替抗產(chǎn)品發(fā)酵中藥論文郭世寧教授[已扎口]
發(fā)酵中藥在畜禽養殖中的應用研究進(jìn)展
王子忠1高玉田2杜宏亮3 郭世寧3
?。?河北玖鶴生物科技有限公司2希杰(上海)商貿有限公司3華南農業(yè)大學(xué))
摘要:隨著(zhù)抗生素類(lèi)動(dòng)物促生長(cháng)劑的逐步退出,尋找低耐藥性、低殘留、安全有效的藥物已成為目前以及未來(lái)養殖業(yè)亟須解決的問(wèn)題,中藥因其不容易產(chǎn)生耐藥性、藥效明顯、藥物殘留低及來(lái)源廣泛被應用于畜禽生產(chǎn)中,利用微生物對中藥進(jìn)行發(fā)酵,可以提高中藥活性成分的含量,提高療效,產(chǎn)生新的活性成分,調節和維持腸道菌群平衡,在畜禽生產(chǎn)養殖中具有廣泛的應用前景。
關(guān)鍵詞:中藥;發(fā)酵;畜禽養殖
隨著(zhù)抗生素類(lèi)藥物動(dòng)物促生長(cháng)劑逐步退出,尋找其替代物顯得極為迫切,來(lái)源廣泛的中藥以其不容易產(chǎn)生耐藥性、藥效明顯及藥物殘留低而被應用于畜禽生產(chǎn)中,發(fā)酵中藥是在中藥基礎上使用益生菌進(jìn)行發(fā)酵,以其顯著(zhù)的療效,安全性高,使用量少在畜禽生產(chǎn)中有著(zhù)廣泛的應用(乜春,2019)。傳統發(fā)酵中藥是在自然條件下利用空氣中的微生物發(fā)酵,其質(zhì)量不可控,產(chǎn)品質(zhì)量難以保障。現代發(fā)酵中藥不再局限于傳統的中藥炮制的發(fā)酵方式,是將發(fā)酵工程與微生物學(xué)和生物工程學(xué)相結合,在發(fā)酵過(guò)程中利用先進(jìn)工程技術(shù)對發(fā)酵參數包括菌種情況、通氣情況和溫濕度等因素進(jìn)行監控,較大地提升了中藥質(zhì)量。應用現代中藥發(fā)酵技術(shù),根據不同動(dòng)物生理特征,按照使用目的定向發(fā)酵,將會(huì )成為中獸藥發(fā)展的方向之一(陳春林,2019)。
1發(fā)酵中藥的優(yōu)勢
利用單一菌種或者復合菌種對中藥提取液或固態(tài)粉末進(jìn)行發(fā)酵,通過(guò)細菌或真菌的各種酶系統以及代謝過(guò)程中產(chǎn)生的其他一級和二級代謝產(chǎn)物,將中藥大分子物質(zhì)經(jīng)過(guò)微生物轉化成為能被腸道直接吸收的小分子成分,或產(chǎn)生新的有效成分,使中藥成為快速吸收、定量療效的新型藥物(乜春,2019)。
1.1降低毒性
藥用材料本身通常含有一些大分子有毒物質(zhì)。此外,當它進(jìn)入機體時(shí),還會(huì )產(chǎn)生刺激性物質(zhì),引起毒性或副作用。因此,發(fā)酵是最大程度降低中藥副作用并減少不良反應的好方法(李昆,2017)。發(fā)酵不僅可以保護中藥的活性成分而且有可能產(chǎn)生新的成分,并且在結構上還可以修飾有毒成分(Fan-Chiang et al.,2013)。以大黃為例,共軛蒽醌衍生物是產(chǎn)生不良腹瀉作用的主要成分。發(fā)酵后共軛蒽醌衍生物的含量降低,而具有抗腫瘤作用的游離蒽醌含量增加六倍。因此,通過(guò)發(fā)酵改變大黃和大黃中蒽醌的含量可降低其毒性并提高其效率(Dai and Zhao,2005)。。例如,雷公藤的化學(xué)成分變化表明靈芝在兩次固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中,其中的有毒化合物(鄰苯二甲酸二異丁酯和鄰苯二甲酸二丁酯)的含量降低(侯志帆,2012)。
1.2增強功效
中藥絕大部分是植物藥,很多活性成分存在于細胞質(zhì)中。植物細胞的細胞壁由纖維素和半纖維素組成,結構致密,因此有效成分難以被機體吸收和利用。此外,傳統中藥中活性成分的相對分子質(zhì)量通常很高,難以突破血腦屏障(Li Lin et al.,2020)。傳統的中草藥通常是煎煮或粉碎后口服給藥,其活性成分的生物利用度低下,但微生物發(fā)酵后,微生物產(chǎn)生的纖維素酶和果膠酶等細胞外酶能夠分解植物細胞的細胞壁,導致??植物細胞破裂,使得活性成分得以暴露出來(lái)。研究表明,在發(fā)酵過(guò)程中,各種微生物產(chǎn)生的酶具有重要作用。有效的大分子物質(zhì)被吸收并降解為更容易被機體吸收的小分子物質(zhì)。此外,還可以去除各種大分子雜質(zhì),從而改善藥物作用。丹參等中草藥經(jīng)過(guò)固態(tài)發(fā)酵處理后,酚類(lèi)物質(zhì)的提取得到顯著(zhù)改善,提取物的抗氧化和抗菌活性增強(Wen et al.,2013)。此外,已經(jīng)顯示用地衣芽孢桿菌發(fā)酵處理紅花將紅花中的糖苷水解成糖苷配基,其更易于被機體吸收。
1.3產(chǎn)生新成分
除各種酶系統外,微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的其他一級和二級代謝產(chǎn)物也可與藥物成分中的活性或非活性成分反應形成新的前體化合物。這為中藥有效成分的合成和新藥的開(kāi)發(fā)提供了一種新方法(汪洋,2014)。用枯草芽孢桿菌發(fā)酵人參,從發(fā)酵產(chǎn)物中可分離出人參皂苷RH4,但是在發(fā)酵前未檢測到該化合物,推測可能是在發(fā)酵過(guò)程中,一些皂苷被轉化為人參皂苷sRH4(Li et al.,2006)。紅參提取物的擬青霉發(fā)酵能將人參二醇皂苷轉化為人參皂苷F2,Rg3,Rg5,Rk1,Rh2和C-K(Kim,2014)。
1.4調節和維持腸道菌群平衡
動(dòng)物腸道微生物菌群是否穩定對動(dòng)物機體的健康有著(zhù)舉足輕重的影響。目前,中藥發(fā)酵用到的微生物主要有芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌、黃曲霉菌、黑曲霉、紅曲霉、雙歧桿菌等藥用真菌(劉鋒,2014)。中藥經(jīng)過(guò)益生菌發(fā)酵處理,再添加至動(dòng)物飼料,能夠在一定程度上調節腸道菌群。趙倩等研究表明,攝食不同益生菌發(fā)酵中藥發(fā)酵制劑對鯉魚(yú)腸道菌群結構有顯著(zhù)影響,其中鼠李糖乳桿菌中藥發(fā)酵組鯉魚(yú)腸道菌群最豐富,而枯草芽孢桿菌中藥發(fā)酵組鯉魚(yú)腸道菌群的豐富度顯著(zhù)高于空白對照組,證明不同微生物發(fā)酵的中藥制劑對鯉魚(yú)腸道菌群影響不同(趙倩,2017)。在用乳酸菌發(fā)酵中藥添加至櫻桃谷肉鴨飼料的研究中發(fā)現,發(fā)酵中藥可以明顯降低肉鴨生長(cháng)后期盲腸食糜中沙門(mén)氏菌的數量,說(shuō)明該發(fā)酵中藥有調節腸道菌群的作用(王靜,2013)。谷巍研究表明,相比空白對照組、大腸桿菌模型組和中藥水提組,嗜酸乳桿菌發(fā)酵中藥組的小鼠腸道中大腸桿菌的數量顯著(zhù)降低,而乳酸菌和雙歧桿菌的含量明顯升高,表明小鼠腸道菌群生態(tài)在經(jīng)過(guò)發(fā)酵中藥治療后有好轉的趨勢(谷巍,2017)。
1.5節約資源
很多中藥含有蛋白質(zhì)和碳水化合物等,這些物質(zhì)也是微生物進(jìn)行發(fā)酵所必需的,因此無(wú)論是固態(tài)發(fā)酵還是液體發(fā)酵,都解決了中藥廢渣的問(wèn)題,同時(shí)也解決了與環(huán)境污染有關(guān)的潛在問(wèn)題,并降低了寶貴的藥用資源的生產(chǎn)成本和使用量。例如,已證明白腐真菌對中藥渣進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵不僅降低了藥渣中纖維素的含量,而且還顯著(zhù)提高了蛋白質(zhì)和氨基酸含量,并將最初使用的藥渣變成了基質(zhì),用于生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料(Li Lin et al.,2020)。
2 中藥發(fā)酵技術(shù)
2.1 發(fā)酵種類(lèi) 中藥發(fā)酵包括固態(tài)發(fā)酵和液體發(fā)酵。
2.1.1 固態(tài)發(fā)酵
固體發(fā)酵是將發(fā)酵菌接種到以中藥或中藥藥渣為營(yíng)養基質(zhì)的培養基中進(jìn)行的發(fā)酵,發(fā)酵基質(zhì)一般不用不滅菌,且多為自然開(kāi)放過(guò)程,發(fā)酵成本也相對較低,且操作簡(jiǎn)便(陳柯源,2019)。尹珺伊等通過(guò)在日糧中添加發(fā)酵黃芪粉,使肉雞的生產(chǎn)及免疫性能與黃芪粉相比得到了顯著(zhù)提高(尹珺伊,2017)。
2.1.2 液體發(fā)酵
液體發(fā)酵又稱(chēng)液體浸沒(méi)發(fā)酵,是將發(fā)酵菌接種到由中藥水提物制成的液體培養基中,并在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)酵產(chǎn)物包括發(fā)酵液和菌絲體。Yin Dan Dan研究了內生枯草芽孢桿菌對川芎根液體發(fā)酵中川芎嗪含量的影響,結果表明內生枯草芽孢桿菌通過(guò)分泌蛋白代謝川芎根,消耗川芎根中的糖,從而產(chǎn)生大量的川芎嗪(Yin Dan Dan,2017)。
2.2 發(fā)酵菌種
黑曲霉和米曲霉等真菌可以產(chǎn)生纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶、植酸酶、葡萄糖氧化酶等大量的酶系,這些酶可以破壞植物細胞的細胞壁,降解粗纖維、植酸等難以吸收的物質(zhì),消除抗營(yíng)養因子,提高藥物營(yíng)養價(jià)值。芽孢桿菌生命力強,可以耐溫、耐酸堿、耐氧;繁殖快,能抑制有害菌的生長(cháng);代謝快,能產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物,如有機酸、生物活性物質(zhì),及其它多種容易被利用的成份;同也產(chǎn)生大量的酶系。因此,黑曲霉等真菌以及芽孢桿菌可以作為單一菌種對中藥進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵(袁明貴,2020)。
復合菌種的發(fā)酵效果普遍優(yōu)于單一菌種(黃樹(shù)平,2017)。主要因為單一菌種發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生酶系單一,不能較好地降解纖維素等大分子物質(zhì);而且單一菌種發(fā)酵時(shí),產(chǎn)物對菌種及其產(chǎn)生的酶具有反饋抑制作用。如果利用多菌種之間的互補和協(xié)同作用,就可以更好的對中藥進(jìn)行固態(tài)復合發(fā)酵。酵母菌是典型的兼性厭氧單細胞真菌,適合在偏酸性潮濕的含糖環(huán)境中生長(cháng)。由于酶解產(chǎn)物單糖或寡糖對纖維素酶具有反饋抑制作用,而酵母能夠利用單糖或寡糖,將其發(fā)酵成酒精和二氧化碳,所以酵母是一種較好的組合發(fā)酵菌種之一(袁明貴,2020)。通常情況下組合纖維素降解能力強的絲狀真菌與發(fā)酵能力強的酵母菌(石寶珍,2014),或選擇芽孢桿菌與酵母菌進(jìn)行組配,聯(lián)合進(jìn)行中藥渣的固態(tài)發(fā)酵(蘇家宜,2017)。
3 發(fā)酵中藥在畜禽生產(chǎn)中的應用
3.1 發(fā)酵中藥在家禽養殖中的應用
黃芪等中藥含有多糖、氨基酸、木質(zhì)素、黃酮、生物堿、皂苷等活性物質(zhì),具有藥用和營(yíng)養雙重功效。經(jīng)過(guò)發(fā)酵后,其纖維素部分被分解,有效成分釋放后可促進(jìn)腸道發(fā)育;在發(fā)酵時(shí)采用的枯草桿菌等作為有益菌,可調節腸道內菌群生態(tài)平衡,促進(jìn)腸道的消化吸收;發(fā)酵后的產(chǎn)物在口味上有一定程度的改變,從而提高了其適口性(唐興剛,2020)。劉觀(guān)忠等采用黃芪、貫眾等七味藥組成的復方制劑及其六神曲發(fā)酵產(chǎn)物作為對比,飼喂 1 日齡雄性 AA肉雞,分別對其生產(chǎn)性能指標、營(yíng)養代謝指標、血清蛋白含量、血液肝功能指標進(jìn)行測定,結果表明發(fā)酵中藥的效果均優(yōu)于未發(fā)酵組(劉觀(guān)忠,2011)。
發(fā)酵中藥可以提高肉雞免疫器官指數、增強免疫細胞的免疫功能。同時(shí)發(fā)酵中藥的有效成分也可以作為免疫佐劑,增強抗原的特異性,提高肉雞對新城疫等的抗體水平,從而增強機體的免疫力(阿地拉,2016)。張桂枝等利用枯草芽孢桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母、嗜酸乳桿菌4種菌種,以4%接種量對含黃芪、連翹、甘草等 8味中藥的復方進(jìn)行發(fā)酵得到復方中藥發(fā)酵制劑,以1.0%的比例在飼料中添加該發(fā)酵制劑,喂給肉雞,結果表明該復方中藥發(fā)酵制劑可以顯著(zhù)提高紅細胞的免疫功能,促進(jìn)肉雞淋巴細胞的增殖、免疫器官發(fā)育成熟和疫苗抗體的產(chǎn)生,增強機體的免疫功能,并能克服因接種疫苗引起紅細胞免疫功能短暫下降的不良反應(張桂枝,2016a;張桂枝,2016b)。
許多中藥有效成分比如黃酮類(lèi)、生物堿類(lèi)、有機酸類(lèi)等具有抗菌作用(林真亭,2019)。經(jīng)過(guò)發(fā)酵后的中藥,因植物細胞壁被破壞,抗菌有效成分釋放的更徹底,其抗菌作用更加明顯(唐興剛,2020)。沈永恕對中藥復方采用超微粉碎、細胞破壁粉碎等處理后進(jìn)行水提醇沉等工藝處理,然后采用復合菌種發(fā)酵制得復方發(fā)酵黃連膏劑,用于臨床大腸桿菌病治療,結果表明復方發(fā)酵黃連膏劑組治愈率明顯高于乳酸環(huán)丙沙星組和丁胺卡那霉素組(沈永恕,2019)。尹念春等采用黑曲霉對含連翹、黃連、黃芩等中藥復方進(jìn)行發(fā)酵處理,通過(guò)與未發(fā)酵復方、西藥進(jìn)行對比,臨床結果表明黑曲霉發(fā)酵中藥后能提高中藥復方制劑的治療率(尹念春,2018)。徐亞慧等研究了馬齒莧發(fā)酵物對人工感染沙門(mén)氏菌病的雛雞的防治效果,發(fā)現采用乳酸桿菌和枯草芽孢桿菌發(fā)酵的 5%馬齒莧發(fā)酵物可明顯防治雛雞白痢,并有利于肉雞腸道中乳酸菌和雙歧桿菌的生長(cháng)繁殖(徐亞慧,2018)。
3.2 發(fā)酵中藥在豬養殖中的應用
發(fā)酵中藥在養豬生產(chǎn)中的研究多集中在斷奶仔豬生長(cháng)性能和腸道健康上。喬宏興等(2018)利用植物乳桿菌和屎腸球菌對黃芪進(jìn)行發(fā)酵,用發(fā)酵后的黃芪飼喂斷奶仔豬,結果發(fā)現,0.6% 發(fā)酵黃芪添加劑可以顯著(zhù)提高斷奶仔豬的平均采食量,明顯降低料重比,結果表明發(fā)酵黃芪飼料添加劑對斷奶仔豬有明顯的促生長(cháng)作用(喬宏興,2018)。段雪磊等研究表明,以1%的比例在飼料中添加絞股藍微粉發(fā)酵物,能顯著(zhù)提高斷奶仔豬的日增重、日采食量,并能明顯降低腹瀉率和料重比(段雪磊,2016)。陳新瑤等研究表明用含黃柏的中藥發(fā)酵添加劑飼喂斷奶仔豬,能夠顯著(zhù)提高斷奶仔豬的平均日增重,明顯降低斷奶仔豬料重和腹瀉率(陳新瑤,2019)。方磊涵等用添加適量中藥復方和發(fā)酵的中藥復方的飼料飼喂斷奶仔豬,實(shí)驗結果表明發(fā)酵后的中藥復方,可以明顯增強仔豬的抗氧化能力(方磊涵,2019)。
發(fā)酵中藥在提高母豬繁殖性能方面也可以發(fā)揮較為明顯的效果,發(fā)酵中藥可以縮短母豬的產(chǎn)程、促進(jìn)產(chǎn)后恢復以及斷奶后母豬的發(fā)情等(陳春林,2019)。李想等給妊娠后期至斷奶期間的母豬飼喂含中藥發(fā)酵添加劑的飼料,結果表明發(fā)酵飼料添加劑可以改善母豬體質(zhì),在產(chǎn)前起到保胎作用,減少母豬難產(chǎn)和滯產(chǎn)發(fā)生率,并且能促進(jìn)產(chǎn)后母豬的恢復與在仔豬斷奶后的發(fā)情(李想,2015)。
4 展望
畜禽應用發(fā)酵中藥后可以提高免疫性能,調節腸道菌群,提高生長(cháng)性能,預防、治療疾病,且大多效果優(yōu)于未發(fā)酵中藥。但目前發(fā)酵中藥也存在一些亟需解決的問(wèn)題,比如中藥成分復雜,發(fā)酵后的成分就更加復雜,如何確保發(fā)酵后的成分含量;發(fā)酵中藥的安全性如何評價(jià);發(fā)酵中藥制劑的質(zhì)量標準如何制訂等;發(fā)酵菌種的選擇、發(fā)酵技術(shù)和發(fā)酵設備都不夠完善,有待進(jìn)一步的研究。為了使發(fā)酵中藥更好的應用于畜禽養殖中,更好的推動(dòng)畜牧業(yè)的發(fā)展,應該加大對發(fā)酵中藥的研究深度,擴大其治療范圍,充分提高中藥的生物利用度,更好的發(fā)揮中藥的藥效,并且為新藥的創(chuàng )制提供理論依據和技術(shù)方法,同時(shí)完善其不足。
參 考 文 獻
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