饲用益生菌制剂的研究与开发

2019-01-09张吉

猪业科学 2019年4期

关键词：乳酸菌制剂益生菌

张吉

（1.湖北博大生物股份有限公司，湖北黄石 435000；2.江西省农业科学院畜牧兽医研究所，江西南昌 330200）

1 抗生素替代的必要性

肠道健康是减少抗生素使用的关键，所谓“替抗”就是用新的具有整肠、抗炎、促生长的绿色饲料添加剂替代长期添加于饲料中以发挥“促生长”（营养）与“治未病”（保健）双重作用的抗生素，绝不是要替代抗生素在动物抗感染中的治疗作用[1]。

1.1 抗生素的诞生及与之相伴的耐药菌的产生

抗生素是20世纪人类最伟大的医学发现，第一个被用于临床的抗生素是青霉素。抗生素的成功应用改变了人类因病菌感染而大量死亡的历史，对人类寿命的延长至少贡献了10岁，在人类健康史上留下了光辉的一页。抗生素自发现之初即用于动物疾病的防治，国外在20世纪50年代将抗生素用作饲料添加剂，我国则是在20世纪70年代将抗生素用作饲料添加剂。但与此同时，因抗生素造成的致病菌耐药的副作用，自抗生素诞生的那一天起，就让人类陷入超级耐药菌无药可治的恶性循环：初级抗生素诞生——致病菌由被杀灭到产生耐药性——采用更强的抗生素——超级耐药致病菌诞生。抗生素刚使用时，使用20年才有耐药性，但到了20世纪80年代，这个周期缩短为10年；如今已是2年。而一个新的抗生素品种从研发到上市，最快也要10年。超级耐药菌的出现，一方面固然是抗生素滥用的结果，另一方面也说明抗生素时代行将结束。我国微生态学奠基人魏曦院士曾经预言：“抗生素之后的时代就是微生态制剂的时代”。

1.2 抗生素在我国被大量误用、滥用

1.2.1 与国外相比，我国的抗生素滥用现象严重

抗生素作为治疗细菌感染性疾病及饲用添加剂的主要药物，是世界上应用最广、发展最快、品种最多的一类药物。正是由于其中蕴藏着极大的商业诱惑力，近年来，抗生素在我国动物生产与疾病治疗中被大量误用、滥用。据统计，2013年中国大陆使用抗生素16.2万吨，约占全球用量的一半，其中52%为兽用（8.424 万吨），48%为人用，超过5万吨抗生素被排放到水土环境中；兽用抗生素中，84%作为饲料添加剂，用作治疗的抗生素仅占16%。2013年用量排名前六位的抗生素为氟苯尼考、多西环素、黏菌素E、恩诺沙星、杆菌肽锌与阿莫西林。据报道，中国大陆生产1 kg肉所用的抗生素为987 mg（将2013年我国使用的8.424 万吨兽药除以该年的8 536万吨肉产量），为欧盟当年100 mg用量的9.87倍。

1.2.2 抗生素滥用导致细菌耐药性、药物残留与食品安全问题

我国抗生素的滥用，表现在：1）“疫苗”中添加抗生素防腐；2）“饲料”中添加抗生素促生长；3）“中药制剂”中添加抗生素增效；4）动物养殖中使用人用抗生素；5）抗生素与抗病毒药组方使用；6）多种抗生素联合使用。结果造成：1）细菌耐药问题日益突出，肉、蛋、乳中抗生素残留，严重危害到食品安全与人类健康，极大地降低了我国畜禽产品在国际市场的竞争力。2）长期大剂量使用抗生素后便会导致动物肠道菌群失调，那些对药物敏感的细菌被杀死或抑制，而不敏感的致病菌则大量繁殖，条件致病菌也转变为致病菌。当致病菌达到一定数量时，宿主就会患病，突出的例子就是与抗生素相关性腹泻。3）抗生素相关性腹泻的发生主要是因为在使用抗生素抗感染时，由于抗生素没有选择性，导致肠道内大量有益菌被杀死，而不敏感的或耐药的致病菌由于失去了益生菌的制约开始在肠道内过度繁殖，并产生大量毒素，破坏肠黏膜屏障，引起肠道炎症，造成重度腹泻。

1.3 饲料端全面禁抗，养殖端减抗、限抗的时代即将到来

随着消费者对食品安全问题的越发重视与敏感，我国政府对抗生素以及锌铜等重金属在养殖业的添加与使用提出了更高、更严格的要求，饲料端“禁抗”，养殖端“减抗、限抗”大势已定。2013年9月，原农业部发布的《兽用处方药和非处方药管理办法》，开始将抗生素纳入兽用处方药物管理。2015年6月，原农业部发布公告，决定自2016年1月1日禁止在食品动物中，使用诺氟沙星、培氟沙星、洛美沙星与氧氟沙星4种抗生素；同年7月，原农业部发布了《全国兽药（抗菌药）综合治理五年行动方案》。2016年7月，原农业部发文，决定自2017年4月起禁止在动物生产中将硫酸黏菌素用于动物促生长；同年8月国家卫生计生委、发展改革委等14个部门联合印发了《遏制细菌耐药国家行动计划（2016-2020年）》。2018年4月，农业农村部公布的《关于2018—2021年开展兽用抗菌药使用减量化行动试点工作的通知》，更是明确了养殖端减抗和限抗的时间表，要求2019年退出人畜共用促生长抗生素（如金霉素等），并要求药物饲料添加剂在2020年全部退出。2018年5月，农业农村部规定企业停止生产喹乙醇、氨苯胂酸、洛克沙胂等3种兽药的原料药及各种制剂。

2 微生态（益生菌）制剂将是重要的替抗方案

2.1 我国动物微生态（益生菌）制剂应用简史与现状

2.1.1 应用简史

我国动物微生态产业初创于1997年，至今已历20余载，前期经历了诸多波折。自2011年以来，随着养殖业从治疗医学阶段到预防医学阶段再到生态医学阶段的转变，以及人们对食品安全的关注与饲用抗生素的禁用，我国动物微生态产业才有了日益广阔的发展空间，也迎来了其黄金发展期。标志性事件就是原农业部颁布，自2014年2月1日起实施的《饲料添加剂品种目录（2013）》（农业部公告第2045号）中，微生物菌种共有46种，其中细菌34种、酵母4种、霉菌8种。

2.1.2 应用现状

2.1.2.1 以营销为主导的益生菌制剂企业，质量有待提高

目前，国内生产益生菌制剂的相关企业，多以营销为主导，在这样的指导思想下，推向市场的益生菌制剂产品，其标识看似与国外同类产品没有什么差异（标出含量及一些宣传成分等共性的东西），但实际上存在着很大的差异，这个差异就是忽视产品的工艺。针对这个忽视产品工艺的差异，找到国内产品的差距，然后结合各公司（厂）的工艺设备去弥补其不足，这应该成为今后相关益生菌制剂公司（厂）细微创新的切入点或曰改进产品的空间。

2.1.2.2 饲用微生态（益生菌）制剂的应用不断扩大

在饲料中添加各种微生态（益生菌）制剂，既能够提高动物的免疫力与抗病力，从而提高动物的生产性能与养殖效益，又能够降低因抗生素与各种化学兽药误用、滥用对环境造成的污染，带来良好的生态效益。因此，近年来，微生态（益生菌）制剂在动物生产中的应用不断扩大。

2.2 饲用益生菌在肠道发挥作用的物质基础

饲用益生菌在肠道发挥作用的物质基础就是通过维持肠道健康，以发挥营养调控作用。

2.2.1 肠道健康的定义

肠道是动物机体内较大的器官之一，有着最广泛的暴露面。该暴露面具有选择性屏障功能：营养物质（水和饲料等）的消化吸收与致病物质的控制等。所谓肠道健康，也就是没有疾病并能够预防疾病，且能使动物发挥其正常生理功能的健康肠道。健康肠道能够维持许多正常生理功能：营养物质的消化与吸收、宿主代谢、能量产生、肠道微生物菌群的平衡、黏液层与屏障功能以及黏膜免疫功能的维护。因此，健康的肠道不仅是没有疾病的肠道，更是有效的消化器官，能够快速应对肠道的变化并能有效地防治疾病[2]。

2.2.2 维持肠道健康，提高饲料利用率与机体免疫力，降低用药成本

肠道的基本功能有2个。一是消化吸收所采食的饲料中的营养物质，而肠道健康是确保消化、吸收能力最大化的前提。若肠道受损不全则会使饲料利用率降低10%，这对于饲料占70%生产成本的养殖业来说，保持肠道健康就有着非常重要的经济意义。二是动物机体内免疫细胞最多的重要器官，聚集着60%以上的免疫细胞和70%～80%的免疫球蛋白（尤其是分泌型免疫球蛋白A（SIgA））的合成细胞，这些免疫细胞大多位于肠道相关淋巴组织内，使得动物肠道成为免疫的最前线[2]。动物免疫力的强弱与肠道健康息息相关，而肠道健康又与肠道菌群平衡有关，所以肠道菌群与肠道免疫系统是水乳交融的共生关系。此外，动物肠道还是应激应答中心，不健康肠道会导致动物的抗病力下降，使得动物容易发病从而提高药物成本。

2.2.3 肠道健康的评估指标

肠道组织形态是否正常、微生态菌群是否平衡、动物是否具有良好免疫应答与良好的抗氧化应激能力是评估肠道健康的4个重要的指标。

2.3 饲用益生菌的营养价值

饲用益生菌的营养价值主要体现在：1）调节肠胃微生态平衡，纠正肠道菌群功能紊乱，从而减少细菌、病毒、原虫引起的感染性腹泻与非感染性腹泻，因为这些腹泻都与肠道菌群失调有关；2）抑制肠内包括产胺的腐败菌等在内的病原菌的增殖，从而维持肠道菌群的最优组合与稳定性；3）合成淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等酶类并促进宿主消化酶的分泌，从而促进饲料的消化吸收，减少因消化不良引起的腹泻；4）合成维生素、促进钙和乳糖的吸收，防止仔猪便秘与腹泻，从而对仔猪起到保健作用；5）代谢产生的有机酸能够促进胃肠道蠕动，加之益生菌还能湿润大便，从而能够防止母猪便秘；6）益生菌可以诱导有效的黏膜免疫与体液免疫反应，增强宿主的免疫力，降低血液中内毒素含量，减少疾病发生。

2.4 我国广泛应用的3种主要饲用益生菌

益生菌使用方便，可以口服或添加到饲料中，无需注射，减少交叉污染风险，利于在动物生产上大规模应用；而且无需冷藏链运输，利于在发展中国家推广使用。目前，我国动物生产中广泛应用的2种主要饲用益生菌为芽孢杆菌与乳酸菌。在实际应用中，发现这2大饲用益生菌作为动物肠道外源有益菌添加时，既有明显的优点，也有尚待改进的缺点。

2.4.1 芽孢杆菌

芽孢杆菌的最大优点是耐胆盐、耐（胃）酸、耐碱，特别是耐高温、耐挤压，因而可在制粒饲料中存活。此外，还具有良好的产酶能力与广谱抑菌能力。但芽孢杆菌因其不产乳酸，且在肠道这样的厌氧环境不能很好地生长，使得其不能在肠道微生态系统中发挥直接作用，作为饲用益生菌在饲料中的添加效果有限。草芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌是目前生产饲用芽胞杆菌制剂的主要菌种。

2.4.2 乳酸菌

乳酸菌作为最具代表性的动物肠道内益生菌，虽然能在肠道厌氧环境下很好地生长，分解乳糖及蛋白质，促进肠胃蠕动，且能产生乳酸与细菌素，抑制有害菌，促进肠道微生态平衡，特别是乳酸菌与双歧杆菌的组合，不仅能维持胃肠道健康，而且对猪只因过量使用抗生素造成的腹泻效果尤为显著。但是乳酸菌耐热性差，室温存活率低，在常温下不易保存、65～75℃下即死亡，在生产乳酸菌制剂过程中死亡率高，不适于在制粒饲料中添加，而且乳酸菌的胃酸通过率低，又不能产生丁酸，这些都使得乳酸菌作为饲用益生菌的功能受到限制。干酪乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、德式乳杆菌乳酸亚种等是目前生产乳酸菌制剂的主要菌种[2]。

2.4.3 酵母菌

尽管动物肠道中酵母菌的数量较少，但仍可发挥一定的生理功能，且以应用于反刍动物效果最好。酵母菌作为益生菌制剂，由于其含有维生素、多种氨基酸，添加到饲料中，既能为动物提供多种营养，提高消化酶活性，改善胃肠道微生态平衡，提高动物采食量及其对矿物质、维生素的消化吸收率，又能增强免疫力。酿酒酵母、产朊假丝酵母是目前用于酵母菌制剂的主要菌种。

3 替抗微生态（益生菌）制剂的发展方向

在减抗、限抗、限锌大背景下，微生态制剂、抗菌肽、植物提取物、植物精油、酸化剂、卵黄抗体、噬菌体、稀土元素、改性沸石、寡糖等益生元等均已被应用于替代抗生素。从欧洲禁抗10年的实践看，主要是用微生态制剂、酸化剂、植物精油、抗菌肽来替代抗生素，但目前还没有一个单独的产品可以完全替代抗生素而其效果又得到公认。因此，抗生素的替代需要采用动物营养工程技术，将多种技术、多种产品系统集成，从宏观与微观方面，整体解决替抗问题。

3.1 宏观方面

第一，从考虑到微生态制剂的稳定性，不同动物的饲养阶段、不同季节的使用效果的差异，实际生产中应将微生态制剂与酸化剂、植物精油、植物提取物、抗菌肽、卵黄抗体等其中的一种或多种替抗产品复合配伍，最大限度地发挥其正组合效应[3]，从而使替抗效果最大化。第二，微生态制剂产业的立体化、协同化发展。1）产业上游，主要进行高效菌种的开发。2）产业中游则主要进行发酵工艺的改进，比如：①菌剂分离干燥工艺的不断优化；②包被技术（巨包被技术与微胶囊包被技术）的应用以及为改善包被效果将微胶囊化技术与真空干燥方法的组合应用等；③为提高菌体的抗逆境能力与存活率对冻干保护剂与干燥方法的改进、产品饲用效果的评估等。3）产业下游则主要对产品的使用程序进行优化，如产品结构及配套优化、市场定位与终端服务等。第三，动物微生态制剂产业发展的最高境界，就是微生态制剂晋级为新兽药。