益生菌的功能和作用

益生菌的功能和作用

1益生菌的概念有許多計算疾病的定義，其中大多數(shù)是科學的。換句話說，活性物質(zhì)是促進主觀腸道微生物平衡的活性食品和添加劑。益生菌是添加于人的食品或動物的飼料中并作用于消化道,能夠提高人或動物健康水平的活菌制劑。它既可以是單一菌株,也可以是多種菌株的發(fā)酵產(chǎn)物。作為益生菌的細菌必須具備以下條件:1)對宿主有益;2)無毒性作用和無致病作用;3)能在動物消化道存活;4)能適應(yīng)胃酸和膽鹽;5)能在消化道表面定植;6)能夠產(chǎn)生有用的酶類和代謝物;7)在加工和貯存過程中能保持活性;8)具有良好的感官特性;9)來源于宿主相同的物種。1.1芽孢桿菌和真菌在動物生產(chǎn)中,有許多微生物可以作為益生菌,制劑的形式可以是活菌制劑,也可以是死菌制劑。乳酸桿菌是益生菌制劑使用最多的非致病性細菌。這一類細菌自然定植于消化道,并能夠?qū)λ拗鳟a(chǎn)生許多有益的作用。一般認為酸奶有益于健康是由于乳酸桿菌的作用。芽孢桿菌也是益生菌常用的菌種之一,由于能夠形成芽孢,因此比乳酸桿菌和鏈球菌穩(wěn)定。芽孢桿菌可以減少糞、消化道中的大腸桿菌數(shù)。有人認為它是嚴格的需氧菌,不是消化道的原有菌種,因此不能用作益生菌。另一些人則認為在單胃家畜的消化道內(nèi)有溶解氧,可以為其生存提供條件。鏈球菌是一類廣泛分布于動物消化道的細菌,革蘭氏染色陽性,功能性厭氧,圓形或卵圓形,不運動,常以成對或鏈狀形式存在,由于能夠利用葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生乳酸,被列為乳酸菌類。這類細菌對溫度、膽鹽、NaCl和pH值的耐受力比較強,因此是益生菌常用的細菌。但是選種時應(yīng)注意有些鏈球菌是病原菌,并且對消化道上皮的黏附力也較弱。真菌也可以作為益生菌來調(diào)節(jié)消化道的內(nèi)環(huán)境,但主要是應(yīng)用于反芻家畜。如酵母菌和曲霉菌可以改變瘤胃的發(fā)酵形式,從而提高反芻動物的生產(chǎn)性能。1.2飼料轉(zhuǎn)化率益生菌對動物可以產(chǎn)生如下有利的作用:1)促進動物生長,提高飼料轉(zhuǎn)化率;2)改善動物的健康水平,尤其是刺激有益菌增殖,通過競爭性排斥作用,控制幼齡動物的消化道疾病;3)消化分解抗營養(yǎng)因子,如植酸、胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素和非淀粉多糖等。1.2.1嗜酸乳桿菌競爭因素益生菌可以占據(jù)宿主動物消化道的定植位點,從而降低其他微生物(病原)的侵染機會。大腸桿菌是豬消化道內(nèi)正常細菌,但是如果過度繁殖便會使動物發(fā)病。定植于胃非分泌上皮的乳酸菌是控制大腸桿菌數(shù)目的重要因子。另外,定植于禽嗉囊上皮的乳酸桿菌可以同大腸桿菌、沙門氏桿菌以及其他病原菌發(fā)生競爭性排斥作用。當飼料中有乳酸桿菌或其他非病原性微生物時,宿主動物的整個消化道都可以發(fā)生競爭性排斥作用。嗜酸乳桿菌對豬腸道上皮的親附能力非常強,從而減少大腸桿菌與腸道上皮結(jié)合的機會。由于乳酸桿菌的產(chǎn)酸作用,可以使消化道革蘭氏陰性病原菌的生長繁殖受到抑制。乳酸桿菌可以通過營養(yǎng)競爭,強烈地抑制其他細菌在消化道的增殖。非病原菌可以吸附到病原菌的細胞表面,阻遏后者對消化道上皮的親附作用,并加速它們的排除速度。1.2.2林雄,李春香,子期雜,條消化道微生物的代謝活動可以產(chǎn)生對宿主有害的胺類和氨。胺類具有毒性和刺激作用,并可以增加小腸的蠕動速度,這是造成仔豬斷奶后腹瀉的原因之一(Porter和Kenworthy,1969)。嗜酸乳桿菌不僅可以減少大腸內(nèi)的含胺量(Hill等,1970),并且還可以分解病原菌產(chǎn)生的毒素,例如保加利亞乳酸桿菌可以使大腸桿菌腸毒素失去活性(Mitchell和Kenworthy,1976)。1.2.3膽鹽對小鼠內(nèi)厭氧菌的影響眾所周知,膽鹽是由肝臟產(chǎn)生,通過與不溶于水的酯類和脂溶性維生素結(jié)合形成高分子聚合物,從而有助于上述物質(zhì)消化吸收(Sandine,1979)。膽鹽可以阻止活細菌進入小腸后段并能抑制小腸內(nèi)厭氧菌的繁殖(Floch等,1970)。某些乳酸菌可以將膽鹽分解,釋放出的游離膽汁酸能夠影響小腸后段的微生物平衡(Sadine,1979)。Floch等(1972)研究表明,游離膽汁酸的抑菌作用比結(jié)合形式強。1.2.4多肽類抗菌素許多研究表明,乳酸桿菌和鏈球菌可以產(chǎn)生抗菌素(Vincent等,1951;1959),其中許多是多肽類抗菌素(Oxfrod,1944;Berrige,1940),如乳酸鏈球菌肽。體外試驗證明,某些乳酸菌產(chǎn)生的抗菌素可以抑制沙門氏桿菌、志賀氏桿菌、葡萄球菌、變形桿菌、綠膿桿菌和大腸桿菌的生長;乳酸菌抗菌素對寄生蟲和革蘭氏陰性菌具有選擇性抑制作用,而對革蘭氏陽性菌不產(chǎn)生抑制作用。1.2.5影響微生物發(fā)酵的終產(chǎn)物現(xiàn)已證明乳酸無論是在體內(nèi)還是在體外都可以對大腸桿菌等革蘭氏陰性菌產(chǎn)生抑制作用。日糧中谷物的種類和碳水化合物的類型,都會影響微生物發(fā)酵的終產(chǎn)物。乳酸是胃中的主要發(fā)酵產(chǎn)物,而揮發(fā)性脂肪酸則在大腸產(chǎn)生。盡管乳酸抑制革蘭氏陰性菌的作用機理目前尚無明確結(jié)論,但其中的一個原因是降低消化道pH值,從而抑制大腸桿菌的生長。1.2.6抗腸毒素作用許多大腸桿菌可以產(chǎn)生腸毒素,腸毒素搶占腸上皮的受體,阻礙其他細菌的吸附作用并可以導致腸上皮失水過多。乳酸桿菌可以使腸毒素失活。1.2.7乳酸菌抗氧化相關(guān)統(tǒng)論乳酸桿菌可以刺激機體產(chǎn)生抗體和增強吞噬細胞的作用,從而加強小腸和其他組織對病原性物質(zhì)的抵抗力(Fuller,1989)。另有報道表明,益生菌可以產(chǎn)生類屬抗原,引起機體對一些病原性微生物產(chǎn)生交叉反應(yīng),因而使機體對病原微生物產(chǎn)生免疫作用(Perdigon等,1986)。采食益生菌后,可以激活動物的免疫系統(tǒng),以抵抗益生菌生成的抗原(MorlandMidtuedt,1984;Perdigon等,1986)。乳酸菌抗原包括脂磷壁酸(lipoteichoicacids)和細胞壁蛋白(Setoyama,1985;Conway和Kjelleferg,1989)。對無菌動物的實驗表明,采食乳酸菌后,白細胞的活性增強。1.2.8內(nèi)源性蛋白質(zhì)的降解單胃動物的微生物消化主要是在大腸中進行,而目前大腸對養(yǎng)分的吸收作用卻尚無定論。研究表明,回腸前段的微生物消化,占整個腸道微生物消化的20%。微生物參與內(nèi)源性物質(zhì)的消化分解。用無菌動物所做的研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)源性蛋白質(zhì)可以在盲腸內(nèi)聚集并引起盲腸擴張。細菌可以分解來自于前段消化道產(chǎn)生或脫落的但沒有被酶水解的物質(zhì),如尿素、粘膜殘余物和細菌粘蛋白等。體外試驗表明,寄居于盲腸的細菌,可以降解所有的L-氨基酸(Fauconneau和Michel,1970)。蛋白質(zhì)在豬大腸降解后主要產(chǎn)生氨和少量的胺、吲哚、酮酸、二氧化碳(Just,1983)。微生物還可以利用尿素循環(huán)產(chǎn)生非必需氨基酸。1.2.9乳酸菌和全乳糖酶眾所周知,小腸上皮細胞微絨毛膜中吸收酶具有調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)吸收的功能。消化道微生物區(qū)系可以影響小鼠小腸上皮細胞微絨毛膜中吸收酶的水平。盡管這一作用的詳細機制尚不清楚,但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)乳酸菌有這種作用。March(1979)報道,當氨基酸缺乏時,細菌很有可能參與氮代謝。乳酸菌能夠增強或降低酶的活性,從而對宿主產(chǎn)生有利的作用。半乳糖酶是由細菌產(chǎn)生的酶,而哺乳動物需要這種酶來降解乳糖。Fuller(1989)研究發(fā)現(xiàn),采食酸奶的動物消化道內(nèi),這種酶的濃度會增加。1.2.1乳酸過氧化物酶在某些條件下,有些乳酸菌可以產(chǎn)生少量的過氧化氫(Sandine,1979;Speck等,1970),過氧化氫可以抑制許多細菌的生長,尤其是革蘭氏陰性病原菌。這是由于大腸內(nèi)的乳酸過氧化物酶-硫氰酸鹽反應(yīng)系統(tǒng)被激活的結(jié)果。其反應(yīng)產(chǎn)物可以抑制細菌的生長,也可以形成酸性環(huán)境,從而起到殺菌的作用。1.2.1d-亮氨酸殺菌乳酸菌和其他非病原性細菌能產(chǎn)生維生素、脫氧-D-葡萄糖、核苷酸和D-亮氨酸(具有殺菌特性),還具有產(chǎn)生自然的香味、改變小腸的吸收表面積、抑制癌細胞的擴散和降低血液中膽固醇的含量等作用(Ewing,1994)。2微生物發(fā)酵的底物益生素是指能夠有選擇性地刺激宿主動物消化道內(nèi)有益菌的生長,從而對動物產(chǎn)生有利作用的食品或飼料中不可消化成分。在單胃動物的大腸內(nèi),微生物發(fā)酵的主要底物包括日糧纖維、抗性淀粉、寡糖以及一些不能吸收的糖類;氮源,如蛋白質(zhì)和氨基酸,對發(fā)酵的影響比較小;酯類往往以可代謝的形式進入大腸。作為益生素的物質(zhì)必須具備如下條件:1)在前段消化道內(nèi)既不分解,也不吸收;2)對后腸有益菌的生長和代謝活性有促進作用;3)使大腸微生物區(qū)系有利于宿主的健康。2.1非食性寡糖由于乳酸菌和雙歧桿菌具有益生作用(Probiosis),大多數(shù)研究都集中于能夠促進上述細菌生長的非消化性寡糖(Non-digestibleoligosaccharides),如菊粉及其衍生物和果寡糖等。這些小分子量碳水化合物在自然界中分布非常廣,如洋蔥、大蒜和韭菜中的含量都很高,而谷物中含量比較低。2.2益生素的作用機制益生素的作用機理,不僅同有益微生物和礦物元素及酯類的代謝有協(xié)同效應(yīng),而且還可以影響機體的免疫系統(tǒng)。2.2.1消化酶系統(tǒng)hd的變化益生素對寄生菌群主要有三個方面的影響:1)增加細菌的數(shù)量,提高糞便的排除量。在食糜中以溶解狀態(tài)存在的非消化寡糖可以改變滲透壓,導致水流量的增加;非消化寡糖經(jīng)過微生物發(fā)酵后產(chǎn)生氣體、短鏈脂肪酸和乳酸鹽,這些物質(zhì)可以影響消化道的運動性(Cherbut等,1994)。非消化寡糖經(jīng)過發(fā)酵后使微生物產(chǎn)量至少可以達到300g/kg,從而增加了排糞量和干物質(zhì)排出量(Roberfroid等,1993)。2)產(chǎn)生短鏈脂肪酸。研究表明大腸內(nèi)的微生物可以將碳水化合物轉(zhuǎn)變成短鏈脂肪酸,但是不同的碳水化合物,對菌群的影響不同,從而造成乙酸、丙酸和丁酸比例的不同。用人和小鼠的糞便體外發(fā)酵實驗表明,菊粉可以提高乙酸和丁酸的產(chǎn)量,半乳寡糖可以提高丙酸和乙酸的產(chǎn)量,而木寡糖只增加乙酸的產(chǎn)量。3)促進有益細菌的生長。無論是體內(nèi)還是體外研究都表明,菊粉和果寡糖可以促進雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長(Roberfroid等,1998),提高消化道的屏障作用,減少胃腸道疾病發(fā)生的機會。2.2.2不同劑量菊粉對小鼠血中草藥濃度的影響大量研究表明,益生素可以提高礦物元素的生物學效價。據(jù)報道,小鼠采食菊粉后,鈣和鎂的吸收量得到了不同程度的提高。另外菊粉可以提高小鼠血中鐵的濃度。Chonan和Watanaki(1995)發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)半乳糖寡糖也具有相似的作用。Ellegd等(1996)研究表明,小鼠采食菊粉和果寡糖后,并沒有影響鈣、鎂、鋅和鐵離子從回腸到結(jié)腸的轉(zhuǎn)運過程,因此這些礦物元素生物學效價的改變主要發(fā)生在結(jié)腸。2.2.3酰甘油脂的作用小鼠采食菊粉后,會產(chǎn)生降低血脂的作用,尤其是血液中的三酰甘油脂。據(jù)報道,菊粉和異麥芽寡糖也有相似的作用。當經(jīng)過長時期的飼喂非消化性寡糖,可以降低血液膽固醇的水平,但是效果并不是很穩(wěn)定。2.2.4氧化偶氮甲烷和長鏈菊粉許多報道表明,益生素可以抑制癌細胞的生長和擴散,并激活動物的免疫系統(tǒng)。Reddy等(1997)在大鼠的日糧中添加100g/kg的長鏈菊粉和果寡糖,經(jīng)過適應(yīng)階段后,給大鼠注射氧化偶氮甲烷(azoxymethane),發(fā)現(xiàn)畸變隱窩病灶大幅度減少。Rowland等(1998)給小鼠飼喂含長鏈菊粉(50g/kg)的日糧,然后注射氧化偶氮甲烷,發(fā)現(xiàn)長鏈菊粉不僅可以降低畸變隱窩病灶的數(shù)量,而且還可以抑制癌細胞的擴散。Pierre等(1997)研究表