寡糖后可在30min內(nèi)脫落。這個(gè)結(jié)果表明，寡糖不但可阻止病原菌在腸壁上的附著，而且也能“洗脫”已粘附的病原菌。同時(shí)飼料中添加甘露寡糖，可以改善腸道微生物組成，形成以雙歧桿菌和乳酸桿菌為優(yōu)勢(shì)菌的腸道菌叢。

   1．2．4 發(fā)揮益生素和益生元的雙重作用
　　雖然合生素中益生素與益生元協(xié)同作用還沒有被研究，但是兩種物質(zhì)的混合使用可能提高穿過胃腸道上部分的益生素的存活率，可以增加在大腸中的作用，其作用可能具有可加性或者是協(xié)同作用。益生素和益生元均可提高機(jī)體對(duì)病原性物質(zhì)的抵抗力，影響機(jī)體免疫系統(tǒng)，提高免疫力。益生元和益生素雖然組成和代謝方式不同，但對(duì)內(nèi)源菌群具有相同的調(diào)節(jié)機(jī)制。益生元和益生素均能促進(jìn)畜禽的生長(zhǎng)，抑制生長(zhǎng)早期由于感染而引起的死淘率（Huber，1997；Mulder et al，1997）。合生素是將益生素和益生元結(jié)合制成的生物制劑，它能發(fā)揮益生素的生理活性和益生元的促生長(zhǎng)的雙重作用，并可能最大限度發(fā)揮益生素和益生元的相似作用，更好地促進(jìn)動(dòng)物健康和生長(zhǎng)。

　　2 合生素的應(yīng)用

　　2．1 人類生活上的應(yīng)用
　　合生素產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)，多見于人類保健食品，常用于補(bǔ)充嬰兒的益生菌源不足、腸道菌膜不健全、體質(zhì)弱、食欲不振、大便干燥和鵝口瘡等癥狀中[10]。張勇等（2001）對(duì)雙叉奶中合生元應(yīng)用試驗(yàn)表明雙叉奶中合生元對(duì)小鼠、人體腸道菌群具有改善作用[11]。崔雪梅等（2002）用合生元兒童益生菌沖劑治療小兒輪狀病毒（RV）腸炎62例，治療組有效率達(dá)93.5％，明顯優(yōu)于對(duì)照組，有極顯著性差異，表明益生菌對(duì)于縮短腹瀉的時(shí)間及減緩腹瀉的癥狀有明顯的效果，可推廣應(yīng)用[12]。孫曉娜（2003）采用合生元治療肝硬化腹瀉，結(jié)果顯示：合生元可抑制腸內(nèi)腐敗菌、病原菌增殖，能降低血液中內(nèi)毒素和氨的含量，改善肝臟蛋白質(zhì)代謝，減輕肝臟解毒的負(fù)擔(dān)，有防治肝性腦病的作用，是治療肝硬化合并腹瀉的有效藥物[13]。陸新（2004）的研究結(jié)果表明,含合生元制劑的早期腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)能減輕重度燒傷患者內(nèi)毒素血癥的嚴(yán)重程度，降低炎癥應(yīng)激反應(yīng)[14]。Kanamori等（2004）用合生元對(duì)7個(gè)小腸結(jié)腸炎病人進(jìn)行了長(zhǎng)期臨床試驗(yàn)，結(jié)果表明：腸內(nèi)菌群的數(shù)量提高，排泄物內(nèi)的短鏈脂肪酸增加[15]。Schrezenmeir等（2004）對(duì)129名患有細(xì)菌引起的急性傳染病的1～6歲兒童進(jìn)行了臨床試驗(yàn)，在他們的日常飲食中添加合生素，結(jié)果顯示使用合生素的兒童在14d內(nèi)完全治愈率為94.3%，不添加合生素兒童組為80.6%[16]。Kanazawa等（2005）在進(jìn)行完肝切除術(shù)的膽囊癌病人飲食中添加合生素，可以明顯減少手術(shù)后感染等并發(fā)癥，對(duì)病人手術(shù)后恢復(fù)健康效果十分明顯[17]。由此可見，合生素可以改善病人腸道的功能，提高人體免疫力，對(duì)病人身體健康的恢復(fù)有非常大的意義。但是，有關(guān)合生素的應(yīng)用還處在初步的研究階段，沒有真正進(jìn)入人們的生活和臨床應(yīng)用。因此，有關(guān)合生素在人類的應(yīng)用研究還需要進(jìn)一步探討。

　　2．2 動(dòng)物上的應(yīng)用
　　合生素在動(dòng)物上的應(yīng)用研究報(bào)道尚不多見。Mitsuoka(1987)，Bailey等（1991）發(fā)現(xiàn)，胃腸道中乳酸桿菌、雙歧桿菌等能利用FOS，大腸沙門氏菌等有害菌不能利用FOS。因此，寡果糖等具有促進(jìn)乳酸菌等菌種的增殖，并通過有益菌增殖而抑制病原菌，從而提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度、改善動(dòng)物健康狀況、提高飼料轉(zhuǎn)化率和動(dòng)物免疫力等[18]。Bailey（1991）在雞飼料中同時(shí)添加0.75%寡果糖和飼用微生物，第7d沙門氏菌感染雞的百分率比單獨(dú)添加飼用微生物降低42%，表明將兩者聯(lián)用更有效[10]。Rumney C等（1998）對(duì)4組共60只雄SD大白鼠進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)大鼠分2次用皮下結(jié)腸致癌物質(zhì)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)含有B.longum和菊粉的試驗(yàn)組在減少結(jié)腸癌上具有協(xié)同作用[10]。林勇等（2001）研究了益生菌和益生元對(duì)仔豬生產(chǎn)性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩者混合飼喂仔豬其日增重比單喂益生元組提高4.03%（P<0.05），飼料利用率差異不顯著，但與單喂益生元相比具有提高的趨勢(shì)，同時(shí)其腹瀉率是試驗(yàn)組中最低的[19]。周倫江等（1999）研究了益生菌和益生元對(duì)雛雞和哺乳仔豬的作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)甘露寡糖、糞鏈球菌以及兩者混合使用都可極顯著提高雛雞血液中SOD和GSP-Px的活性（P<0.01），但在試驗(yàn)組間差異不顯著[20]。李曉卉（2001）將益生菌劑（雙歧桿菌QB9701、乳酸桿菌QL9705和芽孢桿菌QA9707）與低聚糖配合制備的合生元制劑用于治療羔羊腹瀉，其效果優(yōu)于抗生素[21]。丁軻（2003）利用益生乳桿菌和中藥制成的合生元試驗(yàn)結(jié)果表明，合生元可提高AA肉雞的免疫功能，提高胸腺指數(shù)、法氏囊指數(shù)和脾臟指數(shù)，提高腸道中的蛋白酶和淀粉酶酶活[22]。

　　3 前景展望

　　合生素兼具益生菌和益生元的雙重作用，主要體現(xiàn)在：合生素能夠提高外源性活菌的生存率，延長(zhǎng)其作用時(shí)間；能使外源性活菌以更大的數(shù)量到達(dá)體內(nèi)；刺激腸道內(nèi)外源性及內(nèi)源性細(xì)菌的定植和生長(zhǎng)；改善腸道內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)，增加有益菌的代謝；吸附腸道病原菌，對(duì)動(dòng)物起保健作用；誘導(dǎo)腸腔內(nèi)系統(tǒng)性免疫，改善宿主體質(zhì)。可見，合生素在營(yíng)養(yǎng)界中具有很重要的地位，但是關(guān)于合生素的應(yīng)用研究還很少，仍需廣大科研工作者共同努力和探索，以期最大限度的發(fā)揮合生素的優(yōu)勢(shì)，更好地服務(wù)于人類生活和動(dòng)物生產(chǎn)。

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