生菌劑在獸醫畜產之利用
小佐佐學
( 旭化成工業特藥技術部 )
1.生菌劑的定義
以往在日本將「在消化管內起有效作用之活微生物製劑」稱之為生菌劑，在國際上則有 microbial products，direct - fed microbials 等用語。最近則稱「probiotics 者為一般，probiotics 為 Lilly 及 Stilwell ( 1965 ) 所提倡之用語，從共生 ( probiosis ) 一語而來，意指「促進其他微生物增殖之物質」，本「抗生物質」之意相反者即為「共生物質」，之後 Parker ( 1974 ) 將此用語定義為「可有效改善腸內微生物平衡之微生物或物質」，其後於 1989 年，Fuller 主張因「物質」一語廣義上亦包括抗生物質而為了強調其為活的，故改為「藉改善腸內微生物平衡，而對宿主動物起有益作用之活微生物添加物」。
Fuller 的這個定義，恐怕和在 Lilly 及 Strlwell 的定義之前便一直在日本所使用的「生菌劑」這個用語之概念相符合，筆者在幾個有關動物用生菌劑之概說中 ( 1988、1989、1990 )，便按照字面上的意義將生菌劑視為「活著的微生物製劑」，而將微生物的培養產物及 OLGO 糖等物質排除在外。因此在 OIE ( 國際獸疫事務局 ) 有關腸內細菌子生物控制的特集 ( 1989 ) 中，為了限定 Probiotics 的範圍介紹了日文「生菌劑 Seikiu - Zai」之意義，本稿中為了避免“ probiotics ”一語造成混亂，故使用「生菌劑」一語。
2.動物用生菌劑之菌種
2–1 日本的菌種
日本之動物用生菌劑所使用之主要菌種如下表所示，有 1)嗜氧性菌群 ( Bazillus 屬之芽胞形成菌 )；2) 嫌氧性菌群 ( 酪酸菌屬之芽胞形成菌 ) 3) 乳酸菌群 ( 乳酸桿菌、乳酸球菌及 Bifidus 菌 )，幾乎不使用酵母 ( Saccharomyces ) 及麴 ( Aspergillus )。
嗜氧性菌群全部為 Bazillus 屬之芽胞形成菌，有 toyoi 菌、coagulaus 菌，枯草菌 ( 包括納豆菌 ) 及糖化菌。嫌氧性菌群，則有酪酸菌屬 ( clostridium ) 之芽胞形成菌。此外，乳酸菌群全為無芽胞菌，有乳酸桿菌、乳酸球菌及 Bifizusu 菌。動物用生菌劑是使用這些菌種製造而成，同時有以單一菌種為有效成份之單味製劑及以數個菌種為有效成份之配合製劑。
日本之主要動物用生菌劑
下痢治療用生菌劑 ( 動物用醫藥品 )
菌 名 |
芽胞形成 | 發 育 | 對象動物 |
|
菌 ( Bacillus toyoi ) |
有 | 好氣性 ( 嫌氣下即使可能 ) |
豬、牛 |
|
菌 ( bacillus coagulans ) |
有 | 好氣性 | 豬 |
| 酪酸菌 ( Clostridium butyricum ) |
有 | 偏性嫌氣性 | 豬、牛、馬、雞 |
|
菌 ( Bifidobacterium pseudolongum ) |
無 | 偏性嫌氣性 | 豬、牛、犬 |
| 乳酸球菌 ( Enterococcus faecalis ) 乳酸捍菌 ( Lactobacillus acidophilus ) |
無 無 |
通性嫌氣性 | 豬 |
| 乳酸球菌 ( Enterococcus faecalis ) 納豆菌 ( Bacollus natto ) |
無 有 |
通性嫌氣性 好氣性 |
豬、牛、馬 犬、貓、雞 |
| 乳酸球菌 ( Enterococcus faecalis ) 糖化菌 ( Bacillus mesentericus ) 酪酸菌 ( Clostridium butyricum ) |
無 有 有 |
通性嫌氣性 好氣性 偏性嫌氣性 |
豬、牛、馬 犬、雞 |
飼料用生菌劑 ( 飼料原料 )
菌 名 |
芽胞形成 | 發 育 | 對象動物 |
|
菌 ( Bacillus toyoi ) |
有 | 好氣性 ( 嫌氣下即使可能 ) |
豬、牛、雞 養殖水產動物 |
|
菌 ( Bacillus coagulans ) |
有 | 好氣性 | 豬、牛 |
| 納豆菌 ( Bacollus natto ) |
有 | 好氣性 | 豬、牛、雞 |
| 枯草菌 ( Bacollus subtilis ) |
有 | 好氣性 | 豬、牛、雞 |
| 酪酸菌 ( Clostridium butyricum ) |
有 | 偏性嫌氣性 | 豬、牛、雞 |
| 菌 ( Bifidobacterium thermophilium ) |
無 | 偏性嫌氣性 | 豬、牛 |
| 乳酸球菌 ( Enterococcus faecalis )
|
無 | 通性嫌氣性 | 豬、牛、雞 |
日本主要動物用生菌劑之菌種：
(1)嗜氧性菌群 ( 形成 Bazillus 屬芽胞之嗜氧性菌 )
1) Toyoi 菌〔Bacillus cereus var，toyoi ( Syn. B. toyoi )〕
是由土壤而得之菌株，為開發飼料中安定的動物用生菌劑而得在嫌氧的情況下亦可能發育。
2) 菌 ( Bacillus coagulaus )
為由綠麥芽而得之菌株，亦稱為有胞子性乳酸生成菌。
3) 枯草菌納豆菌〔Bacillus subtilis ( B. natto 亦包括在內 )〕
為由枯草等所得之菌株，亦有利用納豆而得之菌株。
4) 糖化菌〔Bacillus mescuterius〕
從馬鈴薯表皮分離而得之 Amilase 生成菌。
(2)嫌氧性菌群 ( 形成 Clostridium 屬芽胞之偏性嫌氧性菌 )
1) 酪酸菌〔clostridium butyricum〕
由人之腸管而得之酪酸生成菌。
(3)乳酸菌群 ( 乳酸桿菌、乳酸球菌及 bifizusu 菌、無芽胞菌 )
1) 乳酸桿菌〔Lactobacillus acidophilus，Lacto. salivarius〕
為生成乳酸之通性嫌氧性菌，由人之腸管、醱酵乳而得之菌株為多，但由牛、豬等之菌株亦有。
2)乳酸球菌〔Enterococcus faecalis，Entero. faecium ( Syn. Streptococcus. faecalis，Stept. faecium )〕
為生成乳酸及酢酸之通性嫌氧性菌，由人或動物腸管而得之菌株亦有。
3) Bifidus 菌 〔Bifidobacterium thermophilum，Bifid. pseudolongnm〕
生成乳酸及酢酸之偏性嫌氧性菌，豬、牛等之動物由來菌株，開發成為動物用生菌劑。
2–2.歐美的菌種
在歐洲，嗜氧性菌群之 toyoi 菌、枯草菌、乳酸菌群的乳酸桿菌、乳酸球菌為多，但一部份也使用 Bifidus 菌、酵母及麴。在美國則以嗜氧性菌群之 Bazillus 屬，乳酸菌群之乳酸桿菌、乳酸球菌。Bifidus 菌為多，一部份使用酵母、麴及 屬 ( Bacteroides )， 屬 ( pediococcus )， 屬 ( Propyo bacterinm ) 在歐、美、這些菌株的使用法有 Bazillus 屬，乳酸桿菌、乳酸球菌之單味製劑，但是以這些菌種為主成份與其他 1 種至 10 種以上菌種組合而成之配合製劑佔絕大多數 ( 有些甚至被稱為是“ COCKTAIL ”)。這些多菌種之配合劑，不一定有明確的意義，而為了確立自有品牌所做之區別化，為目的者較多。
2–3.嗜氧性菌與嫌氧性菌
消化管內生菌劑的發育受到溶存氧的濃度影響，因此一般認為嗜氣性菌在上部消化管，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，在嫌氧下亦可發育之菌種在上部至下部之消化管，皆適於發育。
2–4.通過菌．定住菌與固定性
從腸內菌叢的構成來看，嗜氧性菌群之 Bazillus 屬為通過菌，而乳酸菌群等則為定住菌，有關生菌劑的有效性，以往便常討論到與固定性及增殖性之關係，像乳酸菌這種常在腸內之定著菌，將之培養後投與後，卻不一定在腸內定著，此外，飼料用生菌劑的話，因為添加於飼料長期連續投與之故，便沒有必要長期間定著於腸內。而且，消化管內特定菌之過度增殖，對宿主並不一定好。
根據以上之理由，對於飼料用生菌劑的菌種，不拘泥於為通過菌或定住菌，以對動物之有效性及安全性為選擇基準乃為必要。
2–5.芽胞製劑與安定性
其下將討論生菌劑的安定性與芽胞 ( 胞子 ) 形成之有無或芽胞形成率之關係。
使用於家畜、家禽、水產養殖動物之生菌劑，將其和飼料添加混合後之投與法最為普遍，因此生菌劑在飼料中的安定性如何便極為重要，在飼料合成廠使用的狀況下，在飼料中必須要有 2 ~ 3 個月的安定性，如眾所周知細菌的芽胞對外界變化之抵抗性相當強，因此芽胞製劑除了在飼料中的安定性，在消化管內也不易受胃酸、膽汁之影響，十分安定。
另一方面，無芽胞菌以及雖為芽胞形成菌但芽胞形成率低之製劑，其安定性便不佳，最近，雖然嘗試藉 coating 處理無芽胞菌使之安定化，但安定性仍不夠，要不便是成本太高，因此期望能開發出確實又具經濟性之製劑技術。
3.生菌劑之作用機制與特徵
動物腸內有成百種類，百兆個以上的細菌構成腸內菌叢 ( Flora )。對於宿主動物的健康有莫大的影響，腸內菌叢除具各種營養生理學上作用，並有抑制病原菌增殖之防禦感染作用。家畜、家禽的大腸菌症，沙門氏菌症、Clostridinm 腸炎等的發生，與腸內菌有密切的關係。無菌動物只要投與少量的沙門氏菌等病原菌便會致死。但有健康的腸內菌叢的動物，不大量投與則不會致死。Nurmi ( 1973 ) 等人之報告將健康的成雞的糞便經過嫌氧培養，經口投與給初生幼雛，可以防止幼雛感染沙門氏菌，此現象稱為“ Nurmi concept ”。
如此可知，保持腸內菌叢的平衡正常，為維持動物健康不可或缺之點，而且與增重率、飼料效率、育成率、繁殖率等畜產業上最重要的幾個課題，皆有密切關係。
抗生素促進發育的作用機制為 1.增加腸內有益菌或抑制有害菌；2.預防下痢、腸炎等潛在感染症；3.改善宿主之代謝作用，生菌劑對於家畜、家禽，被證實與低濃度的抗生素具有同樣程度的改善發育及飼料效率之效果。同時也被確認具有預防及治療下痢、腸炎的效果。因此，基本上生菌劑的作用機制和抗生素相類似，甚至具有一部份抗生素所沒有的機制。
3–1.生菌劑的作用機制
根據目前為止的報告，各種生菌劑的主要作用機制，可濃縮為下列各點：
(1)抑制有害菌的增殖以促使腸內菌叢正常化。
生菌劑共通的基本作用為抑制或阻止腸內有害菌的發育，增加有益菌，維持或恢復腸內菌叢的正常、健康、根據報告，生菌劑抑制了病原大腸菌、Clostridium、沙門氏菌、β–溶血性 Bacteroides 等的增殖，增加了乳酸菌群等有益菌。同時也證實具有在高溫環境下 ( Heat Stress ) 維持幼雛腸內菌叢正常之作用。
以下說明了，生菌劑這種抑制，阻止有害菌發育的作用：
1)佔據病原菌的增殖部位：
投與菌附著或定著於腸粘膜上皮，佔據了病原菌定著的地方，便可阻止病原菌的增殖。
2)產生抗菌性物質：
乳酸菌所產生的 acidphiliu 等抗菌性物質及過氧化氫的產生芽胞菌發芽時所產生的 DPA ( 酸 ) 等物，可抑止病原菌的增殖。
3)產生有機酸：
投與菌所產生的乳酸、酢酸等造成腸內 PH 值的降低，可以阻止 GRAM 陰性病原菌定著於腸粘膜，此外，中和毒素，阻止氨的發生及有害氨基之合成，防止感染病原菌。反芻動物的話，增加第一胃的揮發性脂肪酸 ( VFA )，使機能正常。
4)產生溶菌酵素：
投與菌可產生溶解病原菌的溶菌酵素，阻止增殖。
5)爭食營養素：
投與菌會消耗同樣需有營養素的病原劑之營養素，以抑制增殖。
(2)產生消化酵素與合成維生素：
投與菌可產生澱粉鋛與蛋白鋛等消化酵素及合成維生素 B 群。
(3)增強免疫作用
存在於投與菌細胞壁之胜𠗟聚醣 ( peptidogrycan ) 及 ( Lipo ) 脂多醣等會刺激腸管的免疫系細胞，增加局部性抗體的產生，加強巨噬細胞 macrophage 活性，生菌劑可增強免疫作用，此作用機制與抗生素不同，深受注目。
3–2.生菌劑改善生產性之效果
如以上所提到之作用機制，生菌劑可維持動物之身體健康，提高消化吸收及抗病性，其結果為在野外飼養時，除預防治療下痢及腸炎，同時也提高及改善了增重率、飼料效率、育成率、繁殖率等生產性。
3–3.生菌劑的特徵
(1)自然作用
生菌劑的作用特徵基本上為使腸管機能正常，維持身體於健康狀態，因此不能期待生菌劑具有像同代劑 ( 類固醇等 ) 或生長激素那樣，達到超過健康動物的正常生理能力的成長促進效果，可以說生菌劑具有調整身體狀況，使健康動物本來所有之發育能力接近最大值的自然作用。同時，生菌劑的效果一般而言較為緩慢，故適於長時間的連續投與。此外，在緊迫 ( Stress ) 環境下某野外臨床例顯示效果很大，但是在試驗用畜舍等具適當飼育管理條件下的話，則效果較小或是很難看得出有何差別。
(2)無殘留或耐性菌問題：
一般認為無抗生素及合成抗菌劑等抗菌劑殘留於畜產物及耐性菌增加之問題。
(3)抑止食品衛生細菌：
使用過多抗生素的話，有時甚至會將腸內有益菌也一併排除，便會造成沙門氏菌、病原大腸菌、產氣莢膜桿菌等病原菌的定著，增殖這些病原菌因為和食用雞檢查制度的實施有關連，最近頗受注目。根據人工感染試驗，病原菌的感染量減少，同時像初生幼雛一樣儘量自早期便連續投與生菌劑的話，對於沙門氏菌及病原大腸菌等有抑制增殖效果。生菌劑具有此種效果，在家畜衛生及食品衛生面上為很有意義之事，今後有關此方面生菌劑的應用及開發倍受期待。
(4)消費者動向與生菌劑
最近幾年生菌劑突然受到注目最大的原因是，生菌劑與最近崇尚「天然物、自然、安全」的消費動向一致，被期待為抗生素的替代品或互補品，因此，今後欲促成生菌劑市場有健全的發展，有必要在充分了解生菌劑的特徵及使用目的之後再去使用，同時開拓各種用途。
( 裕元興業公司提供 )
中國畜牧雜誌第五十三冊合訂本
1995年一月號至1995年六月號
第 27 卷 (95) 第 5 期 ( 27 ~ 32 )
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