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益生菌的效能和如何選擇益生菌產品

  益 生 菌 (probiotics) 的效能和如何選擇益生菌產品

   1950年代美國食品藥物管理局(FDA)首次推抗生素做為促進生長之飼料添加劑之後,世界各國相繼進行抗生素和化學藥品做為飼料添加劑的餵飼的試驗,半個世紀以來在飼料中添加抗生素和化學藥品以預防和控制禽畜疾病、促進生長、提高生產量和提高禽畜養殖業之發展的做法在很多國家都非常盛行,但慢慢的卻發生了嚴重的不良後果例如因為禽畜長期使用抗生素和化學藥品而導致病原菌之抗藥性的產生,以及抗生素和化學藥品在肉、蛋、奶中的殘留。

    由於抗生素和化學藥品添加於飼料中做為生長促進劑所導致的負面作用,動物養殖業開始尋找替代品,益生菌(Prbiotics)是替代品中的一種,益生菌會被選為抗生素和化學藥品的替代品很重要原因之一是它不會引起抗藥性的產生,也沒有殘留的問題。

益生菌(Probiotics)的定義

       Probiotics中文譯為益生菌、生菌劑、生菌素和原生素等,最早使用Probiotics一詞的是1965年Lilly and Stillwell用來描述一種由微生物分泌的物質可促進其化微生物生長。而Parker則為1974年首次使用Probiotics來描述用於動物的微生物製劑,其定義是; 〝有益於腸道菌叢衡的微生物和物質(Organisms and substances which contribute to intestinal microbial balance)〞,因為這個定義太廣了,甚至包括抗生素,所以Fulleer在1989年對probiotics 下了一個新的定義; 〝活的微生物飼料補助劑,秀過改善腸道菌叢的平衡,而對宿主動物的健康有正面的影響(A Live Microbial Feed Supplement which Beneficially Affects the Host Animal by Improving is Improving its Intestinal Microbial Balance)〞.

   此定義強調的是益生菌製劑必須含有活的微生物,由於要長期保持製劑中之微生物的活性非常困難,導致過去有關益生菌製劑之研究結果非常混亂。

 益生菌菌種主要種類

 被選為益生菌菌種的微生物主要有三類 :

(1)乳酸菌 : 乳酸菌是腸道內天然的菌叢,如腸球菌 (Enterococci)、鏈球菌(Stertococci)或乳酸桿菌(Lactobacilli),它們都會製造乳酸,可以在腸道內展現代謝活性,並可在腸道內生存一段時間 。

(2)芽胞桿菌 (Bacillus):芽胞桿菌的天然生存場所是土壤,芽胞桿菌屬於會形成芽胞的菌種,在製劑中也以芽胞的型態存在。

(3)酵母菌(Saccharomyces yeast):酵母菌正常是生長在植物性質上的微生物,並不是腸道內固有的菌種。

以上的益生菌菌種分類顯示每種益生菌種類其作用模式可能各不相同,但是腸道菌叢是一個開放的生態系統,因此暫時性,無法長期存在腸道內的微生物只有在添加量足夠時才能影響此生態系統。

   益生菌微生物在飼料中添加量通常是每公斤飼料添加 108-109CFU ,主要的飼料種類是粒狀混合飼料,因為大部份的飼養系統都是任食(ad libitum),因此添加的微生物實際上是隨時都在加入腸道的微生物生態系統中。

益生菌微生物的安定性

    益生菌的定義是具有活性的微生物,因此益生菌菌種在飼料加工過程中的高溫下和在有其他飼料成份存在的情況下保持適當的安定性是必要的,此外益生菌在其產品儲存過程中和添加益生菌之飼料的儲存過程中也必須保持適當的安定性。

     以益生菌菌種對飼料加工的耐熱性來說芽胞型的芽胞菌會比營養細胞型(vegetative cells)的乳酸菌和酵母菌安定性高,但也有腸球菌(Enterococci)製劑的供應商發展出特殊保護性微膠囊(microcapsule)以降低益生菌在粒狀料加工過程中的的損失量的因素並不只單只是溫度,而是能量的總輸入量,即飼料調質(conditioning)過程中輸入之蒸氣的熱能,加上飼料通過製粒機時吸收的機械能,此外製粒機篩模之網洞的長度和直徑、飼料配方和蒸氣的種類也是影響的因素,較乾的蒸氣和較短的調質時間對益生菌之安定性影響比較濕的蒸氣和較長的調質時間小。

  益生菌可能的作用模式

1、   生產特定的代謝產物

(1)   乳酸: 乳酸是乳酸菌的主要代謝產物,乳酸可讓腸道內局部區域的pH值降低,抑制有害菌的繁殖。

(2)   短鏈脂肪酸: 如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等。

(3)   抑制微生物的物質: 如類殺菌素、過氧化氫等。

(4)   酵素; 菌種分泌的酵素可幫助宿主分解營養物質。

(5)   維生素; 茵種分泌的維生素可提供住主吸收利用。

 

2.對腸壁的作用

(1)在非常靠近腸壁的地方建立一種微細環境,例如降低此局部區域的PH值,使此區域適合各種乳酸菌生長繁殖,增加乳酸菌的數量,使此區域不適合腸道病原菌生長,如大腸桿菌、沙門氏菌和彎曲桿菌等,使腸道內的有害菌減少。

(2)在腸黏膜上製造有益菌的「生物溥膜(biofilm)」,讓有害菌不易吸附在黏膜上,保持腸黏膜的正常功能。

(3)競爭性排出,抑制腸道病原菌吸附在腸黏膜上並形成菌落,進而增加腸黏膜吸收的表面積。

(4)刺激宿主的非特定免疫系統。

3.間接作用

(1)增加宿主動物對營養素的利用: 因為腸道內有益菌增加,有害菌減少,保持腸道的正常功能,使宿主動物正常消化吸收營養素。

(2)減少毒素:因素腸道內有害菌減少,因此分泌的毒素也會減少。

理想之益生菌菌種的生物特性

(1)                對人和動物沒有毒素和腸病原性:理想的益生菌菌種必須在即使宿主動物免疫功能低落時也不會攻擊宿主動物。

(2)               對酸有高度低抗力:只有能通過胃酸考驗的益生菌才能到達宅的作用位置一腸道:

(3)               在腸道內可迅速生長:益生菌必須在到達腸道後迅速生長繁殖,才能在腸道上半段發揮其生物活力,否則將隨著糞便被排出體外。

(4)               製造乳酸: 使腸黏膜局部區域的pH值降低,使有益菌易繁殖,有害菌減少。

(5)               製造類殺菌素: 殺滅有害菌,使有害菌減少。

(6)               抑制病原菌:減少有害菌附著在腸黏膜的機會,使腸道內的有害菌減少。

(7)               刺激免疫系統:使宿主動物的非特定免疫功能提高,增加宿主動物的抵抗力。

益生菌產品必需的技術特性

(1)菌種的遺傳特性穩定:不易突變,也不易在培養的過程中減低或失去原有的生物活力。

(2)發酵的狀況可增加菌種迅速敵應腸道環境的能力:益生菌最主要的作用位置是在腸的上半段,因此發酵用的培養基必須能讓益生菌到達腸的上半段後迅速適應此處的環境並立即開始生長繁殖,如果培養基的營養成分不完整時,益生菌到達腸的上半段後必須有一些時間適應環境後才能開始生長繁殖,延誤了它發揮功能的時間。

(3)       乾燥狀態下安定性高:三種益生菌菌種中以芽胞菌在乾燥的環境下安定性最高,不易受到外界環境的影響,乳酸菌和酵母菌的安定性則差很多,必須利用特殊的方法保護才能提高其安定性。

益生菌產品的效能

(1)   促進生長

   提高每日增重和改善飼料效率,因為益生菌被選做抗生素類生長促進劑的替代品,我們對其在禽畜之生長表現方面的影響最有興趣。

豬:主要針對仔豬,少數針對肥育豬。根據1986年Tuschy文獻回顧並沒有發現益生菌對仔豬和肥育豬有統計學上顯著性的正面效果,但較晚的文獻回顧(1998年,Freitag等人)發現大部份的試驗都有正面的效果,雖然只約5%的試驗達到的顯著性效果(p<0.05),可能的原因是早期的試驗使用的多是以較不安定的乳酸桿菌為主的混合菌種,而較後期的試驗使用的菌種則是以較安定的芽胞桿菌和腸球菌為主。

雞(肉雞、火雞):在動物生長表現方面益生菌對雞的效果和對豬類似(Simon等人,2001年),但發現益生菌對雞早期的生長表現特別好。

反芻動物:反芻動物飼糧中添加的益生菌主要以酵母菌為主,其作用是增加瘤胃中的細菌數以刺激纖維的分解速率和增加瘤胃排出的菌體蛋白。

    益生菌並不像基本營養素那樣有非常清楚的劑量反應(dose response),從今天的資料可以假設益生菌的作用模式間接和整個腸道系統、腸道菌叢、腸黏膜上皮、腸道的免疫組織和神經-內分泌系統有關,由於整個腸道系統非常複雜,因而可以想見個別動物會對益生菌有不同的反應,根據這概念再加上試驗使用之菌種和製劑的安定性的差異,應該可以接受試驗結果的差異性是合理的。

 (2)減少下痢等腸道疾病

     益生菌減少下痢的效果經常被研究,因為下痢是仔豬離乳一週內的主要問題,對生長表現有很大的影響,雖然文獻的結果並沒有非常一致,但一般來說益生菌適合用於仔豬下痢的預防。

     下痢的預防對仔牛飼養成功與否也是非常重要的因素,Huber(1997)的文獻回顧發現仔牛餵飼益生菌除了可以提高飼糧攝取量和提高增重之外,減少下痢的發生率也是一個非常顯著的結果,他的結論是益生菌也可以用於減少仔牛下痢的發生。

(3)刺激免疫系統

      腸道的黏模表面代表的是身體和外異環境最大的介面,必須要有有效的局部免疫系統保護個體對抗有毒抗原和微生物的入侵,身體器官中擁有最多免疫細胞的是腸道淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue,GALT),且會分泌大量的抗體到腸腔以中和排除有害的抗原,許多研究顯示微生物的定殖(colonization)會影響GALT之免疫細胞的功能,甚至會影響到全身的免疫系統。

     許多研究報導不同細菌的免疫刺激功能,例如、在活體外雙岐桿菌會剌激巨噬細胞製造細胞激素(cytokine),小白鼠給予腸球菌12小時後其血液中之干擾素的量約為對照組的6點多倍。

      某些研究也發現益生菌能降低腸道病毒如豬傳染性胃腸炎(TGE)和輪狀病毒引起的下痢,以及減少雞球蟲卵的排泄數量和臨床球蟲病的發生率,一般認為這也都和益生菌能刺激免疫系統有關。

(4)益生菌的其他效果

    某些研究發現益生菌能改變豬腸上皮的形態和功能,在2個試驗中發現益生菌使豬空腸的腸絨毛長度變長,此外活體外試驗也發現益生菌能使病原性大腸桿菌吸附在腸上皮細胞上的數量減少。

  如何選擇益生菌產品

    市面上的益生菌產品種類非常多,要正確選擇適當合用的產品是非常傷腦筋的問題,以下提出幾點供大家參考 :

(1)        產品的生產國家

目前益生菌產品登記辨法最嚴格的區域是歐聯,其登記辨法幾乎和人藥產品相同,如能選擇歐聯的產品或其他登記制度較為嚴謹的國家產品,消費者會多一層保障。

(2)        產品的菌種數目

益生菌產品的菌種數目不要太多,最好是只有一種或兩種,不要超過兩種,主要原因是菌種數目愈多品管愈不好做,消費者也愈不容易檢測產品是否符合規格。重要的是產品總菌數和菌種的安定性,而不是菌種數目的多寡。

(3)        產品的安定性

三類的益生菌菌種中以芽胞桿菌的安定性最高,但是它並不是腸道中固有的細菌,而是來自土壤,因此無法在動物的腸道中定殖(colonization)。

    其他兩類菌種的安定性都不高,需要生產者利用製造技術提高安定性,如包覆(coating)或微膠囊(microcapsule)。要評估產品的安定性主要看三方面:

(a)產品儲存過程菌數減少的速率。

(b)飼料造粒後菌數減少的數量。

(c)菌數在飼料成品中減少的速率,這些資料都可以請廠商提供。

     除了芽胞桿菌以外,其他兩類菌種製成的益生菌產品一般的動物藥物相比,相對的其安定性差很多(利用適當技術以提高其安定性的產品除外),一般的動物藥品只要增標示含量的 5%-10% ,就可保存2年而不會低於標示含量,但因為益生菌產品菌數減少速率非常快,因而產品中的菌數含量必須是標示值的數倍或甚至數十倍,才能保證在保存期限內仍有標示的菌數,而不能以出廠時的菌數為標示值。

      常有動物飼養業者抱怨益生菌產品初期的效果不錯,但愈用愈差,其主要原因是使用的產品安定性不佳,菌數愈來愈少的緣故。

(4)    動物的種類

乳酸菌類益生菌產品適合單胃動物和瘤胃成熟前的反芻動物,而酵母菌類益生菌產品則適合瘤胃已成熟的反芻動物,因為它們都是這些動物固有的菌種,可以在他們的胃腸道內定殖(colonization),但仍要選擇安定性佳的產品。

(5)    產品的本質

      某些產品標示產品中含有數種菌種,另標示總菌數或甚至未標示總菌數,這類產品通常還會標示含有數種酵素或一些維生素,此類產品的重點通常是酵素或未知生長因子,而不在益生菌 菌種,它們所含的菌數通常非常低,不足於達到益生菌產品的效果。要達到益生菌產品的效果必需要有足夠的菌數添加量,而不是有加就好,通常的添加量是105-106 CFU/克 飼料,愈小的動物添加量愈高,因為他們的採食量較少。

(6)    產品的壽命

        產品在市場上的壽命愈長表示是較可以被市場接受的產品,也是較經得起考驗的產品。

結    語

                目前益生菌產品眾多,使用者如能先瞭解為什麼要添加益生菌?益生菌的正確功能及如何選擇一個好的益生菌產品? 再精打細算,相信不會吃虧的。

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