飼用益生菌制劑的研究與開(kāi)發(fā)

張吉

（1.湖北博大生物股份有限公司，湖北 黃石 435000；2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，江西 南昌 330200）

1 抗生素替代的必要性

腸道健康是減少抗生素使用的關(guān)鍵，所謂“替抗”就是用新的具有整腸、抗炎、促生長(zhǎng)的綠色飼料添加劑替代長(zhǎng)期添加于飼料中以發(fā)揮“促生長(zhǎng)”（營(yíng)養(yǎng)）與“治未病”（保?。╇p重作用的抗生素，絕不是要替代抗生素在動(dòng)物抗感染中的治療作用[1]。

1.1 抗生素的誕生及與之相伴的耐藥菌的產(chǎn)生

抗生素是20世紀(jì)人類最偉大的醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)，第一個(gè)被用于臨床的抗生素是青霉素?？股氐某晒?yīng)用改變了人類因病菌感染而大量死亡的歷史，對(duì)人類壽命的延長(zhǎng)至少貢獻(xiàn)了10歲，在人類健康史上留下了光輝的一頁(yè)?？股刈园l(fā)現(xiàn)之初即用于動(dòng)物疾病的防治，國(guó)外在20世紀(jì)50年代將抗生素用作飼料添加劑，我國(guó)則是在20世紀(jì)70年代將抗生素用作飼料添加劑。但與此同時(shí)，因抗生素造成的致病菌耐藥的副作用，自抗生素誕生的那一天起，就讓人類陷入超級(jí)耐藥菌無(wú)藥可治的惡性循環(huán)：初級(jí)抗生素誕生——致病菌由被殺滅到產(chǎn)生耐藥性——采用更強(qiáng)的抗生素——超級(jí)耐藥致病菌誕生?？股貏偸褂脮r(shí)，使用20年才有耐藥性，但到了20世紀(jì)80年代，這個(gè)周期縮短為10年；如今已是2年。而一個(gè)新的抗生素品種從研發(fā)到上市，最快也要10年。超級(jí)耐藥菌的出現(xiàn)，一方面固然是抗生素濫用的結(jié)果，另一方面也說(shuō)明抗生素時(shí)代行將結(jié)束。我國(guó)微生態(tài)學(xué)奠基人魏曦院士曾經(jīng)預(yù)言：“抗生素之后的時(shí)代就是微生態(tài)制劑的時(shí)代”。

1.2 抗生素在我國(guó)被大量誤用、濫用

1.2.1 與國(guó)外相比，我國(guó)的抗生素濫用現(xiàn)象嚴(yán)重

抗生素作為治療細(xì)菌感染性疾病及飼用添加劑的主要藥物，是世界上應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、品種最多的一類藥物。正是由于其中蘊(yùn)藏著極大的商業(yè)誘惑力，近年來(lái)，抗生素在我國(guó)動(dòng)物生產(chǎn)與疾病治療中被大量誤用、濫用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年中國(guó)大陸使用抗生素16.2萬(wàn)噸，約占全球用量的一半，其中52%為獸用（8.424 萬(wàn)噸），48%為人用，超過(guò)5萬(wàn)噸抗生素被排放到水土環(huán)境中；獸用抗生素中，84%作為飼料添加劑，用作治療的抗生素僅占16%。2013年用量排名前六位的抗生素為氟苯尼考、多西環(huán)素、黏菌素E、恩諾沙星、桿菌肽鋅與阿莫西林。據(jù)報(bào)道，中國(guó)大陸生產(chǎn)1 kg肉所用的抗生素為987 mg（將2013年我國(guó)使用的8.424 萬(wàn)噸獸藥除以該年的8 536萬(wàn)噸肉產(chǎn)量），為歐盟當(dāng)年100 mg用量的9.87倍。

1.2.2 抗生素濫用導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性、藥物殘留與食品安全問(wèn)題

我國(guó)抗生素的濫用，表現(xiàn)在：1）“疫苗”中添加抗生素防腐；2）“飼料”中添加抗生素促生長(zhǎng)；3）“中藥制劑”中添加抗生素增效；4）動(dòng)物養(yǎng)殖中使用人用抗生素；5）抗生素與抗病毒藥組方使用；6）多種抗生素聯(lián)合使用。結(jié)果造成：1）細(xì)菌耐藥問(wèn)題日益突出，肉、蛋、乳中抗生素殘留，嚴(yán)重危害到食品安全與人類健康，極大地降低了我國(guó)畜禽產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。2）長(zhǎng)期大劑量使用抗生素后便會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物腸道菌群失調(diào)，那些對(duì)藥物敏感的細(xì)菌被殺死或抑制，而不敏感的致病菌則大量繁殖，條件致病菌也轉(zhuǎn)變?yōu)橹虏【．?dāng)致病菌達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，宿主就會(huì)患病，突出的例子就是與抗生素相關(guān)性腹瀉。3）抗生素相關(guān)性腹瀉的發(fā)生主要是因?yàn)樵谑褂每股乜垢腥緯r(shí)，由于抗生素沒(méi)有選擇性，導(dǎo)致腸道內(nèi)大量有益菌被殺死，而不敏感的或耐藥的致病菌由于失去了益生菌的制約開(kāi)始在腸道內(nèi)過(guò)度繁殖，并產(chǎn)生大量毒素，破壞腸黏膜屏障，引起腸道炎癥，造成重度腹瀉。

1.3 飼料端全面禁抗，養(yǎng)殖端減抗、限抗的時(shí)代即將到來(lái)

隨著消費(fèi)者對(duì)食品安全問(wèn)題的越發(fā)重視與敏感，我國(guó)政府對(duì)抗生素以及鋅銅等重金屬在養(yǎng)殖業(yè)的添加與使用提出了更高、更嚴(yán)格的要求，飼料端“禁抗”，養(yǎng)殖端“減抗、限抗”大勢(shì)已定。2013年9月，原農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《獸用處方藥和非處方藥管理辦法》，開(kāi)始將抗生素納入獸用處方藥物管理。2015年6月，原農(nóng)業(yè)部發(fā)布公告，決定自2016年1月1日禁止在食品動(dòng)物中，使用諾氟沙星、培氟沙星、洛美沙星與氧氟沙星4種抗生素；同年7月，原農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《全國(guó)獸藥（抗菌藥）綜合治理五年行動(dòng)方案》。2016年7月，原農(nóng)業(yè)部發(fā)文，決定自2017年4月起禁止在動(dòng)物生產(chǎn)中將硫酸黏菌素用于動(dòng)物促生長(zhǎng)；同年8月國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委、發(fā)展改革委等14個(gè)部門聯(lián)合印發(fā)了《遏制細(xì)菌耐藥國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃（2016-2020年）》。2018年4月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布的《關(guān)于2018—2021年開(kāi)展獸用抗菌藥使用減量化行動(dòng)試點(diǎn)工作的通知》，更是明確了養(yǎng)殖端減抗和限抗的時(shí)間表，要求2019年退出人畜共用促生長(zhǎng)抗生素（如金霉素等），并要求藥物飼料添加劑在2020年全部退出。2018年5月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)定企業(yè)停止生產(chǎn)喹乙醇、氨苯胂酸、洛克沙胂等3種獸藥的原料藥及各種制劑。

2 微生態(tài)（益生菌）制劑將是重要的替抗方案

2.1 我國(guó)動(dòng)物微生態(tài)（益生菌）制劑應(yīng)用簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀

2.1.1 應(yīng)用簡(jiǎn)史

我國(guó)動(dòng)物微生態(tài)產(chǎn)業(yè)初創(chuàng)于1997年，至今已歷20余載，前期經(jīng)歷了諸多波折。自2011年以來(lái)，隨著養(yǎng)殖業(yè)從治療醫(yī)學(xué)階段到預(yù)防醫(yī)學(xué)階段再到生態(tài)醫(yī)學(xué)階段的轉(zhuǎn)變，以及人們對(duì)食品安全的關(guān)注與飼用抗生素的禁用，我國(guó)動(dòng)物微生態(tài)產(chǎn)業(yè)才有了日益廣闊的發(fā)展空間，也迎來(lái)了其黃金發(fā)展期。標(biāo)志性事件就是原農(nóng)業(yè)部頒布，自2014年2月1日起實(shí)施的《飼料添加劑品種目錄（2013）》（農(nóng)業(yè)部公告第2045號(hào)）中，微生物菌種共有46種，其中細(xì)菌34種、酵母4種、霉菌8種。

2.1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1.2.1 以營(yíng)銷為主導(dǎo)的益生菌制劑企業(yè)，質(zhì)量有待提高

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)益生菌制劑的相關(guān)企業(yè)，多以營(yíng)銷為主導(dǎo)，在這樣的指導(dǎo)思想下，推向市場(chǎng)的益生菌制劑產(chǎn)品，其標(biāo)識(shí)看似與國(guó)外同類產(chǎn)品沒(méi)有什么差異（標(biāo)出含量及一些宣傳成分等共性的東西），但實(shí)際上存在著很大的差異，這個(gè)差異就是忽視產(chǎn)品的工藝。針對(duì)這個(gè)忽視產(chǎn)品工藝的差異，找到國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的差距，然后結(jié)合各公司（廠）的工藝設(shè)備去彌補(bǔ)其不足，這應(yīng)該成為今后相關(guān)益生菌制劑公司（廠）細(xì)微創(chuàng)新的切入點(diǎn)或曰改進(jìn)產(chǎn)品的空間。

2.1.2.2 飼用微生態(tài)（益生菌）制劑的應(yīng)用不斷擴(kuò)大

在飼料中添加各種微生態(tài)（益生菌）制劑，既能夠提高動(dòng)物的免疫力與抗病力，從而提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能與養(yǎng)殖效益，又能夠降低因抗生素與各種化學(xué)獸藥誤用、濫用對(duì)環(huán)境造成的污染，帶來(lái)良好的生態(tài)效益。因此，近年來(lái)，微生態(tài)（益生菌）制劑在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。

2.2 飼用益生菌在腸道發(fā)揮作用的物質(zhì)基礎(chǔ)

飼用益生菌在腸道發(fā)揮作用的物質(zhì)基礎(chǔ)就是通過(guò)維持腸道健康，以發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)調(diào)控作用。

2.2.1 腸道健康的定義

腸道是動(dòng)物機(jī)體內(nèi)較大的器官之一，有著最廣泛的暴露面。該暴露面具有選擇性屏障功能：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（水和飼料等）的消化吸收與致病物質(zhì)的控制等。所謂腸道健康，也就是沒(méi)有疾病并能夠預(yù)防疾病，且能使動(dòng)物發(fā)揮其正常生理功能的健康腸道。健康腸道能夠維持許多正常生理功能：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收、宿主代謝、能量產(chǎn)生、腸道微生物菌群的平衡、黏液層與屏障功能以及黏膜免疫功能的維護(hù)。因此，健康的腸道不僅是沒(méi)有疾病的腸道，更是有效的消化器官，能夠快速應(yīng)對(duì)腸道的變化并能有效地防治疾病[2]。

2.2.2 維持腸道健康，提高飼料利用率與機(jī)體免疫力，降低用藥成本

腸道的基本功能有2個(gè)。一是消化吸收所采食的飼料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而腸道健康是確保消化、吸收能力最大化的前提。若腸道受損不全則會(huì)使飼料利用率降低10%，這對(duì)于飼料占70%生產(chǎn)成本的養(yǎng)殖業(yè)來(lái)說(shuō)，保持腸道健康就有著非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。二是動(dòng)物機(jī)體內(nèi)免疫細(xì)胞最多的重要器官，聚集著60%以上的免疫細(xì)胞和70%～80%的免疫球蛋白（尤其是分泌型免疫球蛋白A（SIgA））的合成細(xì)胞，這些免疫細(xì)胞大多位于腸道相關(guān)淋巴組織內(nèi)，使得動(dòng)物腸道成為免疫的最前線[2]。動(dòng)物免疫力的強(qiáng)弱與腸道健康息息相關(guān)，而腸道健康又與腸道菌群平衡有關(guān)，所以腸道菌群與腸道免疫系統(tǒng)是水乳交融的共生關(guān)系。此外，動(dòng)物腸道還是應(yīng)激應(yīng)答中心，不健康腸道會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物的抗病力下降，使得動(dòng)物容易發(fā)病從而提高藥物成本。

2.2.3 腸道健康的評(píng)估指標(biāo)

腸道組織形態(tài)是否正常、微生態(tài)菌群是否平衡、動(dòng)物是否具有良好免疫應(yīng)答與良好的抗氧化應(yīng)激能力是評(píng)估腸道健康的4個(gè)重要的指標(biāo)。

2.3 飼用益生菌的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

飼用益生菌的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值主要體現(xiàn)在：1）調(diào)節(jié)腸胃微生態(tài)平衡，糾正腸道菌群功能紊亂，從而減少細(xì)菌、病毒、原蟲(chóng)引起的感染性腹瀉與非感染性腹瀉，因?yàn)檫@些腹瀉都與腸道菌群失調(diào)有關(guān)；2）抑制腸內(nèi)包括產(chǎn)胺的腐敗菌等在內(nèi)的病原菌的增殖，從而維持腸道菌群的最優(yōu)組合與穩(wěn)定性；3）合成淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等酶類并促進(jìn)宿主消化酶的分泌，從而促進(jìn)飼料的消化吸收，減少因消化不良引起的腹瀉；4）合成維生素、促進(jìn)鈣和乳糖的吸收，防止仔豬便秘與腹瀉，從而對(duì)仔豬起到保健作用；5）代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠促進(jìn)胃腸道蠕動(dòng)，加之益生菌還能濕潤(rùn)大便，從而能夠防止母豬便秘；6）益生菌可以誘導(dǎo)有效的黏膜免疫與體液免疫反應(yīng)，增強(qiáng)宿主的免疫力，降低血液中內(nèi)毒素含量，減少疾病發(fā)生。

2.4 我國(guó)廣泛應(yīng)用的3種主要飼用益生菌

益生菌使用方便，可以口服或添加到飼料中，無(wú)需注射，減少交叉污染風(fēng)險(xiǎn)，利于在動(dòng)物生產(chǎn)上大規(guī)模應(yīng)用；而且無(wú)需冷藏鏈運(yùn)輸，利于在發(fā)展中國(guó)家推廣使用。目前，我國(guó)動(dòng)物生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的2種主要飼用益生菌為芽孢桿菌與乳酸菌。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)這2大飼用益生菌作為動(dòng)物腸道外源有益菌添加時(shí)，既有明顯的優(yōu)點(diǎn)，也有尚待改進(jìn)的缺點(diǎn)。

2.4.1 芽孢桿菌

芽孢桿菌的最大優(yōu)點(diǎn)是耐膽鹽、耐（胃）酸、耐堿，特別是耐高溫、耐擠壓，因而可在制粒飼料中存活。此外，還具有良好的產(chǎn)酶能力與廣譜抑菌能力。但芽孢桿菌因其不產(chǎn)乳酸，且在腸道這樣的厭氧環(huán)境不能很好地生長(zhǎng)，使得其不能在腸道微生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮直接作用，作為飼用益生菌在飼料中的添加效果有限。草芽胞桿菌、地衣芽胞桿菌是目前生產(chǎn)飼用芽胞桿菌制劑的主要菌種。

2.4.2 乳酸菌

乳酸菌作為最具代表性的動(dòng)物腸道內(nèi)益生菌，雖然能在腸道厭氧環(huán)境下很好地生長(zhǎng)，分解乳糖及蛋白質(zhì)，促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)，且能產(chǎn)生乳酸與細(xì)菌素，抑制有害菌，促進(jìn)腸道微生態(tài)平衡，特別是乳酸菌與雙歧桿菌的組合，不僅能維持胃腸道健康，而且對(duì)豬只因過(guò)量使用抗生素造成的腹瀉效果尤為顯著。但是乳酸菌耐熱性差，室溫存活率低，在常溫下不易保存、65～75℃下即死亡，在生產(chǎn)乳酸菌制劑過(guò)程中死亡率高，不適于在制粒飼料中添加，而且乳酸菌的胃酸通過(guò)率低，又不能產(chǎn)生丁酸，這些都使得乳酸菌作為飼用益生菌的功能受到限制。干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、德式乳桿菌乳酸亞種等是目前生產(chǎn)乳酸菌制劑的主要菌種[2]。

2.4.3 酵母菌

盡管動(dòng)物腸道中酵母菌的數(shù)量較少，但仍可發(fā)揮一定的生理功能，且以應(yīng)用于反芻動(dòng)物效果最好。酵母菌作為益生菌制劑，由于其含有維生素、多種氨基酸，添加到飼料中，既能為動(dòng)物提供多種營(yíng)養(yǎng)，提高消化酶活性，改善胃腸道微生態(tài)平衡，提高動(dòng)物采食量及其對(duì)礦物質(zhì)、維生素的消化吸收率，又能增強(qiáng)免疫力。釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母是目前用于酵母菌制劑的主要菌種。

3 替抗微生態(tài)（益生菌）制劑的發(fā)展方向

在減抗、限抗、限鋅大背景下，微生態(tài)制劑、抗菌肽、植物提取物、植物精油、酸化劑、卵黃抗體、噬菌體、稀土元素、改性沸石、寡糖等益生元等均已被應(yīng)用于替代抗生素。從歐洲禁抗10年的實(shí)踐看，主要是用微生態(tài)制劑、酸化劑、植物精油、抗菌肽來(lái)替代抗生素，但目前還沒(méi)有一個(gè)單獨(dú)的產(chǎn)品可以完全替代抗生素而其效果又得到公認(rèn)。因此，抗生素的替代需要采用動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)工程技術(shù)，將多種技術(shù)、多種產(chǎn)品系統(tǒng)集成，從宏觀與微觀方面，整體解決替抗問(wèn)題。

3.1 宏觀方面

第一，從考慮到微生態(tài)制劑的穩(wěn)定性，不同動(dòng)物的飼養(yǎng)階段、不同季節(jié)的使用效果的差異，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)將微生態(tài)制劑與酸化劑、植物精油、植物提取物、抗菌肽、卵黃抗體等其中的一種或多種替抗產(chǎn)品復(fù)合配伍，最大限度地發(fā)揮其正組合效應(yīng)[3]，從而使替抗效果最大化。第二，微生態(tài)制劑產(chǎn)業(yè)的立體化、協(xié)同化發(fā)展。1）產(chǎn)業(yè)上游，主要進(jìn)行高效菌種的開(kāi)發(fā)。2）產(chǎn)業(yè)中游則主要進(jìn)行發(fā)酵工藝的改進(jìn)，比如：①菌劑分離干燥工藝的不斷優(yōu)化；②包被技術(shù)（巨包被技術(shù)與微膠囊包被技術(shù)）的應(yīng)用以及為改善包被效果將微膠囊化技術(shù)與真空干燥方法的組合應(yīng)用等；③為提高菌體的抗逆境能力與存活率對(duì)凍干保護(hù)劑與干燥方法的改進(jìn)、產(chǎn)品飼用效果的評(píng)估等。3）產(chǎn)業(yè)下游則主要對(duì)產(chǎn)品的使用程序進(jìn)行優(yōu)化，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及配套優(yōu)化、市場(chǎng)定位與終端服務(wù)等。第三，動(dòng)物微生態(tài)制劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最高境界，就是微生態(tài)制劑晉級(jí)為新獸藥。

3.2 微觀方面

1）深入到菌株水平，比如，即便大家熟知的枯草芽孢桿菌，同樣的枯草就有很多株，該如何選出最有效的那一株，目前較為有效的方法是濾選；2）摒棄營(yíng)銷為主導(dǎo)的益生菌制劑生產(chǎn)思路，從單純關(guān)注產(chǎn)品含量到含量與制劑工藝，生產(chǎn)出均質(zhì)、在飼料中易分散、在動(dòng)物體內(nèi)緩釋的飼用微生態(tài)（益生菌）制劑。