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饲料乳酸菌类益生素的作用机制和应用

发布日期:2018-01-23 作者:http://www.cdhmkyg.com 点击:

    乳酸菌是一类近几年来研究较多的益生素。大量试验结果表明,乳酸菌中的一部分菌种对人和动物的保健和疾病治疗有效果。本文主要介绍了乳酸菌类益生素的作用机理:提供部分必需氨基酸和维生素,产生酸和酶类,帮助宿主消化;啤酒酵母粉厂家为您介绍调整消化道微生态平衡,通过颉颃作用抑制和排斥有害菌,以粘附抗性和竞争排斥限制有害菌体内定植,清除肠胃内有害物质;调节免疫系统功能。

  1概述

  乳酸菌是一类能使可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌的统称,并不是严格意义上系统分类中的一科或一属,目前已发现的这一类菌在细菌分类学上至少包括18个属,如:乳酸杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属、明串珠球菌属、肠球菌属、乳球菌属、肉食杆菌属、奇异菌属、片球菌属、气球菌属、漫游球菌属、李斯特氏菌属、芽孢乳杆菌属、芽孢杆菌属中的少数种、环丝菌属、丹毒丝菌属、孪生菌属和糖球菌属等。其中有益菌以乳杆菌属、双歧杆菌属为代表,这2个属中的很多菌种已经被证实在临床应用上能够治疗和预防人和动物的某些肠道疾病或者起保健作用;有害菌如单胞增生李斯特菌就是引起败血症、心内膜炎的因素之一。乳酸菌绝大多数都是厌氧菌或兼性厌氧的化能异养菌,革兰氏阳性,生长繁殖于厌氧或微好氧、矿物质和有机营养物丰富微酸性环境中。青贮加工中后期,占优势的菌种是植物乳杆菌,另外还有干酪乳杆菌、短乳杆菌、发酵乳杆菌,嗜酸乳杆菌等。犊牛胃和肠道上段乳酸菌占优势,从牛乳喂养的犊牛胃液中分离出乳酸乳杆菌、发酵乳杆菌,而犊牛瘤胃中主要是嗜酸乳杆菌,发酵乳杆菌则是粘附在柱状上皮细胞的主要乳杆菌。值得一提的是双歧杆菌,它是人和动物下消化道内栖居的重要细菌,它们在维持肠道菌群平衡中起重要作用,小肠后段每克内容物约含103~106个菌体细胞,每克粪便中的菌体细胞数量为108~1012。

  1989年美国食品和药物管理局(FDA)公布了可以作为饲料添加剂使用的通常认为是安全的微生物名单,共40多种,其中乳酸菌占绝大多数,近30种。80年代以来,美国有很多公司从事益生素的生产,产业取得较大进展,1989年产品销售额就达2500~3000万美元。产品中的主要微生物是嗜酸乳杆菌、链球菌属和枯草杆菌(非乳酸菌)等。

  2 乳酸菌类益生素的作用机理

  国内外有大量的饲养和临床试验证明了乳酸菌对人和动物体的保健和治疗功效。Marteau等(1990)报道双歧杆菌对轮状病毒性腹泻有疗效;Lidbeck等(1992)证实了嗜酸乳杆菌能预防人类放疗引起的腹泻。Baird(1977)用乳杆菌饲喂断奶仔猪和生长育肥猪,均能增加日增重和提高饲料转化率。乳酸杆菌在饲喂育肥牛(舍饲)时使用,平均日增重提高13.2%,饲料转化率提高6.3%,发病率下降27.7%(杨洁彬等,1996)。饲养试验结果还表明食用乳杆菌能明显降低猪(饲喂胆固醇)血清的胆固醇水平。

  基于乳酸菌的众多效用,近2年来研究人员的兴趣较多地集中于乳酸菌发挥这些功用的作用机制的探讨上,有关报道很多。综其所述,推测的机理大体上可分为几点:①提供营养物质,直接促生长;②改善消化道微生态环境;③调节消化道免疫系统。

  2.1提供营养物质

  小麦、大麦、稻米、小米及玉米等谷物进行乳酸菌发酵后,营养价值大大提高(Hamad,1979)。毕德成等(1988)用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵玉米粉和小麦粉,结果发现赖氨酸含量分别增加72%和85%,蛋氨酸分别增加40%和46%,硫胺素和核黄素均有所增加,游离氮增加1.6和1.4倍,游离铁增加1.3和0.9倍,游离钙增加1.5和1.2倍,总体营养价值有明显提高。这也表明乳酸菌在体内如能正常发挥代谢活性,就能直接为宿主提供部分可利用的必需氨基酸和部分维生素,提高矿物质元素的生物学活性,进而达到为宿主提供必需营养物质,增强动物的营养代谢,直接起到促生长作用。除了上述直接作用外,乳酸菌产生的酸性代谢产物使肠道环境偏酸性,而一般的消化酶的最适pH值为偏酸性(淀粉酶6.5、糖化酶4.4),这样有利于营养素的消化吸收;有机酸的产生还可加强肠道的蠕动和分泌,同时也促进养分的消化吸收(张力等,2000)。

  2.2 改善消化道微生态环境

  乳酸菌发挥益生作用的主要途径是通过改善动物消化道微生态环境实现的。动物(包括人类)的整个消化道在正常情况下均寄生有大量的微生物,称为正常微生物群,其作用可分为三类:①共生性类型,主要是专性厌氧菌,数量大,恒定存在,在生态平衡时,它们的维生素和蛋白质合成、消化吸收、生物颉颃和免疫等生理功能对宿主有益;②致病性类型,生态平衡时数量少,寄生于正常部位,不致于使宿主发病,若失控,则会导致宿主的不良反应;③中间性类型,那些同时具有生理和致病两种作用的菌种,其数量的增加,会导致腐败物质、致癌物和毒素的增多,加剧宿主的老化(康白,1988)。因此,正常微生物群的平衡(即微生态平衡)对于机体的健康具有非常重要的意义。而乳酸菌就能调节这种微生态环境,使之趋于平衡,保障宿主的正常生理状态。

  2.2.1颉颃作用

  在乳酸菌的生长代谢过程中,会产生一些具有抗微生物活性的产物,来达到抑制致病类型的有害菌和外源病原菌的目的。有机酸(乳酸、乙酸等)、过氧化氢、二氧化碳、丁二酮等,均在体外表现出抑菌活性;双歧杆菌还能降解结合型胆酸为抑菌作用更强的游离型胆酸。

  研究表明,很多乳酸菌还能产生细菌素,如:乳链菌素、乳酸菌素、嗜酸菌素,这些物质在抑制病原菌上充当着重要的角色。Harris等在研究乳酸菌对单胞增生李斯特菌的抑制作用时发现,乳杆菌UAL11、明串珠球菌UAL14、乳酸片球菌PAC1.0培养物无细胞上清液,经过碱中和、超滤或热处理后,仍表现出抑制活性。可以推测,这三株菌是通过细菌素发生作用的。Dunne等发现唾液乳杆菌UCC118及其抗菌产物ABP118(一种细菌素)对一系列指示菌(潜在病原性)均有较广谱的抑菌性。通过竞争营养物质,限制有害菌生长。Freter发现了在体外肠道正常菌群与弗氏志贺菌有竞争碳源的关系;Wilson等也指出普通小鼠盲肠中难辨梭菌的生长受抑制至少有部分是与有益菌同其竞争肠道内某种碳源有关。

  2.2.2粘附抗性

  粘附能力通常被认为是病原菌的一种重要的毒性因子,粘附于肠道粘膜,是病原菌定植并产生临床症状的前提条件。乳酸菌能防止病原菌在肠上皮细胞表面附着、定植并入侵肠道细胞,这种机制有人称为“粘附抗性”。

  竞争排斥是人们较早认定的一种抗粘附机制。很多试验证明,不少乳酸菌具有与消化道上皮细胞亲合的能力。Fuller等(1971)和Barrow等(1980)分别对鸡嗉囊和猪胃进行电镜观察,发现乳杆菌能很好地附着于上皮细胞表面。这就意味着乳酸菌可以通过位点竞争排斥病原菌的粘附和定植,从而保护宿主免受侵害。Bernet等(1994)用嗜酸乳杆菌LA1株与肠致病菌一起同Caco-2细胞系(具有人小肠微绒毛细胞的某些特性)共培养,发现肠致病菌的粘附能力受抑制,这可能是乳杆菌细胞和致病菌细胞之间存在的非特异性的对肠上皮细胞顶端受体的空间位阻现象引起的。

  后来,随着研究者对这种抗性的分子机制感兴趣,开始对与粘附相关的因子进行了研究。Greene等(1994)在研究乳杆菌、Bernet等(1993)在研究双歧杆菌与Caco-2细胞的粘附机制时,发现一种蛋白质性质的成分和培养物上清液中的小分子量热稳定性的非蛋白成分均有关系。Greene等指出这种非蛋白因子就是其酸性pH环境,它改变了Caco-2细胞本身,使乳杆菌对其粘附性增强,而蛋白质成分是细菌细胞壁表面蛋白,并具有特异性。Dunne等(1999)用蛋白酶处理了唾液乳杆菌UCC118后,SDS-PAGE检测发现细胞壁表面蛋白中的两个分子(195KD和83KD)被降解,Western-blotting测定证实195KD蛋白与粘附性相关。因此细菌与肠上皮细胞的粘附可能通过表面蛋白的配体受体识别结合,并且配体和受体的状态受pH值影响,进而影响结合能力。

  Mack等(1999)提出乳酸菌可以通过改变肠道粘液成分抑制致病菌的粘附。动物肠道表面覆盖着一层由上皮组织细胞分泌的粘液,其重要成分就是大分子的粘蛋白(含有长碳水化合物链,通过O-糖苷键连接N-乙酰半乳糖胺和肽骨架上的苏氨酸或丝氨酸),粘蛋白MUC2和MUC3是回结肠粘液中的优势蛋白。他们在体外实验中发现植物乳杆菌299v和鼠李糖乳杆菌GG能有效抑制病原性大肠杆菌与肠上皮细胞系HT-29的粘附,但不能抑制其与Hep-2的粘附作用,而在Hep-2细胞系中加入富含MUC2和MUC3的培养基,就能够抑制肠致病菌与Hep-2细胞的粘附。于是他们用植物乳杆菌2990与HT-29细胞系共培养,发现MUC2和MUC3的mRNA表达水平提高,这暗示着上述两株菌对病原菌的粘附抗性是通过提高肠道粘蛋白MUC2、MUC3表达来实现的。

  2.2.3肠道有毒物质的清除

  肠道化学物质的组成也是微生态环境的重要影响因素,毒性胺、硫化物、酚类和吲哚等都是对肠道有刺激性和毒性的物质,是肠道腐败菌活动增强的标志。有报道称双歧杆菌能防止致病菌对氨基酸的脱羧作用,减少肠内容物氨的浓度,有效减少毒性胺的合成,改善肠道环境。

  2.3调节免疫系统功能

  口服乳酸菌制品能够增强免疫力,表现在两方面:一是影响非特异性免疫应答,增强单核吞噬细胞(单核细胞和巨嗜细胞)、多形核白细胞(主要是嗜中性粒细胞)和自然杀伤细胞的活力,刺激活性氧、溶酶体酶和单核因子的分泌;二是刺激特异性免疫应答,如增加粘膜表面和血清中IgA和IgM、IgG水平以强化体液免疫,促进T、B淋巴细胞的增殖和成熟,加强细胞免疫。Schiffrin等(1995)发现约氏乳杆菌(L.johnsonnii)Lj1和乳酸双歧杆菌(B.lactis)B12能在体外增强吞噬细胞对大肠杆菌的吞噬作用;噬热链球菌在同沙门氏菌一起使用时可起到免疫佐剂的作用,显著提高血清中的IgA含量。Gill(1998)列出了1985到1995年间的一些乳酸菌在人和动物上实验的报道,结果均表现出正面效果。乳酸菌对免疫系统的刺激机理还不十分清楚。Ouwehand等(1999)给出了摄入益生素对免疫系统刺激作用的可能途径:抗原性物质通过淋巴结集中的连滤泡上皮,进入淋巴组织。通过途径有两种,一为微生物代谢产物或碎片作为小分子抗原直接通过普通上皮细胞或者透过上皮细胞间的紧密连接缝隙;二为微生物细胞本身由微褶细胞(M-Cell)通过胞饮作用传送给位于M-Cell包囊中的巨嗜细胞等。抗原进入淋巴组织后,或由抗原提呈细胞处理后或直接交给淋巴细胞,产生相应的免疫应答。

  3 乳酸菌的应用研究

  基于对乳酸菌代谢和遗传特性的深入了解以及对其益生作用机理的认识,还有大量临床试验的结果证明其作为保健治疗辅佐剂施用的可行性,人们已广泛接受了乳酸菌益生素这种保健制品。上文已经提到了目前用于生产、饲用和食用的乳酸菌种类。在应用的过程中还应注意以下几点。

  3.1优秀菌株筛选原则

  啤酒酵母粉厂家为您介绍一株乳酸菌要想作为益生素使用,有很多需要具备的先决条件,除了上面提到的应满足通常认为是安全的(GRAS)原则外,Fuller(1989)和Ouwehand等(1999)分别提出了益生素用菌株的筛选原则,


啤酒酵母粉

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