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微生物发酵中草药在动物生产中的应用
作者:   时间:2012-10-30

 


张高娜,张建梅,谷 巍
(山东宝来利来生物工程股份有限公司,山东 泰安 271000)

   摘 要:中草药饲料添加剂具有低毒性、无抗药性、多功能性等优点,且已在畜牧生产中得到广泛应用。而微生物在中草药发酵过程中发挥着强大的分解转化能力,并能产生丰富的次生代谢产物,可大幅提高中草药中活性成分的含量,提高疗效,降低毒副作用。本文对发酵中草药的特点及其在动物生产中的应用进行了综述,并对今后的研发方向提出了自己的观点。
   关键词:微生物;发酵;中草药;应用

1 前言
   随着我国社会经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高,人们健康生活的意识也在逐渐增强。因此,安全优质畜产品的生产就显得尤为重要,特别在我国加入WTO后,绿色技术壁垒成为我国畜产品进入国际市场的主要障碍。抗生素、化学合成药及激素类药物在饲料中的大量使用给养殖生产带来极大的危害,影响了食品安全和人民健康。而中草药作为中国医学宝库中的瑰宝,有着悠久的历史,且在畜牧生产中发挥着重要的功效,具有营养和药用的双重作用。为了满足畜牧业生态养殖的发展需求,人们试图开发毒性小、残留少且不易产生耐药性的替代品,而发酵中草药正符合人们的需求。中草药经过微生物发酵后,其有效成分被充分释放,使其更具生物活性和疗效,且具有“安全、绿色、无残留”等特性。如果利用一些有益微生物通过发酵中草药而制得集“中草药、酶制剂、益生素”与一体的产品,将会更有力地推动畜牧业的健康发展。因此,发酵中草药在当今动物生产上的应用与开发已成为人们研究的一大热点。
2 微生物发酵中草药的提出
   中草药富含多种化学成分,是一个天然组合化学库,如:蛋白质、氨基酸、维生素、各种微量元素、有机酸类、酶、生物碱、多糖、甙类、鞣质等多种起营养作用和促生长作用的活性物质。但由于中草药植物细胞壁的阻碍作用,中草药中的大量有效成分难以释放出来,导致其药效慢,使用剂量大等缺点。目前,科研工作者开始研究发酵中草药来提高其药效。微生物在发酵中草药的过程中能产生大量消化酶,利用微生物发酵的特性来提高药效的方法为中草药的开发提供了新的思路。中草药的某些成分可能对微生物的生长和代谢有促进或抑制作用,从而改变微生物的代谢途径,进而形成新的成分。而中草药通过微生物的发酵,可能将中草药中的有毒物质进行分解,从而降低中草药的毒副作用,也可能通过微生物的发酵,将原来不易消化吸收的大分子物质分解成小分子物质,利于肠粘膜的吸收,使血液中的有效成分迅速达到有效浓度。因此,微生物发酵中草药不仅能使中草药中的有效成分最大限度地释放,增强其原有性能,还能利用微生物发酵过程中产生的代谢产物促进动物生长,提高生产力。
3 微生物发酵中草药的特点
3.1 提高疗效,增加用途
   中草药经过微生物的发酵,其中的有效活性物质被最大限度地释放,其中不能被动物机体直接利用的有效活性组分因在体外被微生物分解而变得可被直接利用,从而能更好地发挥作用。有研究表明,中草药有效成分大多是微生物的次生代谢产物,这些代谢产物可将动物机体不能直接利用的中药有效活性组分,在体外降解为分子量较小的小分子活性物质。这些小分子活性物质更易于通过动物的血脑屏障与体细胞蛋白结合,使得中草药的有效成分在动物体中吸收更快、更完全,治疗范围更广。微生物在生长过程中主要消耗动植物的蛋白质、糖等常规物质,可能对中草药的有效成分有浓缩作用,从而大大提高了中草药活性成分的含量。
有研究报道,发酵的黄芪所含的黄芪多糖是普通煎、煮、熬水提法的0.365~5.040倍。我国卫生部药品检验所动物试验结果显示,发酵中草药只需1/28的量,即可与一般煎、煮、熬水提物一份的量发挥同等的药效。有学者报道了黄芪发酵液的功效比非发酵液有明显提高,发酵黄芪用药7d可明显促进正常小鼠T、B淋巴细胞的增殖。
   20世纪90年代,庄毅等[1]提出了药用真菌新型固体发酵工程。即以药用真菌为菌种发酵中草药,使药用真菌与中草药的研究有机结合起来。经过药用真菌的生物转化,对中草药有增效、解毒、改变药性的作用。庄毅等还用槐耳真菌发酵黄芪研究发现:从槐芪菌质与槐耳菌质及未经发酵的纯黄芪药材中提取多糖,进行IFN诱生比较,槐芪菌质的多糖药效明显超过槐耳菌质、纯黄芪中提取多糖的药效。槐芪清膏经药理实验充分证实了槐芪清膏促进机体免疫功能的作用比槐耳清膏更强,尤其以促进诱生动物血清干扰素的作用最明显,而且槐芪清膏比槐耳清膏有显著增强抗鸭肝炎病毒的能力和良好的保肝作用,并保持了对动物体内移植肿瘤S180一定的抑瘤能力,从而证明了微生物发酵中草药所产生的增效作用[1]
3.2不易产生耐药性
   经过微生物发酵的中草药,能通过对动物机体的整体调节和激发机体一切抗菌的积极因素,即非特异性免疫抗菌因子,可在动物机体内全方位杀灭病原菌。而这种抗菌机制不直接作用于菌体,因而不会使微生物产生抗药性。
3.3降低毒性
   传统的中草药炮制法可将带有毒性的生药转化为毒性较弱、可内服的安全用药。这可能是因为微生物、生物的分解作用将中草药中的有毒物质进行了分解或是合成了新的成分,从而降低中草药物的毒副作用。例如4mg的乌头碱可导致人死亡,但在中医临床中,使用其炮制品可使用药量达到1.5~3.0g,不仅可以外用,而且可以内服。研究发现,乌头碱经过炮制后水解为乌头次碱和乌头原碱,它们的毒性分别降低至乌头碱的1/200和1/2000,安全范围得到了扩大,而镇痛效果却没有降低,使临床应用的安全性得到了保证[2]
3.4节约药源
   通常情况下,中草药在提取有效成分后其废渣被丢弃。这不仅对环境造成污染,也浪费了宝贵的中草药资源,而利用微生物发酵中草药药渣可以很好地解决这一难题。目前已有研究者利用中草药药渣培养食用菌、发酵制肥料、造纸、生产蛋白饲料等。香菇是世界上第二大食用菌,也是我国特产之一,在民间素有“山珍”之称。它是一种生长在木材上的真菌。香菇在生长过程中能分泌一系列的酶,利用香菇发酵中草药废渣,可将药渣中的纤维素、木质素等大分子物质降解,将中草药废渣转化为菌体蛋白和香菇多糖,具有较高的营养价值,并可增强机体的免疫功能。王建芳等[3]利用香菇对中草药废渣进行了固态发酵和液态发酵。研究表明,无论是液态发酵还是固态发酵,都能提高粗蛋白和可溶性多糖的含量,降低纤维素的含量,使中草药废渣的营养价值大大提高。
3.5修饰活性成分的结构,产生新的活性物质
   中草药中的天然活性成分含量低,结构复杂,有多个不对称碳原子,化学合成难度较大。随着中草药的开发利用,天然野生资源储存量的不断下降,急需开发出针对特定有效成分的中草药生产技术。在微生物发酵过程中,存在着许多种酶类。它们是中草药有效成分合成的关键酶。我们可以将控制合成关键酶的基因插入到植物表达载体中,使酶的合成增加,从而为中草药活性成份的结构修饰提供新的途径,开发出具有新的保健、预防和治疗功能的中草药。中国医药报报道,中国药科大学研究人员已利用微生物转化技术,成功地在吗啡类似物蒂巴因的14位碳原子上定向引入了羟基,使其镇痛活性提高了100倍以上。王玉红等[4]研究了中药黄芪对灵芝发酵生产灵芝多糖的影响,在发酵后其多糖的组分产生变化,推测有新的组分产生,组分Ⅱ有待进一步分析研究。金建明等[5]利用龙舌兰发酵后,也从发酵液中分离得到了一种新的化合物--龙舌兰苷C。
4 发酵中草药在动物生产中的应用
4.1 鸡
   担子菌是一类真菌,在医药领域被用作治疗肿瘤。目前随着科技的发展,人们对担子菌的研究越来越多。近年来,对担子菌在兽医上的应用也进行了探索性研究,且已取得了一定进展。周梅仙等[6]将具有一定药效的药用真菌(担子菌)接种于由药性基质(中草药)和营养基质(农副产品)组成的全性基质中,在一定条件下进行固体发酵,得到药性菌质;将培养基中不含中草药通过固体发酵产生的菌质称为药用菌质,研究其对AA肉鸡血糖代谢及生长性能的影响。动物试验表明,菌质作为饲料添加剂饲喂AA肉鸡,对AA肉鸡的血糖代谢有明显的调节作用,试验组的血糖浓度显著高于对照组(P<0.05), 菌质对AA肉鸡有显著性的增重作用,药用菌质与药性菌质之间差异显著(P<0.05)。该试验中,给肉鸡添喂一定剂量的菌质,总体血糖水平并未下降,其动态变化主要发生在一直饲喂真菌发酵产物时血糖水平下降明显,但仍在正常生理范围内并能促进采食量的增加,为促进生长提供有效的物质基础,这与在人医临床上药用真菌能降低血糖的结果是一致的[7]
4.2 猪
   虫草是一种药用真菌,含有虫草多肽、虫草多糖、虫草甾醇、虫草酶、虫草腺苷、Mn-SOD(锰-过氧化物歧化酶)等多种活性物质,具有明显增强细胞免疫和体液免疫的作用以及提高单核-巨噬细胞的吞噬功能,能抗疲劳,在我国虫草类产品中主要作为保健品。此外,虫草也是一种有效的动物饲料添加剂,能够刺激仔猪、肉鸡生长,降低料重比,提高肉仔鸡胸肌和腿肌中蛋白质和氨基酸的总量、降低粗脂肪的含量[8]。益母草、淫羊藿等中草药含有大量的益母草碱和淫羊藿黄酮、淫羊藿多糖、淫羊藿甙等活性成分,可以促进母猪发情,提高母猪繁殖力[9]。但中草药的活性成分大多包裹在植物细胞壁内,必需采用萃取、膜分离和微生物发酵酶解等技术对其进行提取[10]。微生物发酵中草药饲料添加剂是利用微生物的降解作用,将中草药的有效成分和活性物质最大限度地释放出来,并对中草药活性成分进行修饰产生新的活性物质。微生物在生长代谢过程中,可以产生各种各样的防病促生长的次生代谢产物,可将动物难以消化吸收的大分子物质转化成易于吸收的小分子物质,还可产生不同的酶,从而促进动物的生长发育、缩短饲养周期、提高饲料报酬[11-12]
   近年来,饲用益生菌和中草药联用迅速成为研究的热点。王彩玲等[13]研究虫草真菌和益母草、淫羊藿等中草药联用对母猪繁殖性能的影响。研究发现,对于正常发情的母猪来说,虫草真菌发酵中草药能够明显提高其繁殖性能,显著缩短断奶至发情间隔,降低返情率,提高窝均产仔数和产活仔数;对于乏情母猪来说,虫草真菌发酵中草药能够有效刺激其发情,提高窝均产仔数和产活仔数,但其作用机制尚需进一步研究
   鲁娜等[14]选用羊红膻、天青地白等植物为发酵基质,以双歧杆菌、乳杆菌等多种菌种联合进行生物发酵,提取其生物活性成分,并进行科学配伍,按不同比例加入生长猪饲料中,以期判断对生长猪生长性能、养分利用率的影响。结果表明,饲料中补充200~400g//t的中草药发酵物可有效改善生长猪的饲料养分利用率,可显著提高胰脏和十二指肠消化酶活性。
4.3 对虾
   有研究表明,芽孢杆菌与中草药、寡糖、酶制剂等联合使用,具有一定的协同作用。
   于明超等[15]运用微生物学、生理学、免疫学、营养学和生态学等研究方法,研究了饲料中单独或共同添加中草药和芽孢杆菌对凡纳滨对虾存活、生长、消化酶活性、体成分及肠道细菌的数量和组成的影响。研究结果表明,饲料中添加中草药和芽孢杆菌促进了对虾的生长,改变了肠道细菌的数量和组成,且共同添加的效果好于单独添加。对虾的终末体重、特定生长率、蛋白质效率和蛋白质累积率随中草药和芽孢杆菌浓度的增加而增加,饵料系数随添加浓度增加有所降低。芽孢杆菌和中草药交互作用对终末体重和SGR影响显著,中草药和芽孢杆菌交互作用显著影响了对虾肝胰脏的碱性磷酸酶和酸性磷酸酶的活性及血清中酚氧化酶的活力。
   在该试验中,芽孢杆菌可以促进对虾对中草药的吸收,从而发挥其增强免疫及促生长的作用;另一方面,中草药的代谢产物可以被有益菌利用,而不能被条件致病菌利用,从而选择性的造成有益菌的增殖[16]同时抑制有害菌的生长,继而减少消化道疾病的发生,改善机体的健康状况[17]因此,芽孢杆菌和中草药的作用是相辅相成的,两者在饲料中共同添加具有有利的互作作用。
4.4 奶牛
   大量的研究表明[18]中草药不仅可以提高奶牛的生产性能,使生产出来的畜产品符合绿色食品的要求,而且具有提高奶牛免疫力,增强体质的功效。谢慧胜等[19]通过试验研究表明,由党参、当归、黄芪等10味中草药制成的“增乳散”对奶牛增乳保健效果显著。王力生等[20]采用王不留行,黄芪,当归,党参,路路通,红花等多种中草药组方饲喂泌乳牛,研究中草药对奶牛生产性能及牛奶品质的影响。结果表明,添加中草药的试验组产奶量分别比对照组提高1.88kg和1.22kg(P<0.01)。
   中草药饲喂反刍动物后,经过瘤胃或盲肠中的微生物发酵,能使中草药的有效成分最大限度地释放,将原来不易消化吸收的大分子物质分解成小分子物质,利于肠粘膜的吸收,使血液中的有效成分迅速达到有效浓度,还能利用微生物发酵过程中产生的代谢产物促进动物生长。如果某些中草药在鸡、鼠等单胃动物上应用效果不明显,而在牛、羊等反刍动物上效果显著,则可考虑是否因微生物的存在引起了中草药的发酵,再模拟反刍动物瘤胃内的微生物环境,来进行体外发酵的研究。因此,我们可以借鉴中草药在反刍动物上的应用效果来进行发酵中草药的研究。
5小结
   随着人们生活水平的不断提高,回归自然、崇尚绿色已成为人们生活消费的主流。就畜产品而言,数量已不再是人们生活追求的首要问题,而产品的质量、安全则成了人们选择的关键。利用微生物发酵中草药不仅可以提高中草药药效,降低用量,扩大使用范围,还可以帮助动物消化,促进生长。因此,发酵中草药在我国畜牧生产上发挥“量少、高效、安全”的优势,对我国发展无公害畜牧业,生产绿色畜产品,增强我国畜产品在国际市场上的竞争力具有重要作用。虽然利用微生物发酵中草药有诸多好处,但微生物在发酵中草药过程中产生新的次生活性物质的成分、含量及其作用机制等均不清楚,尚需进一步研究。
   因此,发酵中草药添加剂的研究必须有机结合微生物学、医药学、免疫学、营养学等相关学科,从体内营养物质的代谢利用途径、免疫调节机理和激素分泌调控等方面深入探讨,研究其是如何调理动物体内平衡,改善肠道微循环、微生物区系、免疫反应性及体内其它生理生化反应,探究其是如何进一步促进动物生长,提高养殖者的经济效益。
 

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