自从1950年美国食品与药物管理局口（FDA）首次批准抗生素用作饲料添加剂以来，世界各国相继进行抗生素和化学药品的饲喂试验并应用于饲料生产。半个世纪以来，在畜禽饲料中添加抗生素和化学药品的做法已日趋普通，对于预防和控制畜禽疾病、促进动物生长、提高畜禽产量、促进畜禽饲养业的发展发挥了巨大的作用，但同时也产生了严重不良后果，首先，畜禽长期使用抗生素，可使病原菌突变为耐药菌株，产生抗药性，同时还可导致人和动物体正常菌群失调，以及抑制机体免疫反应的形成，严重的导致二重感染，甚至引起死亡。其次，抗生素在畜禽体内残留，残留在肉、蛋、奶等食品中的抗生素，经加热处理并不能完全使其灭活，人长期摄入这类含有残留抗生素的食品，可能导致慢性中毒等，对人体产生危害。
随着人们对环境、生态等可持续发展认识的深入，对饲料中应用抗生素和化学药品所带来的负面作用逐步形成共识。在寻找抗生素和化学药品替代品的过程中，人们首先关注和开发的产品是活菌制剂益生素（probiotics）。这是一类对畜禽有益的单?或复合微生物的培养物经特殊工艺加工而成的饲料添加剂。它通过给动物喂饲外源有益微生物的方法来加强肠道正常微生物区系的屏障功能，增进非特异性免疫功能、增强动物的抗病能力、防止疾病感染，达到提高饲料利用率和促进动物生长的目的。不仅如此，微生态制剂还具有克服使用抗生素所产生上述副作用的独特优点。在疾病治疗方面，可以克服使用抗生素引起的菌群失调和二重感染，避免滥用抗生素产生的不良后果；在使用抗生素后，使用微生态制剂对恢复机体微生态平衡有着明显的调节促进作用，可部分代替抗生素，并且是抗生素的良好补充。在饲料添加剂方面可以逐步取代抗生素。目前，益生素在畜禽生产中得到了广泛的应用。
据有关资料报道，日本近年这类产品的年用量为千吨以上，美国的用量则为日本的5?8倍，德、法、英、荷兰、丹麦、西班牙等国家的猪、肉用牛、鸡、兔约饲料，以及犊牛代用乳亦开始普遍使用。我国对益生菌的研究始于20世纪80年代，90年代虽然有些产品进入市场，但绝大多数还处于研究阶段，如何开发新的菌种、提高活菌浓度，提高活菌制剂对不良贮存条件和饲料加工条件的耐受力、提高定植能力，克服配伍禁忌、稳定产品质量等很多问题还有待解决。
1. 益生素的定义
1.1益生素的定义
1974年Parker首次使用probiotics一词来描述给动物使用的有益微生物制剂，其定义为，有助于肠道菌群平衡的微生物和物质。因为这个定义含意太广，Fuller(1989)又提出一个新的定义：“一种可通过改善肠道菌群平衡，而对动物施加有利影响的活微生物饲料添加剂”。并指出这一制剂应具备5个特点：①应能对宿生施加有利影响〔即提高生长率和抗病率〕的微生物；②应是无毒的和非致病性的；③应是活的，含菌量要大；④应能在肠道环境中存活并进行代谢，即能抵抗低PH和有机酸；⑤应能长期保持存活和稳定。在我国probiotics多被译为益生素、益生菌、或译为生菌素、活菌素等等。
1.2益生素与微生态制剂
对微生态制剂的概念可以概括为：根据微生态学理论，以正常菌群为主体的有益微生物群研制而成的一类生态制剂或生物制剂。其用途主要为调整人和动物体正常菌群，增强机体抵抗力和免疫力，促进生长发育。用于防治人、畜疾病，以及作为人的保健饮料或动物饲料添加剂。微生态制剂不仅包括益生素，还包括益生元类物质，它主要是指寡糖等一些不能被宿主消化吸收、却能选择性地激活一种或几种体内有益菌群的生长繁殖，从而改善宿主健康的物质。综上所述，在畜牧业中，益生菌制剂主要指微生物饲料添加剂，而微生态制剂则为内涵更广的一类生态制剂。
关于益生素与微生态制剂的分别目前还存在一种观点，即微生态制剂包括益生素和微生物生长促进剂。益生素，是由活体微生物制成的生物活性制剂，它可通过动物消化道生物的竞争性排斥作用，抑制有害菌生长，形成优势菌群或者通过增强非特异性免疫功能来预防疾病，从而促进动物生长和提高饲料转化率。微生物生长促进剂是指摄入动物体内参与肠内微生物平衡，具有直接提高动物对饲料的利用率及促进动物生长作用的活性微生物培养物。但是，目前益生素与微生物生长促进剂还没有严格的界限。
2. 益生素的作用机理
2.1常用菌种
目前，益生素生产中使用的菌种通常包括以下几种：
（1）乳酸菌制剂
乳酸杆菌是动物肠道中的正常微生物，该制剂应用历史最早，制剂种类最多，其中包括乳酸杆菌发酵饲料、乳酸杆菌粉及乳酸杆菌提取物。当前，作为饲料添加剂应用较多的嗜酸乳酸杆菌、双歧乳酸杆菌及粪链球菌。我国最早使用的乳酶生就是用粪链球菌制成。
（2）芽孢杆菌制剂
芽孢杆菌在动物肠道微生物群落中存在数量极少，目前生产中应用的芽孢杆菌主要有地衣多糖芽孢杆菌、枯草杆菌及东洋杆菌。与乳酸杆菌相比，芽孢杆扦菌具有许多优点：能耐受胃内酸性环境，稳定性较高具有较强的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多种有效的酶促活性。还有研究表明，芽孢杆菌具有平衡或稳定乳酸杆菌的作用。
（3）酵母类制剂酵母只是零星存在于动物肠道中，目前应用的主要有啤酒酵母和石油酵母。它可为动物提供蛋白质，帮助消化，刺激有益菌的生长．抑制病原微生物繁殖，提高机体免疫力和抗病力，对防治畜禽消化道系统疾病起到有益作用。
（4）优杆菌类：优杆菌可分泌乳酸，促进饲料消化；抑制病原菌，刺激有益菌的生长；但稳定性较差。
（5）拟杆菌制剂：拟杆菌是人和动物下肠道，G?厌氧杆菌中占第一位的正常菌，它的使用在我国尚属起步阶段。
（6）其它微生态制剂：除上述外，黑曲霉和米曲霉也可用于制备微生态制剂。此外还有噬菌蛭弧菌，它是一种细菌内寄生的G?弧杆菌，噬菌特性与噬菌体极为相似。已经证明，噬菌蛭弧菌能裂解猪大肠杆菌、禽霍乱沙门氏菌、鸡白痢伤寒沙门氏茵。
目前，比较典型的微生态制剂产品是由日本硫球大学教授比嘉照夫研制的EM（Effective
Microorganism）制剂，EM制剂是由光合菌、酵母菌和乳酸菌等10属80多种微生物复合培养成的有效微生物群，用于饲料中能增强畜禽免疫力、促进生长，改善环境卫生，而且具有天然无毒、无残留等优点，因而被广泛应用于世界各国畜牧业。
2.2畜禽肠道中的微生物区系及动态变化
动物的消化道内大约有100兆细菌，其中100种左右的细菌构成了肠道的主要菌群结构，根据各类菌在肠道中的分泌行为．可分为有益菌群(对肠道健康有益处)、有害菌群(对机体健康无益，严重者对机体造成伤害)以及介于二者之间的菌群(在机体正常情况下，该菌为有益菌，在机体衰退、发生疾病时该菌转换为有害菌)3种。
动物肠道中有益菌的代表为双歧杆菌属、真杆菌属、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、脓球菌属、链球菌属等。
动物的健康状况与肠道微生物形成的微生态结构之间存在明显的相关性。幼龄动物肠道有益菌占绝对的优势，尤其是双歧杆菌占总细菌数的99％，而大肠杆菌、球菌只占1％；随着日龄的增加，产气荚膜梭菌等有害菌呈上升的趋势，它们所产生的硫化氢、硫醇、酚类和胺类等有毒有害物质也会随之增多．影响动物的健康及生长性能。肠道微生物区系中的有益菌优势性不强，实际上是一种亚健康状态，很容易受多种因素的影响而发生逆转，同时表现出拉稀等疾病状态。饲用抗生素等药物、活菌制剂以及化学益生京都是通过预防或再逆转这种优势的有害菌系而保证和恢复动物的健康，促进生长和生产性能的提高。
2.3 益生素的作用机理
益生素进入人畜肠道后，会与其中的正常菌群会合，显现出共生、栖生、竞争或吞噬等复杂关系。因此，微生态制剂的作用机理相当复杂，当前对其认识可归纳为以下几点：
2.3.1 补充有益菌群，维持动物肠道菌群平衡
正常微生物群与机体内环境之间所构成的微生态系统内，微生物种群中的优势种群对整个种群起决定作用，一旦失去了优势种群则该优势种群发生更替，微生态平衡失调，使用微生态制剂的目的在于恢复优势种群。一些需氧的微生物特别是芽孢杆菌能消耗肠道内氧气，造成局部厌氧环境，有利于厌氧微生物生长同时也抑制了需氧病原菌和兼性厌氧病原茵的生长，从而使失调菌群恢复正常，即生物夺氧作用。
2.3.2 抑制病原茵繁殖
益生素中的有益微生物可竞争性抑制病原菌附着到肠细胞上，即屏障碍作用，并在消化道内形成致密性膜菌群，防止病原菌吸附于肠壁上，促使其随粪便排出体外。给新生家畜、禽接种（或饲喂）益生素有助于畜禽建立正常的微生物区系，排除或控制潜在的病原体，即人为创造有益微生物区系。益生素在动物肠道内代谢后产生乳酸、丙酸等，使消化道内酸度降低抑制大肠杆菌等有害菌，同时酸的作用可促进饲料的消化与吸收，而且乳酸的生成又会防止仔猪腹泻。另外，益生素在代谢过程中产生的过氧化氢对潜在的病原微生物有杀灭作用：
2.3.3 提高饲料转化率，合成营养物质，促进生长
有益菌在动物肠道内生长繁殖产生多种消化酶，如水解酶，发酵酶和呼吸酶等，有利于降解饲料中蛋白质、脂肪和复杂的碳水化合物；并且还会合成B族维生素、氨基酸以及不明促生长子等营养物质，提高了饲料转化率，促进动物生长。例如芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶以及淀粉酶的活性，而且还能降解植物性饲料中某些较复杂的碳水化合物，动物体内可被其降解的物质有甘油三酯、蛋白质、淀粉、木聚糖、β?1，4半乳聚糖和果胶等。另外，许多微生物本身富含营养物质，添加到饲料中可作为营养物质被动物摄取吸收，从而促进动物生长。
2.3.4 提高机体免疫功能
益生菌可作为非特异免疫调节因子，通过细菌本身或细胞壁成分刺激宿主免疫细胞，使其激活，促进吞噬细胞活力或作为佐剂发挥作用。此外，还可发挥特异性免疫功能，促进宿主BC产生抗体的能力。
2.3.5改善环境卫生
微生态制剂中的某些菌属，例如嗜胺菌可利用消化道内游离的氨、胺及吲哚等有害物质，同时优势菌群抑制大肠杆菌活动，扭转蛋白质向胺及氨的转化，使肠内粪便和血中氨下降．排除的氨也减少。而且排出的粪中还含有大量的活性菌体，可以利用剩余的氨。孙黎等(2000)在从肉仔鸡饲料中添加EM400g/kg，结果使鸡舍内氨浓度下降24.95％。因此微生态制剂的添加可极大地降低粪便臭味，改善舍内空气质量，减少机体应激，降低对环境的污染。
3.益生素的使用
3.1益生素菌剂的质量问题
衡量菌剂质量指标主要是安全有效，对人畜无毒无害，无副作用(包括无抗药性)。菌剂质量好坏受多种因素影响，关键是使用的菌种株、菌剂所含菌数及保存期等。
3.1.1菌种
就目前而言，可用于动物微生态制剂的益生菌主要由以下几种来源：1．肠道的固有优势茵群，如双歧杆菌，乳酸杆菌，肠球菌等。2．肠道的非优势菌群，可促进肠道正常菌群中优势茵群的的生长繁殖，起到调整恢复体内微生态平衡的功能，如蜡样芽孢杆菌、酯酸芽孢杆菌。3不是肠道固有的菌群，但具有很好的营养功能，这一类茵较为广泛，其中很多种已较早用于蓖制剂以及单细胞蛋白的生产，如光合细菌、放线菌、真菌〔包括霉菌和酵母菌〕、枯草杆菌等。这里须指出，很多益生菌往往具备不只一种功能，并且不同益生菌之间功效可以互补，这也是筛选优良菌株进行配伍组合的一个依据。
3.1.2菌剂含菌数
各种生产的茵剂所含菌数，在检测中均有一定规定，但究竞含菌数多少较为合适，这方面的研究尚少。制剂中的菌数含量直接影响使用效果，因而受到一些学者的重视。
3.1.3菌剂保存别
大量试验表明，随着时间的推移，活苗数量不断地消减，消减的速度因微生物种类不同而有差异，其稳定性强弱依次为：芽胞杆菌＞肠球菌群中的粪链球菌＞足球菌和明串球菌＞乳杆菌(亦因菌种不同而有差异，如胚芽乳菌比嗜酸乳杆菌稳定)
＞双歧杆菌。对此，国外有的学者认为脆弱的菌种不允许作为益生菌添加剂，这一问题值得重视，因为不稳定的菌种很难进行工业化生产，而完全使用保存时间较长的菌类，则品种过于单一。因此，除了培育稳定性较强的菌株外，还需从保存手段等方面进行研究。
3.1.4 有意菌株的定植与微生态制剂关系
研究表明：正常菌群在动物机体的定植，是通过细菌的粘附作用来完成的。如乳杆菌、双歧杆菌等通过口服，进入肠首后能否粘附于宿主某段肠道粘膜上皮细胞表面，形成稳定的菌群，发挥生态效应，是关系到含有这类细菌的微生态制剂实际效果的重要问题。研究还表明，这类细菌对宿生的粘附作用具有种属特异性，从某一类动物分离到乳杆菌、双歧杆菌等只对这类动物的消化道上皮表现出较强的粘附性，对其他动物则表现为低粘附或不粘附。同时，细菌的属、种、株不同，其粘附性亦有差异。细菌的粘附力是由所含的特异性粘附素（一种蛋白质样物质）来决定的。因此，研制微生态制剂所含正常菌群菌株的粘附力高低，应诈为筛选的重要指标之一。而不属正常菌群的其他有益菌株，如需氧芽胞杆茵，因其不能在宿主体内定植，筛选菌株时，则应考虑其对促进正常菌群(如乳杆菌、双歧杆菌)的定植等效果。
3.2 影响益生素作用效果的因素
3.2.1 动物种类
益生素制剂有很多类型，对某种特定动物，某一种类型可能比其它类型更适宜。现在研究表明：适于单胃动物的菌株多为乳酸菌、芽抱杆菌、酵母等；适于反刍动物的则多为真菌类．以曲霉菌效果为好。
3.2.2 水分
微生态制剂在相当干燥条件下，水分对菌群活力有明显影响，但是在贮藏条件下，提高水分含量则菌群活力可能明显下降。水分对菌群活力影响最小的是芽泡杆菌，其次是粪链球菌，水分对乳酸菌影响甚大。有人认为，受水分影响大的有益微生物不适宜作微生态添加剂使用。为了保证微生态制剂中菌群活力，配合饲料中含水量越低越好，含水量低于10％比较理想。
3.2.3 PH值对微生态制剂朗影响
大多数微生物在PH 4-4.5的条件下均会自动死亡。芽孢杆菌类耐受低PH值的能力强。因此认为作为微生态制剂作用的微生物在干燥收获以前，置于PH
6?7的中性条件下培养比较适宜。基于微生物这一特性，在配合口粮中使用时不适宜于与酸化剂混合使用。
3.2.4 温度对微生态制剂的影响
来源不同种类微生物对温度耐受力不同，芽孢杆菌能耐受较高温度，52?I02℃范围内损失很小。加入配合词料中，在102℃条件下制粒．贮藏8周后仍然比较稳定。经长时间贮存变化也很小。乳酸菌类在温度66℃或更高时几乎完全失去活性。链球菌在71
℃条件下，活菌损失96％以上；酵母菌在82?86℃条件下完全失去活性。微生态制剂正常贮藏条件下以温度不高于25℃为宜：
3.2.5 营养物质对微生态制剂的影响
研究证明一些营养物质与微生态制剂混合，显著影响微生物的活性。不饱和脂肪酸对微生态制剂具有拮抗作用。配合日粮中添加微生态制齐胶尽量避免与添加油脂直接接触。也有研究表明，饲料中的油脂，在制粒过程中对微生态制剂耐受温热压的能力具有保护作用。此外，饲料中的矿物质、防霉剂、抗氧化剂对微生物有拮抗作用，可降低其活性，使其不能发挥正常作用。
3.3益生素应用的趋势
3.3.1 益生素与抗生元类物质联合使用
益生元是一种非消化性食品添加剂，能选择性促进一种或几种定植于结肠内常住菌的活性或生长繁殖，从而增进宿主健康。这类物质最初发现的是双歧因子。大量研究认为，某些寡糖、多糖、肽类、蛋白质及我国的中草药等均可作为益生元。现在的研究热点多集中于寡糖，应用较多的是大豆寡糖、半乳寡糖、低聚果糖等。国外已提出将益生素和益生元联合运用，既可发挥益生菌的细菌活性，又可选择性地提高这种菌的数量，使益生作用更显著持久。国际上特此类产品定名为合生元，这是微生态制剂的又一发展方向。
3.3.2益生素与抗生素的联合使用
由于微生态制剂是活菌制剂，而抗生素具有杀菌作用。因此，一般情况下，在畜禽词料中不可同时使用，但是当肠道内存在较多的病原体，而微生态制剂又不能取代肠道微生物时，会降低其抗病力。这种情况下，可先用抗生素调理肠道，然后使用微生态制剂，可使非病原菌及微生态制剂中的有益菌成为肠道内有益菌群。但是对于抗生素和微生态制剂的结合使用效果并不能一概而论，两者联合使用时应考虑组成微生态制剂的每种菌对特定抗生素的敏感性、动物品种及年龄等。只有根据微生态制剂的菌种组合及特性以及抗生素的种类和作用对象进行合理配合，才能达到预期结果。
3.3.3运用基因工程技术研究功能微生物制剂
通过对?些优良菌种的遗传改造．导入有用基因如必需氨基酸合成酶基因、疫苗基因等。让微生态制剂在肠道内就能产生赖氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸，或某些传染病病原的免疫保护蛋白刺激机体产生抗体，或同时产生必需氨基酸和免疫保护蛋白，省去了体外生产的复杂工业化过程及疫苗注射程序。
3.4益生素在生产使用中应注意的问题
(1)
筛选好的菌株，筛选的菌株除了必须能高产抗菌活性物质、较好的益生功能、产酸能力、稳定性、在畜禽肠道中的定植力、以及对加工和环境有好的耐受能力外，还必须用本动物或实验动物做急性、亚急性毒性实验，致病致残等实验，只有安全性好的菌株才能作为生产菌种。
(2)
活菌制剂的保存，根据微生物的生物学特性，生产时应注意避免跟与益生素有拮抗作用的物质接触、保存时应尽量注意环境温度、湿度、PH值等条件，以保证活菌制剂的浓度和活度。微生态制剂必须含有?定量的活菌。一被要求3亿个以上的活菌体，且活力要强。
(3) 饲喂方法，实验证明，将益生素投放在水中饲喂比投放在饲料中，效果更明显。但这一方面的研究还有待有加强。
(4) 微生态制剂的预防效果好于治疗，作用发挥较慢．故应长时间连续饲喂．才能达到预期效果。
(5) 要注意制剂的保存期。大量试验表明，随制剂保存时间的延长，活菌数量逐渐减少．即意味着其作用越来越小。
(6) 微生态制剂对新生动物的作用效果好，有利于它们建立健全的肠道正常的微生物区系。
3.5 动物营养学方面对益生素还有待解决的问题
益生素在畜禽业中得到了越来越广泛的应用,但是随之而来也出现了不少问题,首当其冲的是我们需要对微生态制剂的功效做出合理的评价。首先，对微生态制剂的效果评价需要在特定的饲养环境条件下进行。尽管微生态制剂作用的特点是非特异性的，但在具体使用时，其功能有所侧重，即不同的产品有其各自最适宜的使用对象。因此在试验和生产实际过程中，应根据产品的特点，选择合适的试验饲养场地。由于饲养环境及畜禽健康状态的易变性，在评价产品时，须做纵向和横向的多次比较，纵向指在同一场地连续多批次进行试验，横向指在多个饲养场地同时进行试验，惟有如此，得出的结果才更为可靠合理，具有说服力。其次，对微生态制剂产品的形成而言，益生菌之间的配伍组合与产品的应用效果密切相关。这两方面的研究都有待加强。
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