益生菌是指通过改善机体微生物和酶的平衡,刺激特异性或非特异性免疫机制,对人和动物机体有医疗和保健效果的微生物。动物用益生菌制剂作为一种新型的生物技术产品,具有无毒、无副作用,促进动物生长,提高饲料转化率,替代饲用抗生素之优点,受到人们的广泛关注。本文结合实际生产经验综述了益生菌菌种的选择、生产工艺的配套,目前的使用和存在的问题及将来的发展方向。
1905年,俄国诺贝尔奖获得者梅奇尼科夫首先提出了益生菌(probiotics)的营养保健作用【1】,随着研究的深入,以乳酸菌为代表的益生菌的保健作用越来越受到人们的关注,其发酵制品也日趋多样化。我国康白教授、何明清教授根据对健康和有病畜禽肠道12种正常微生物群定性、定量和定位测定结果,提出了幼龄畜禽下痢的原因是肠内菌群比例失调的新观点【2,3】,并在此微生态失调理论指导下研制出了可以防治畜禽下痢的活菌制剂。已有足够的数据表明,益生菌制品具有“五效”作用,即医疗效果、保健效果、经济效益、社会效益和生态效益。近年来作为饲用抗生素替代品的一些绿色饲料添加剂中,益生菌是被许多人最为看好的一种。
1 动物益生菌及其制品的种类
从菌种角度讲,配合饲料中常用的微生物有乳酸菌属(Lactobacillus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、酵母属(Saccharomgces)和曲霉属(Aspergillus)中的一些菌种。各国都在筛选自己的菌种,美国食品与药物管理局和美国饲料管理协会1989年公布的直接可以饲喂且安全的菌种有43种。我国农业部第105号公告公布的容许使用的饲料添加剂品种目录中,饲料级微生物添加剂有12种:干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、植物乳杆菌(Lactobacillus Plantarum)、粪链球菌(Streptococcus faecalis)、屎链球菌(Streptococcus faecium)、乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、乳链球菌(Streptococcus lactis)、啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、产酛假丝酵母(Candida utilis)、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudom onas Palustris)。目前在市场上销售的动物益生菌品种已不下50种。
1.1乳酸菌制剂
乳酸菌是目前公认应用最早、效果最佳的益生菌制剂,乳酸杆菌属是动物特别是家禽肠道的正常定居者,3日龄鸡的整个消化道内已存在为数极为庞大的乳酸杆菌,乳酸杆菌在维持消化道的正常微生物群系的稳定性方面起着决定性的作用【4,5】。目前主要应用的有嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和肠球菌等,但大部分乳酸菌的耐热能力都比较差,65~75℃条件下死亡,饲料颗粒化过程中瞬间高温即可将其杀死而失效。但也有个别乳酸菌耐不良环境抗性较强,如本实验室自行筛选到的产芽孢乳酸杆菌。
1.2芽孢杆菌制剂
芽孢杆菌与其他微生物制成的益生菌制品有显著的不同,芽孢杆菌可以在条件不利的情况下形成休眠体芽孢,因而在饲料的加工制粒、通过动物胃酸环境等过程中具有较高的稳定性,进入动物体内可以在肠道内发芽,成为具有活性的营养型细胞。可以维持肠道厌氧环境,同时具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性,能降解植物性饲料中某些复杂的化合物,目前饲料工业中应用的主要有地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、腊样芽孢杆菌等【6】,在市场上很多产品都是将芽孢杆菌和乳酸菌混和使用。
1.3真菌类制剂
真菌中应用最多的就是酵母制剂,由于酵母细胞具有蛋白质含量高的特性,可以用来发酵生产饲用单细胞蛋白,也可以将其于其他真菌如根霉、木霉或曲霉等混和培养在一些工业副产物基料上,可使粗蛋白增加15.39%~28.14%,同时由于菌种代谢的作用使基料中的氨基酸水平和维生素水平得到极大的改善和提高。产品可有效的促进饲料的消化吸收,提高增重率5~15%【7】。此外,酵母菌可以和乳酸菌、芽孢杆菌进行共生培养,按比例复合效果,可用于消化系统疾病的治疗。除酵母菌外,一些不产生毒素的根霉、木霉、毛霉和曲霉都可以用来生产饲用蛋白源,同时发酵过程中可产生大量的消化酶和有机酸提高饲料的利用率,促进动物生长。
2动物益生菌的菌种选育标准
菌种的筛选和组合是益生菌研制过程中的第一个重要环节,但目前国内外益生菌研究多集中于研制产品和应用效果,而按益生菌的特定要求来选育性能优良的菌株,研究菌株生物特性等关键指标方面报道不多。动物益生菌选育应具备下面几个基本条件:①安全性好,动物用益生菌必须证明确属无毒、无致畸、无致病、无耐药性、无药残等不良反应。②存活能力强,要求在生产过程中经干燥、制粒后存活一定数量的菌体,另外对防霉剂、抗氧化剂以及胃酸、胆汁的耐受力强,并可保存相当长的时间。③能产生多种有益活性物质,要求能产生有机酸、消化酶以及维生素、氨基酸、促生长因子等多种有益宿主的代谢产物。④生长速度快且容易繁殖,易工业化生产。⑤能合成nisin等对大肠杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌等肠道致病菌的抑制物而不影响肠道正常菌群的活性。⑥能在肠道内定殖,生长速度慢或不能定居的微生物很容易随着消化道内容物和胃肠蠕动而被排出体外【8】。
目前市场上的益生菌制剂多为复合菌制剂,一般来说复合菌制剂有益于微生物的功能互补,但菌种的配伍很重要,并非种类越多越好,而实际上有些单一菌种的效果也非常好,通常采用两到三种好氧型和厌氧型的菌种配合较为合理,例如:好氧型的纳豆芽孢杆菌和厌氧型的嗜酸乳杆菌配合,或好氧型的芽孢乳酸杆菌和厌氧型的嗜酸乳杆菌配合较为合理。
3 益生菌制品的发酵生产工艺
目前,益生菌制品的生成工艺主要有两种,即固体发酵法和大罐液体深层发酵法。固体发酵法是把益生菌接种到固体培养基上进行发酵培养,其优点是相对管理比较粗放,具有生产工艺简单,投资少的特点,但同时具易受杂菌污染,菌体含量不易控制、产品质量不稳定的缺点。目前我国大多数益生菌产品都是采用该生产方法。
大罐液体深层发酵法是采用现代发酵技术,将益生菌菌种接种到上午反应器中进行通风培养,对整个发酵过程都可以进行精细的过程控制,具有便于无菌操作,容易控制菌体含量,产品质量稳定的特点,但技术水平要求较高,相对固体发酵投资要高,但更适合工业化生产。其一般工艺流程为:菌种接种培养→种子罐培养→发酵罐发酵培养→排放培养液→收集菌体→加入适量载体和保护剂→干燥→粉碎→过筛→稀释混和→成品包装→质检→益生菌产品。