发酵酸奶中l-乳酸的开发？
开发绿色无公害饲料添加剂是21世纪饲料工业的重要研究方向，饲料微生物制剂是实现这一目标的主要途径。主要介绍了乳酸菌微生物制剂的发展概况、作用机理和提高应用效果的途径，并展望了乳酸菌微生物的安全性和应用前景。
鉴于抗生素、激素和兴奋剂的残留问题以及对人类健康的威胁，科学家们将研究方向转向了饲喂具有促生长和保健作用的微生态制剂。微生态制剂是指在微生态学理论指导下，具有调节生态失衡、维持微生态平衡、提高宿主(人、动物和植物)健康水平或改善其健康状况的生理活性产物及其代谢产物，以及能促进这些生理菌群生长繁殖的生物制品(包兴浩等，1999)。
1.饲料微生物制剂的发展
饲料微生物在生物学和遗传学特性上必须是安全稳定的，因此在使用前必须经过严格的病理学和毒理学试验，证明其无毒、无害、无耐药性等副作用。目前常用的微生物种类主要有乳酸菌、芽孢杆菌、胶木、放线菌、光和细菌。美国FDA(1989)规定允许饲喂的微生物有40多种，其中近30种是乳酸菌。我国农业部批准的65438至0994的微生物菌种包括蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、粪链球菌、双歧杆菌、乳杆菌、乳酸链球菌等。，其中大部分也属于乳酸菌。本文论述了乳酸菌微生物制剂的作用机理及其开发利用。
2乳酸菌的组成和分布
乳酸菌(LAB)是一种能够从可发酵碳水化合物(主要是葡萄糖)中产生大量乳酸的细菌。目前，这类细菌在细菌分类学上已被发现至少包括18个属，主要包括:乳杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、肠球菌属、乳球菌属、肉杆菌属、阿托普毕姆菌属、片球菌属、气球菌属、几个种属的球菌属、李斯特菌属、芽孢杆菌属、串珠菌属、丹毒丝菌属、双歧杆菌属和糖球菌属。
绝大多数乳酸菌为厌氧或兼性厌氧化学营养细菌，为革兰氏阳性。它在富含矿物质和有机养分的厌氧或微需氧、微酸性环境中生长和繁殖。污水、发酵生产(如青贮饲料、果酒啤酒、酱菜、酱油、酸奶、奶酪)培养物和动物消化道中的乳酸菌含量较高。乳杆菌在小牛胃和上肠中占优势。乳杆菌和发酵乳杆菌是从饲喂牛奶的犊牛胃液中分离出来的，而嗜酸乳杆菌是犊牛瘤胃中的主要乳酸菌，发酵乳杆菌是粘附在柱状上皮细胞上的主要乳酸菌。
3.乳酸菌的作用机理
乳酸菌对人和动物都有保健和治疗作用，这已被国内外大量的饲养和临床试验所证明。贝尔德(1977)用乳酸菌饲喂断奶仔猪和生长育肥猪，证明二者均能提高日增重和饲料转化率。Lidbeck等人(1992)证实乳杆菌可以预防放疗引起的腹泻。蔡等(1993)对益生菌的使用效果进行了统计。其中，7例报告乳酸菌益生菌饲喂猪，平均提高7.67%，6例报告饲料转化率提高，平均提高5.4%，5例报告饲喂肉鸡，平均提高7.32%，5例报告饲料利用率提高，平均提高9.5。在育肥牛(舍饲)中使用乳酸菌时，平均日增重提高65438±03.2%，饲料转化率提高6.3%，发病率降低27.7%。加拉格尔等人(1974)研究表明，食用酸奶的人比食用同等乳糖浓度牛奶的人对乳糖的利用率更高，从而缓解乳糖不耐受的症状。此外，关于乳酸菌抗癌作用的报道也很多。
乳酸菌在实际应用中效果显著。近两年来，更多的研究工作集中在乳酸菌发挥这些功能的机理上。关于它的报道很多。总结一下，它的作用机理主要是:1)它提供营养，促进身体的生长。2)改善微生态环境，清理肠道内的有毒物质。3)调节消化免疫系统等。
3.1提供营养促进身体生长。
乳酸菌如果能在体内正常发挥代谢活性，就能直接为宿主提供可利用的必需氨基酸(如赖氨酸、蛋氨酸)和各种维生素(维生素B和K、H等。)，还能提高矿物质元素的生物活性，从而为宿主提供必需的营养物质，增强动物的营养代谢，直接促进其生长。Hamad(1979)实验证明，小麦、大米、玉米经过乳酸发酵后，营养价值大大提高。毕德成等(1988)用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵玉米和小麦粉，发现赖氨酸含量分别增加72%和85%，蛋氨酸分别增加40%和46%，硫胺素(VB1)和核黄素(VB2)增加，游离氮分别增加1.6倍和6544倍。另外，乳酸菌产生的酸性代谢产物使肠道环境呈酸性，而一般消化酶的最适pH值为酸性(淀粉酶6.5，糖化酶4.4)，有利于营养物质的消化吸收。有机酸的产生还可以加强肠道的蠕动和分泌，促进营养物质的消化和吸收(张力等。, 2000).
3.2改善微生态环境
正常情况下，动物的整个消化道都寄生着大量的微生物。就其功能而言，可分为三种:1)***型，以兼性厌氧菌为主。在生态平衡中，它们的微生物生长和蛋白质合成、消化吸收、生物拮抗和免疫等功能对宿主是有益的。2)致病型，正常情况下数量少，寄生在正常部位，不会使宿主生病。如果失控，会导致宿主的不良反应。3)中间型，即兼具生理和致病功能，其数量的增加会导致腐生菌和毒素的增加，促进宿主衰老(康白，1988)。微生物种群的平衡对机体的健康非常重要，而乳酸菌可以调节这种微生态平衡，保证宿主正常的生理状态。
在乳酸菌的生长和代谢过程中，一些具有抗菌活性的物质，如有机酸、过氧化氢、二氧化碳等。，将产生，所有这些都显示出体外抗菌活性。许多乳酸菌都能产生细菌素，如乳链菌肽、乳酸杆菌、嗜酸杆菌等。研究表明，这些物质对抑制致病菌有重要作用。粘附一般被认为是病原菌的重要毒性因子(Finary等，1997)。粘附在肠黏膜上是致病菌定植并产生临床症状的前提条件。乳酸菌可以防止致病菌粘附在肠道上皮细胞表面，定植和侵入肠道细胞。有人称这种机制为“抗粘连”。肠道化学物质的组成也是影响微生态环境的重要因素。毒素、硫化物、吲哚、酚类都是对肠道有刺激和毒性的物质，是肠道腐败菌活性增加的标志。双歧杆菌能阻止病原菌对氨基酸的脱羧作用，降低肠内容物中氨的浓度，有效减少有毒胺类的合成，改善肠道环境。
3.3调节免疫系统功能
乳酸菌制剂可以从两个方面增强免疫力:一是影响非特异性免疫反应，增强单核吞噬细胞(单核细胞和巨噬细胞)和多形核白细胞的活性，刺激活性氧、溶酶体酶和单核细胞的分泌；二是激发特异性免疫反应，如加强粘膜表面和血清IgA、IgM、IgG水平以加强体液免疫，促进T、B淋巴细胞增殖，加强细胞免疫。Schiffrin等(1994)发现，NII乳杆菌LJ 1和乳酸双歧杆菌Bb12+02在体外能增强吞噬细胞对大肠杆菌的吞噬作用。嗜热链球菌和沙门氏菌联合使用可以起到免疫佐剂的作用，显著提高血清中IgA的含量。吉尔(1998)列举了一些乳酸菌在1985到1995的任何动物身上的实验报告，结果都是阳性结果。乳酸菌对免疫系统的刺激机制仍在进一步研究中。Ouwehand等人(1999)提出了摄入益生元(包括乳酸菌)刺激免疫的可能途径:抗原物质以两种方式通过淋巴聚集的结缔滤泡上皮:一是微生物代谢产物或片段作为小分子抗原直接通过普通上皮细胞或通过上皮细胞间的紧密连接；第二，微生物细胞本身通过胞饮作用从M细胞转移到位于M细胞囊中的巨噬细胞。抗原进入淋巴组织后，要么被抗原提呈细胞处理，要么直接交给淋巴细胞，产生相应的免疫反应。
4.乳酸菌的应用与发展
4.1筛选菌株的注意原则
由于对乳酸菌的代谢和遗传特性及其作用机理的深入了解，以及大量临床试验结果证明了将其作为保健佐剂和饲料添加剂的可行性，人们已经广泛接受乳酸菌作为保健品。目前市场上销售的畜禽用益生菌主要有芽孢杆菌、乳杆菌、双歧杆菌、酵母培养物等。菌种的筛选及其活性的测定是益生菌研究中的关键问题，决定了微生态制剂的使用效果。Fuller(1989)和Ouwehand等人(1999)分别提出了益生菌的筛选原则。总结起来主要有以下几点:1)原主机来源。宿主和肠道细菌之间存在特定的相互选择关系。母猪体内的菌株更容易在仔猪体内定殖，所以菌株来源要和使用者一致。只有这样才能增强益生菌的特定功效。2)定植和粘附。益生菌在肠壁上的粘附是益生菌定殖过程中的重要步骤，是大量繁殖并成为优势种群的前提，因此粘附是筛选益生菌菌株的重要标准之一。3)在酸性和高胆盐环境中的生存能力。口服是益生菌进入肠道的主要途径，所以益生菌在进入大肠前必须受到胃中盐酸和小肠中高浓度胆盐的影响。只有在盐酸和胆盐中存活率高的菌株才能发挥作用。4)特定的生理功能。各种益生菌都有其特定的生理功能，比如嗜酸乳杆菌对宿主的免疫系统有很强的调节作用，而乳杆菌鼠对大肠杆菌有很强的抑制作用。只有深入研究和了解各菌株的生物学特性，才能根据不同情况设计出生长效果明确的微生态制剂。5)产品中活菌数量稳定。微生态制剂中的活菌数是其发挥作用的关键，因此活菌制剂的应用要求单位产品中有一定数量的活菌，以达到有效治疗剂量标准。
4.2能够提高乳酸菌应用效果的研究方向
为了充分发挥乳酸菌的使用效果，近年来，在微生物的菌种改造、生产工艺、产品形态等方面做了大量的研究工作。主要有以下几个方面:1)多菌株兼容性。实验表明，乳酸杆菌和双歧杆菌的组合可以增加其效果。培养严格厌氧菌株和非严格厌氧菌株，可以提高厌氧菌的产量和存活率，有助于各菌株发挥作用。2)增加成品中乳酸菌的数量。添加微量元素(铁、铜、锌、硒、钼等。)、氨基酸(Arg、Tyr、Pro、Phe等。)和B族维生素等。可以促进菌株的生长并延长其在成品中的存活时间(唐等，1996)。3)使用合适的载体，益生菌菌株可以顺利到达预期位置。已经证实酸奶是乳杆菌和双歧杆菌的有效载体，进入肠道后提高存活率(Kailasapathy等，2000)。4)复合使用益生菌、酶制剂、有机酞、多酚、中草药等物质。石等人先后研究了加酶益生菌在育肥猪、羊、肉兔、牛、鸡等畜禽中的应用。结果具有明显的促生长效果，降低了饲养成本，取得了明显的经济效益。从研究结果来看，乳酸菌益生菌与其他饲料添加剂的组合取得了良好的应用效果。
5.乳酸菌微生态制剂的安全性。
活微生物在饲料和食品中使用时，应注意其潜在的致病性、耐药基因转移的可能性以及不可控的繁殖和变异。Adams(1999)总结了乳酸菌可能引起的感染性疾病:心内膜炎、菌血症等胸部和消化道感染。要注意以上乳酸菌的潜在危险。但是我们更应该看到乳酸菌有益的部分。有证据表明，除肠球菌外，乳酸菌引起的人体感染相对较少。因此，科学家认为，只有在有效的监督和控制下，经过严格的检查，使用乳酸菌才是安全的。检测项目主要包括:固有特性、代谢物、毒性、对粘膜的一致和定量反应作用。临床评估、流行病学研究等。邓恩等人(1999)也提醒研究人员，在评价时，也要注意每个菌株都要进行检测，不能有相似的菌株来推测；临床试验前必须严格鉴别菌株和产品；这些结果得到了独立研究机构的证实。
乳酸菌微生态制剂为饲料和畜禽养殖提供了一种高效、无害、无污染的新选择。它的出现和发展顺应了当前高科技产业化和环境保护的主流。在应用中，充分考虑动物菌群的特点和宿主与环境的关系，科学合理的使用必将成为本世纪饲料添加剂的主导产品。