生菌剂在兽医畜产之利用

1.生菌剂的定义

    以往在日本将「在消化管内起有效作用之活微生物制剂」称之为生菌剂，在国际上则有 microbial  products，direct - fed  microbials 等用语。最近则称「probiotics 者为一般，probiotics 为 Lilly 及 Stilwell ( 1965 ) 所提倡之用语，从共生 ( probiosis ) 一语而来，意指「促进其他微生物增殖之物质」，本「抗生物质」之意相反者即为「共生物质」，之後 Parker ( 1974 ) 将此用语定义为「可有效改善肠内微生物平衡之微生物或物质」，其後於 1989 年，Fuller 主张因「物质」一语广义上亦包括抗生物质而为了强调其为活的，故改为「藉改善肠内微生物平衡，而对宿主动物起有益作用之活微生物添加物」。

    Fuller 的这个定义，恐怕和在 Lilly 及 Strlwell 的定义之前便一直在日本所使用的「生菌剂」这个用语之概念相符合，笔者在几个有关动物用生菌剂之概说中 ( 1988、1989、1990 )，便按照字面上的意义将生菌剂视为「活著的微生物制剂」，而将微生物的培养产物及 OLGO 糖等物质排除在外。因此在 OIE ( 国际兽疫事务局 ) 有关肠内细菌子生物控制的特集 ( 1989 ) 中，为了限定 Probiotics 的范围介绍了日文「生菌剂 Seikiu - Zai」之意义，本稿中为了避免“ probiotics ”一语造成混乱，故使用「生菌剂」一语。

2.动物用生菌剂之菌种

  2ˉ1 日本的菌种

    日本之动物用生菌剂所使用之主要菌种如下表所示，有 1)嗜氧性菌群 ( Bazillus 属之芽胞形成菌 )；2) 嫌氧性菌群 ( 酪酸菌属之芽胞形成菌 ) 3) 乳酸菌群 ( 乳酸杆菌、乳酸球菌及 Bifidus 菌 )，几乎不使用酵母 ( Saccharomyces ) 及麴 ( Aspergillus )。

    嗜氧性菌群全部为 Bazillus 属之芽胞形成菌，有 toyoi 菌、coagulaus 菌，枯草菌 ( 包括纳豆菌 ) 及糖化菌。嫌氧性菌群，则有酪酸菌属 ( clostridium ) 之芽胞形成菌。此外，乳酸菌群全为无芽胞菌，有乳酸杆菌、乳酸球菌及 Bifizusu 菌。动物用生菌剂是使用这些菌种制造而成，同时有以单一菌种为有效成份之单味制剂及以数个菌种为有效成份之配合制剂。

  

日本之主要动物用生菌剂

下痢治疗用生菌剂 ( 动物用医药品 )

<--mstheme-->

饲料用生菌剂 ( 饲料原料 )

<--mstheme-->

  

    日本主要动物用生菌剂之菌种∶

    (1)嗜氧性菌群 ( 形成 Bazillus 属芽胞之嗜氧性菌 )

    1) Toyoi 菌［Bacillus  cereus  var，toyoi ( Syn.  B.   toyoi )］

    是由土壤而得之菌株，为开发饲料中安定的动物用生菌剂而得在嫌氧的情况下亦可能发育。

    2)                 菌 ( Bacillus  coagulaus )

    为由绿麦芽而得之菌株，亦称为有胞子性乳酸生成菌。

    3) 枯草菌纳豆菌［Bacillus  subtilis ( B. natto 亦包括在内 )］

    为由枯草等所得之菌株，亦有利用纳豆而得之菌株。

    4) 糖化菌［Bacillus  mescuterius］

    从马铃薯表皮分离而得之 Amilase 生成菌。

    (2)嫌氧性菌群 ( 形成 Clostridium 属芽胞之偏性嫌氧性菌 )

    1) 酪酸菌［clostridium  butyricum］

    由人之肠管而得之酪酸生成菌。

    (3)乳酸菌群 ( 乳酸杆菌、乳酸球菌及 bifizusu 菌、无芽胞菌 )

    1) 乳酸杆菌［Lactobacillus  acidophilus，Lacto.  salivarius］

    为生成乳酸之通性嫌氧性菌，由人之肠管、　酵乳而得之菌株为多，但由牛、猪等之菌株亦有。

    2)乳酸球菌［Enterococcus  faecalis，Entero.  faecium ( Syn.   Streptococcus.  faecalis，Stept.  faecium )］

    为生成乳酸及酢酸之通性嫌氧性菌，由人或动物肠管而得之菌株亦有。

    3) Bifidus  菌  ［Bifidobacterium  thermophilum，Bifid.   pseudolongnm］

    生成乳酸及酢酸之偏性嫌氧性菌，猪、牛等之动物由来菌株，开发成为动物用生菌剂。

  2ˉ2.欧美的菌种

    在欧洲，嗜氧性菌群之 toyoi 菌、枯草菌、乳酸菌群的乳酸杆菌、乳酸球菌为多，但一部份也使用 Bifidus 菌、酵母及麴。在美国则以嗜氧性菌群之 Bazillus 属，乳酸菌群之乳酸杆菌、乳酸球菌。Bifidus 菌为多，一部份使用酵母、麴及                    属 ( Bacteroides )，                  属 ( pediococcus )，                      属 ( Propyo  bacterinm ) 在欧、美、这些菌株的使用法有 Bazillus 属，乳酸杆菌、乳酸球菌之单味制剂，但是以这些菌种为主成份与其他 1 种至 10 种以上菌种组合而成之配合制剂占绝大多数 ( 有些甚至被称为是“ COCKTAIL ”)。这些多菌种之配合剂，不一定有明确的意义，而为了确立自有品牌所做之区别化，为目的者较多。

  2ˉ3.嗜氧性菌与嫌氧性菌

    消化管内生菌剂的发育受到溶存氧的浓度影响，因此一般认为嗜气性菌在上部消化管，偏性嫌氧性菌在下部消化管，而通性嫌氧性菌即嗜氧性菌中，在嫌氧下亦可发育之菌种在上部至下部之消化管，皆适於发育。

  2ˉ4.通过菌．定住菌与固定性

    从肠内菌丛的构成来看，嗜氧性菌群之 Bazillus 属为通过菌，而乳酸菌群等则为定住菌，有关生菌剂的有效性，以往便常讨论到与固定性及增殖性之关系，像乳酸菌这种常在肠内之定著菌，将之培养後投与後，却不一定在肠内定著，此外，饲料用生菌剂的话，因为添加於饲料长期连续投与之故，便没有必要长期间定著於肠内。而且，消化管内特定菌之过度增殖，对宿主并不一定好。

    根据以上之理由，对於饲料用生菌剂的菌种，不拘泥於为通过菌或定住菌，以对动物之有效性及安全性为选择基准乃为必要。

  2ˉ5.芽胞制剂与安定性

    其下将讨论生菌剂的安定性与芽胞 ( 胞子 ) 形成之有无或芽胞形成率之关系。

    使用於家畜、家禽、水产养殖动物之生菌剂，将其和饲料添加混合後之投与法最为普遍，因此生菌剂在饲料中的安定性如何便极为重要，在饲料合成厂使用的状况下，在饲料中必须要有 2 ~ 3 个月的安定性，如众所周知细菌的芽胞对外界变化之抵抗性相当强，因此芽胞制剂除了在饲料中的安定性，在消化管内也不易受胃酸、胆汁之影响，十分安定。

    另一方面，无芽胞菌以及虽为芽胞形成菌但芽胞形成率低之制剂，其安定性便不佳，最近，虽然尝试藉 coating 处理无芽胞菌使之安定化，但安定性仍不够，要不便是成本太高，因此期望能开发出确实又具经济性之制剂技术。

3.生菌剂之作用机制与特徵

    动物肠内有成百种类，百兆个以上的细菌构成肠内菌丛 ( Flora )。对於宿主动物的健康有莫大的影响，肠内菌丛除具各种营养生理学上作用，并有抑制病原菌增殖之防御感染作用。家畜、家禽的大肠菌症，沙门氏菌症、Clostridinm 肠炎等的发生，与肠内菌有密切的关系。无菌动物只要投与少量的沙门氏菌等病原菌便会致死。但有健康的肠内菌丛的动物，不大量投与则不会致死。Nurmi ( 1973 ) 等人之报告将健康的成鸡的粪便经过嫌氧培养，经口投与给初生幼雏，可以防止幼雏感染沙门氏菌，此现象称为“ Nurmi  concept ”。

    如此可知，保持肠内菌丛的平衡正常，为维持动物健康不可或缺之点，而且与增重率、饲料效率、育成率、繁殖率等畜产业上最重要的几个课题，皆有密切关系。

    抗生素促进发育的作用机制为 1.增加肠内有益菌或抑制有害菌；2.预防下痢、肠炎等潜在感染症；3.改善宿主之代谢作用，生菌剂对於家畜、家禽，被证实与低浓度的抗生素具有同样程度的改善发育及饲料效率之效果。同时也被确认具有预防及治疗下痢、肠炎的效果。因此，基本上生菌剂的作用机制和抗生素相类似，甚至具有一部份抗生素所没有的机制。

  3ˉ1.生菌剂的作用机制

    根据目前为止的报告，各种生菌剂的主要作用机制，可浓缩为下列各点∶

  (1)抑制有害菌的增殖以促使肠内菌丛正常化。

    生菌剂共通的基本作用为抑制或阻止肠内有害菌的发育，增加有益菌，维持或恢复肠内菌丛的正常、健康、根据报告，生菌剂抑制了病原大肠菌、Clostridium、沙门氏菌、βˉ溶血性 Bacteroides 等的增殖，增加了乳酸菌群等有益菌。同时也证实具有在高温环境下 ( Heat  Stress ) 维持幼雏肠内菌丛正常之作用。

    以下说明了，生菌剂这种抑制，阻止有害菌发育的作用∶

    1)占据病原菌的增殖部位∶

    投与菌附著或定著於肠粘膜上皮，占据了病原菌定著的地方，便可阻止病原菌的增殖。

    2)产生抗菌性物质∶

    乳酸菌所产生的 acidphiliu 等抗菌性物质及过氧化氢的产生芽胞菌发芽时所产生的 DPA (                 酸 ) 等物，可抑止病原菌的增殖。

    3)产生有机酸∶

    投与菌所产生的乳酸、酢酸等造成肠内 PH 值的降低，可以阻止 GRAM 阴性病原菌定著於肠粘膜，此外，中和毒素，阻止氨的发生及有害氨基之合成，防止感染病原菌。反刍动物的话，增加第一胃的挥发性脂肪酸 ( VFA )，使机能正常。

    4)产生溶菌酵素∶

    投与菌可产生溶解病原菌的溶菌酵素，阻止增殖。

    5)争食营养素∶

    投与菌会消耗同样需有营养素的病原剂之营养素，以抑制增殖。

  (2)产生消化酵素与合成维生素∶

    投与菌可产生淀粉与蛋白等消化酵素及合成维生素 B 群。

  (3)增强免疫作用

    存在於投与菌细胞壁之　聚醣 ( peptidogrycan ) 及 ( Lipo ) 脂多醣等会刺激肠管的免疫系细胞，增加局部性抗体的产生，加强巨噬细胞 macrophage 活性，生菌剂可增强免疫作用，此作用机制与抗生素不同，深受注目。

  3ˉ2.生菌剂改善生产性之效果

    如以上所提到之作用机制，生菌剂可维持动物之身体健康，提高消化吸收及抗病性，其结果为在野外饲养时，除预防治疗下痢及肠炎，同时也提高及改善了增重率、饲料效率、育成率、繁殖率等生产性。

  3ˉ3.生菌剂的特徵

  (1)自然作用

    生菌剂的作用特徵基本上为使肠管机能正常，维持身体於健康状态，因此不能期待生菌剂具有像同代剂 ( 类固醇等 ) 或生长激素那样，达到超过健康动物的正常生理能力的成长促进效果，可以说生菌剂具有调整身体状况，使健康动物本来所有之发育能力接近最大值的自然作用。同时，生菌剂的效果一般而言较为缓慢，故适於长时间的连续投与。此外，在紧迫 ( Stress ) 环境下某野外临床例显示效果很大，但是在试验用畜舍等具适当饲育管理条件下的话，则效果较小或是很难看得出有何差别。

  (2)无残留或耐性菌问题∶

    一般认为无抗生素及合成抗菌剂等抗菌剂残留於畜产物及耐性菌增加之问题。

  (3)抑止食品卫生细菌∶

    使用过多抗生素的话，有时甚至会将肠内有益菌也一并排除，便会造成沙门氏菌、病原大肠菌、产气荚膜杆菌等病原菌的定著，增殖这些病原菌因为和食用鸡检查制度的实施有关连，最近颇受注目。根据人工感染试验，病原菌的感染量减少，同时像初生幼雏一样尽量自早期便连续投与生菌剂的话，对於沙门氏菌及病原大肠菌等有抑制增殖效果。生菌剂具有此种效果，在家畜卫生及食品卫生面上为很有意义之事，今後有关此方面生菌剂的应用及开发倍受期待。

  (4)消费者动向与生菌剂

    最近几年生菌剂突然受到注目最大的原因是，生菌剂与最近崇尚「天然物、自然、安全」的消费动向一致，被期待为抗生素的替代品或互补品，因此，今後欲促成生菌剂市场有健全的发展，有必要在充分了解生菌剂的特徵及使用目的之後再去使用，同时开拓各种用途。