高效安全的饲料添加剂—细菌素

     细菌素（Bacteriocin）具有高效、无毒、耐酸、耐高温、无残留、无抗药性、大部分基因位于质粒上、分子量小、含修饰氨基酸、结构复杂等特点，因而被认为是分子遗传、基因工程、蛋白质工程和食品添加剂、化妆品、皮肤保健、抑制病原菌和调节肠道菌群的好材料。1988年Nisin（乳酸链球菌素）首次作为食品添加剂得到FDA的认可，已有52个国家和地区在使用Nisin作为食品防腐剂，从而促进了其它种类细菌素和细菌素在其它领域的研究，目前细菌素作为一种“绿色防腐剂”正日益受到人们的重视，随着饲料中益生菌的广泛推广和人们对饲料卫生的重视，细菌素在饲料中有着广阔的应用前景。

    

    1细菌素的发现与定义

    

    细菌素是20世纪中期Gratia（1946）对大肠杆菌v菌株抑制中菌株现象进行研究时发现的，以后Gratia和Fredericq对v菌株产生的抑制物质进行分离，发现这种物质类似于噬菌体，但不能够自主复制，Fredericq（1957）将其称为大肠杆菌素。由于许多细菌能够产生类似的物质，Jacob（1953）将这类物质称为细菌素。

    

    细菌素一般定义为：由细菌产生的通常只作用于与产生菌同种的其它菌株或亲缘关系很近的种的一种蛋白类抗菌物质。它是一种多肽或多肽与糖和脂的复合物，但许多广谱细菌素的发现，使得细菌素的概念得到了扩大。

    

    2细菌素的类型

    

    Klaenhammer把细菌素分为两类，一类是仅对相关的菌有抑制作用的窄抗菌谱的细菌素；第二类是具有广谱抗菌活性的细菌素，它们对致病菌，如肉毒梭菌、利斯特菌等有抑制作用。由嗜酸乳杆菌产生的一广谱的蛋白质细菌素，对沙门氏菌、志贺氏菌和假单泡菌有抑菌作用。

    

    目前，国内外对细菌素的研究较深入，已经发现了几十种细菌素，已被鉴定的细菌素有Nisin、Lactacin、Lactocin、Helveticin、FerITienticin、Sakecin、Lacticin、Plantacin、Subiicin（杨洁彬等，1996）等，其中已被广泛应用的是Nisin，也称尼生素。

    

    3产生菌的种类及抗菌谱

    

    对细菌素产生菌的研究，目前主要集中在乳酸菌，乳酸菌几乎每个属中的每个种，甚至每一株菌都能产生几种细菌素。乳酸乳球菌产生的Nisin对链球菌、葡萄球菌、芽孢杆菌中的一些种、梭菌及其它乳酸菌有抑制作用；嗜酸乳杆菌和发酵乳杆菌产生的细菌素对乳杆菌、片球菌、明串珠菌、乳球菌和嗜热链球菌有抑制作用；Honso（1977）报道了嗜酸乳杆菌产生的细菌素能抑制大肠杆菌的DNA合成；从枯草芽孢杆菌中提取出了枯草菌素（subticin），它是一种环多肽，能抑制真菌但对细菌作用很小；Torri等分离的粪肠球菌（E·faecalis）和粪肠球菌（E·faecium）产生的细菌素能抑制单孢增生利斯特菌（L.monocytOgenes）和酪丁酸梭菌（Clostridiumtyroburicum）等病原菌和污染菌，在饲料中也具有一定的应用前景。

    

    细菌素除含一些拮抗物质外，也包含一些有益的物质，但目前对这些并不是十分清楚，应当对细菌素产生的机理、影响因素等方面进行深入研究。

    

    细菌素与抗生素都由微生物产生，用量都很小，都具有一定的抗菌谱，能较强地抑制甚至杀死其它微生物。如在食品中加入十万分之几到万分之几的Nisin，就足以抑制许多革兰氏阳性菌的生长和繁殖。因为细菌素具有与抗生素相似的一些性质和作用，因此细菌素最初甚至被认为就是抗生素。

    

    但是细菌素和抗生素是有区别的。抗生素是某些微生物通过酶促反应将初级代谢物转变为结构性的次级代谢物，诸如短杆菌肽S等，通过酶促反应把氨基酸转变为结构复杂的化合物。而Nisin等细菌素则需要通过核糖体来合成，从而是真正的蛋白类物质。细菌素与抗生素的根本差别是：大部分细菌素只对近缘关系的细菌有损害作用，且具有无毒、无副作用、无残留、无抗药性，同时也不污染环境等优点。因此，细菌素的使用可以在部分情况下减少甚至取代抗生素的使用。

    

    细菌素目前广泛使用于食品中，饲料中应用较少。细菌素在饲料中要广泛使用，必须具有安全性和有效性。Bhunia等（1991）人用细菌素Pe-diocinAcH对小鼠和兔子分别进行皮下注射、静脉注射和腹腔注射进行免疫研究时发现，Pe-diocinAcH没有产生任何不良反应和致死作用。细菌素在食品上的直接使用，也说明了细菌素对动物和人类是安全的。

    

    细菌素作为饲料添加剂具有两个方面的作用：一是防止饲料本身被沙门氏菌等致病菌污染。随着我国饲料工业的迅猛发展，畜禽生产越来越多地依赖于饲料，因此，有效防止了饲料被致病菌污染，在很大程度上就切断了致病菌对动物的危害；二是防治致病菌对动物肠道的影响。由于细菌素大多抗菌谱比较窄，选择适当的细菌素，就可以有效防治动物受某些肠道致病菌的影响，而不致于影响动物肠道的其它有益微生物。但由于许多种细菌素易被消化道中的一些蛋白酶（如胰蛋白酶）所降解，而这一点，正是细菌素的优点所在，细菌素在肠道中的直接作用，还有待进一步探讨。

    

    产生细菌素的乳酸菌，尤其乳杆菌是动物肠道中的优势菌，因而可以利用它们研制益生菌，进行宿主动物胃肠的生态调节。随着益生菌在动物诸如猪、狗、牛胃肠疾病防治方面研究的深入，益生菌的作用已被越来越多的人所接受，美国饲料益生菌销售额已超过3000万美元，主要菌种为嗜酸乳杆菌和双歧杆菌。但是益生菌的作用效果并不是预期的那样理想，这主要是对益生菌的作用机理不太清楚，从而在选择菌种方面存在一定的盲目性。因为决定肠道优势菌的因素不仅取决于菌种的产酸能力，而且还与菌种是否产生细菌素等因素有关，尤其与菌种的宿主专一性有很大关系。研究肠道微生物类群与细菌素的关系，可以更好地选择益生菌菌种，使它们能更好地定植于肠道系统中，发择出更好的功效。我国于1994年批准使用的益生菌有6种：芽孢杆菌、乳酸杆菌、粪链球菌、酵母菌、黑曲菌、米曲菌。其中，乳酸杆菌和粪链球菌为肠道正常微生物，芽孢杆菌具有较高的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，并明显提高动物生长速度和饲料利用率，于是许多生产厂家将这些菌配合起来进行使用，但是配合以后菌体活性是否受影响却并没有作深入研究。据报道（Rogers，1928），乳酸乳球菌产生的细菌素Nisin的抗菌谱中就包括链球菌和芽孢杆菌中的一些种，特别是它抑制芽孢的形成，因此，在乳酸球菌与一些链球菌和芽孢杆菌联合使用时，非常有可能产生拮抗作用。因此，研究细菌素对研究益生菌之间的关系也很有帮助。

    

    由于细菌素本身具有许多优良性质：具有较好的选择性杀菌效果，因而不仅适用于一般性饲料，也可适用于生物饲料等；易被人体消化道中的一些蛋白酶（如胰蛋白酶）所降解，不会在动物体内蓄积而引起不良反应，无副作用、无残留、无抗药性，同时也不污染环境；具有热稳定性，并耐酸、耐低温贮藏；对饲料的口感、味等无不良影响；同时它的使用可以降低饲料的杀菌温度，减少热处理时间，从而保持饲料原有的营养价值和风味。总之细菌素不仅具有与抗生素饲料添加剂相似的有益作用，而且无毒、无副作用、无残留、无抗药性并具有良好的扩散性，同时也不污染环境，所以细菌素必将逐步发展，并在饲料中得到广泛的应用。