養殖知識  乳酸菌的作用機制
乳酸菌類是可供人類和動物食用的、高效而安全的微生物類製劑,古代人類早已在乳製品中使用它來改善乳品的風味、改善乳飲料的消化性以及調理腸道;自從法國巴斯德發現乳酸菌以及其作用於乳品中的機制後,各種乳酸菌發酵製品開始風靡全世界。
    可以說,乳酸菌也是人類研究得最多,應用得最多的菌類之一,目前也有專門的食用添加劑,發酵食品中使用了大量的乳酸菌;
    乳酸菌在動物體內能發揮許多的生理功能。大量研究資料表明:乳酸菌能促進動物生長,調節胃腸道正常菌群的微生態平衡,從而改善胃腸道功能;分解蛋白質,並提高食物消化率和飼料報酬;消耗腸內氧氣,清除自由基,吸附黴菌毒素,降低血清膽固醇,控制內毒素;分泌大量乳酸,酸化腸道,同時,原籍乳酸菌能與腸黏膜牢固結合,形成菌群屏障,抑制腸道內腐敗菌生長;刺激機體免疫系統的發育,提高機體免疫力;同時,乳酸菌通過發酵產生的有機酸、特殊酶系、細菌表向成分等物質具有生理功能(鄭堅,2002),,可刺激組織發育,對機體的營養狀態、生理功能、免疫反應和應激反應等產生作用。
 
乳酸菌的生理功能有如下幾個典型:
 1、定植—定植抗力—佔位—屏障
       原籍型乳酸菌如乳酸糞腸球菌,在牢固結合定植在動物腸黏膜上,連成一片時,形成一道屏障,有效阻隔外源如飼料中帶有的抗原物質(豆粕蛋白抗原、病菌病毒、黴菌毒素等),起到屏障作用,同時,正因為在腸黏膜上佔位,從而佔位性地減少了有害細菌在腸黏膜中的生長和數量,從而減少疾病的發生。
       許多試驗證明,動物腸道中的正常菌群對外來細菌的大量增殖有著很強的限製作用,即使在免疫系統受到損害(輻射)後仍然如此。 。動物失去腸道菌群後,其它細菌(包括致病菌和條件性致病菌)在腸道中定植並大量增殖就容易得多。這種由腸道正常菌群提供的對致病菌和潛在致病菌在腸道中的定植和增殖的抵抗性被稱為定植抗力。
       缺乏定植抗力的動物,動物腸道中的病原菌或潛在病原菌極易大量增殖,並突破腸黏膜進入組織中,最終致全身感染,甚至因此而死亡。定植抗力並不僅僅存在於胃腸道。凡是有正常菌群存在的部位(包括皮膚表面、口腔、呼吸道黏膜等),都有正常菌群形成的定植抗力存在。
       能形成乳酸菌屏障的,以及能形成定植抗力的,也只有原籍乳酸菌;
       很多乳酸菌是人體和動物體內最重要的原籍菌,其中常見的原籍乳酸菌有:雙岐乳桿菌、乳酸糞腸球菌、屎腸球菌、乳酸腸球菌等,原籍乳酸菌是指在長期進化過程中,已根植於動物腸黏膜中的乳酸菌類,其細胞往往一端定植於宿主黏膜上皮細胞表面和隱窩微生境內的菌群(當然絕大多數是原籍菌群),與宿主的胃腸黏膜細胞有著極為密切的關係,上世紀初就曾觀察到一些微生物,如螺旋體和乳桿菌等與正常動物的胃腸上皮細胞表面緊密相連。用掃描電鏡觀察後表明,在小鼠和大鼠胃的非分泌性磷狀上皮細胞表面有大量的乳桿菌,有的似乎根植於上皮細胞內,只有半截留在外面。類似的情況還見於雞、豬、羊、猴和人的胃腸道。用電子顯微鏡觀察表明,在細菌黏附到上皮細胞表面後,多數上皮細胞並不發生形態學變化。雖然細菌黏附部位的上皮細胞膜依然是完整的,但黏附細胞的形態卻發生了明顯的改變,細胞漿特異性地包圍著插入的菌體。螺旋體和螺旋菌也使恒河猴的結腸上皮細胞發生超顯微結構的改變。菌體一端插入上皮細胞膜後,在上皮細胞表面形成一個小窩,定植部位的微絨毛被破壞,刷狀體末端網狀結構減少。

2、分泌乳酸—能量速補—酸化腸道—抑制有害微生物—激活消化酶—減少氨氣—促進消化系統的發育完善
       定植於腸黏膜的同時,乳酸菌還不斷分泌乳酸,可有效酸化腸道,另外,特別是乳酸糞腸球菌分泌的L型乳酸,可以被動物直接代謝利用,進入三羧酸循環TCA中,從而迅速為動物提供ATP能量,由於提供能量速度快,所以,具有能量速補的作用,結合乳酸菌在腸黏膜中代謝所產生的B族維生素等,從而可以有效地降低動物的應激反應,而動物的疾病70%來自應激引發,所以,最終可以有效地降低動物的發病率。
       所產生的乳酸在酸化腸道的同時,由於有害細菌如大腸桿菌和沙門氏菌等在酸性環境中被抑制,所以,酸化腸道的結果之二,是可以有效抑制有害細菌,減少疾病的發生。
       酸化腸道的同時,腸內PH降低,有利於各種消化酶如蛋白酶、澱粉酶等的激活,提高消化酶類的活性,從而有效幫助動物消化食物,特別是幼小的動物,如仔豬階段,仔豬的消化系統發育還不完善,腸內容物PH值往往偏高,從而影響其蛋白酶和澱粉酶的活力,甚至影響到蛋白酶和澱粉酶的分泌,造成食糜消化不良,未消化的食糜進入後腸,在後腸未消化的食物往往被大腸桿菌利用和發酵,產生氨氣,進一點提高了後腸的PH值,​​形成惡性循環,所以,對於仔豬等幼小動物來說,有效的酸化腸道是非常重要的。
 
       3、調節黏膜微生態平衡—刺激機體免疫功能—刺激免疫系統的發育完善
改善免疫​​能力 乳酸桿菌和雙歧桿菌一方面能明顯激活巨噬細胞的吞噬作用,另一方面由於它能在腸道定植,形成免疫屏障。它們還能刺激腹膜巨噬細胞、誘導產生干擾素、促進細胞分裂、產生抗體及促進細胞免疫等,所以能增強機體的非特異性和特異性免疫反應,提高機體的抗病能力。 Pergidon等(1988)報導,口服乳酸菌後,對巨璇細胞的ß半乳糖甙酶活性、巨噬細胞的吞噬活性等具有顯著的激活和促進作用。當異物侵入機體時,免疫細胞被乳酸菌激活,增強了機體對異物產生抗體的作用。 Chndra(1984)認為,乳酸菌之所以具有有激機體產生抗體的作用,是由於菌體通過淋巴結、粘膜刺激淋巴細胞,接受刺激的淋巴細胞再通過腸系膜淋巴結(MIN)循環到血流中,並分佈全身,從而調節機體的免疫應笞。
       另外,乳酸菌及其代謝產物刺激動物機體的免疫系統,其作用與免疫佐劑相似,可誘導動物一些與免疫有關的細胞產生白細胞介素、促進細胞分裂素、干擾素、腫瘤壞死因子等。
       原籍乳酸菌對機體的免疫功能的刺激不如過路菌強,這是因為原籍乳酸菌與動物共存的時間悠久,在長期的進化過程中,相應變得溫和,幾乎與黏膜系統形成一個共同體,結合牢固;過路菌如乳酸菌中的嗜酸乳桿菌,對免疫功能的刺激就非常強,Perdigon等(1986,1987,1990,1991)研究發現乳酸菌(嗜熱鏈球菌和嗜酸乳桿菌)都能顯著增強巨噬細胞活性,增加動物腸黏膜的免疫反應,促進腸道分泌型免疫球蛋白(SIgA)的分泌。 Nahashon等(1994)研究表明,在蛋雞中添加乳酸菌可增大迴腸派伊氏結(Payer’s Patch)的細胞結構,這說明乳酸菌可刺激與抗原結構有關的黏膜系統。 Yamazaki等(1985)、Sekine等(1985,1995)、Yasui等(1989,1991,1994)報導雙歧桿菌的一些菌種具有刺激免疫系統,促進派伊氏結淋巴細胞的增生,誘導產生SIgA,增強動物免疫功能的作用。 Alvarez等(1998)報導乳酸菌可增強消化道和呼吸道黏膜系統產生SIgA。 Yasui等
       但原籍型乳酸菌能有效控制和調節腸黏膜的微生態平衡,控制有害細菌的繁殖與生長,協調免疫系統的發育與完善,通過非原籍菌的免疫刺激作用,形成一個共生平衡。
       
4、抗菌作用—乳酸菌在腸道代謝過程中能產生抑菌活性的代謝產物
       乳酸菌代謝可以產生有機酸、雙乙酰、過氧化氫和細菌素如乳鏈球菌肽(Nisin)、乳桿菌素(Lac-tocidin)、嗜酸菌素(Acidophilin)、酸菌素(Acidolin)等多種代謝產物,可以抑制的腐敗菌和病原菌。乳酸菌對一些腐敗菌和低溫細菌有較好的抑製作用。細菌素的細小蛋白質或肽類,如細菌素是細菌通過核醣體合成機制產生並分泌到環境中的一類對同種或親緣關係較近的有抑菌活性的蛋白或多肽類物質,對病原微生物有廣譜的抑製作用,各種乳酸桿菌素和雙歧菌素對葡萄球菌、梭狀芽孢桿菌以及沙門氏菌和志賀氏菌有拮抗作用。另外,雙歧桿菌等還可將結合的膽酸分解為游離的膽酸,後者對細菌的抑製作用比前者強。因此,乳酸菌可用於防治腹瀉、下痢、腸炎、便秘和由於腸道功能紊亂引起的多種疾病以及皮膚炎症等。
       其抗菌機制主要表現在以下幾個方面:
       ① 產生的乳酸等有機酸能顯著降低環境pH值和Eh(氧化還原電位)值,使腸內處於酸性環境,對於致病菌如痢疾桿菌、傷寒桿菌、副傷寒桿菌、彎曲桿菌、葡萄球藺等有拮抗作用;
       ② 產生的過氧化氧能夠激活牛乳中的“過氧化氫酶-硫氰酸”系統,抑制和殺滅革蘭氏陰性菌、過氧化氫酶陽性細菌如假單胞菌屬、大腸桿菌類和沙門氏菌屬等;
       ③ 產生類似細菌素的細小蛋白質或肽類,如各種乳酸桿菌素和雙歧菌素,對葡萄球菌、梭狀芽孢桿闊以及沙門氏菌和志賀氏菌有拮抗作用。
 
5、為動物提供特殊營養物質、降低飼料成本
       例如前面所述的具有能量速補的L型乳酸,以及維生素B族和氨基酸、小肽等;
       乳酸菌如果能在體內正常發揮代謝活性,就能直接為宿主提供可利用的必需氨基酸和各種維生素(維生素B族和K等),還可提高礦物元素的生物活性,進而達到為宿主提必需營養物質、增強動物的營養代謝、直接促其生長的作用。 Dalmin等(2001)研究報導乳酸菌可以改良水質,提高斑節對蝦的存活率、生長速率和健康狀況。 Hamad(1979)試驗證明,小麥、稻米等穀物進行乳酸發酵後,營養價值大大提高。此外,乳酸菌產生的酸性代謝產物使腸道環境偏酸性,而一般消化酶的最適PH值為偏酸性(澱粉酶6.5、糖化酶4.4),這樣就有利於營養素的消化吸收。何機峻的產生還可加強腸道的蠕動和分泌,也可促進消化吸收養分(張力等,2000)。
 
6、改善和調節胃腸道功能,維持腸道菌群平衡
       動物的整個消化道在正常情況下寄生有大量微生物。就其作用而言,可分為三類:①共生性類型,主要是兼性厭氧菌,在生態平衡時,它們的維生素和蛋白質合成、消化吸收、生物拮抗和免疫等功能對宿主有利。 ②致病性類型,正常情況下數量少,寄生於正常部位,不至於使宿主發病。若失控,則會導致宿主的不良反應。 ③中間性類型,即同時具有生理和致病兩種作用。微生物群的平衡,對機體的健康十分重要,而乳酸菌就能夠調節這種微生態平衡,保障宿主正常生理狀態。乳酸菌是腸道常在菌,畜禽服用乳酸菌後,可以改變腸道內環境,抑制有害菌繁殖,調整胃腸道藺群平衡。乳酸菌通過粘附素與腸粘膜細胞緊密結合,在腸粘膜表面定植佔位,​​成為生理屏障的主要組成部分,從而達到恢復宿主抵抗力,修復腸道菌群屏障、治愈腸道疾病的作用。如採這個屏障遭到抗生素或其他因素的破壞,宿主喪失了對外來菌抵抗力,會使具有耐藥性的腸內菌異常增殖而取代優勢菌的位置,造成腸道內微生態平衡的失調。
 
7、其他作用
       ① 具有抗變異原性
       Hoaono等(1990)[24-25]研究了印度尼西亞、中國、高加索地區傳統發酵乳中乳酸菌的細胞壁及其對氨基酸加熱分解物和揮發性N-亞硝基胺化合物的結合性,結果發現,乳酸菌的細胞壁對這些物質具有極高的吸收率(98%以上)。乳酸菌的抗變異原性功能是因為細胞壁中的肽聚醣與變異原性物質和致病物結合,並且使巨噬細胞活化,產生腫瘤壞死因子、白細胞介素和r-干擾等抗腫瘤物。從而減弱和消除變異原物質的毒害作用。另外李建鋒[30]等人認為發酵乳製品中乳酸菌的抗腫瘤作用主要是通過增強鈣離子、亞油酸化合物的生物活性,抑制腸道內厭氧梭菌等腐敗菌叢的生長,促進免疫系統產生應答。從而保持正常的菌叢平衡
       ② 改善肝臟功能
       活性乳酸菌在腸道中的代謝產物可能有乾預人體的腸肝循環的功能。腸肝循環與人體對脂肪的吸收有著非常密切的關係,一旦受干擾,就會降低對脂肪的吸收。研究證實,對脂肪吸收量小的女性,患乳腺癌的可能性要比對脂肪吸收量大的女性低得多。
       ③ 延緩衰老
       敬思群等人證實乳酸菌的抗變異性,並發現了乳酸菌能夠產生超氧化物歧化酶(SOD)。 SOD是一種含有金屬離子的酶,其生理功能是清除體內代謝過程中產生的過量超氧陰離子自由基,延緩衰老,提高機體對那些由於自由基侵害而誘發的疾病的抵抗力,減少腫瘤患者在化療和放療時的疼痛和副作用。另外,乳酸菌產生的乳酸,抑制了腸道腐敗細菌的生長,從而減少了這些細菌所產生的毒胺、靛基質、氨、H2S等致癌物質和其他毒性物質,使機體衰老過程變得緩慢。保加利亞人長壽與長期服用酸奶密切相關。
       ④ 降低膽固醇
       活性乳酸菌及其製劑改善血脂的機制可能有以下幾個途徑:①有機酸中的一些鹽類如醋酸鹽、丙酸鹽和乳酸鹽對脂肪的代謝調節、對降低血漿總膽固醇(TC)和低密度脂蛋白(LDL)、升高高密度脂蛋白(HDL)起著重要作用;②在LAB產生的特殊酶系中,有降低膽固醇的酶系,它們可以抑制內源性膽固醇的合成; ③LAB能在腸粘膜上粘附定植,它的代謝能減少腸道對膽固醇的吸收,這可能與LAB對膽固醇的同化作用有關;④LAB可吸收膽固醇並將其轉變為膽酸鹽排出外。
       ⑤ 可產生特殊酶系
       乳酸菌不僅具有一般微生物所產生的有關酶系,而且還可以產生一些特殊的酶系,賦予它特殊的生理功能。如產生有機酸的酶系、合成多醣的酶系、分解乳酸菌生長因子的酶系、分解亞硝胺的酶系、降低膽固醇的酶系、控制內毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各種維生素的酶系和分解膽酸的酶係等。這些酶不僅能加速乳酸菌的生長,維持腸道微生態平衡,促進機體健康,而且還可以改善產品的風味,促進乳製品、發酵香腸等食品的成熟。雙歧因子之所以能促進雙歧桿菌的生長就是因為這類菌能產生分解它們的多種性質不同的糖苷酶系。