開發綠色無公害飼料添加劑是21世紀飼料工業的重要研究方向，飼料微生物制劑是實現這壹目標的主要途徑。主要介紹了乳酸菌微生物制劑的發展概況、作用機理和提高應用效果的途徑，並展望了乳酸菌微生物的安全性和應用前景。
鑒於抗生素、激素和興奮劑的殘留問題以及對人類健康的威脅，科學家們將研究方向轉向了飼餵具有促生長和保健作用的微生態制劑。微生態制劑是指在微生態學理論指導下，具有調節生態失衡、維持微生態平衡、提高宿主(人、動物和植物)健康水平或改善其健康狀況的生理活性產物及其代謝產物，以及能促進這些生理菌群生長繁殖的生物制品(包興浩等，1999)。
1.飼料微生物制劑的發展
飼料微生物在生物學和遺傳學特性上必須是安全穩定的，因此在使用前必須經過嚴格的病理學和毒理學試驗，證明其無毒、無害、無耐藥性等副作用。目前常用的微生物種類主要有乳酸菌、芽孢桿菌、膠木、放線菌、光和細菌。美國FDA(1989)規定允許飼餵的微生物有40多種，其中近30種是乳酸菌。我國農業部批準的65438至0994的微生物菌種包括蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、糞鏈球菌、雙歧桿菌、乳桿菌、乳酸鏈球菌等。，其中大部分也屬於乳酸菌。本文論述了乳酸菌微生物制劑的作用機理及其開發利用。
2乳酸菌的組成和分布
乳酸菌(LAB)是壹種能夠從可發酵碳水化合物(主要是葡萄糖)中產生大量乳酸的細菌。目前，這類細菌在細菌分類學上已被發現至少包括18個屬，主要包括:乳桿菌屬、雙歧桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、腸球菌屬、乳球菌屬、肉桿菌屬、阿托普畢姆菌屬、片球菌屬、氣球菌屬、幾個種屬的球菌屬、李斯特菌屬、芽孢桿菌屬、串珠菌屬、丹毒絲菌屬、雙歧桿菌屬和糖球菌屬。
絕大多數乳酸菌為厭氧或兼性厭氧化學營養細菌，為革蘭氏陽性。它在富含礦物質和有機養分的厭氧或微需氧、微酸性環境中生長和繁殖。汙水、發酵生產(如青貯飼料、果酒啤酒、醬菜、醬油、酸奶、奶酪)培養物和動物消化道中的乳酸菌含量較高。乳桿菌在小牛胃和上腸中占優勢。乳桿菌和發酵乳桿菌是從飼餵牛奶的犢牛胃液中分離出來的，而嗜酸乳桿菌是犢牛瘤胃中的主要乳酸菌，發酵乳桿菌是粘附在柱狀上皮細胞上的主要乳酸菌。
3.乳酸菌的作用機理
乳酸菌對人和動物都有保健和治療作用，這已被國內外大量的飼養和臨床試驗所證明。貝爾德(1977)用乳酸菌飼餵斷奶仔豬和生長育肥豬，證明二者均能提高日增重和飼料轉化率。Lidbeck等人(1992)證實乳桿菌可以預防放療引起的腹瀉。蔡等(1993)對益生菌的使用效果進行了統計。其中，7例報告乳酸菌益生菌飼餵豬，平均提高7.67%，6例報告飼料轉化率提高，平均提高5.4%，5例報告飼餵肉雞，平均提高7.32%，5例報告飼料利用率提高，平均提高9.5。在育肥牛(舍飼)中使用乳酸菌時，平均日增重提高65438±03.2%，飼料轉化率提高6.3%，發病率降低27.7%。加拉格爾等人(1974)研究表明，食用酸奶的人比食用同等乳糖濃度牛奶的人對乳糖的利用率更高，從而緩解乳糖不耐受的癥狀。此外，關於乳酸菌抗癌作用的報道也很多。
乳酸菌在實際應用中效果顯著。近兩年來，更多的研究工作集中在乳酸菌發揮這些功能的機理上。關於它的報道很多。總結壹下，它的作用機理主要是:1)它提供營養，促進身體的生長。2)改善微生態環境，清理腸道內的有毒物質。3)調節消化免疫系統等。
3.1提供營養促進身體生長。
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(如賴氨酸、蛋氨酸)和各種維生素(維生素B和K、H等。)，還能提高礦物質元素的生物活性，從而為宿主提供必需的營養物質，增強動物的營養代謝，直接促進其生長。Hamad(1979)實驗證明，小麥、大米、玉米經過乳酸發酵後，營養價值大大提高。畢德成等(1988)用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發酵玉米和小麥粉，發現賴氨酸含量分別增加72%和85%，蛋氨酸分別增加40%和46%，硫胺素(VB1)和核黃素(VB2)增加，遊離氮分別增加1.6倍和6544倍。另外，乳酸菌產生的酸性代謝產物使腸道環境呈酸性，而壹般消化酶的最適pH值為酸性(澱粉酶6.5，糖化酶4.4)，有利於營養物質的消化吸收。有機酸的產生還可以加強腸道的蠕動和分泌，促進營養物質的消化和吸收(張力等。, 2000).
3.2改善微生態環境
正常情況下，動物的整個消化道都寄生著大量的微生物。就其功能而言，可分為三種:1)***型，以兼性厭氧菌為主。在生態平衡中，它們的微生物生長和蛋白質合成、消化吸收、生物拮抗和免疫等功能對宿主是有益的。2)致病型，正常情況下數量少，寄生在正常部位，不會使宿主生病。如果失控，會導致宿主的不良反應。3)中間型，即兼具生理和致病功能，其數量的增加會導致腐生菌和毒素的增加，促進宿主衰老(康白，1988)。微生物種群的平衡對機體的健康非常重要，而乳酸菌可以調節這種微生態平衡，保證宿主正常的生理狀態。
在乳酸菌的生長和代謝過程中，壹些具有抗菌活性的物質，如有機酸、過氧化氫、二氧化碳等。，將產生，所有這些都顯示出體外抗菌活性。許多乳酸菌都能產生細菌素，如乳鏈菌肽、乳酸桿菌、嗜酸桿菌等。研究表明，這些物質對抑制致病菌有重要作用。粘附壹般被認為是病原菌的重要毒性因子(Finary等，1997)。粘附在腸黏膜上是致病菌定植並產生臨床癥狀的前提條件。乳酸菌可以防止致病菌粘附在腸道上皮細胞表面，定植和侵入腸道細胞。有人稱這種機制為“抗粘連”。腸道化學物質的組成也是影響微生態環境的重要因素。毒素、硫化物、吲哚、酚類都是對腸道有刺激和毒性的物質，是腸道腐敗菌活性增加的標誌。雙歧桿菌能阻止病原菌對氨基酸的脫羧作用，降低腸內容物中氨的濃度，有效減少有毒胺類的合成，改善腸道環境。
3.3調節免疫系統功能
乳酸菌制劑可以從兩個方面增強免疫力:壹是影響非特異性免疫反應，增強單核吞噬細胞(單核細胞和巨噬細胞)和多形核白細胞的活性，刺激活性氧、溶酶體酶和單核細胞的分泌；二是激發特異性免疫反應，如加強粘膜表面和血清IgA、IgM、IgG水平以加強體液免疫，促進T、B淋巴細胞增殖，加強細胞免疫。Schiffrin等(1994)發現，NII乳桿菌LJ 1和乳酸雙歧桿菌Bb12+02在體外能增強吞噬細胞對大腸桿菌的吞噬作用。嗜熱鏈球菌和沙門氏菌聯合使用可以起到免疫佐劑的作用，顯著提高血清中IgA的含量。吉爾(1998)列舉了壹些乳酸菌在1985到1995的任何動物身上的實驗報告，結果都是陽性結果。乳酸菌對免疫系統的刺激機制仍在進壹步研究中。Ouwehand等人(1999)提出了攝入益生元(包括乳酸菌)刺激免疫的可能途徑:抗原物質以兩種方式通過淋巴聚集的結締濾泡上皮:壹是微生物代謝產物或片段作為小分子抗原直接通過普通上皮細胞或通過上皮細胞間的緊密連接；第二，微生物細胞本身通過胞飲作用從M細胞轉移到位於M細胞囊中的巨噬細胞。抗原進入淋巴組織後，要麽被抗原提呈細胞處理，要麽直接交給淋巴細胞，產生相應的免疫反應。
4.乳酸菌的應用與發展
4.1篩選菌株的註意原則
由於對乳酸菌的代謝和遺傳特性及其作用機理的深入了解，以及大量臨床試驗結果證明了將其作為保健佐劑和飼料添加劑的可行性，人們已經廣泛接受乳酸菌作為保健品。目前市場上銷售的畜禽用益生菌主要有芽孢桿菌、乳桿菌、雙歧桿菌、酵母培養物等。菌種的篩選及其活性的測定是益生菌研究中的關鍵問題，決定了微生態制劑的使用效果。Fuller(1989)和Ouwehand等人(1999)分別提出了益生菌的篩選原則。總結起來主要有以下幾點:1)原主機來源。宿主和腸道細菌之間存在特定的相互選擇關系。母豬體內的菌株更容易在仔豬體內定殖，所以菌株來源要和使用者壹致。只有這樣才能增強益生菌的特定功效。2)定植和粘附。益生菌在腸壁上的粘附是益生菌定殖過程中的重要步驟，是大量繁殖並成為優勢種群的前提，因此粘附是篩選益生菌菌株的重要標準之壹。3)在酸性和高膽鹽環境中的生存能力。口服是益生菌進入腸道的主要途徑，所以益生菌在進入大腸前必須受到胃中鹽酸和小腸中高濃度膽鹽的影響。只有在鹽酸和膽鹽中存活率高的菌株才能發揮作用。4)特定的生理功能。各種益生菌都有其特定的生理功能，比如嗜酸乳桿菌對宿主的免疫系統有很強的調節作用，而乳桿菌鼠對大腸桿菌有很強的抑制作用。只有深入研究和了解各菌株的生物學特性，才能根據不同情況設計出生長效果明確的微生態制劑。5)產品中活菌數量穩定。微生態制劑中的活菌數是其發揮作用的關鍵，因此活菌制劑的應用要求單位產品中有壹定數量的活菌，以達到有效治療劑量標準。
4.2能夠提高乳酸菌應用效果的研究方向
為了充分發揮乳酸菌的使用效果，近年來，在微生物的菌種改造、生產工藝、產品形態等方面做了大量的研究工作。主要有以下幾個方面:1)多菌株兼容性。實驗表明，乳酸桿菌和雙歧桿菌的組合可以增加其效果。培養嚴格厭氧菌株和非嚴格厭氧菌株，可以提高厭氧菌的產量和存活率，有助於各菌株發揮作用。2)增加成品中乳酸菌的數量。添加微量元素(鐵、銅、鋅、硒、鉬等。)、氨基酸(Arg、Tyr、Pro、Phe等。)和B族維生素等。可以促進菌株的生長並延長其在成品中的存活時間(唐等，1996)。3)使用合適的載體，益生菌菌株可以順利到達預期位置。已經證實酸奶是乳桿菌和雙歧桿菌的有效載體，進入腸道後提高存活率(Kailasapathy等，2000)。4)復合使用益生菌、酶制劑、有機酞、多酚、中草藥等物質。石等人先後研究了加酶益生菌在育肥豬、羊、肉兔、牛、雞等畜禽中的應用。結果具有明顯的促生長效果，降低了飼養成本，取得了明顯的經濟效益。從研究結果來看，乳酸菌益生菌與其他飼料添加劑的組合取得了良好的應用效果。
5.乳酸菌微生態制劑的安全性。
活微生物在飼料和食品中使用時，應註意其潛在的致病性、耐藥基因轉移的可能性以及不可控的繁殖和變異。Adams(1999)總結了乳酸菌可能引起的感染性疾病:心內膜炎、菌血癥等胸部和消化道感染。要註意以上乳酸菌的潛在危險。但是我們更應該看到乳酸菌有益的部分。有證據表明，除腸球菌外，乳酸菌引起的人體感染相對較少。因此，科學家認為，只有在有效的監督和控制下，經過嚴格的檢查，使用乳酸菌才是安全的。檢測項目主要包括:固有特性、代謝物、毒性、對粘膜的壹致和定量反應作用。臨床評估、流行病學研究等。鄧恩等人(1999)也提醒研究人員，在評價時，也要註意每個菌株都要進行檢測，不能有相似的菌株來推測；臨床試驗前必須嚴格鑒別菌株和產品；這些結果得到了獨立研究機構的證實。
乳酸菌微生態制劑為飼料和畜禽養殖提供了壹種高效、無害、無汙染的新選擇。它的出現和發展順應了當前高科技產業化和環境保護的主流。在應用中，充分考慮動物菌群的特點和宿主與環境的關系，科學合理的使用必將成為本世紀飼料添加劑的主導產品。