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抗生素替代物在水产饲料中的选择与应用

[日期:2019-03-20 08:49] 来源:http://jpin888.com   作者:北京PK10全天计划网

 

  抗生素可通过抑制环境中的抗生长因子而促进水产动物生长,部分抗生素可使蛋白质代谢相应得到改善,除此之外,抗生素还具有降低水产动物肠壁厚度、改善肠道黏膜结构、降低肠道维持需要的作用,促进营养物质的吸收,从而提高生产性能和养殖效益。但是随着抗生素的使用,水产动物的细菌耐药性日益复杂,加大了动物疾病防治的难度,严重的危及到人们食品的安全。寻找一种很好的既没有残留又能抗菌促生长的抗生素替代物成为了目前饲料水产养殖业的当务之急。

  近年来,一些具有抗病促生长作用的抗生素替代品应运而生,并且在水产养殖中取得了良好的效果,它们包括微生态制剂、寡糖、抗菌肽、酶制剂、中草药饲料添加剂、酸化剂等。

  微生态制剂也叫活菌制剂或益生素,是指在微生态学理论指导下,利用从动物体内分离得到的有益微生物通过特殊工艺制成的含活菌或含菌体及其代谢产物的制剂。目前已确认适宜作微生态制剂的菌种主要有乳酸杆菌、链球菌、芽胞杆菌、双歧杆菌以及酵母菌等。微生态制剂产品一般是由多种菌种组成的复合制剂。大致可分为乳酸菌制剂、芽孢杆菌制剂和酵母类等线微生态制剂的作用机理

  (1)微生态制剂中有益微生物进入动物机体后,形成优势菌群,与有害菌争夺氧、附着位点和营养素,竞争性的抑制有害菌的生长,从而调节肠道微生态平衡;(2)通过微生物代谢产生有机酸,降低动物肠道内pH值,杀灭耐酸的有害菌;(3)产生溶菌酶、过氧化氢等物质,可杀灭潜在的病原菌;(4)产生代谢物抑制肠内胺和氨的产生;(5)产生各种消化酶,有利于养分分解;(6)合成B族维生素、氨基酸、未知促生长因子等营养物质,直接刺激肠道免疫细胞而增加局部免疫抗体,增强机体抗病力。

  (1)活菌制剂在饲料加工、运输中易失活;(2)活菌进入消化道后,大多难以经受盐酸、胆汁酸、低pH值的作用,难有足够的数量达到肠道或定居肠道而发挥作用;(3)生长速度慢,难以在与微生物问竞争中处于优势地位;(4)微生态制剂在防病促生长方面虽有一定效果,但在抗病上尚难与现在用的抗生素相抗衡,而且对于病毒性疾病更无能为力。

  (1)提高益生菌在胃肠道酸性环境内的活性及其对饲料加工过程中的高压和高温的耐受能力。确保从活菌生产到进人动物肠道内的活性。研究生产高效稳定的微生态制剂及生产工艺;(2)筛选更多的供各种特殊日粮用的新菌株,通过分子生物技术,导人有用目的基因;(3)综合肠道微生物的最佳作用条件,从环境温度、配合饲料组成、水产动物生长阶段、健康状况等方面综合研究,生产针对性强的专用微生态制剂;(4)微生态制剂与其他添加剂合理配伍使用的研究。

  寡糖又称低聚糖,是指2~10个单糖通过糖苷键聚合而成的一类低分子糖,包括普通寡糖和功能性寡糖,以功能性寡糖为主。与活菌制剂相比,寡糖更稳定,对制粒、膨化、氧化和储运等恶劣环境条件都具有很高的耐受性,能抵抗胃酸的灭活作用,克服了活菌制剂在肠道定植难的缺点。

  功能性寡糖可选择性地促进有益菌(主要是双歧杆菌)增殖,主要有甘露寡糖、果寡糖、寡木糖、寡葡萄糖、寡乳糖等。(1)它能被胃肠道内有益微生物尤其是双歧杆菌所利用作为营养,而不能被有害微生物所利用,从而可促进胃肠道有益微生物大量生长繁殖,抑制有害微生物的生长繁殖;(2)维持胃肠道内的微生态平衡;(3)增强机体免疫力,提高机体抗病力,还可以结合病原细胞的外源凝集素,降低病菌吸附到肠壁上的机率,防止疾病发生。因此,添加一定剂量的功能性低聚糖可有效防止水产动物疾病。

  (1)具有较强的吸湿,在生产上不可直接加入大堆饲料中混合,否则会吸湿结块;(2)属非消化性寡糖类物质,受日粮中可溶性纤维的含量和性质的影响大,具有较强的日粮特异性,在有些日粮中甚至表现出负面效应;(3)寡糖本身为易发酵可溶性碳水化合物,添加量过多可导致腹泻;(4)生产成本较高,生产效率较低。

  (1)在测定饲料原料中天然寡糖含量的基础上,对功能性寡糖的使用效果和作用机理,各种果寡之间的互作和组合效应等作进一步研究;(2)不但要考虑饲料原料中天然寡糖的化学来源和含量,还要考虑饲粮纤维的组成与含量,研究功能性寡糖发酵特性及其对动物肠道微生态平衡的影响。

  酶制剂是一类从动物、植物和微生物中提取的具有生物催化能力的蛋白质。饲用酶制剂是一种以酶为主要功能因子并通过特定生产工艺加工而成的饲料添加剂。饲用酶制剂在改善水产动物胃肠道内的微生物菌落、提高水产动物生产性能、改善饲料的利用效率和减少环境污染方面发挥着重要作用。

  使用酶制剂引起的饲料消化率的提高可以缩短养分在胃肠道内存留的时间,可减少致病菌生长的机会,也提高了细菌过度生长所带来的风险,如导致疾病或肠道紊乱。但是酶制剂不能对微生物菌落产生很大的影响。

  (1)为了控制肠道中细菌的生长,酶制剂的作用不如抗生素,因为抗生素是直接攻击肠道细菌,而酶是通过限制细菌可利用生长基质的数量而减少肠道细菌;(2)酶制剂具有较强的日粮特异性,抗营养因子是酶制剂的靶子,在含抗营养因子少的优质日粮中添加酶制剂不具备抗生素的优势。

  (1)利用高新技术生产活力强、成本低的新型酶制剂;(2)多酶系列及饲用酶配方的研究,即研制用于不同饲喂对象及年龄、不同日粮配方的专一性强的复合酶;(3)研究在酶的生产、运输、使用、贮存及进入动物机体后,如何保持其稳定性和饲用效果的技术,如包被技术或制粒后用液体酶进行喷涂;(4)酶制剂与其它物质(如有机酸)结合使用,发挥协同作用,效果将更加理想。

  所谓的中草药饲料添加剂,是指以无力、化学和生物学手段,从中草药的种子、根、茎、叶等部位分离、纯化的某一种或多种有效成分为主体的产品。作为饲料添加剂早有记载,但研究则从20世纪80年代开始。它由不同功能的中草药依据中兽医理论和动物不同生理需要配制而成。

  中草药饲料添加剂的有效成分主要有多糖、生物碱、甙类、脂类、植物色素等生物活性物质和蛋白质、氨基酸、脂类、矿物质元素、维生素等营养物质。中草药成分复杂,往往是各种成分综合起作用。实践证明,中草药作为饲料添加剂具有促进食欲、增强抵抗力、防病治病等优点。

  (1)在中药采收和原料使用上,因受不同季节、地区的限制,中药本身的基原和有效成分相差很大;(2)制成的产品(粗放型),难以进行准确的药效评定和有效的质量控制,致使推广应用易出现偏差;(3)大部分中草药作用较慢,且剂量较大;(4)某些中草药类似抗生素,对体内有益菌及病原菌均有杀灭作用;(5)另外,适口性以及价格问题也是中草药在饲料中应用需要解决的主要问题。

  药物含量标准化、加工工艺精细化、配制微量化、配方精专化,注意中西医结合,且需要作长期、大量的实践验证工作。

  酸化是人为地将有机酸或无机酸,单独或以混合物的形式添加到饲粮中,以降低其pH的过程。研究表明,在饲粮中添加有机酸化剂不仅可以维持机体健康,还可以提高水产动物生产性能和饲料利用率等。通过有机酸来抑制饲料原料或成品饲料中的沙门氏菌等病原菌,在欧洲得到广泛应用。

  非离解态的有机酸能够穿过细菌的细胞膜,有机酸一旦进入细胞内,就会发生离解而产生氢离子从而降低细胞内的pH值,导致细菌消耗能量来恢复其正常的平衡,而该酸产生的酸根负离子R-COO-就会破坏DNA和蛋白质的合成,使细菌处于应激之中,从而无法增殖或者无法快速增殖。可见,低pH值就能保护动物免受感染,尤其可免于在幼年受到感染。

  (1)作用效果受日粮的缓冲力影响较大。日粮中蛋白质和矿物质等缓冲力较高的物质含量较多时,效果较差;(2)有机酸可能会影响日粮适口性和采食量。

  (1)开发生产微胶囊式制剂或脂质保护外膜酸化剂。保持酸化剂饲用效果的稳定性及持久性;(2)酸化剂的选用应与饲粮类型、动物种类及消化生理特点结合起来,确定最佳添加量;(3)开发无机酸化剂与复合酸化剂;(4)酸化剂与酶制剂等其他抗生素替代物的相互协同作用及配伍关系的研究。

  抗菌肽也称肽类抗生素或天然抗生素,是一类广泛存在于细菌、植物、脊椎和无脊椎动物体内,具广谱抗微生物活性的小分子短肽,是生物体天然免疫的重要效应因子,是构成宿主防御病原微生物等入侵的重要分子屏障。目前已经有500多种抗菌肽被分离、鉴定。其共同特点为:分子量小(12~100个氨基酸残基)、多聚阳离子型、两亲结构。

  有关抗菌肽的确切作用机制还不清楚,目前认为可能是肽脂相互作用导致细胞膜的通透性变化,而非受体介导的识别过程。细胞膜是其靶目标,抗菌肽的阳离子特性有助于和细胞膜表面的带负电的磷脂进行静电作用。螺旋或口折叠结构的两亲性肽的膜渗透作用是通过以下两种机制进行的:形成跨膜孔道的桶-桶板机制和导致细胞膜的破裂和溶解的毯式机制。在桶-桶板模型中,抗菌肽形成束状穿透细胞膜,形成电势依赖通道,肽的疏水面和靶细胞膜的脂质核心作用,亲水的一面位于里面;在毯式模型中,疏水的一面朝向细胞膜并与之结合,亲水的一面朝向溶剂。肽的单体一旦达到临界浓度,细胞膜溶解成碎片,瞬间孔道形成,这些孔道与桶-桶板模型不同在于它是靠脂质双层向后卷曲形成的。线性螺旋结构的抗菌肽可能通过地毯式机制实现,而有着β折叠结构的环肽也许是通过桶-桶板机制起作用。

  水产养殖品种生活于富含各种微生物的水环境中,抗菌肽被认为是鱼、虾、贝等免疫防御系统的主要成分之一。高等动物肠道微生物菌群发达。不同动物的肠道内源性抗菌肽能抑制其相应的外源性病原菌,而对动物肠道中共生生态系统中的微生物和动物细胞无杀伤作用,即高等动物肠道抗菌肽具有“种”特异性。尽管高等动物肠道抗菌肽具有此优点,但他们在动物体内表达分泌量有限,加上现代水产饲养业日益呈集约化,病原传播和入侵及各种应激作用日益强化,使得水产动物肠道自身表达的抗菌肽不足以对动物自身的保健起很大作用。如能应用对水产动物专一性的内源性抗菌肽作饲料添加剂,则可使饲养动物受到外源病原菌入侵或应激时能特异性地维持其健康和生长。

  随着对水产养殖品种抗菌肽的分离、结构与功能的研究,改造并合成既具有稳定高效抗菌活性又具有特异抗菌能力且对宿主无害的抗菌肽基因,并通过基因工程在原核细胞、真核细胞或某些藻类中进行表达,以实现批量生产,有希望成为杀灭水产养殖品种病原体,特别是耐药菌的新型药物,这无疑将是“后抗生素时代”的一条出路。

  随着人们对食品安全意识的增强,各国对抗生素使用监管力度的加强,安全、高效的抗生素替代物的研制与开发是当前迫切需要解决的问题。虽然众多研究报道微生态制剂、功能性寡糖、抗菌肽、饲用酶制剂、中草药饲料添加剂和有机酸化剂等可替代抗生素。但目前还没有任何一种替代物可在实际生产中完全取代水产动物饲料中的促生长抗生素。水产动物营养学、饲料加工学、微生物学、药理学、分子生物学与生物技术等多种学科的交叉与运用,将为抗生素替代物最终完全取代饲用抗生素提供有力的支持。

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