第四节
微生态制剂存在的问题及发展措施

一、限制微生态制剂发展的因素
随着动物微生态理论的建立与发展,微生态制剂的研制、开发和应用也得到了迅猛发展,目前,随着人们对微生态制剂产品的更直接的认识,微生态制剂的应用推广已呈现出良好的发展趋势,但在目前的应用中仍受到一些因素的限制。
1.人们认识上的片面性
长期以来,一些烈性传染病(如霍乱、流感、口蹄疫、疯牛病等)的流行给人类造成了极大的危害,由于它们的病原也是一种微生物,故在人们的心理上仍存有一种观念——微生物是有害的,这些观念上的片面性在一定程度上限制了微生态制剂的推广和应用。近年来,随着微生物制剂在农业和畜牧业中的利用,并取得良好效果,在一些人的心理上又形成了一种观念——微生物是有效的,又由于这种片面性观念的影响,有些人把微生物对动物和人是否安全、是否有益拒之门外,片面强调其有效性。最典型的例子就是将对抗生素有耐药性(带有R质粒)的菌株制成微生态制剂而与抗生素合用作为饲料添加剂,这种行为所带来的危害与使用抗生素并无多大区别。所以,我们对微生态制剂的认识绝不能局限于其是否有效的层面上,还应看其对人和动物是否安全、是否有益,只有在这种理论和观念的指导下去研制、开发和使用微生态制剂,才可能使我们的饲料安全工程走上健康发展的轨道。
2.微生态制剂的稳定性
20世纪70~90年代,国内外对微生态制剂的菌种研究最多的是乳酸杆菌、双歧杆菌、粪链球菌等产酸的乳酸菌,它们的最大优点是安全、有益、效果好,可产生有机酸和细菌素等;而最大的缺点是对热的抵抗力差,不易储存,使用不便,活菌数不稳定,特别是经过加工制粒,大多数细菌被杀死,因而其使用效果不稳定,难以大面积推广和应用。近年来,随着芽孢杆菌的不断研制开发和在微生态制剂中的应用,这一问题在一定程度上得到了解决。因为芽孢杆菌的最大优点是耐酸、耐碱,形成孢子的芽孢杆菌还可耐受100℃的高温10~20min,加工制粒基本不受影响,有较好的稳定性。但目前微生态制剂的稳定性仍是其生产过程中急需解决的问题,特别是多菌种协同作用的微生态制剂,更需要良好的稳定性。
3.与抗生素应用效果比较后的疑虑
微生态制剂与抗生素在防治幼龄猪、鸡下痢方面,大量的试验研究和应用结果表明,用地衣芽孢杆菌制成的片剂其效果优于土霉素、氯霉素、痢菌净等抗菌药物。但如果在促生长、提高生产性能方面,单纯用一个菌株或2~3个同一种的菌株,其效果往往难以超过抗生素,如果将2~3个不同的菌种协同使用或再配以协同剂,则其效果可以超过抗生素。所以,目前的微生态制剂品种少,菌种单一,产品缺乏质量标准,应用效果不稳定,对影响应用效果的因素缺乏定量研究,仍然是限制其推广和应用的一个重要因素。
二、微生态制剂在开发应用中存在的问题
由于微生态制剂是活菌制剂,其技术含量高,生产工艺复杂,加之许多企业生产技术力量薄弱,质量问题屡有出现,使微生态制剂不能充分发挥作用,微生态制剂的开发使用及菌种存在的问题主要归结为如下几个方面。
1.微生态制剂菌种存在的问题
(1)菌型单一、活菌含量低 微生态制剂在宿主体内产生作用是一个复杂的过程,这个过程是由多种菌的多步反应来共同完成的,菌型单一使得微生态制剂的作用效果难以稳定。有效期内活菌含量低是微生态制剂存在的主要问题。微生态制剂在生产加工过程中,由于培养条件、机械、干燥、制粒、膨化、分装等过程中氧气、高温等条件使其大量失活,后期保存、储藏过程条件不适宜,也可使细菌失活或菌数减少,从而影响使用效果。大多数微生态制剂由于对外界环境敏感,加之国内生产技术、工艺水平所限,造成其产品在储存过程中细菌存活率低,活菌含量下降。
(2)水分含量偏高、对胃酸和高浓度的胆盐不稳定 一般来说,微生物的存活率与其含水量成反比,当产品中水分增加时,随时间的延长,活菌存活率降低,而且,水分偏高还会使粉剂等剂型发生湿润、失去流动性、结块及致病菌污染等变化。目前市场上的微生态制剂剂型主要以粉剂、片剂、菌悬液等为主,这类制剂中的活菌在到达大肠之前大部分被胃中盐酸和小肠中高浓度胆盐所杀灭,只有残存的少量活菌进入肠道内,难以达到发挥作用所需的活菌数量。
(3)不耐抗生素 大多数动物肠道性疾病在发病初期,需要选用针对性较强的抗生素杀灭或抑制致病微生物的繁殖,控制疾病的蔓延。抗生素在杀灭致病菌的同时,也使动物体内的正常菌群遭到破坏,导致肠道内微生态平衡失调,造成原籍菌或过路菌的过度繁殖或定位转移,引起二重感染或内源性感染。此时宜及时引入微生态制剂,弥补正常菌群的数量,抑制病原菌的生长,使紊乱的肠道菌群平衡得到恢复。但大多数微生态制剂与抗生素同时使用会杀死或抑制其中的活菌,从而减弱或失去微生态制剂的作用。
(4)对胃酸和胆盐环境不稳定 机体服用微生态制剂后要先通过胃和小肠等环境,微生态制剂中的微生物只有能耐受胃酸、高胆盐等环境才可以发挥作用,因此制备的微生态制剂要对酸及胆汁有耐受性,能在肠中存活,保持定植的性能。现有的多数微生态制剂中的活菌微生物对酸及胆盐的环境都不稳定。目前市场上有片、粉、菌悬液三种形式,这些制剂中的活菌微生物很容易在到达大肠前被胃中的酸及胆盐所杀死,只留下少量的活菌微生物进入肠道中发挥作用,很难达到调节作用。
2.微生态制剂研究开发存在的问题
(1)作用机理研究进展缓慢 益生菌在生产和运输过程中受生产环境、处理工艺和运输储存环境、气候等的影响易失去活性或生理状态发生改变,使有效期内活菌量不能保证,且性能也不稳定。不同的微生态制剂,其作用机理、途径、解决的问题各不相同。在获取具有一定效果的活菌时,我们应加强对微生态制剂的作用机理、不同畜禽品种、不同生理时期的有益菌组成、用量等的进一步研究、开发、改进和完善,以指导微生态制剂的菌群组成、产品的生产及应用。
(2)品种种类少,亟待研发新品种 适宜作微生态制剂的益生菌种类尚少,微生态制剂品种过少,多种畜禽用一个型号。活菌制剂不耐高温,在加工颗粒饲料时还受到限制;在市场方面存在的问题是产品质量良莠不齐,有条件的厂家生产,无条件的厂家也生产,似乎有一哄而上甚至滥竽充数的苗头,对微生态制剂的研究、开发和市场销售非常不利。目前国内益生菌种类仅限于乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和链球菌等,菌群种类远达不到肠道菌群数量;绝大部分活菌剂进入动物体后,被胃内低pH和高胆盐环境破坏而失活,真正到达肠道的活菌数量很少;到达肠道的活菌仅有少数能够有效定植在肠壁发挥作用,其余均随代谢排出。这些都限制了微生态制剂的作用效果。需要开发利用肠道其他优势菌群,如拟杆菌、优杆菌、消化球菌等。利用基因工程技术,向工程菌领域发展,使之具有新的特性。
3.微生态制剂使用存在的问题
(1)无统一检测标准,产品质量参差不齐 目前,对于微生态制剂的检测尚无统一的标准,管理体制尚不健全,市场产品混杂,质量难以保证,甚至有些产品有害无益,养殖户在选择和使用时也无明确的参考标准。微生态制剂市场质量良莠不齐,益生菌产品的稳定性、试剂有效活菌的含量等产品标准和检测方法不健全,尚显混乱。这就要求国家必须建立和完善微生态制剂行业生产及产品检测标准,制定有关法律法规的实施细则,使生产与监督规范化,消除市场产品混乱的问题。
(2)从业人员技术薄弱 微生态制剂不当的使用致使产品效果减弱,在一定程度上影响了试剂的应用推广,因此提高从业人员专业素质、加强应用技术培训、培养高层次微生态制剂人才就显得尤为必要。
三、影响微生态制剂应用效果的因素
迄今为止,已有许多实验证实了饲用微生态制剂的正效应。大量的文献介绍了饲用微生态制剂能提高生长速度、改善饲料利用率、减少疾病尤其是消化道疾病的发病率、提高成活率、提高产蛋性能、提高产奶量以及提高机体的免疫力等方面的作用。尽管如此,试验的结果却是千差万别的。在某种条件下用某种饲用微生态制剂所得的实验结果几乎不可能在稍有变动的条件下完全重复。这正是饲用微生态制剂在世界范围内应用还很不普遍的最主要原因。饲用微生态制剂的使用效果不稳定是因为影响因素太多。包括制剂的制备方法、储藏条件、污染(如杂菌)、不正确的产品菌种组合方式、肠内菌群的状态、使用剂量和使用次数、动物(宿主)的年龄、菌群在肠道中的存活率、饲料成分的变化等,可归纳为3大类因素:①菌种因素;②宿主因素;③外界因素。了解这些因素对微生态制剂功效的影响是非常重要的。
1.菌种因素
(1)菌种本身特性的影响 生产用微生态制剂菌株首先必须保证不产生任何内外毒素,无毒、无害、无不良反应。由于多数微生态制剂是以活菌形式发挥作用的,如双歧杆菌、乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌类,大多数要通过消化道途径发挥作用,这就决定了其必须经过胃的酸性环境和十二指肠上部的胆汁分泌区。因此,要筛选具有耐受胃酸、胆汁酸等对微生态制剂不利因素的菌株。
微生态制剂菌株必须具有黏附性才能在肠道中生存并发挥作用,因此,对菌株的黏附性应给予足够重视,某些制剂将黏附因子直接加入到制剂中加强菌株的黏附作用。对产乳酸菌株来说,既要有较强的抗胃酸能力,同时自身也要有产酸能力及产生抗菌活性物质的能力。刘文佐对3种市场上常见的双歧杆菌制剂进行了耐酸性的测定试验,结果发现,其在人工胃液中2h后,存活率均低于1/1000,这一结果提示人们,在研制微生态制剂的剂型上,必须加大力度,采取措施,以提高制剂抵御胃酸杀伤的能力。目前微生态制剂菌种较少,可运用现代生物学技术,研制开发新型菌种,开发适合不同动物生理特性的专用型微生态制剂。
(2)菌种活性的影响 微生态制剂的菌种活性与其产生的效果直接相关,湿度、温度、水分、氧气和pH值等因素对微生态制剂活性的影响较大,易造成微生态制剂菌群失活,功效降低。微生态制剂一般应保存于pH值6~7、干燥、低温的条件下,如存储不当或存储时间过长,其活菌数量不断减少,会使效果降低。此外,无病原性和感染性是筛选益生菌种的首要条件。研究表明,将卷曲乳杆菌( Lactobacillus crispatus )和约氏乳杆菌( L . johnsonii )联合使用,其促生长效果、抑菌效果和免疫增强效果均好于单一菌剂。
2.宿主因素
(1)宿主动物的种类 微生态制剂具有宿主特异性,这是微生物在长期的进化过程中与宿主形成的供体与受体的关系。一种微生物可能只在一种或几种动物的胃肠道中生存和繁殖,而在其他动物体内则不能。实际生产中,应根据不同种动物的生理特点及不同目的选择相应的微生态制剂,如防治1~7天龄仔猪腹泻首选乳酸菌、粪链球菌等产酸的制剂;促进仔猪生长发育、提高日增重和饲料报酬则选用双歧杆菌等菌株;反刍动物则选用真菌类,以曲霉较好,可加速纤维素的分解。预防动物常见疾病主要选用乳酸菌、链球菌、双歧杆菌等产乳酸类的细菌效果会更好;促进动物快速生长、提高饲料效率则可选用以芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和霉菌等制成的微生态制剂。
(2)饲养环境的影响 微生态制剂在动物的不同生长发育阶段使用,会产生不同的效果。一般来说,饲用微生态制剂的基本作用是调整肠道菌群平衡,因此只有在应激状态下,其作用才更显著。对于处于正常生理状况的动物,使用微生态制剂虽然能够预防疾病、提高动物生产性能,但效果并不明显;当动物处于冷热应激、消化道疾病、病后初愈、断奶、粗饲、换料、运输、幼龄、老龄等时期时,使用微生态制剂均能取得良好的效果。当动物处于较为恶劣的饲养环境中,生产水平较差时,饲用微生态制剂使用效果较好,反之,则不太明显。
(3)宿主动物生理状态的影响 宿主的生理性状改变如年龄的改变(幼龄、育成期和老龄期或断奶期和泌乳期等)都会影响微生态制剂的应用效果。对于新生动物越早饲喂微生态制剂越好,以保证有益菌群优先定植,对以后的健康起至关重要的作用,而水产动物在各个时期都应添加微生态制剂。对于应激的防治,应激前后2~3天饲喂效果最好。Katoch等对不同品系的肉仔鸡以嗜酸乳酸杆菌( Lactobacillus acidophilus )、乳酸链球菌( Streptococcus uberis )、酿酒酵母菌( Saccharomyces cerevisiae )的混合制剂饲喂3种不同品系的肉仔鸡(Vancobb、Starbro和Kegbro,印度品种),结果显示,不同品系的肉仔鸡生产性能差异也较大。据此推测,微生态制剂的益生作用还具有种间特异性。有研究使用了9种不同菌种的微生态制剂,结果表明对肉仔鸡生产性能、部分血浆生化指标及免疫系统皆有提高和改善。
(4)饲料成分的影响 饲料成分对微生态制剂功效的发挥也有影响。某些食物成分可以使胃酸或胆汁酸分泌增多,影响微生态制剂在经过胃或十二指肠时的存活率。刘来停等的试验表明,饲料中铜离子对微生态制剂有明显的抑制作用,铜离子对微生物的毒害作用也可能是致使活菌损失的因素之一。药物特别是口服对益生菌敏感的抗生素对益生菌具有巨大的杀灭作用,服用微生态制剂时最好不要同时服用抗生素。
饲料的种类和营养水平对微生态制剂功效的发挥也有一定的影响。饲用微生态制剂要靠饲料提供养分微生物才能在消化道内生存和繁殖。因此饲料中如缺乏某种微生物生长所必需的物质,某些微生物则无法生存。有些微生物是通过改善胃肠道对营养物质的消化和吸收而起作用的,此时营养水平稍低效果就会明显些。饲料中如含有抗生素会抑制益生素的活性,影响微生态制剂的添加效果。研究表明,饲料中的抗氧化剂、部分矿物质及抑菌成分等可降低微生态制剂的活性,影响其生物功效。所以,双歧杆菌、乳酸杆菌等在混入饲料后最好当天用完。Fatufe等在肉鸡日粮中利用微生态制剂和有机酸的混合制剂替代小麦麸(替代率分别为0.05%+0.2%、0.01%+0.4%),生长性能与对照组相比差异不显著。据此,我们在使用复合型微生态制剂时应慎重考虑菌种间的作用和饲料成分的影响。
(5)宿主动物的肠道菌群状态 宿主肠内的微生物菌群对微生态制剂在宿主肠道中发挥作用具有多方面的影响。通常宿主肠道的正常菌群对外来菌群具有强烈的定植抗力,作为非宿主原有正常菌群成员的微生态制剂很难在宿主肠道中黏附定植。如果宿主处于菌群失调状态,微生态制剂就很容易发挥其作用,效果更明显。
3.外界因素
(1)生产方面的影响因素
① 生产条件的影响 生产工艺条件对微生态制剂发挥其功效具有很大影响,如菌株在发酵时的生长条件以及发酵结束的时间都会影响菌体的存活率。同一初始菌株,由于发酵条件不同,其终端代谢产物不同,作为微生态制剂的作用效果也会有很大不同。在产品剂型方面,可以重点考虑使用真空冷冻干燥技术和微胶囊技术,制剂采用真空包装或充氮气包装。
② 生产技术的影响 生产技术对微生态制剂的功效也有较大的影响,目前常用的发酵技术主要包括液体深层发酵和固体发酵。利用液体深层发酵技术生产的产品,由于生产过程能够严格控制,一般来说效果比较稳定;用固体发酵的产品,由于灭菌不彻底,经常有杂菌污染,从而影响了产品的功效。当前国际上通用的有代表性的厌氧培养装置有3大类,其中厌氧罐技术(anaerobic jar technique)是实验室中最常用的一类,仅限于培养过程中能保持良好厌氧状态的一般厌氧技术;若要使培养基的配制及菌种的接种、培养、观察和移种等一系列操作过程都保证能在严格无氧条件下进行,就必须采用更为复杂的严格厌氧技术,包括亨盖特的滚管技术(Hungate roll-tube technique)和厌氧手套箱技术(anaerobic glove box technique)。
③ 生产剂型的影响 微生态制剂产品的剂型主要包括以下几种:a.液剂。单一菌种或混合菌种的发酵液,含有活菌和代谢产物。b.发酵冻干制剂。液体发酵后,先浓缩,然后加保护剂冷冻干燥。c.普通固体发酵生产的粉剂。d.经液体深层发酵和一系列后加工生产的粉剂、片剂、胶囊和微胶囊制剂等。e.软膏制剂(如牙膏状)。f.气雾剂等。针对不同对象,可以采用不同的制剂和剂型,如饲料添加主要采用粉剂,包括b、c、d;如预防治疗动物腹泻可用液剂、片剂、胶囊口服,喷雾剂口腔喷雾或软膏口服;如在制粒饲料中添加则宜用微胶囊包被的产品,效果较为理想。另外,对微生态制剂采用微胶囊化制剂工艺可显著提高制品的货架期和抗胃酸及抗胆汁酸的能力。国内外已有一些产品采用这种剂型,其货架期可延长到2年。
(2)使用方面的影响因素
① 使用剂量的影响 服用剂量和服用次数的不同也影响微生态制剂的应用效果。肠道的各种微生物处于一种动态平衡状态,微生态制剂的主要作用是维持肠道菌群平衡,因此需要有适宜的添加量,过少则发挥不了作用,过多反而会对菌群平衡起破坏作用。一般认为,在饲料中添加微生态制剂用于促生长或预防疾病,至少每克饲料应含有1×10 6 个有效活菌,否则难以发挥明显的功效。曹建民试验表明,如果一种细菌在盲肠内容物中的浓度低于1×10 7 cfu/g,则该菌产生的酶及代谢产物不足以影响宿主;若数量过多,超出占据肠内附着点和形成优势菌群所需的数量,不但功效不会增加,反而造成浪费。德国学者认为,仔猪饲料中加入微生态制剂其含菌量应达到(2~5)×10 5 cfu/g;育肥猪饲料中加入1×10 6 cfu/g芽孢杆菌,粪便中大肠杆菌减少35%,每天添加0.5~0.6g/头才可治疗大肠杆菌引起的腹泻,而育肥猪饲料中乳酸菌数量不少于1×10 7 cfu/g,每天添加1.0~3.0g/头可治疗育肥猪腹泻。瑞典规定乳酸菌制剂活菌数要达到2×10 11 cfu/g。我国正式批准生产的制剂中,对含菌数量与用量的规定是:芽孢杆菌含量≥5×10 8 cfu/g;益生素含量一般为10 6 ~10 7 cfu/g。关于微生态制剂的剂量,一般要求3×10 8 cfu/g活菌数量,每天至少要达到10 8 ~10 9 cfu/g活菌数量。我国规定微生态制剂产品中芽孢杆菌含量应为5×10 8 cfu/g,瑞典规定乳酸杆菌制剂的活菌数要达到2×10 10 cfu/g。由此可以看出,目前对微生态制剂的使用剂量还没有形成一个统一的标准,其实包括筛选、效用、安全性和产品质量等方面都还没有统一的技术标准,一方面是因为微生态制剂理论研究落后于实际应用,即使是应用历史很长的微生态制剂,其作用机理也还不完全清楚,大多数的研究仅停留在试验使用效果方面,且结果差异大,甚至可能出现相反的结果;另一方面是由于必要的技术方法不完善,对于如何评价某一种微生态制剂的益生作用还需要进行深入的研究。
② 使用方式的影响 益生素的饲喂方式主要是通过拌料添加和在饮水中添加。拌料投喂较饮水投喂方便,易混合均匀。但有试验指出,饮水比拌料饲喂效果好。但饮水使用也存在一定弊端:不同个体的菌群摄入量不易控制;对于出壳小鸡,通过饮水给菌效果不佳;水源卫生状况的要求较高,难以控制;与饮水中补充的药物互作影响不明;在原有饮水设备的基础上需添置衡量供菌装置。另外,微生态制剂在使用时,应慎重或避免与抗生素配合使用。大多数的微生态制剂都是活菌制剂,而抗生素具有杀菌作用,因此,一般情况下二者不可同时使用。但当肠道内病原体较多而微生态制剂又不能取代肠道微生物时,可以应用微生态制剂和抗生素的混合制剂,但要考虑抗生素对微生态活菌的拮抗作用,尽量筛选有一定耐药性的微生态活菌与抗生素混合。
(3)保存环境与保存期的影响 理想的微生态制剂应能耐受饲料加工过程、胃肠道酸性环境、胆盐及消化酶的影响。随着保存时间的延长,微生态制剂中活菌数量将逐渐减少,温度的升高将严重影响其活性。另外,微生态制剂中益生菌在干燥条件下存活时间长,而水分含量加大则存活率降低,所以微生态制剂一般要求在低温、干燥的条件下保存。研究发现,对屎肠球菌进行发酵前微囊化包被而得到的微胶囊微生态制剂,相对于游离培养状态下的活菌制剂,具有较快的生长优势,能更好抵抗高铜、高锌、模拟胃液的能力( P <0.01);储存实验表明,常温条件下储藏2个月,活菌数基本上没有下降。
尽管如此,现在已有足够的证据表明饲用微生态制剂的确在某些条件下发挥作用,只是具体什么条件还需进一步研究。现在,随着对这些影响因素认识的不断加深,饲用微生态制剂正在被越来越多的饲料生产厂家所接受。
四、使用微生态制剂的注意事项
基于以上阐述,在使用微生态制剂时,可注意以下事项,以确保微生态制剂发挥作用。
(1)注意微生态制剂的施用时间 有益菌的活化和繁殖需要耗氧,因此,施用时间最好为晴天上午,则能发挥出较理想的作用和效果。
(2)注意微生态制剂的活菌总数 为使有益菌尽快与有害菌竞争形成优势并能持续,微生态制剂所含活菌总数必须要达到一定的指标,并坚持长期连续使用,效果才能达到最佳。
(3)注意抗生素对微生物的拮抗作用 环境是否适合有益菌的生存和繁殖,也是在使用微生态制剂时所必须注意的问题。如同时使用抗生素或消毒剂时,因为抗生素对微生物的拮抗作用会降低其作用效果,所以,在使用微生态制剂时,一般不使用抗生素或消毒剂,如使用应间隔至少5天。
(4)注意微生态制剂的保存方法和保存时间 微生态制剂为活菌,多用真空包装,在普通冰箱中可保存12个月,在常温条件下保存期为6~12个月。一般情况下,在常温条件下保存期会缩短,包装打开后应尽快用完,要避免阳光照射,在低温、阴凉、干燥、通风处储存,根据不同类型的产品选择适宜的保存温度,一般为5~15℃,不得接触化学药品及其他有毒物质。
在动物生产中,微生态制剂不仅可以防止因抗生素滥用而引发的微生态失衡,而且对动物及其产品无毒、无害、无残留、无污染,因此是一种真正的绿色环保产品。
五、微生态制剂发展措施
从世界发达国家对动物微生态制剂的研究开发现状来看,保证微生态持续发展的具体措施有如下几个方面。
(1)建立专业菌种资源库,向高效、专一制剂发展 发达国家均极为重视益生菌菌种资源的搜集、保存及资源库和基因库的建立,在此基础上对益生菌进行有效、合理的开发利用。研究针对某种动物、某个阶段、某些疾病的专用微生态制剂,使其作用更专一、效果更显著。要尽可能根据菌种的不同特点设计不同产品,开发生产适宜不同动物、不同生长阶段的各种高效益生素产品成为益生素研究应用的重点之一。当前,除国家级重点实验室、高等院校、研究所设立菌种资源库之外,一些大的饲用微生物企业和集团均建立了自己的菌种资源库,如丹麦汉森(Chr.Hansen)、荷兰帝斯曼公司(DSM)、芬兰的维里奥公司(ValioLTD)、法国达能(Danone)、日本养乐多株式会社(YakultHonshaCo.,LTD)、中国台湾的味全公司等。
(2)广泛应用现代生物学技术,向工程菌进军 应用现代生化技术和分子生物学技术对乳酸菌进行了较为系统深入的研究,包括菌种分类、重要生物学特性研究。特别是分子生物学技术,如应用基因组学、蛋白组学、代谢组学、生物信息学等从整体研究乳酸菌菌株的分子特性、代谢特性、益生特性等。新技术的采用极大地提高了益生菌的筛选、鉴定效率。如人肠道微生物元基因组研究计划,采用高通量的测序技术进行深度测序,发现330万个非冗余的人体肠道微生物元基因组的参考基因,估计人肠道中存在1000~1150种细菌,平均每个人体内约含有160种优势菌种,而且这些细菌是绝大部分个体所共有的。这些研究为进一步揭示动物与肠道微生物的关系奠定了基础。通过基因工程手段获得一些非肠道正常菌群的工程益生菌,使其能在肠道中“永久”定居,使其能更好地发挥益生作用;运用基因工程技术研究功能微生态制剂,通过对一些优良菌种的遗传改造(导入有用基因如必需氨基酸合成酶基因、疫苗抗原决定簇基因和生长激素基因等),让工程菌在肠道内就能产生某种必需氨基酸或某种病原菌的免疫保护蛋白刺激机体产生抗体或生长激素等,从而减少氨基酸、抗生素或促长剂的使用。
(3)高密度发酵和制剂工程研究,研究更多的生长促进物质 在发酵剂制备技术上,优化了高效增菌和高密度培养技术,筛选出适宜的菌体保护剂,开发出浓缩、冻干、喷雾干燥、低温冷冻真空喷雾干燥等技术;针对乳酸菌等抗逆性较弱的菌株,利用新型双层包被技术制成了单一菌株、复合菌株的干粉状和微胶囊状制剂;通过不同菌株的合理搭配,同时向微生态制剂中加入寡糖、免疫多糖、双歧因子等物质,能够选择性地促进动物体内的某些有益菌的代谢和增殖,从而提高动物的健康水平。这类物质作为生长促进物质,对微生态制剂发挥了很好的辅助作用,开发出具有不同益生特性的优质微生态制剂。
(4)重视知识产权保护 日本和欧美国家的大型乳业集团和乳酸菌制剂公司,都已开发出属于自己品牌的国际知名菌株及产品品牌,并将益生菌产品推向市场。如法国达能公司的Actimel( Lactobacillus casei DN-114001)、瑞士雀巢公司的LC1( Lactobacillus Johnsonii La1和Lj1)、日本养乐多公司的 Lactobacillus casei Shirota和丹麦丹尼斯克公司的Howaru系列等,这些国际上知名的益生菌菌株及益生菌制剂制备技术都进行了专利保护。
(5)开发利用肠道其他优势菌群 除了目前使用的部分生理性细菌作为微生态制剂的生产菌种外,尚有许多优势原籍菌群未得到开发利用,他们与动物的生理代谢紧密相关,随着技术水平的提高和研究的深入,人类必将开发出更有利于动物健康的新型微生态制剂。
总而言之,高效安全的微生态活菌制剂的开发,其生产菌株的选择是关键。欧盟有关研究报告提出,对筛选菌株的标准应该从安全性、功效性以及工艺的可行性三方面进行评价。因此,研究者应该在益生素的菌种筛选上寻找出更多更具有直接促生长作用的优良微生物,并努力应用微生物工程技术定向改造有益菌株,使其具有抗酸、抗热、抗药等能力;开发新型菌群的促生长物质,探讨其特性及促生长机理;寻求防止微生物失活的技术措施,如稳定化技术与微胶囊技术。另外要加大多菌种混合剂型的研究。随着分子生物学的高速发展,应将基因工程技术应用于微生态制剂的研究。通过对一些优良菌种的遗传改造,导入有用基因如必需氨基酸合成酶基因、疫苗基因等,让微生态制剂在肠道内就能产生必需氨基酸或某些传染病病原的免疫保护蛋白,刺激机体产生抗体,从而省去了体外生产的复杂工业化过程及疫苗注射过程。总之,微生态制剂虽然存在许多不足,但科学在进步,相信在不久的将来,随着微生态学的进一步研究和发展、对微生态制剂研究的进一步深入,一定会有更适合于动物生长且能防病治病的有益菌株大量出现,对其作用机理以及工程技术方面的研究也一定会有突破性的进展,以更好地促进畜牧业生产的发展。
六、微生态制剂的发展趋势
微生态制剂在生产中虽得到了广泛应用,但仍有很多问题有待深入研究,如开发新菌种、延迟产品保存期、提高菌种耐受力、完善生产工艺、明确作用机制等。
近年来,随着世界各地耐药性病原菌的相继出现,作为抗生素替代品的微生态制剂的研究再度被广泛关注。微生态制剂作为畜禽饲料添加剂,较抗生素安全范围大,在畜禽生产中长期应用不易产生不良反应,无抗药性,无停药期,安全、高效。另外,微生态制剂与酶制剂、寡聚糖、草药、酸化剂、抗生素、酵母培养物、短肽等其他药物饲料添加剂合用,不发生或很少发生配伍禁忌,细菌对其不易产生抗药性,对动物生长不构成危害。在动物产品中无药物和危害人类健康的有毒有害物质残留。而且,在畜禽的排泄物中不存在对人类生存环境构成潜在危害的污染物。同时,大多微生态制剂的理化性质或生物活性物质稳定,能有效地进入畜禽胃肠道发挥作用,不影响畜禽采食饲料的适口性。更重要的是,微生态制剂尤其是植物提取类(草药等)含有许多有效成分,除了具有抗病促生长作用外,还具有改进畜产品品质及提高畜禽繁殖性能的能力。微生态制剂作为饲料添加剂的使用是20世纪80年代后期迅速发展起来的,随着抗生素的逐渐禁用,其作为无毒、无污染、无不良反应的绿色环保产品,将在畜牧业中发挥重要作用。发展微生态制剂不仅是生产无公害畜产品的需要,也是增强我国畜产品突破国际贸易中“绿色壁垒”能力、促进饲料工业和畜牧养殖业可持续发展的必要条件之一,其应用前景十分光明。正如我国著名的微生物学家魏曦教授所言:“光辉的抗生素之后的时代,将是微生态制剂的时代。”
另外,除在动物饲料中直接添加外,微生态制剂在发酵床、环境清洁、水质净化、发酵饲料等方面均有较好的应用前景。目前,养殖业正经历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,而国家也在食品安全等方面加大立法及监督力度,药物添加剂的使用将呈下降趋势,动物微生态制剂将迎来一个黄金发展期。随着分子生物学的发展,基因工程、微囊工艺、缓释技术等新技术的应用及如正大集团、大北农科技集团、通威股份、温氏食品、新希望集团等国内的一些骨干企业的强势进入,相信饲料添加剂必定由抗生素时代进入到绿色环保、无污染的微生态制剂时代。