第七章 益生素

第七章 益生素 第一节 概述 一(益生素概念 益生素的定义为“能够用来促进生物体微生态平衡的那些有益微生物或其发酵产物。 1988年我国生物、医学和兽医学科的学者在全国微生态学会上提出的概念为活菌类益生素或称微生态制剂，又名活菌剂或生菌剂 。它是指由正常微生物群中经鉴定、筛选出某些有益菌、经培养加工而成的活菌制剂，是一类最重要的益生素。 二(益生素开发的背景 20世纪40年代，人们开始在饲料中添加亚治疗量的抗生素来提高动物的生产性能，取得了一定的效果。但是滥用抗生素有许多不良的后果。随着微生物学、医学和微生态学的进展，20世纪70年代开始在养殖业中使用一些有益的活菌制剂以防治疾病和促进生长，通过调控消化道微生物群落和数量使动物保持健康。达到这一目的的物质即为益生素，包括活细菌、死细菌和某些化学物质。 益生素真正被重视起来并应用于饲养业中是从六七十年代人类发现了抗生素的种种弊端才开始的。Redmend(1968)就报道了乳酸杆菌经口饲喂仔猪，减少下痢改善发育的效果。我国对益生素的研究开始于从20世纪70年代，80年代开始研制和生产多种饲用微生物制剂，如四川的8510(调痢生)、8701，上海的DM423，北京的HB-1增菌素、江苏的复合菌剂、湖北的乳酸杆菌类制剂等。1992年我国成立中国微生态学会，并把微生态制剂的研究以及应用技术列入国家“八五”科技攻关课题。近年我国农业部颁布的《饲料药物添加剂允许使用品种目录》中，专列出了“微生态制剂类”，明饲用微生物添加剂的使用正逐步走向法制化管理轨道。 三(益生素与抗生素的区别 益生素(Probiotic)与抗生素(Antibiotic)在中文中只有一字之差，作用目的也相似，用于抑制或杀灭对生物体有害的微生物。但二者的作用正象英文词头所示，互为矛盾，一个为益(Pro-)生,一个为抗(Anti)生。抗生素是直接杀灭或抑制有害菌生长，而益生素则是在有益菌与有害菌的拮抗作用中，通过对有益菌的促生而使其在数量上占有优势，从而间接对有害菌产生抑制。 上述作用方式的区别，无疑会造成作用效果上的不同。抗生素对微生物有一定的选择性，但这种选择性差异对某些微生物来说并不大，而且这种差异也并不是以有益菌或有害菌来区别。因此，使用抗生素时，在有害菌被杀灭的同时，有益菌往往同时被抑制。如在治疗感染性腹泻或肠炎时，使用抗生素往往可以迅速有效排除致病菌，达到治疗的目的。但由于肠道内有益菌的增殖同时受到抑制，容易引起菌群紊乱而使治疗变得无效，甚至产生二重感染。如果使用益生素，经过有益菌与有害菌的竞争性抑制，虽然作用较缓慢，效果也不如抗生素明显，但也能起到治疗的效果。抗生素的作用更速效，益生素更缓慢、稳固，不像抗生素那样激烈，能在不破坏肠道菌群的情况下使之正常化。因此，当出现肠道菌群异常时，使用益生素既能发挥整肠效果，又不会产生像抗生素那样的耐药性以及各种毒副作用等问题。 第二节 益生素的作用及其机理 一(动物肠道菌群的分类及其动态变化 微生物在自然界中的分布十分广泛，饲料含有多种养分，是微生物滋生和繁殖的良好基质，几乎所有的饲料和日粮都含有数量不等的微生物，其中有的对机体有利，有的有害。 正常动物的体表和消化道内等部位终生均栖息有大量的特定的微生物群落，称为正常微生物群或正常菌群。动物肠道中有益菌的代表是双歧杆菌、真杆菌、乳酸杆菌属;有害菌主要为大肠杆菌属、产气荚膜梭菌属、葡萄球菌属、变形菌属、假单胞菌属;兼性菌有类细菌属、球菌属、连球菌属等。 正常菌群对寄主起着有益的作用，如形成菌膜屏障、产生抗体、抗其它菌的物质和非特异性免疫调节因子，通过争夺生存空间和养分等竞争机制，抵御病原菌和有害菌的侵袭;正常菌群可产生许多酶、有机酸和乙醇等，从而帮助消化吸收饲料养分;正常菌群还能合成维生素、氨基酸、某些生理活性物质为宿主增补营养;有益菌还能抑制肠内氨和氨的产生，有解毒、净化肠腔内环境的功能。 但是，寄居在消化道内的菌群也有负面作用。如与宿主争夺营养，损伤胃肠道粘膜，有时还产生毒素和腐败物质抑制宿主的生长发育。有的寄生菌为条件致病菌，通常不致病，当其过度增殖病在宿主抵抗力下降时，会诱发畜禽患病。 正常菌群与宿主长期共处，保持动态平衡;菌群中各菌丛之间也处于相互依存、彼此制约的平衡状态，称之为微生态平衡。微生态平衡是长期的历史进化过程中形成的，不同的动物种类、不同年龄、不同生理阶段、不同的饲养管理和生态空间各有其特定的生态平衡。 当机体某部位正常菌群各菌种量或质的比例变化过大，超出正常范围，称为菌群失调。 二(益生素的作用机理 (一)对病原菌的拮抗作用 由于最初的研究和使用中，益生素菌株均来源于人或动物的体内或肠道固有的菌，通常认为益生素的作用是向动物体内投入益生素后认为加大了肠内有益菌比例，从而抑制有害菌的生长，促进体内形成新的微生态平衡。但随着益生素研究的深入，以及所使用菌株的不断拓展，这种理论已不完全。现在制造益生素所使用的菌株中许多并不是体内的固有菌。总的来说，目前对益生素的作用原理大致有以下解释: 1(通过改变肠道环境抑制有害菌。产生挥发性脂肪酸和乳酸，降低肠道PH 值; 2(通过产生某些抗菌物质抑制有害菌。如刺激动物分泌有机酸、过氧化氢、 类抗生素类物质等。 3(在肠道内与有害菌竞争营养素。 4(通过占据肠道位置阻止病原菌附着。益生素占据靶细胞，形成保护屏障。 (二)营养素的提供 益生菌可为动物机体提供多种对其生长发育有益的物质，如维生素、氨基酸、淀粉酶和蛋白酶、植酸酶等消化酶类，以及其他促生长物质。幼畜消化道的各种消化酶类通常是比较缺乏的，益生素为其所提供的消化酶可起到助消化、促进生长的作用。 (三)刺激机体的免疫功能 对初生的猪和鸡来说，都存在自身免疫力下降、主动免疫逐渐建立的时期，益生素类产品可刺激动物主动免疫系统较早建立，增加其防病抗病能力。因为动物体内正常的微生物菌系对动物机体的免疫系统具有刺激作用，使用含有微生物的益生素可刺激动物肠道免疫细胞，提高局部免疫机能和抗病能力。作为饲料添加剂使用的益生素，其低剂量的持续刺激可使动物机体的一般非特异性免疫功能得到调动和提高，因而提高整个机体的抗病能力。 (四)净化肠道内环境 益生素的使用可减少氨及其它腐败物质的生成，阻碍肠内细菌产生氨，中和大肠杆菌内毒素等毒性物质。如从保加利亚乳酸杆菌制备的无细胞成分，可中和大肠杆菌毒素。饲喂这种有效成分的仔猪，腹泻发生率极低，生长不受影响。另外，动物肠道的大肠杆菌和其它病原菌对氨基酸具有脱羧作用，产生有毒的胺，而饲喂益生素的动物，可防止生成这样的毒性物质。益生素还参与某些过多消化酶的灭活及某些其他内、外物质的解毒。 (五)减轻机体的应激反应 饲料条件的改变、恶劣的环境、微生物的侵入以及药物的治疗，均可导致动物的应激反应，使肠道微生物的次要菌系，特别是大肠杆菌的数量增加，这些微生物的代谢产物会给动物机体的带来危害，而且这些微生物数量的增加本身也破坏了肠内微生态平衡。肠道正常菌系主菌系占90%，基本上是可产生挥发性脂肪酸的乳酸杆菌和其他菌，而次要菌系不超过1%，主要是肠球菌和大肠杆菌，其余由梭状芽孢杆菌、葡萄球菌和变形杆菌等组成。当肠道微生物，尤其是十二指肠内微生物菌系由主菌系向其它菌系转化时，就会使动物应激反应加强，应急较持久，大肠杆菌数量增加，造成的危害就较大，动物生长缓慢，饲料转化率降低，最终表现为生产性能下降。严重时会导致动物腹泻和死亡率增加。由于益生素的使用将认为迅速增加微生物主菌系的数量，使菌系重新恢复到平衡状态，从而使应激反应得以避免或减轻。 三(益生素的分类及特征 由于益生素是近20年才发展起来的一类产品，对其应用理论和基础方面的研究还很少，也未见有任何较为统一或完整的分类方法。根据益生素的目前研究和应用的现状，以及文献的报道，大致有如下分类方法: (一)按益生菌的微生物类别分类 1(由细菌制成的益生素:这是制造益生素所采用的主要微生物类别，又分为: (1)由杆菌制成的益生素:如地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、乳杆菌。 (2)由球菌制成的益生素:粪链球菌、乳链球菌、乳酸片球菌。 2(由真菌制成的益生素: (1)由酵母制成的益生素:如啤酒酵母。 (2)由霉菌制成的益生素:黑曲霉菌、米曲霉菌。 按微生物类别分类有助于了解益生素的作用特性，并根据微生物的特性在不同情况下使用。如一般说细菌较适合于单胃动物，而真菌更适合于反刍动物。但在实际应用中，益生素并不总是由单一菌体制成，越来越多的益生素是由混合微生物制成。这更容易使不同微生物的作用特性进行互补，也更容易达到微生物区系的平衡。 (二)按益生菌的状态分类 分为三类: 1(由微生物营养体制成的益生素 这类一般由不产生孢子的微生物制成，如双歧杆菌、酵母等。由于微生物处于营养体状态，及正常的繁殖状态，抵抗外界不良环境的能力较弱，如温度、湿度及PH值的变化等。有些种类在通过胃酸时可造成活性损失。其产品的保存期相对较短。但这类益生素作用相对迅速，因为处于营养体的微生物更容易在肠壁附着，从而对有害菌发挥抑制作用。 2(由微生物休眠体制成的益生素 这是一类由产孢子细菌的孢子制成的益生素，如枯草杆菌、乳酸杆菌、蜡样芽胞杆菌等。孢子是细菌的一种休眠状态。由于孢子的外层是一层厚厚的孢子壁，对高温、PH值的变化等外界不良影响有很强的抵抗力，并可顺利通过胃酸而不受损失。这类产品的保存期远较有营养体制成的产品长。在选择制造益生素的微生物时，通常都尽量挑选具有产孢子能力的细菌。该类产品在保存时，应尽量避免潮湿，因为孢子一旦有适当的湿度和温度，将会萌芽而发育成营养体。这类孢子状态的益生素作用相对较慢。因为细菌的孢子必须进入肠道，发芽成为营养体后，才能成为营养体而发挥作用。 3(由失活微生物制成的益生素 是指无生命活性的微生物菌体细胞或其发酵物制成的一类益生素。这类物质虽不能直接参与机体微生物区系的组成，但能够通过对有益微生物的促生和对有害微生物抑制来维持或达到这种微生物区系的平衡。 (三)根据菌种类型分类 目前较多使用的分类方法是根据菌种类型分类。 1(乳酸菌制剂 该类制剂应用最早、最广泛，种类繁多。乳酸菌是能够分解糖类以产生乳酸为主要代谢产物的无芽孢的革兰氏阳性菌，厌氧或兼性厌氧，在PH3.0,4.5酸性环境下仍能生长。目前主要应用的是嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和粪链球菌。 特点是:是多种消化道主要的共生菌，能形成正常军群;在微需氧和厌氧条件下产生乳酸;有较强的耐酸性;不耐热，65,75 ?下死亡;产生一种特殊抗生素-酸菌素,能有效抑制大肠杆菌、沙门氏菌的生长。 2(芽孢杆菌制剂 属于需氧芽孢杆菌中的不致病菌，是以内孢子的形式零星存在于动物肠道的微生物群落中。目前主要应用的有地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、东洋芽孢杆菌等。在使用时多制成该菌休眠状态的活菌制剂，或与乳酸菌联合使用。 特点:耐酸、耐盐、耐高温(100)及耐挤压，具有稳定性;具有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性。 3(真菌及活酵母类制剂 真菌主要有丝状菌。目前常用的制品有两种:米曲霉和酿酒酵母的培养物，是包括真菌及其培养物的制剂，多用在反刍动物。 特点:是需氧菌，喜生长在多糖偏酸的环境中;体内富含蛋白质和多种B 族维生素; 四(影响作用效果的因素 (一)动物种类 动物种类不同要求益生素菌种组合也不同，适用于单胃动物的一般为乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌等;适用于反刍动物的是真菌酵母益生素。 (二)动物生理状态 动物处于外界环境变化等应激时期是益生素发挥最佳作用的前提条件。 (三)饲料类型及成分 在玉米青贮料中添加益生素饲喂海福特牛，效果要比大麦青贮料中效果好。另外，饲料中的微量元素、抗菌物质等对微生物有破坏 作用。 (四)饲料加工过程 在制粒和膨化过程中，高温高压蒸汽明显影响微生物活性。制粒过程可造成10,30,的孢子损失，肠杆菌可损失90,以上，而乳杆菌经60?或更高温度几乎全部被杀灭，酵母经70?的制粒过程活细胞损失99,以上。 (五)菌剂的菌株组成及其定植能力 目前，大多数饲用益生素是复合菌剂，其所含的菌株有主次之分，而不同菌株在消化道中的协同作用的效果不同，同时，菌株能否在消化道中迅速定植而形成优势种群也是影响使用效果的因素之一。 (六)饲用方式与剂量 益生素的菌株在体内依靠数量优势抑制病原菌，因此， ,0.20,，乳酸杆菌等产酸用量相对较大，用作促进生长为目的的用量为0.02 型活菌制剂分别用于牛和仔猪的研究表明，每克饲料至少10个活菌效果较好。另外，应注意使用的连续性，以允许益生素菌株在机体内微生物区系内创造和维持平衡。 (七)水分 一般微生物在干燥状态下，存活状态较好。当水分升高，随时间延长，存活率降低。不同细菌对水的耐受力不同，孢子型耐受力最好，肠球菌、粪链球菌次之，乳杆菌再次之。不同乳杆菌对水稳定性也不同。植物乳杆菌较好，嗜酸乳杆菌较差。酵母对水耐受性较好。目前市场上很多商品制剂已使用脱水剂，以延长保存时间。 (八)温度和PH值 当贮存温度超过30?，制剂活性就会受到影响，微生物产品一般要求冷藏，尤其是非孢子态微生物。除乳酸菌外，在PH低于4,4.5环境下，微生物极易死亡，最适的PH环境为中性。因此不应将益生素与酸化剂保存在一起，另一个办法是将微生物制品在干燥前中性化。 (九)氧化和抑菌物质 大多数微生物是属于厌氧或兼行厌氧，对氧气耐受差。某些抗生素、磺胺类药物、不饱和脂肪酸、矿物质预混剂、浓缩料等都属于抑菌物质。 (十)与抗生素和抗球虫药的配伍 一般不可同时使用，但也有特殊情况，如当肠道有较多的病原体和无益微生物，而益生菌有不能取而代之时，就会降低益生素的作用，因此，国外一些学者试图在饲喂益生素之前，用抗生素预先清理肠道以克服上述问题。 (十一)保存时间 随着时间的延长，活菌数量不断减少。减少速度因微生物种类不同而异。以芽孢杆菌最稳定，其次是乳杆菌，稳定性最差的是双歧杆菌。 五(应用技术 (一)菌种的要求 生产益生素的首要问题是选择适当的菌种，菌种选择的原则，除了安全性以外，就是益生菌的作用必须能够使共生菌大量繁殖，同时抑制病原菌的生长，根据这一原则，对益生菌的选择有以下原则: 1(对机体无害 许多均可长生毒素和类毒素等物质会对机体的健康造成危害，有些微生物还能产生某些大分子蛋白质代谢物，引起机体的过敏反应或应激反应，还有一些微生物虽然不会对机体造成直接的影响，但可以对肠道共生或有益微生物有影响，破坏微生态平衡，同样对机体不利。这些微生物均不能作为益生素使用。安全性永远是生产添加剂所考虑的。 2(对消化道抑制因素有较强的抵抗力 大部分益生素需要口服，经胃到达肠道发挥作用，因此，益生菌必须有较强的耐酸能力，据美国Alltech生物技 术中心规定，用作饲料添加剂的细菌对胆酸应有70%以上的抵抗力，即微生物经过胃酸后必须有70%以上的存活率。 另外，还必须具有抵抗机体本身排斥的能力，以及微生物区系中其它菌所产生的拮抗物质，如有机酸、过氧化氢、溶菌酶、细胞外毒素，甚至某些抗生素。 益生素还必须耐热，以承受其制造加工过程。 3(具有良好的吸附于上皮细胞的特性 因为益生菌进入肠道后，必须具有贮存于肠道的能力，才能在其内生殖并发挥作用。这种能力应大于病原菌本身，因此在吸附过程中有竞争排斥作用。 4(生长繁殖速度快 益生素菌株发挥调整消化道微生物区系紊乱的作用，仅仅能停留在消化道以及定植在消化道还不够，必须具有较高的繁殖能力，使其能在短时期内数量明显增加，在微生物区系占有主导地位，抑制病原微生物。 (能产生抑菌性物质 产生抗菌性物质是益生菌和病原菌竞争性抑制所必5 需，主要有有机酸以及其他的可抑菌物质。 易于生产并保持较强活力 益生素作为商品应用于饲养业，其主要目的是提高生产效益，这就要求益生素的生产成本必须符合经济效益的要求。对菌种的要求则体现为能在较贫瘠的培养基中生产，以保证价廉;能经受益生素饲料添加剂的各种加工过程，并保持较强活力等。耐热性能通常是根据其在80?，10分钟内稳定性来确定，而在饲料中的保存期则至少应在2~3个月以上。 (二)菌种选择 根据上述益生素应具有的条件，在实际应用中，从下面几个方面进行菌种的 选择: 1(最好具有产生孢子的能力:细菌的孢子具有很强的抵御外界不良环境的能力，利用其制造益生素具有易于加工，保存期长，存活率高等特点。 2(最好是本动物消化道的固有菌，有利于益生素菌株在宿主内定植。由于环境的驯化，微生物菌系之间的平衡关系，以及微生物与宿主之间的供受关系，许多细菌具有宿主的特异性。 3(最好具有产酸能力。在益生素的作用中，产酸细菌所造成的酸性环境可抑制病原菌的生长，同时又有利于动物机体对消化道营养物的消化吸收，提高饲料利用率。 (三)可用于制造益生素的菌种 (佟健明主编《饲料添加剂手册》中国农 大出版社) (四)合理使用 1(使用量 由于益生素的菌株在体内是依靠数量优势抑制病原菌，也是依靠数量来维持微生物区系的平衡，因此，用量较大，用作饲料添加剂以促生长为目的的益生素的用量一般在0.02~0.2%,用作药物治疗的用量则大大超过该用量.但如果用量过大则会破坏微生物区系的平衡.另外要注意连续性，维持足够的给药时间，以允许益生素菌株在机体的微生物区系内创造平衡，并维持这种平衡。 2(使用时间:对作为治疗用的益生素，使用的时间越早越好。对于抵抗应激反应益生素，应在可引起应激反应的环境变化之间给药，如天气变化、移舍、运输以及防疫注射等等，都可提前饲喂益生素。对幼畜禽使用益生素时应根据不同的生长关键时期针对性喂给，如出生后、断奶前以及饲料更换前。由于饲养条件差时饲喂的效果明显好于饲养条件较好时，在饲养条件较好时使用并不 产生明显的效果。 3(使用对象:对于新生反刍动物，使用益生素的目的是刺激瘤胃微生物的生长，促进肠道建立有益于健康的微生物区系，避免腹泻，提早断奶，促使幼龄反刍动物早日采食纤维型日粮。常用的微生物是乳酸菌，有时也可用真菌和酵母。而反刍动物的瘤胃微生物区系一旦建立，使用益生素的目的就应转变为提高采食量以及阻止酸中毒的发生。因此，成年反刍动物使用的益生素主要是啤酒酵母、丝状真菌和米曲霉。 4(与抗生素的联合应用:微生物制剂，抗生素是一种抗微生物制剂，两者是一对矛盾，但在抑制动物体内的病原菌方面，两者是相同的，只要将二者合理配合可取得良好的效果。据报道，二者联合使用还可以避免细菌耐药菌株的生。 产 5(作用增效物:增效作用体现在两个方面，一是保护使其活性免受或少受损失。目前普遍使用的方法是尽量使用细菌的孢子来制造益生素。而对无芽孢的微生物则可加工成具有保护膜的形式，即益生素的保护剂。 另一方面在饲喂益生素的同时，加入某种物质，或者起到保护益生素不被胃酸破坏的作用，或者能够帮助益生素发挥作用，如帮助孢子形式的细菌尽快发芽，在肠壁附着。或者提供营养帮助益生素尽快繁殖。或者帮助益生素与病原菌的拮抗作用等等。 如美国利用水溶性的β-葡聚糖包裹细菌，使之微胶囊化，从而提高细菌的生存能力。近年来多种促进双歧乳杆菌增殖效果的寡糖也已被开发，如果寡糖、乳寡糖、异麦芽寡糖、大豆寡糖、木寡糖等，并进行了将寡糖与益生素合并使用效果的研究。 (五)应用效果 1(防病、抗病、治病 增强机体免疫力，畜禽发病率降低5,10,，死亡率降低10,15,;有效防治下痢及胃肠系统疾病，可使仔猪及雏鸡成活率提高10,20,。 2(促生长效果 猪和肉鸡日增重提高5,15,，产蛋率提高5,10,，鱼虾日增重提高10,20,。 3(提高饲料利用率 提高饲料报酬5,15,。 4(饲料中添加益生素后可不加抗生素及化学药品，无配伍禁忌，无停药期，畜产品中无药物残留，符合绿色食品及出口要求。 5(改善肉蛋奶的品质和风味 猪的瘦肉率提高5,10,，脂肪降低2,5,，肉蛋的胆固醇含量降低20,40,，鸡蛋腥味小，符合保健食品的要求。 6(明显减轻动物粪便臭味、氨味。减少蝇蛆等虫害，改善饲养环境，有利于动物身体健康，创造良好的生态环境。 7(降低饲料成本 一方面不加抗生素，药物、防霉剂、抗氧化剂、酶制剂等;另一方面由于提高了消化利用率，可以适当降低日粮的饲养水平，从而降低饲料成本，增加经济效益。 六、生产工艺 (一)固体表面发酵法 把固体表面培养的菌泥与载体按比例混合经干燥而成。该法产量低，劳动强度大，易受杂菌污染，不适于工业化生产，但投资少。 (二)大罐液体发酵法:工艺流程为:菌种接种培养、 种子罐培养 、生产罐培养 (如果是芽孢杆菌类，应检验待80,以上繁殖体转变为空型芽孢时，停止通气和搅拌)、排放营养液加入适量载体 、干燥、粉碎、 过筛、 质量检验 、 益生菌产品。 微生物制剂中, 使用效果好、安全性高的乳酸杆菌,其抗逆性差, 对热、酸、碱都很敏感。另一方面,乳酸杆菌要发挥作用, 必须对胃的酸性环境和十二指肠的胆汁酸盐有抵抗力, 因此,乳酸杆菌的预处理非常重要。有研究报道,即使目前认为抗逆性最好的芽抱杆菌, 如将其与微量元素混合,放置15d 后, 活的芽抱杆菌数降低了70%。 由此看来, 对微生物制剂的预处理提高微生物制剂使用效果的必备手段。由于成本原因,微生物制剂可选择的预处理 技术包括包被技术、微囊化技术以及先制成液体的后喷涂技术。 七、有待研究的问题 1(大部分停留在使用效果，对作用机理研究较少， 尤其是从动物营养 代谢和微生物代谢关系方面还应深入研究。 2(益生素与促生长剂之间的相互关系，还有大量工作要做。 3(如何人提高产品的稳定性。 4(销售、检测方面也有待于加强。 第三节 化学益生素――寡聚糖 一(寡糖的概念 寡糖是指2,10个单糖通过糖苷键连接形成的直链或支链的小聚合物的总称。 为了预防病原菌感染和促进畜禽生长，养殖生产中普遍利用抗生素，虽然抗生素对畜禽的发展有极大的贡献，但同时具有以下缺点:即杀死有害菌，又杀死有益菌;产生耐药性而增加用药量，并且有药物残留和降低畜产品品质。 随着人们对抗生素缺陷的深入了解，益生素便受到青睐。研究表明，这种制剂对动物生长具有一定的效果，但由于益生素的益生菌必须经过口腔进入到肠道，并且在短时间内定植下来才能发挥其生物学功能，而这种活菌制剂发挥功能时，需要稳定的微生态环境，因此受到动物品种、机体健康状态、摄入饲料配比及消化道中原生菌的优生作用等因素的影响，致使益生素在实际生产中应用受到一定限制。因此，各国学者在研究益生素的同时，努力开发机体本身所拥有的抗病潜力，追求具有生理活性的饲料添加剂。如果能在饲料中添加一种既不能为畜禽自身吸收利用，又不能被肠道大部分有害菌利用，只能唯一被肠道有益菌选择吸收，并促进其增殖的物质就能克服活菌制剂的缺陷。经研究，这类物质属于短链分枝的糖类物质，虽为化学物质，与活菌制剂异曲同工，因此，被称为“化学益生素”为替代抗生素开辟了一条新的途径。 早在60年代就有报道，寡聚糖可作为免疫增强剂使用。日本率先将其用于食品工业，其目的不是用于营养，而适用于保健。80年代中期，随着微生态学理论的研究，人们对肠道有益菌的功能日趋重视，同时发现一些寡聚糖能选择性刺激肠道有益菌的生长繁殖而不能被大部分有害菌利用，受此启发，日本又首先把这种糖类物质开发成饲料添加剂产品，但由于成本高而未受到重视。90年代中后期，迫于人类健康和环保的压力，抗生素替代品的研究日益受到重视，寡聚糖由于具有无污染、物残留、功能奇异而成为关注的焦点。1994年，日本生产的1/3该糖类物质被用于饲料，40%的制饲料中都添加了这种物质目前这类产品已在亚洲、加拿大、欧洲的生产和使用均呈上升势头，且价格已降至饲料工业可以接受的范围。我国动物营养界从90年代中后期才接触到这类添加剂，但国家十分重视。1998年11月，国家科技部专门立项，投资200万元从事该添加剂的研究珠海溢多利公司运用酶手段，开发、生产了国产寡聚糖产品-溢康素。 二(寡糖的种类 由于组成低聚糖的单糖种类、分子间结合位置及结合类型不同，种类很多，在自然界达数千种以上。在动物营养中所研究的主要是不能被任何单胃动物自身分泌的酶分解，但对机体微生物区系、免疫功能有影响的特殊糖类物质。根据组成的单糖及其结合类型不同，有以下几种: 1(甘露寡糖(Manoligosaccharide,MOS) MOS是几个甘露糖分子或甘露糖与葡萄糖通过,—1，2、,—1，3、,—1，6、糖苷键组成的寡糖。目前商品用甘露寡聚糖主要是通过酵解法从富含MOS的酵母细胞中获得葡甘露聚糖蛋白复合物，约含30%葡萄糖和30%的甘露糖。应用于饲料中的MOS主要是起吸附有害菌、毒素和刺激动物机体的免疫系统的作用，被专家认为是最有开发价值的寡糖。不能作为双歧杆菌的增殖因子。 2(低聚果糖(Fructoligosaccharides,FOS) 又称寡果糖、果寡低聚糖，是在蔗糖分子以,—1，2糖苷键结合数个D果糖 所形成的低聚糖的总称。高品位FOS制剂主要是利用微生物和植物中具有的果糖转移活性酶(,—呋喃果糖苷酶、果糖转移酶)作用于蔗糖制成的。Bailey等(1991)发现胃肠道中不同的菌群对果寡糖利用的情况不同，其中乳酸杆菌、双歧杆菌等能利用果寡糖，而大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌不能利用果寡糖。 (,—寡葡萄糖(,—Glucooligosaccharides, ,—GOS) 3 也称异麦芽糖，其中至少含有一个通过,—1，6糖苷键结合的异麦芽糖，其他的葡萄糖分子可以通过,—1，2、,—1，3、,—1，4糖苷键组成寡糖。目前主要以淀粉为原料经酶转化技术加工而成。 Kohmoto等(1991)发现异麦芽糖可作为营养物质被双歧杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌利用，而有害菌除链球菌外很难利用。 三(寡糖的消化代谢 单胃动物对碳水化合物的消化主要限制于,—1，4糖苷键。大部分寡糖结构中,—1，4糖苷键的比例小，并且动物机体产生的内源性碳水化合物消化酶(唾液淀粉酶、胰淀粉酶)对其他糖苷键的分解力较弱或不能分解，所以寡糖基本上不能被动物消化，被称为非消化性寡糖(NDO)。 s 研究表明，低聚糖基本上不能被小肠吸收而直接进入小肠后部、盲肠、结肠和直肠。单胃动物消化道后部寄生着大量微生物，既能产生切断低聚糖末端糖苷键的酶，也能产生水解聚合链中间各种糖苷键的酶，因此能消化寡糖。消化过程是:寡聚糖?单糖?乳酸和丙酮酸?挥发性脂肪酸、二氧化碳和水。 四(寡糖的作用机理 抑制肠道病原微生物 (一)结合、吸收外源性病原菌， 病原菌的细胞表面一般含有键合碳水化合物的蛋白质，被称为外源凝集素。通过微生物表面的凝集素特异性识别宿主细胞表面的寡糖受体，通过作用选择性的定植于肠道粘膜。研究表明，畜禽肠道内的病原菌(大肠杆菌、沙门氏菌、梭状芽孢杆菌等)细胞表面的糖蛋白与肠道粘膜上皮的特异糖受体结合，在肠壁上发育繁殖导致肠道疾病发生。 低聚糖进入肠道可竞争性的与病原菌的凝集素结合，破坏细胞的识别，使病原菌不能吸附在肠壁上。而寡聚糖有具有不能被消化道内源酶分解的特点，并携带病原菌排出体外，减少对动物的危害。另外，某些寡聚糖(甘露果聚糖)还可吸附和消除某些霉菌毒素，并且不影响其他饲料成分。 (二)选择性促进有益菌的增殖 寡聚糖是动物肠道内有益菌(双歧杆菌、乳酸杆菌等)增殖因子，能被有益菌发酵，促进有益菌生长繁殖(因为其能产生消化寡聚糖的酶)。肠道有益菌的大量增殖一方面形成微生态竞争优势，另一方面有益菌发酵产生CO和挥发性脂2肪酸降低了肠道PH值，从而抑制病原菌的生长，提高了动物的抗病能力。 (三)充当免疫刺激因子 促进双歧杆菌增殖及增强动物免疫机能:康白等1987年报道，日粮中添加低聚糖可促使双歧杆菌增殖，该菌可提高机体的抗体水平，充分激活体内吞噬细胞的活性，使免疫力得到较大提高。而胃肠道中双歧杆菌、乳酸杆菌在肠壁的定植可激发机体发生特异免疫反应。 有免疫佐剂和抗原特性:研究表明，寡聚糖能与一定毒素、病毒、真核细胞的表面结合而作为这些外源抗原的佐剂，能减缓抗原的吸收增加抗原的效价。 抗原特性表现在能产生特异性的免疫应答。 此外，含甘露糖的寡聚糖也可通过刺激肝脏分泌能与甘露糖结合的蛋白质， 这种糖蛋白可结合侵入机体的细菌，也可与细菌荚膜粘接并触发一连串的补体而影响免疫系统。 FOS对脂多糖有辅助作用，从而增强细胞和体液免疫功能。 (四)寡聚糖的能量效应 尽管寡聚糖在小肠不被吸收，但在大肠可被双歧杆菌等肠内细菌发酵利用，产生短链脂肪酸，一部分被大肠粘膜上皮细胞吸收利用转换成能量，一部分被转运到肝脏，转化为肝脏细胞的能量。这种能量的吸收率与个体“肠内菌群”的差异有关。经六碳糖代谢路径生成的短链脂肪酸的平均能量大约为11.30千焦/克。约为单糖直接吸收产生能量的68%。(34.5葡萄糖?48醋酸+11丙酸+5丁酸+23.75甲烷+34.25二氧化碳+10.5水,一般认为,醋酸、丙酸、丁酸能被很好地吸收) 四(寡糖在畜禽日粮中的应用效果 日粮中添加适量的低聚糖可以提高肉鸡的日增重及饲料转化率，从而提高经济效益。添加甘露寡聚糖可缩短肉用仔鸡达到上市体重所需时间，经济效益约提高5%。另有试验表明，甘露寡聚糖可使肉鸡胆汁IgA水平提高14(2%。甘露寡聚糖同某些病原菌竞争与肠粘膜上皮细胞结合的位点，可降低家禽疾病的发生率，提高存活率。 肉鸡日粮中添加适量寡聚糖可改善采食量，增重和饲料报酬，肠道乳酸杆菌、双歧杆菌显著增加，沙门氏菌、大肠杆菌减少。 Bailey等(1991)雏鸡试验表明，添加FOS0(75%时，沙门氏菌定植数较对 照组下降12%。朱钦龙(1993)报道，在AA肉鸡日粮中添加低聚异麦芽糖能提高鸡的育成率、抗新城疫(ND)抗体效价、饲料转化率及屠体肉成品率。 在饲料中添加1,1.5克/千克寡聚糖，可提高产蛋率2,5,。 在仔猪饲料中添加0.25,的寡果糖，可以提高日增重及肠道中双歧杆菌合乳酸杆菌的数量。综合近年来有关报道，长期使用寡聚糖如果寡糖可获得如下效果:母猪产仔数平均提高0.7头，公猪精液中精子数增加20,25,，可增加断奶仔猪体重1.9千克，改善母猪分娩前后的便秘及夏季采食量下降的情况，减少抗生素添加剂的应用。 在牛羊的饲料中添加一定量的寡聚糖可防止犊牛、羔羊下痢，提高日增重，降低饲料消耗。如在犊牛饲粮中每天添加2克寡甘露糖，饲喂5周后，粪便中大肠杆菌数量显著下降。 五(影响寡糖添加效果的因素 (一)寡聚糖种类 种类不同，产生效果不同。寡果糖，异麦芽糖作为双歧杆菌的增殖因子，甘露寡糖主要是吸附有害菌、毒素和刺激动物机体免疫系统的功能。目前所使用的寡聚糖产品经常造成试验结果不一致，主要原因是产品大多为混合物且来源不同,产品中含有不同的寡糖、同种寡糖的不同聚合度、单糖、多糖及非糖类物质等可能造成实验结果不一致的主要原因。 (二)添加量 寡聚糖对肠道细菌所起的增值、排阻免疫功能必须有一定的浓度。如果添加量不足，则起不到明显的增殖效果;如果添加量过大，会引起后肠的过渡发酵，肠道细菌尤其是乳酸杆菌属非特异性生长，造成动物腹泻。一般建议断奶仔猪的用量不超过0.4,。 (三)动物年龄及种类 动物种类不同，其消化生理也不同，因此寡聚糖对其影响不同。通常幼龄动物效果较成年动物明显。 (四)日粮组成 目前有关饲料中天然存在的寡聚糖对动物生产性能影响的报道很少。事实上大麦、小麦、大豆产品中包含大量的非消化糖类可能会影响寡聚糖添加量的作用效果(Gabert等，1994)。 (五)饲养管理水平(饲养环境) (六)联合使用效果 1(寡糖间的相互影响:许多饲料本身含有活经消化后形成各种寡糖，所以在饲料中添加寡堂的效果，都是多种寡糖的复合效果。目前还没有明显的证据证明寡糖间存在协同效应。 2(寡糖与饲用微生物间的互作:二者同时使用可以延长饲用微生物的保存时间，增加饲用微生物到达后肠的成活数，促进外源性有益微生物在肠道内定植和生长。目前日本生产的新型益生素即为微胶囊包埋的双歧杆菌活菌加寡聚糖粉剂，很有市场。据报道，在鸡的饲料中同时添加0.7,的寡果糖和饲用微生物，第7天沙门氏菌感染鸡的百分率较单独添加益生素降低42,，表明二者联用更有效。 3(寡糖与抗生素的互作:饲用抗生素在有效杀灭有害微生物的同时，也抑杀了机体内正常友谊微生物，破坏了肠道微生态平衡，使动物受到二重感染和内源性感染。而饲用寡聚糖是以促进肠道有益微生物生长繁殖、改善肠道微生 态平衡、提高机体免疫力、促进生长为目的。二者联合是否具有互补作用，进行了大量的研究，研究结果表明在提高增重和饲料报酬方面均有效，但如何协调好二者的关系，最大限度发挥二者的功能，是今后研究的方向。 (七)其他因素:应激、亚临床疾病等。 由于长期使用抗生素而引起的耐药菌株问题，内源性感染问题等长期困扰着养殖者，抗生素替代品的研究日益迫切，益生素和寡聚糖无毒副作用、无残留及抗药性、不污染环境最为受到重视。与益生素相比，寡聚糖具有更大的优势，即具有稳定的化学结构，对肠道的理化环境有很强的耐受力，可以预期寡糖作为一种新型的绿色饲料添加剂将具有很好的应用前景。关于寡聚糖应进一步探讨的问题有:作用机理;与抗生素、益生素的联合使用效果;生产、提纯工艺的改进和新剂型的研发与应用;添加量;结构与功能的关系。