关键词 化学益生素；益生素；动物营养
中图分类号 S 816.7
Application of Prebiotics and Probiotics in Animal Nutrition
ABSTRACT The functional mechanism of prebiotics and probiotics was introduced. The prebiotics and probiotics not only can improve the metabolite of microbe in animal"s gut, but olso can inhibit the growth of harmful materials. Therefore the immunity of animals can be improved. The application conditions of prebiotics and probiotics in the diets for pigs and poultry were expounded in detail.
KEYWORDS prebiotics; probiotics; animal nutrition
抗生素应用于饲料行业已有50年左右的历史，它为畜牧业的飞速发展起了极大的推动作用。但现在人们也逐渐意识到，抗生家长期添加于饲料中，不仅对动物产生不良后果，亦有可能通过食物链对人类的健康造成威胁。兼于抗生素的不利影响，研究人员一直致力于开发一些通过调整动物胃肠道平衡，以达到促进生长和维持动物健康等目的的饲料添加剂，具有无毒、无任何负作用的微生态制剂(Microecolohi-cal agents)就成了人们研究的热点，其中最重要的两种即为化学益生素(prebiotics)和益生素(Probiotics)。
1 化学益生素和益生索的定义
化学益生素一词译于“Prebiotics”，也称前生素、益生元等。它是一种非消化性食物成分，到达后肠后可选择性地为大肠内的有益茵降解利用，却不为有害菌所利用。它包括多种物质，如含氮多糖或寡糖、辅酶、某些氨基酸和维生素，甚至包括半纤维素和果胶等。但现在研究和应用较多的为寡糖类物质，如低聚果糖(FOS)、甘露低聚糖(MOS)及异麦芽低聚糖等。
益生素一词译于“Probiotics”，也称益生菌、促生素、利生素等，此词是由Paker于1974年首先提出的。益生素的定义较多，但目前较新且较为全面的是由Soggaard(1990)年给出的：益生素是指摄入动物体内参与肠内微生物平衡的具有直接通过增强动物对肠内有害微生物群落的抑制作用，或者通过增强非特异性免疫功能来预防疾病．而间接起到促进动物生长作用和提高饲料转化率的活性微生物培养物。
2 化学益生素和益生素的作用机理
目前人们对化学益生素和益生素的作用机理了解得仍不十分深入，但它们均是通过调控肠道微生物平衡，增殖有益菌，抑制有害菌，使有益菌成为优势菌群，而菌群的改变反过来又作用于宿主，以此达到各种目的。大多数化学益生素由于其自身的结构，不能被胃肠道分泌的消化酶所水解(如低聚果糖含β-1，2糖苷键，动物分泌的消化酶只含有水解α-1，4糖苷键的酶)，而大肠中的有益菌如双歧杆菌、乳酸菌等，分泌的酶可水解此键，因而得到养分而增殖，而绝大多数有害菌由于不能分泌此酶，在有益菌增殖的同时，活性也受到抑制。至于益生素，它本身就是一种有益活菌制剂，直接添加于饲料中或通过口服而到达动物体内，然后在肠道内寄居，“增殖，使肠道微生物调整到平衡状态。因此，化学益生素和益生素归根到底是作用于肠道内的微生物而起作用的。
2.1 微生物的作用方式
2.1.1形成优势种群
正常动物肠道内的细菌与宿主保持着动态平衡，且微生物种群中的优势种群对整个种群起决定作用，但由于现代的集约化饲养，动物应激因子增多，如换料、转群等的刺激，就会使原来的优势种群发生更替，而添加化学益生素和益生素的目的就是为了恢复优势种群。田允波等(1999)指出，一般情况下，猪鸡肠道内优势种群为厌氧菌(占99％以上，而需氧菌和兼性厌氧菌只占1％)，其中主要是拟杆菌、双歧杆菌及乳酸杆菌等，但动物处于应激状态时，兼性厌氧杆菌等显著增加，专性厌氧杆菌显著减少，这时可诱发动物腹泻、下痢等，但添加化学益生意和益生素均可使优势种群得到恢复，而使动物处于正常生理状态。周中凯等(1999)在综述中指出，寡糖可特异性地增殖优势种群微生物，如双歧杆菌、乳酸菌等，同时也可抑制有害菌。
2.1.2 形成菌群屏障
通过添加化学益生素和益生素均可使动物肠道内有益菌增加。有益苗可竞争性地抑制病原菌附着在肠壁上，它们有的通过改变有害菌附着的受体结构，有的由于与病原菌结构相似，同病原菌竞争附着空间，而起到屏障作用。因此，给幼龄动物饲喂塞糖或益生素均可有助于建立正常的有益的微生物区系，排除或控制潜在的病原体。
2.1.3 造成厌氧环境
以益生素形式添加孢子菌，或添加寡糖特异性地增殖芽胞杆菌，它们在繁殖过程中均可消耗肠内氧气，在局部范围内造成厌氧环境，降低氧化——还原电势，有利于厌氧微生物生长，从而把失调菌群恢复到正常状态，以达到防病、治病、促生长的目的。
2.2 微生物的代谢
2.2.1 降低肠道pH值
添加化学益生素如寡糖类物质，或饲喂益生素，动物肠道内的乳酸菌和链球菌含量会增多，它们就会产生更多的有机酸使肠道内pH值下降，可以抑制包括很多革兰氏阳性菌在内的病原菌的繁殖，同时它们也可产生溶菌素、过氧化氢等，也可抑制几种潜在的病原微生物。
2.2.2 抑制有害物质的产生
肠道内的腐败菌，大肠杆菌等增多，会产生一些有害物质，如氨、生物胺、吲跺和酚等，这些物质具有潜在抑制生长和致癌作用。但添加寡糖或益生素后，生成这些物质的酶活性会受到抑制，因而生成的有害产物的量就得到控制。
2.2.3 维生素B族、K族及消化酶的合成与分泌增多
研究表明，动物饲喂寡糖或益生素可使肠道内有益菌如乳酸菌、双歧杆菌等增多，而它们可在肠内合成维生素B族和K族及蛋白质，从而加强动物体的营养代谢。但Savage(1986)指出，虽然微生物可为宿主提供少量的维生素及氮，但这对动物组织营养可能意义不大。Hotten(1988)报道，有益微生物可在体内产生多种消化酶，从而提高饲料消化率，如芽胞杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶及淀粉酶活性，且还能降解某些饲料中较复杂的碳水化合物。
2.2.4 提高动物免疫力
Fuller(1989)指出，直接饲喂活的微生物可刺激动物肠道免疫器官发育，提高动物抗体水平或提高巨噬细胞活性，增强机体免疫功能。Wren(1987)研究表明，乳酸杆菌可以某种免疫调节因子的形式起作用，刺激肠道某种局部型免疫反应。Peter Spring博士曾就化学益生素(MOS)对仔猪免疫力的影响进行了研究，结果表明，饲喂MOS的常规猪和无菌猪胆汁中、肠道内及血清中的免疫球蛋白浓度都显著升高，肠道淋巴细胞数也显著增加。叶成远(1999)在综述中指出，MOS也会使内细胞素-2浓度提高，而它是参与T细胞的增殖与分化的，同时也可使活化T细胞分泌的细胞激动素IFN活力增加。
3 化学益生素和益生素在动物营苏中的应用
对于化学益生素国内外学者研究的较多为寡糖，有关化学益生素和益生意作用效果报道较多，但多不一致，总的来说在促进动物生长，提高饲料利用串，预防和治疗疾病，提高动物繁殖力，增强机体健康及改善环境等方面均起到重要作用。
3.1 猪
Farnworth等(1992)报道，断奶仔猪日粮中添加1.5％的化学益生素(FOS)，可使日增重显著提高。我国的卢富庄(1999)报道，化学益生素(FOS)可使仔猪日增重提高6.4％，单位饲料消耗降低11.7％，饲料效率提高10％，每千克饲料成本减少10％。日本在化学益生素(寡糖)的研究和应用方面，起步较早，是从80年代中后期开始的。根据日本北里大学研究和日本农场长期使用化学益生素后总结发现：化学益生素可提高母猪泌乳量，同时未成熟胎儿发生率降低10％，母猪从断奶至发情的时间间隔从10d缩短至7d。可使母猪产仔数增加0.7头，公猪精于密度提高20％～25％，受胎率提高；母猪便秘减少，断奶仔猪体重从5.4kg提高到6.3kg，下痢大幅下降，亦可改善夏季采食量下降对猪造成的不利影响。林勇等(1999)及刘亚力(1999)指出，化学益生素还可显著降低仔猪产生的氨、吲垛、粪臭素及对甲酚等有害物质。
益生素无论在仔猪、母猪还是生长肥育猪上应用报道均较多，且一般具有正效果。Bekaert等(1993)就益生素(啤酒酵母I-4049)和抗生家(弗吉尼亚霉素)对仔猪的增重效果进行比较，结果仔猪日增重与饲料效率均无显著差异。Poll-man对3207头仔猪饲喂益生素的结果表明，可显著提高仔猪日增重和饲料报酬。权吉锡等(1996)报道，生长肥育猪添加益生素制剂可使日增重提高9.5％。研究也表明，母猪日粮中添加益生素也可使断奶仔猪数和断奶体重显著提高。Doelson等报道，20头母猪日粮添加枯草杆菌制剂，平均断奶仔猪数和断奶仔猪重比对照分别提高5.85％和3.4％。至于仔猪增重是由于有益菌通过母猪传给仔猪，还是由于母猪的健康状况更加稳定，尚不确定。但Willianms指出，母猪饲喂益生索后，可使后肠养分发酵供能增多，有助于养分利用和提高产奶量，因而提高仔猪日增重和断奶体重日龄。同时，母猪是否能将活菌传给仔猪，活菌进入仔猪体内后是否能继续存活，尚值得怀疑。因此，第二种观点似乎还有些根据，但这还需要更进一步研究证明。
3.2 家禽
化学益生素在仔鸡上应用较多。叶成远(1999)综述指出，雏鸡饲料中应用寡糖可使育雏效果良好，饮水增加，育成率提高，饲料转化率和日增重明显改善；也可显著提高蛋鸡产蛋率，且在蛋鸡饲料中具有广阔的应用前景。
Oyzabal等(1996)给肉鸡饲喂化学益生素(FOS)后，发现其抗病力增加。吴天星(1997)曾对肉仔鸡日粮中添加化学益生素(FOS)的最佳剂量进行了研究。结果指出，添加水平以0.25％～0.50％为宜，这期间可明显促进鸡的生长和改善饲料报酬，但当添加量达到1.00％后，肉鸡腹泻率增加，饲料报酬及日增重还低于0.50％的组，这可能是由于仔鸡肠道微生物对寡糖的利用能力有限所致。
仔鸡日粮中添加益生素可提高肉鸡的日增重、饲料转化率及群体均匀度，预防和治疗鸡白痢等疾病。詹志春等(1993)报道，益生素可使肉鸡增重提高14.1％，料重比下降7.6％。于永波(1994)指出，15周龄蛋雏鸡日粮中添加益生素，使增重提高7.3％，料重比下降19.3％，死淘率下降36.4％。Georgia研究表明，益生素可使7～14周龄小母鸡群体均匀度提高28％～42％。田允波等(1999)综述也指出，益生素可预防和治疗鸡白痢，也可使蛋鸡的生产期平均延长12d，而饲料消耗和死亡率均明显下降。
3.3 改善饲料品质
化学益生素可抑制饲料霉菌毒素的活性。其中甘露寡糖(MOS)可通过物理吸附或直接与霉菌毒素结合，且不破坏毒素的化学结构，因此饲料成分不受到影响。Trenholm(1998)研究表明，MOS的细胞壁和完整的细胞均可结合玉米赤霉烯酮。Raju(1998)模拟肉鸡消化道体外试验表明，MOS对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和猪曲霉毒素的结合率分别为88.5％，51.6％和26.4％。Mahesh等(1996)体外试验表明，高剂量的MOS与硅酸钙钠盐对家禽饲料中AF结合率均高于80％。
液体饲料在国外应用较广，一般在猪肥育时饲喂。研究表明，益生素可改善液体饲料品质。已经证明，乳酸片球菌(Bactocell PA)作为一种益生素添加于液体饲料中效果良好，使用乳酸片球菌对液体饲料进行“清洗”，可使饲料效率改善2.5％，猪日增重提高8.3％，各种损耗明显下降。当乳酸菌迅速增殖时，乳酸含量就会明显增多，因而液体饲料pH值就会显著下降。这种酸化作用就会抑制储存和饲喂系统中的一些病原菌的生长，使微生物分布重新调整到有利于动物健康的方向，同时乳酸菌也会竞争排斥液体饲料中对宿主无益的微生物。这项生物学技术是全新的，它将研究方向放在减少微生物对饲料的降解上，而微生物对液体饲料的降解，可使其品质下降，如使口味变差，饲料的可利用养分减少等。因此应用前景也较广阔。
4 结语
实际生产中，由于化学益生素和益生素所含成分不同、添加剂量、方式、作用对象及应用环境等各方面因素均会影响它们的作用效果，因此，在这方面尚有很长的路要走。但我们必须看到，作为一种新型的绿色饲料添加剂，由于无毒、无任何副作用，同时某些时候在某些方面的作用效果已经赶上甚至超过了抗生素，因此，它们在未来的添加剂市场中一定会占有越来越多的市场份额。
由于化学益生素以特异性地增殖某些有益菌，而益生素本身是饲喂给动物的一种活菌制剂，从理论上讲，它们两者结合使用效果应该比较不错，但目前尚未发现此类的报道。相信这也将会成为化学益生素和益生素的研究热点之一。
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南京农业大学动物科技学院(210095) 姚建国
