2021年我国益生菌产业发展十大焦点

2021-04-01中国食品科学技术学会益生菌分会北京100048

中国食品学报 2021年5期

（中国食品科学技术学会益生菌分会北京100048）

近年来，随着科技界和产业界的不断努力，我国益生菌行业在自主菌株、关键技术、产品质量等方面都有了巨大突破，在某些领域已跻身于国际先进行列，然而，在进一步发展过程中仍面临一些重要科学与产业问题亟待突破。精准聚焦并集中行业力量破解益生菌产业发展中的关键问题，疏通从菌种资源挖掘、安全与功能性评价、技术创新到成果转化的科技创新发展路径，成为益生菌产业健康可持续发展的重要保障。为此，中国食品科学技术学会益生菌分会邀请益生菌行业权威专家及企业家就目前益生菌产业发展中关注的问题开展专项调研与研讨，凝练为2021年我国益生菌产业发展十大焦点，多层次、多维度阐明益生菌产业的现状、存在的主要问题以及未来发展的重要方向。

1 益生菌优良菌种资源挖掘

优良菌种资源挖掘及规模化生产是益生菌产业发展的核心问题。健康人体以及我国酸牛乳、酸马奶、泡菜等传统发酵食品中蕴含着丰富的微生物资源，被广泛认为是优良菌种筛选的重要来源。虽然已有从传统发酵食品、人体肠道中筛选的优良益生菌菌株并成功应用于产业[1-2]，但是目前我国益生菌产业应用的核心菌种的自主率仍不足，制约了我国益生菌产业的国际竞争力，亟需在传统发酵食品与人群肠道菌群基础上进行潜在益生菌菌株的靶向筛选及挖掘，构建产、学、研共享的益生菌菌种资源库、功能基因数据库等，为解决我国益生菌产业“缺芯少核”等瓶颈问题储备微生物战略资源[3]；同时，建立在科学的临床试验和循证医学证据基础上的益生菌的功能特性，已成为学术界与产业界的广泛共识[4]，而目前对很多益生菌的功能，尤其是它们发挥益生功能的分子机制研究还不够深入，益生菌的活性代谢产物的功能及其作用机制也有待探索。针对筛选的优良菌株提供更多强有力的科学及临床研究证据，将有助于推进益生菌的多元化和菌株的本土化进程，促进益生菌产业的健康可持续发展。

近年来，合成微生物群落的研究引起广泛关注。微生物群落并非是各菌种的机械组合，而是在互利共生、资源竞争及群体感应等多种互作机制下形成的复杂生态系统。合成微生物群落具有组成明确，与宿主的互作机制清晰并可重复等优势，已在动物实验中验证了对艰难梭菌感染、炎症性肠病及辅助癌症免疫治疗等作用，也部分研究开展了临床试验，有望成为益生菌产品开发的新方向。

2 益生菌安全性评价

益生菌在世界范围内消费量不断增加，其安全性也备受关注。目前，常用的乳杆菌和双歧杆菌益生菌菌株具有长期的安全食用历史[5]，而对新型益生菌菌株的安全性评价应引起足够重视。耐药性与致病性是益生菌安全性评价的重点，益生菌不应对宿主的健康产生危害，同时不应增加抗生素耐药性横向传播的风险[6-7]。建立客观、系统性的安全性评价方法，成为益生菌菌种安全使用的前提，也是挖掘更多新型益生菌菌株的重要保障。当前已形成科学共识，益生菌的安全性研究应基于菌株水平[4]。益生菌作为一种重要的食品用菌种，美国、欧盟及我国相继制定了食品或饲料等领域菌种的安全性评价程序和标准，为益生菌的安全性评价提供了重要参考。越来越多的法规和标准明确，应当综合表型与基因型分析方法，对益生菌菌株的安全性作出客观、全面的评估。动物致病性试验、产毒试验（真菌）、抗生素药物敏感性试验等为从表型上评估益生菌的致病性、产毒与耐药性提供了参考方法。近年来，高通量测序技术迅速发展并广泛应用，使得从基因层面评估益生菌的安全性，全面揭示其致病性、产毒与耐药性的遗传基础成为可能。对于益生菌，尤其是新属种益生菌菌株的安全性评估应基于全基因组测序生物信息分析，阐述待评价的益生菌菌株所携带的耐药基因、致病性基因和环境抗性基因的特征，结合体外微生物学检测和体内动物致病性等评价，综合判断菌株安全性[8-9]。满足上述安全性评价体系的菌株进入消费市场后，尚需对食用人群可能产生的不良反应进行回顾性调查，以确保菌株食用的安全性。

3 益生菌菌种培养关键技术

在提高菌种产量的同时，追求成本的最小化，一直以来都是产业界的关注点之一。目前，部分乳杆菌和双歧杆菌的高密度培养技术已相对成熟，而青春双歧杆菌、卷曲乳杆菌、两歧双歧杆菌及下一代益生菌等的培养技术还有进一步提升的空间。现在我国部分益生菌高密度发酵产生的菌体生物量仍较低，实现培养密度的技术升级，提高益生菌原料的品质乃是迫切需要突破的工艺技术难题。未来，通过基因组学或培养组学等手段，进一步探究并消除益生菌高密度培养过程中自身代谢产物的抑制作用，有利于实现以最优方法提高益生菌培养效率的目的[10-11]。此外，大部分益生菌因菌体较小，胞外分泌物黏度高等因素，故在工业生产中难以实现高效分离。目前，最常见的分离技术为离心分离，然而其分离出的废液中菌体浓度较高，造成原料极大的浪费，而提高离心力会因转速过大而造成菌体死亡[12]。研究开发高得率的菌体分离技术，也是降低生产成本，提高生产效率的有效途径。

4 益生菌菌体保护技术

益生菌发挥益生作用与每日摄入量有密切联系，需要摄入足够数量的活性益生菌才能发挥其健康作用。然而，益生菌在加工贮藏及食用过程中，温度、湿度、氧气和胃肠消化液等因素会导致其活性损失，严重制约其应用开发及功效的发挥。为此，对益生菌进行乳化包埋处理成为行业关注的技术。通过该技术可以增强益生菌对不利条件的抵抗能力，维持其生物活性。常见的乳化包埋方法为采用蛋白质、多糖和脂质等大分子物质对益生菌进行组装包埋或层层包覆，并通过干燥等技术形成简单微凝胶、乳化微凝胶和壳-核微凝胶等组装体（＜500 μm）[13-14]。另外，通过与益生元、抗氧化剂和抗酸剂等的共包埋，可为益生菌提供充足的营养物质，减少其氧化损伤，调控微胶囊内部pH 值，从而提高菌体存活率[15-16]。然而，直至目前，益生菌行业对益生菌菌体保护技术的研究仍有不足，建立有效的靶向递送有望成为未来益生菌制剂发挥有效益生作用的关键技术。

5 益生菌高活性制备及加工生产装备

益生菌高活性制备是保证产品品质和具备市场竞争力的关键，因此高活性制备工艺和生产装备备受行业关注。益生菌粉的传统制备方法是采用批处理工艺，然而该过程各操作单元之间的不连续，增加了暴露染菌风险。随着益生菌应用领域及产业规模的不断扩大，开发自动化连接菌体培养、离心分离、干燥等各操作单元的生产装备，推动菌种生产从传统的批处理向连续化过程演化成为趋势。传统冷冻干燥工艺生产的益生菌活性高、品质好，然而也是生产过程中最为耗能的步骤，运行成本高。喷雾干燥具有生产连续且加工能力强、成本低的优势，然而对菌体活性热损伤严重。因此，结合两者优势，开发低温喷雾干燥、冷冻制粒干燥和喷雾冷冻干燥等设备和工艺，通过低温或超低温雾化/制粒干燥技术，在保持菌种活性的同时，提高干燥效率，降低生产成本，极具规模化应用潜力。与此同时，我国深冷菌种制备工艺也是高活性益生菌制备的重要方向之一，开发低温条件下运行的包装机及相应的配套设备是深冷冻菌种生产需要进一步解决的问题。

6 益生菌原料质量控制

安全稳定的益生菌原料是保障下游益生菌产品质量的重要基础。为保障益生菌原料的品质与安全性，我国积极推动《食品安全国家标准食品加工用菌种制剂》与《食品安全国家标准食品加工用菌种制剂生产卫生规范》等标准的制定工作。未来随着标准的颁布实施，将对益生菌原料品质与安全性起到重要的保障作用。另外，在菌种生产加工过程中，发酵底物的质量变化、加工过程工艺参数控制不当等因素，可能会造成不同生产批次间益生菌活菌数、菌株形态、生理代谢、生产性能、保藏特性的波动，进一步会对益生菌的益生功能造成影响，从而影响终产品质量。维持益生菌原料生产过程中的菌株性能一致性，逐渐成为益生菌行业的关注点，然而目前针对种子质量、发酵原料、生产工艺、生产地点与终产品形式的改变对益生菌表型与基因组稳定性影响的研究数据仍然较少，导致生产过程中各个关键工艺节点的控制技术与评价标准缺乏一致性。鉴于此，研发与提升益生菌原料分离纯化、溯源分析、菌株精准鉴定及生产过程一致性控制等技术水平，推动益生菌质量稳定性评价标准与行业规范的制定，尚需科技界与行业共同探索并积极推进。

7 益生菌精准鉴定与活菌计数

益生菌的核心特征是活菌状态、足够数量和有益健康功能，而其功能和安全性具有菌株特异性，菌株水平的益生菌精准鉴定已成为国内外的发展趋势。明确的种水平分类学地位是菌株鉴定的必要前提。益生菌种水平的鉴定可以通过菌落菌体形态、生理生化特征、分子生物学分析等方法鉴定。在明确益生菌种水平分类学地位后，可采用多种菌株分型技术开展菌株水平鉴定。目前，基于全基因组测序（WGS）的单核苷酸多态性（SNP）分析和多位点测序分型（MLST）分析技术成为菌株分型鉴定的可靠方法，然而，关于WGS 技术用于益生菌菌株鉴定的评价方法仍无统一标准。因不同分型方法原理和效果具有差异性[17]，故应根据菌株自身特点和应用场景选择适合的方法，结合菌株表型和基因型特征、流行病学数据等信息进行综合判断，实现益生菌鉴定溯源分析，这将有助于提升益生菌的商业保护、质量控制、生产管理和相关部门对产品的监管。益生菌的功能与菌株剂量紧密相关。随着益生菌行业多元化创新产品的不断涌现，对复合益生菌中单菌株的精准鉴定和活菌计数提出了新的挑战。国内外的相关标准多采用选择性培养计数法开展特定益生菌组合中各菌种的活菌定量，然而该方法耗时长，重复性差[18-19]。目前荧光显微技术、流式细胞术、宏基因组分析、特异性PCR 等技术可作为产品中菌种组成分析及活菌精确计数的技术支撑，成为选择性培养计数法的有效补充。采用多技术联用构建适合益生菌产业应用的益生菌活菌快速精准计数检测技术体系，成为未来研究的重要方向，并将有助于提升产品评价、质控及市场监管水平。

8 益生菌知识产权保护

益生菌是一种高价值的微生物资源，是产业竞争的核心要素。我国于2016年正式成为《生物多样性公约》的缔约方，并制定了《遗传资源获取与惠益分享管理条例》草案。益生菌的开发过程、市场管理及知识产权保护应当遵循其中的一些基本要求。随着益生菌产业的不断发展，菌株知识产权保护的重要性日益突出。益生菌开发从菌株分离之初就要考虑到知识产权保护。对于益生菌的持有人和所有权人，可利用知识产权体系进行防御性保护，保护手段有专利、商标及商业秘密等。益生菌相关专利的保护范围相当广泛，除菌株本身外，专利还可以覆盖基因序列、功能特性、发酵技术、干燥技术、存储工艺及应用配方等全技术链条。对于益生菌产品，除了菌株本身之外，发酵及后续加工工艺对它的品质、稳定性及功能同样有着决定性的影响，可以通过专利进行保护，也可以将其作为商业秘密进行保护。益生菌相关企业可通过申请商标来保护其益生菌的商业品牌，通过建立良好的品牌信誉度和知名度，从而保证消费者能够购买到有质量保障的益生菌产品。随着特征性基因及全基因组测序等方法的普及应用，使得在菌株层面对益生菌的鉴别更加简便，为益生菌的知识产权保护提供了更多技术支持。未来，益生菌产业在进一步加大研发及生产投入的同时，加强对益生菌知识产权保护，将有利于营造益生菌行业良性竞争的氛围。

9 益生菌标准、法规

健全完善的益生菌标准、法规是维护消费者权益，规范行业健康发展的重要保障。在我国，益生菌产业虽仅约20年的历程，但近年来发展迅速。建立健全鼓励创新、保障益生菌产品质量与安全的标准、法规体系，是益生菌行业关注的重要内容。我国对于可用于食品的菌种以“名单制”进行管理，有效保障了益生菌应用的安全性。而及时将经过系统性安全评价的菌种纳入名单，将有利于提升益生菌行业多元化产品的供给能力。目前，益生菌在普通食品中的应用越来越广泛，然而添加有益生菌的相关食品的规范与管理尚不完善。为保证益生菌在普通食品中的有效性，明确益生菌在普通食品中的定义，建立基于菌株水平的益生菌用量、标识等相关技术标准或规范，成为标准、法规建设中需要关注的内容。在益生菌类保健食品领域，随着相关法规及配套技术文件的陆续修订与实施，该类产品基本形成一套较为完善的法规体系。未来，构建可用于保健食品的益生菌菌株数据库，在此基础上，积极推动益生菌菌株实施备案管理，成为益生菌类保健食品法规建设的重要方向，有利于使注册与备案工作更加精准化、便利化和相关数据的共享。目前，益生菌在婴幼儿配方食品中的应用基于菌株水平进行规范，管理相对完善。而在特殊医学用途配方食品领域，缺乏益生菌在该类食品中使用的法规指导，使我国市场上少有益生菌应用的相关产品。未来，借鉴益生菌在婴幼儿配方食品的管理模式，进一步夯实益生菌应用于特殊医学用途配方食品的科学根基，及时填补标准、法规的空白，有利于新产品的研发创新。

10 益生菌科普教育

科普教育是提高公众科学素质的重要途径，也是联系益生菌产业与消费者的重要纽带。近年来，益生菌产业迅猛发展，而消费者对益生菌的认知与益生菌产业发展之间出现了不平衡的问题。例如，公众对益生菌的主要特征、益生元、下一代益生菌等科学概念的陌生，对益生菌与人体健康的关系及个体差异性等问题的不了解，对于各类“益生菌+”产品选择及食用方式的困惑，以及对于不同媒体平台科学信息解读的差异或商业利益诱导信息辨识的能力不足，诸多因素严重影响了消费者对益生菌产业的信任度、满意度及忠诚度[20]。

益生菌的科普工作是一个循序渐进的长久课题，需要在各级政府支持下，以科技界与产业界形成的科学共识为指导，构建多层级科普平台，多媒体传播渠道，培养专业科普人才队伍。以科学性、时效性、通俗性、持续性、反复性、互动性的科普策略，利用微博、微信、短视频等多维度的媒体传播途径，精准对接不同类别的科普受众，普及益生菌的知识，传播科学思想。益生菌科技与产业是科技创新的前沿阵地，需要建立益生菌领域的高素质创新队伍，以浅显易懂的语言或方式开展知识性的科普教育，而对于益生菌相关的认知误区，则需要开展解读性的引导科普，切实提高公众科学素质。

11 小结

我国益生菌行业经历了前期良好的消费者教育与科技的有效支撑，目前正在向产业成熟期快速过渡。在借鉴国外益生菌科技与产业成功经验的基础上，通过创新逐渐破解我国益生菌产业中的诸多科学和工程问题。益生菌产业的发展历程证明了支撑益生菌行业发展的生物技术，已成为食品工业竞争的主要领域和创新发展的新引擎。益生菌从传统发酵食品中来，再到多元化的创新食品中去，看似简单的载体转移，实现的却是食品工业价值的有效提升。站在“十四五”开局之年的新起点，随着人们对多元化营养健康食品需求的不断增长，益生菌行业在突破产业发展瓶颈的同时，还应进一步夯实行业发展的科学根基，以更好地满足人民对健康美好生活的需求。

顾问：

陈卫中国工程院院士、江南大学

任发政中国工程院院士、中国农业大学

邵薇中国食品科学技术学会

共同执笔人：

张国华山西大学

姚粟中国食品发酵工业研究院

翟齐啸江南大学

金苏IFF 健康与生物科技

孙志宏内蒙古农业大学

王世杰河北科技大学

于学健中国食品发酵工业研究院