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“益”起發大財 – 益生菌在動物生產的應用

        健康的腸道是使動物生產獲利的一重要關鍵，而平衡的腸道微生物生態系統即是構成健康腸道不可或缺的原則。益生菌 (Probiotics)，美國FAO及世界衛生組織 (WHO) 將其定義為”在數量足夠時有益宿主健康的活性微生物”，在動物生產的應用上可被視為一種針對活化腸道功能及有益動物健康的飼料添加劑。動物生產應用益生菌作為功能性添加劑已行之有年，各廠商百家爭鳴，所發展的功能訴求十分多元，不同菌株甚至不同生產方法的益生菌可提供的功能不盡相同。也因此如何挑選適合的益生菌或組合即成為非常重要的課題。

為什麼良好的腸道菌叢平衡如此重要?

       密集性的飼養環境及飼料配方、不良的管理、壓力等皆是造成動物生理及心理上機能改變的重要因素，其有可能使動物免疫系統遭受破壞、改變腸道菌叢，甚至導致腸道的屏障功能異常。一般正常且平衡的腸道菌叢在宿主體內具有許多功能及益處，包括產生可被腸道利用的揮發性脂肪酸、回收膽鹽、合成維生素、發酵部分難以消化的纖維、與病原菌競爭及協助免疫系統的建立等。腸道菌叢的組成甚至與動物對抗惡劣環境的適應性及代謝需求、養分的消化吸收等有關，因此建立良好的腸道微生態可說是養好動物的第一要務。

益生菌的功能Mode of Probiotic action

1. 調控腸道系統中的微生物生態系統 (提升有益菌叢的比例) 

       於動物的腸道中導入有益的微生物可補足腸道中缺乏的良性菌叢，並提升動物對抗疾病的能力，而後間接使得動物腸道功能提升，進而帶動改善生長表現。已發現的主要機制如下:

(1)競爭排除

       腸道中的競爭排除可定義為正常的微生物叢保護腸道免受有害微生物大量增殖及其造成的腸道功能不全或疾病感染，競爭排除的概念是，良性微生物群與有害菌在腸道中競爭附著位置或可利用之有機質。有益菌可附著於腸道內壁中形成一個保護的屏障，有效防止病原菌大量於腸道中定殖及增殖。另外有益菌也會與病原菌互相爭奪營養來源，使得病原菌無法獲得足夠的養分及能量以支持其生長繁殖，一段時間後有益菌增多，病原菌減少而達到一個良性的平衡。

(2)分泌抑菌物質

       部分的益生微生物在腸道中成功定殖後，便會開始產生或分泌一些殺菌或抑菌的物質，直接破壞或抑制病原菌生長。第一種抑菌物質為酸類，許多益生菌，特別是乳酸菌類的益生菌在其發酵碳水化合物的過程中會產生許多短鏈脂肪酸如醋酸及乳酸，這些酸類可微調腸道內容物的pH值，創造一個病原菌較無法生存的環境；另一類益生菌在代謝的過程則會產生過氧化氫(H2O2)，可抑制部分革蘭氏陰性菌的生長。除了上述與調控微生物環境相關的物質以外，益生菌也有分泌其他特殊抑菌物質的能力，如抗氧化劑及抗微生物相關的蛋白質或胜肽 (AMPs, Antimicrobial Peptides，又稱為抗菌肽或抑菌素)，這些物質除可直接抑制或減少病原菌的數量以外，部分也可影響病原菌的代謝及毒素的產生，以降低病原菌感染造成的負面影響。

圖. 益生菌建立腸道屏障及平衡菌叢的機制

2. 提升營養分的消化及吸收 

       在較早期的許多研究即發現，益生菌的使用可提升包括乾物質、有機質、能量、粗蛋白、粗纖維、磷等營養物質的消化率，這與益生菌代謝發酵所產生的物質非常有關係，如乳酸菌所產的乳酸可能使腸胃道的環境趨近於適合消化酵素作用的酸鹼度。而較近期的研究也已經確認其最重要的機制即是分泌消化酵素及其本身的發酵功能。許多益生菌皆有分泌多元的消化酵素的能力，分泌種類包括常見的蛋白酶、澱粉酶、纖維素酶、脂肪酶等，在生物技術上也是被發展用來生產商品化酵素的重要工具。這些有益菌分泌生產的酵素在動物腸道中可補充內源性消化酵素的不足，協助基礎養分消化吸收，而部分特殊酵素更能夠針對飼料原料中的抗營養因子進行處理，減少腸胃道的負擔。

3. 免疫調控 

(1)透過恢復腸道先天屏障功能以提升腸道免疫

       腸道絨毛中的上皮細胞本身就是介於動物體細胞及腸腔間的一個選擇通透性屏障，這個屏障是動物抵抗外來不友善物質的第一道防線，然而緊迫反應及疾病的狀態皆有機會破壞此屏障。一些特定的益生菌可藉由調整腸道絨毛細胞緊密連接中的一些蛋白質來強化細胞與細胞間的連接性，儘管這方面的機制尚未了解完全，但在許多研究中皆有觀察到類似的現象。當腸道細胞之間的空隙較緊密無空隙時，病原菌、毒素或其他外來物質便較無機會趁隙入侵動物體內，進而造成全身性或其他器官的感染，因此益生菌可透過恢復腸道組織的屏障功能提升動物整體對於外來入侵物的抵抗力。

(2)刺激或抑制免疫反應

       正常的腸道菌叢可藉由刺激腸胃道中的免疫系統，發揮免疫調控的功能，以支持動物的防禦屏障對抗外來侵略的病原菌，這個免疫調控的機制可刺激動物本身的免疫系統產生抗體並提高巨噬細胞的活性，此機制可分為兩個方向: 其一是這些微生物可遷移至腸壁的細胞中刺激抗體產生，另一個部分則是喪失活性的微生物碎片或是代謝產物、分泌物等被吸收並直接刺激宿主的免疫系統。透過一系列的細胞激素反應，益生菌即可在宿主體內引發不論是腸道或是全身系統性的免疫反應。

4. 下痢控制及抗毒素 

       下痢是仔畜非常常見的腸胃道問題，因此嘗試利用益生菌控制下痢問題的研究時常被拿出來討論，一般來說造成仔畜下痢的原因可分為兩大類，第一類是病原菌造成的細菌性下痢，而第二類則是因消化系統尚未發育完全或抗營養因子造成之營養性下痢。細菌性下痢通常是由於病原菌產生的毒素侵害腸道而引發的症狀，一些益生菌的分泌物可中和毒素或是直接抑制毒素分泌以保護動物免於受到侵害，另外減少病源菌數量的同時也可減少毒素的產生。部分益生菌更可防止病原菌代謝合成胺類物質或硫化物，此類物質也會刺激腸胃道造成下痢，排出動物體外更會造成臭氣及汙染。營養性下痢的部分則可應用益生菌生產酵素幫助消化吸收，協助建立仔畜的腸胃道功能，減少營養性下痢狀況的發生。

5. 其他功能 

       除了上述用途外，益生菌尚具有許多特殊的功能，包括抗氧化、抗緊迫、在腸道以外的宿主器官形成菌膜保護屏障、降低排泄物臭味等。不同菌種、不同株的益生菌甚至不同的發酵條件皆會影響益生菌的功能，單一菌種可能會同時含有數種不同的功能機制來提升宿主健康，因此在商業生產上可藉由篩選菌株、組合數種益生菌、或改變發酵條件來放大某些菌種的特殊功能，以符合養殖上的真實需求。

應用於動物生產理想的益生菌

       能夠應用於經濟動物生產理想的益生菌必須具備以下幾種特性，第一是能夠在腸道中大量代謝增殖，意思是這些菌種必須能夠耐酸、不被消化酵素分解，才能在宿主腸道中作用。第二，其對於宿主動物健康有正面提升的效果，包括影響宿主的免疫反應、處理病原菌或成為宿主的保護屏障等功能。第三，可被商業化大量生產，菌種穩定不易變異，適合發揮活性的環境範圍廣(溫濕度、壓力等)、不被動物的感官系統排斥，能夠被動物食入且不影響飼料本身等。第四是安全性，益生菌本身不可具有毒性或是具有任何致病力，並不可具有抗藥性基因以避免轉移至病原菌發展出超級細菌。

常見應用於動物生產的益生菌種類

目前已有進行研究的菌種/菌株十分眾多，下表整理目前較常見應用於動物生產的益生菌種類

益生菌在豬隻生產的應用

益生菌可應用在豬隻生產的全階段，包括母豬、仔豬、生長豬甚至是肥育豬等。

益生菌在家禽生產的應用

       在野外，蛋及雛雞在孵化的過程中有機會接觸到母畜的排泄物，因此母畜可藉由排出腸胃中的有益菌來幫助仔雛建立保護的屏障。然而在現代化的生產中，受精蛋大多數是在密集的孵蛋箱中孵化，孵化後首先接觸的環境通常是經過消毒，或是充滿病原菌的環境，較難以接觸家禽本身腸道中常在的有益菌叢，仔雛在建立自身腸道屏障的過程相對較為困難，因此在雛雞階段益生菌類產品的應用對於禽類後續的發育及發展是十分有益處的。

益生菌在家禽生產的應用與豬隻生產十分類似，主要訴求皆是為了達成以下目標:

  1. 補充腸道內不足的益菌量及消化代謝功能，協助仔畜建立良好消化系統
  2. 調整腸道菌叢，維護腸道健康
  3. 減少微生物性腸道疾病的影響 (如球蟲、梭菌造成的壞死性腸炎、沙門氏菌症等)
  4. 提升生長表現 (採食量、增重、換肉率、產蛋率、肉品質、蛋品質等)
  5. 降低病原菌造成的影響
  6. 刺激免疫系統作用

結語

       益生菌應用於動物生產的各種不同階段皆有其目的及效果，在後抗生素時代，減少抗生素生長促進劑(AGPs)的使用並尋求替代產品的綠色養殖方法是必經之道路，而益生菌”天然”存在於動物或環境中的特性更使這類產品成為一非常重要的選項，也是一個不論是提升動物福利、環境保護或是公共衛生方面皆較有利的替代選擇。

References

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