化學性促生素於畜牧生產之應用
一、前言
促生素(Probiotics)是能改變腸道中微生物平衡或促進腸道正常有益菌增生而使動物獲益的物質。這些物質主要可分為三類：
1. 活的微生物。
2. 死的微生物。
3. 化學製劑，類似抗生素(Antibiotics)，但主要作用與抗生素殺菌的功能相反，而能促進腸道正常細菌增生。在本文中稱這些化學製劑為化學性促生素(Chemical Probiotics)。
飼料的成分和性質會影響動物腸道消化和吸收的過程，而且動物在攝食飼料後消化道的狀況和腸道內乳酸桿菌的量均會改變。於飼料中添加化學性促生素對腸道細菌會產生正面的影響，因此也會影響動物對營養分的吸收。目前這種方法已常被用於實際的飼養管理上，用以提高生產力。以下是目前常用的幾種化學性促生素使用方法及其作用方式。
二、有機酸之添加
離乳後的仔豬對於在教槽料中添加有機酸有很好的反應。這期間的保育豬通常會因下痢而導致生長不良甚至死亡。這個問題發生是因為仔豬離乳後時間的作用造成的，而不是日齡或體重的關係。通常發生在離乳後第二週爆發。出血性大腸桿菌(haemolytic E. coli)和仔豬離乳下痢的問題有關聯，而且也發現仍在吮乳仔豬沒有出血性大腸桿菌感染的問題。而比較仍在吮乳豬和離乳仔豬二者腸道乳酸的含量，發現離乳仔豬腸道中的乳酸含量較少。
很早便有人企圖使用化學性促生素用來控制仔豬離乳後下痢的情況。因為病豬在食慾不振時仍會飲水，所以通常添加有機酸於飲水中，供豬隻飲用。目前已有幾種有機酸經證明能有效控制出血性大腸桿菌並且能改善離乳仔豬的生長性能，其中以乳酸的效果最顯著(表1)。然而，較可惜的是上述的效果只有在使用期間才有，一旦停止使用便會恢復原來的情況。
飼料中添加有機酸其作用的反應機制可能是消化道pH值改變的結果。而且較引人注意是添加乳酸的反應較添加其他有機酸的反應還好，即豬隻餵飼添加乳酸的飼料的生長性能最好，所以乳酸對於腸道有其特殊之功能。
表1. 飲水中添加乳酸與丙酸對離乳小豬小腸中大腸桿菌之影響
| 胎 | 仔豬於處理前屠殺 | 仔豬於4週處理後屠殺 | |||
| 對照組 | 乳酸 | 丙酸 | |||
| 十二指腸
空腸
|
1 2 3 4 1 2 3 4 |
444.20(H) 0.60(H) 0.60(H) 0.68(H) 0.30(H) 14.50(H) 5.50(H) 6.00(H) |
112.00(h) 145.00(h) 2.70(h) 0.40(h) 140.00(h) 2.30(h) 0.20(h) 1.50(h) |
0.30 0.02 0.00 0.00 0.20 0.04 0.00 0.00 |
1.00 0.04 2.00 0.00 0.06 0.10 3.40 0.40 |
| 處理期間(1~4週) 採食量(kg／day) 增重(g／day) 飼料／增重(kg／kg) |
1.01 377.00 2.72 |
1.03 409.00 2.53 |
0.93 355.00 2.68 |
||
| H代表出血性大腸桿菌；h代表出血性與非出血性大腸桿菌；其他代表非出血性大腸桿菌 | |||||
三、飼料之酸化
近幾年，單胃動物飼料有酸化之趨勢，特別是在離乳仔豬飼料中添加有機酸。成豬已具有調整胃中pH值的能力了，其胃壁可以分泌鹽酸且胃中pH值甚至可以達到2.0。仔豬不同，新生仔豬會分泌一點鹽酸，但分泌能力受到限制。所以仔豬胃中的pH值僅在4至7之間，這個範圍的pH值高於酵素作用最適宜的pH值。例如胃蛋白𠕇作用最適宜pH值從2.0到3.5之間，若pH值高過這個範圍，則蛋白質分解速率會降低。但是上述的反應則不同於將0.8％的乳酸添加於飲水所造成仔豬腸道細菌改變所產生的正面效果。目前用來添加於離乳飼料的有機酸原料，包括丁烯二酸、檸檬酸及丙酸。而且酸化飼料應用於現場於豬隻生長性能已有很好的效果(表2)。
表2. 丁烯二酸對離乳豬生長性能之影響
| 丁烯二酸(％) | |||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 飼料pH值 增重(g／day) 採食量(g／day) 飼料／增重(kg／kg) |
5.96 261.00 501.00 1.92 |
4.77 261.00 484.00 1.85 |
4.33 257.00 445.00 1.75 |
3.98 296.00 493.00 1.67 |
3.80 297.00 493.00 1.67 |
四、提供最適電解質平衡
任何化學物質可解離成離子者稱為電解質(electrolyte)。可以完全解離或幾乎完全解離者為強電解質，僅能有限的解離者為弱電解質(表3)。故一個強電解質溶在水中，其大部分會分解成離子，但是弱電解質則僅有少部分能分解成離子。
表3. 電解質與非電解質
| 強電解質 | 弱電解質 | 非電解質 |
| 氯化氫 氯化鈉 氫氧化鈉 氟化鉀
|
氟化氫 氨 醋酸 氯化汞 丙酮 |
葡萄糖 蔗糖 乙醇 氧
|
任何一種電解質在動物生理上均有其特別的功能。例如，分佈於全身的鈉離子，主要的功用在於維持正常滲透壓和體內酸鹼平衡，參與水的代謝和運送離子通過細胞膜。
目前試驗研究主要在探討電解質平衡對動物生理的影響，因為飼料成分中離子平衡是和動物生長性能有關聯。目前用以估計電解質平衡有兩種方法：飼料中未定位陰子(dUA, dietary undertermined anion)和飼料電解質平衡(dEB, dietary electrolyte balance)。
dUA＝(Na+＋K+＋Ca2+＋Mg2+)－(Cl-＋H2PO42-＋SO2-)
dEB＝Na+＋K+＋Cl-
兩者以(mEq)或(mOsm)表示之，以何者表示則視電子或滲透壓而定。例如飼料中：
dEB(mEq／Kg)＝(Na(g／Kg)×1000／23)＋(K(g／Kg)×1000／39)－(Cl(g／Kg)×1000／35)
dEB因為方便而經常被使用，它牽涉到三種分析方法，且在很多狀況下非常實用。而dUA雖較準確但也較費功夫。
當飼料的dEB值大約在155mEg／Kg時，可以改善離乳豬生長率。而dEB值為250mEg／Kg的飼料則建議用在4週齡的雞，此一dEB值對提高產蛋雞蛋的蛋殼品質有很好效果。
五、添加寡糖之效用
不同病原性細菌會附著於不同器官。例如有些細菌可能感染消化道，但有些可能感染泌尿道或其它器官。因此細菌對於細胞的辨認能力對細菌是很重要的。碳水化合物(即醣類)是細菌的首要辨認標誌，因為細胞都具有一層醣膜。微生物在其表面具有醣蛋白，稱為外源凝集素(lectins)或繖(fimbriae)，這種醣蛋白是一種能辨識並能迅速且具選擇性及具可逆性地與腸道壁上的糖(寡糖)結合的物質。
目前使用這種外源凝集素與碳水化合物間的關係已應用於促生素之使用，也引起許多人廣泛的興趣。特別是寡醣也已應用於實際了。例如雙叉桿菌(Bifidobacteria)會受母乳中寡醣的作用而促進其增生，因此雙叉桿菌被認為是吮乳幼畜健康的指標。由於在離乳之後有一段時間幼畜容易受到病原菌侵害。所以寡糖類如甘露聚糖(mannan)、果糖寡醣(fructose oligosaccharide)應用於離乳仔豬飼料和家禽飼料添加上，而且在一般段健康食品店也可以買到。由於有害菌必須先附著至腸道壁上而後才能引起疾病，但假如有害菌附著於非腸壁部分的寡醣上，它們將會隨著消化物通過腸道，最後排出動物體外，而不會為害動物。
實際結果顯示，在肉雞飲水中添加2.5％甘露糖可以明顯降低雞隻的盲腸中鼠傷寒桿菌數目和細菌總數。Dmannopyranoside和其它甘露聚糖一樣自然存在於酵母菌中，如啤酒釀母菌中。目前最新報告指出甘露聚糖能干擾沙氏桿菌、大腸桿菌和霍亂弧菌在腸道壁上的附著，因為這些病原菌表面上均有辨識甘露聚糖及與之結合的受質。
另外也有證據指出碳水化合物與細胞間直接交互作用不只限於病理現象，其在免疫系統也扮演著重要角色。這種交互作用中，碳水化合物扮演著引導白血球至身體特殊部位的角色。
飼料中添加寡醣和微生物混合的添加劑證明已能有效地建立腸道正常細菌生態系統，且對抗病原菌具有防護效果(barrier effect)。
一般游離的寡醣是來自食物或飼料中自然組成。寡醣這名詞指由具有2到10個碳之碳水化合物單體組成的醣類。寡糖作用效果受到其結構(大小、構成單體、鍵結)特殊性與劑量影響，亦受到使用前動物狀況的影響。寡醣的特殊性和腸道中醣蛋白─寡醣(glycoprotein-oligosaccharide)交互作用有關。
六、添加外源凝集素之效果
外源凝集素是一種蛋白質，能迅速地具選擇性及可逆性地和醣類結合。它們像寡醣一樣存在於自然界中，尤其是植物中。
細菌附著完全反轉過程是可藉著游離的寡糖而完成。所以細菌附著於腸道細胞的能力會因受到純化的繖(外源凝集素)或是它們的類似結構物作用而受到限制。
經分離純化的繖或植物來源的外源凝集素已經被應用在飼料中，同時它們能夠佔用細菌的結合部位並且防止細菌的附著。在飼料中添加外源凝集素可引起小腸刷狀緣上皮細胞(brush border epithelium)的表面受體中碳水化合物上支鏈的改變，且創造有利腸道環境，提供具有彈性的方法讓營養學家能夠很有效地控制消化道中的菌叢。
七、植物萃取物之添加
有許多種的植物萃取物(plant extracts)經證明是病原菌的抑制物，它們能藉著自然的方式作用以減少消化道的細菌數目。這些植物萃取物之一是自冷凍乾燥大蒜萃取所得的物質，其能夠抑制很多種細菌包括酵母菌、真菌和病毒。這種萃取物質對大腸桿菌有抑制作用但對乳酸桿菌卻有一點好處，而其它也會受到抑制的細菌包含葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和念珠菌(Candida albicans)。
八、結語
化學性促生素不同於抗生素，在畜牧產品生產過程中沒有抗生素殘留和產生抗藥性病源菌的問題，可以取代抗生素做為飼料添加劑，是值得畜牧業者使用的方法。
飼料營養雜誌(p.37∼43)─江世楷.林志勳、九六年七期