我国动物微生态产业存在的问题与发展对策

2009.108专家视点动物微生态学的发展，使人们对动物肠道微生物菌群的作用有了更深刻和更广泛的认识；同时，由于在畜禽养殖业和饲料中长期地、过量地和不合理地使用或滥用抗生素，出现了一系列问题，如引起动物体内菌群失调或紊乱或条件性致病菌异位转移、多重耐药性菌株产生(Alanis,2005)以及在畜禽产品(如肉、蛋、奶)中的残留和环境污染等，特别是抗生素相关性腹泻(antibiotic-associateddiarrhoea)、耐药性梭菌腹泻(drug-resistanceClostridiumdifficile-associateddiarrhea)和耐药性过路菌腹泻(如环境中的耐药性大肠杆菌、沙门氏菌等)，正严重危害着畜牧业的健康发展，导致用药无效或用药量增加，恶性循环。同时，由于广泛的耐药细菌引发的感染也是21世纪严重危害人类健康和安全的重大问题之一。为此，国内外科学界和产业界都在积极探索和寻找抗生素替代品，这包括微生态制剂(Microecologicalpreparation)又称直接饲喂的微生物(Direct-fedmicrobials，DFMs)或益生素(Probiotics)或微生物饲料添加剂(MicrobialAdditive)或微生态调控剂(Microecologicalmodulator)以及益生元(Prebiotics)、植物提取物(Plantextract)、生物活性肽(Bioactivepeptide)或抗菌肽(Antimicrobialpeptide)、免疫调节剂(Immunomodulator)等，纵观国内外的发展情况，微生态制剂将会成为抗生素替代品的主力军(TrafalskaandGrzybowska,2004;Valentine,1955)，而且目前市场上微生态制剂的品种也越来越多，从菌种品质上讲，可谓是优劣混杂；从剂型上看，有液剂、粉剂、半干半湿粉等；活菌标示值上，也是高高低低，真假难分；菌种安全性上也缺乏认真的评价。因此，为了使消费者对微生态制剂的品质、优劣等有更深刻和全面的了解，为了推动我国建立微生态制剂的规范和标准，本文将重点阐述国内微生态产业在菌种安全性、产品功能性和生产加工技术等方面存在的一些问题、国外同类产品的评价标准和解决我国益生素产品现存问题的对策，以便使微生态产业得到良性发展，为我国的食品安全作出重要贡献。1畜禽肠道微生物菌群有着重要的生物学功能，实施有益的调控，可促进其生长发育、营养物质的消化吸收和改善健康状况，从而减少抗生素的用量，提高我国的食品安全。动物自出生后就立即处于微生物世界的包围中，机体凡与外界接触及相通的部位皆有微生物的存在。在非反刍动物的胃肠道(Gastrointestinaltract,GIT)栖息着300～500种的微生物被称为微生态系统(microbialecosystems)，包括需氧或厌氧的细菌、真菌和酵母等，每克肠内容物中的微生物数量高达1010～1011个，超过机体细胞总数的10倍，这些胃肠道微生物(Gastrointestinalmicrobiota)群系之间及微生物与动物之间形成了相互依存、相互作用的不可分割的整体，参与了动物体的生长、发育、消化、吸收、营养、免疫、生物拮抗及其各种功能和结构的发生、发展和衰退的全过程。消化道正常微生物菌群(Normalmicroflora/microbiota)可根据其作用分为三类：①共生性细菌：是主要菌群(＞90%)，主要指专性厌氧或兼性厌氧菌我国动物微生态产业存在的问题与发展对策中国农业大学动物营养学国家重点实验室/张日俊2009.109如乳酸菌和双歧杆菌，这类生理性细菌数量大，恒定存在，对机体有益无害，在维持消化道微生态平衡上起着重要作用，同时，起着提供或丰富营养、促进消化、刺激免疫和消除肠内毒素等作用。共生菌与肠上皮密切接触，其生理和代谢活动与细胞的生理和代谢活动密切相关，甚至融为一体。这类细菌可以自营同时又可利他(宿主)，细菌将复杂的碳水化合物(纤维素或非淀粉多糖)发酵成为乳酸或挥发性脂肪酸(如丙酸)。乳酸在肠道形成酸性环境，对其它致病菌可产生“竞争排除作用”，但乳酸堆积多也会刺激肠道蠕动，使肠道内容物排空加快。②机会性细菌：约占10%，包括无病原性的大肠杆菌、链球菌及肠球菌等。这些机会性细菌视肠道环境而改变停留在肠道的数量及时间。③致病性细菌：含量极少(＜0.01%)的致病性菌群，包括梭菌、葡萄球菌、伪单胞菌、病原性大肠杆菌、沙门氏菌以及部分真菌。这类菌群不仅具有致病性，同时他们也会消耗宿主的能量，而其发酵产物(如氨气、H2S等)也可能对宿主有害，还导致体内腐败物、致癌物及毒素的增加。正是动物肠道中的大量微生物与其所处的微环境构成了“微生态三角”，即在宿主遗传的控制下，正常微生物菌群、免疫与营养构成的相互依赖、相互制约的关系。正常的微生物菌群的生理功能是动物生存必需的一个生理系统，是动物真核细胞和细菌原核细胞构成的综合体，微生态系统是除骨骼、肌肉、神经、附属(皮、毛、指或趾甲)、淋巴(免疫)、呼吸、消化、内分泌、心血管、泌尿、雄性和雌性生殖系统(Morieb,1995)之外的第十三个生理系统。第十三系统发挥着一系列重要的作用：①胃肠菌群促进胃肠黏膜细胞的发育和成熟(修饰作用)；②肠粘的菌群屏障作用；③口服耐受性和激活免疫系统，促进免疫细胞成熟，包括B细胞、T细胞、M细胞及吞噬细胞、体液免疫、细胞免疫、产溶菌酶细胞等；④产生多种消化酶，促进营养消化、吸收和代谢，包括对蛋白质或氮素、脂类、碳水化合物、维生素、无机盐和黏液代谢等；⑤胃肠菌群产生迁移传动复合物(migratingmotorcomplexes,MMC),刺激肠蠕动；⑥代谢产酸，酸化肠道环境，活化酶系统和抑制偏碱性有害微生物的生长。动物的微生态系统就是通过上述多种作用，昀终产生抑制有害菌群，增强免疫功能，防治疾病，提高饲料营养素的消化吸收和转化效率，促进动物产品(肉、蛋、奶、毛、皮等)的形成和品质改善。可见，胃肠道微生物存在复杂的多样性，因此表现出菌群和功能的多样性。动物体内各种微生物的组成和结构(比例)直接影响其生命活动向或好或坏的方向发展。因此，对胃肠道微生物进行调控有着重要的实践意义。微生态制剂又称益生素(Probiotics)是一种重要的肠道菌群调节剂，传统概念认为，益生素是指摄入动物体内参与肠内微生态平衡的具有直接通过增强动物对肠道有害微生物的抑制作用，或者通过增强非特异性免疫功能来预防疾病，而间接起到促进动物生长作用和提高饲料转化率的活性微生物培养物。1994年在德国举行的国际会议上，各国微生态学家在总结该学科近些年研究成果的基础上，给益生素赋予了新的内涵，一致认为，益生素是含活菌和(或)死菌，包括其组分和产物的细菌制品，经口或经由其它粘膜途径投入，旨在改善粘膜表面微生物或酶的平衡，或者刺激特异性或非特异性免疫机制。这个概念能更加准确、全面地概括益生素的组成和功能。对肠道菌群的调控有着重要的作用，主要包括：①对营养物质消化吸收利用条件的重建；②免疫力或抗病力的重建；③生长条件的重建。2饲料安全、人类的食品安全和健康需要微生态制品。近年来的大量研究表明，人类常见的健康问题如癌症、畸形、抗药性和某些中毒现象与肉、蛋、奶中的抗生素、激素和其它合成药物的残留有关，从而促使各国纷纷立法限制和禁用抗生素、激素等添加剂在饲料中的使用，如欧盟农业委员会立法从1999年7月1日起禁止在饲料中添加杆菌肽、螺旋霉素、维吉尼亚霉素、泰乐菌素4种抗生素；2003年1月欧盟农业委员会立法到2006年1月全面禁止目前仍然使用的4种饲用促生长抗生素，即黄霉素、莫能霉素、盐霉素和卑霉素。与此同时，益生素以其绿色安全、无毒副作用、无残留的优点而备受饲料生产企业和畜牧养殖者的青睐，并得到广泛应用。益生素作为一种抗生素替代品，在发展绿色畜牧业、提高饲料和食品安全、促进人类健康方面有着重要的作用。但是，目前国内微生态制剂正处于发展阶段，由于各生产厂家生产工艺不一，造成产品质量参差不齐，再加上用户选择和使用不当，而出现使用效果不同、褒贬不一的局面，影响了微生物作为抗生素替代饲料添加剂的发展，2009.1010专家视点不利于我国微生态制剂(益生素类)产业的良性发展。3国内益生素制剂现存的主要问题及国外的评价标准3.1菌种(菌株)选用不规范或变异性较大3.1.1益生素菌种属、种、株(Genus/species/strain)菌种是微生态制剂生产的关键，也是微生态制剂质量的直接和重要保证。各国对作为益生素的菌种(菌株)都有明确规定，如1989年美国食品药物管理局(FDA)和美国饲料公定协会(AAFCO)公布了43种“可直接饲喂且通常认为是安全的微生物(GenerallyRecognizedasSafe，GRAS)”作为微生态制剂的出发菌株，主要有细菌(bacteria)、酵母(yeast)和真菌(fungi)，其中乳酸菌28种(包括乳酸杆菌12种、双歧杆菌6种、链球菌6种、片球菌3种、明串珠菌1种)、芽孢杆菌5种、拟杆菌4种、曲霉2种、酵母菌2种等。其中，①乳酸杆菌属(Lactobacilleae)12种：短乳杆菌(L.Brevis)、嗜酸乳杆菌(L.Acidophilus)、保加利亚乳杆菌(L.Bulgaricus)、干酪乳杆菌(L.Casei)、纤维二糖乳杆菌(L.Cellosus)、弯曲乳杆菌(L.Curvatus)、德氏乳杆菌(L.Delbruekii)、发酵乳杆菌(L.Fermentum)、罗特氏乳杆菌(L.Reuterii)、乳酸乳杆菌(L.lactis)、植物乳杆菌(L.Plantarum)。②双歧杆菌属(Bifidobactirium)6种：青春双歧杆菌(B.adolescentis)、婴儿双歧杆菌(B.infantis)、动物双歧杆菌(B.animalis)、长双歧杆菌(B.longum)、嗜热双歧杆菌(B.thermophilum)、两歧双歧杆菌(B.bifidum)。③肠球菌属(Enterococcus)2种：粪肠球菌(E.faecalis)又称粪链球菌(S.faecium)、屎肠球菌(E.faecium)又称屎链球菌(S.faecium)。④链球菌属(Streptococcus)5种：嗜热链球菌(S.thermophilus)、乳酸链球菌(S.lactis)又称乳酸乳球菌(L.lactis)、中间型链球菌(S.intermedius)、乳脂链球菌(S.cremoris)、二丁酮链球菌(S.diacetylactis)。⑤芽孢杆菌属(Bacillus)5种：凝结芽孢杆菌(Bacillucoagulans)、缓慢芽孢杆菌(B.lentus)、枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、地衣芽孢杆菌(B.licheniforms)、短小芽孢杆菌(B.pumilus)。⑥明串珠菌属(Leuconostoc)1种：肠膜明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)。⑦片球菌属(Pediococcus)3种：乳酸片球菌(Pediococcusacidilacticii)、啤酒片球菌(P.cerecisiae)、戊糖片球菌(P.pentosaceus)。⑧乳球菌属(Lactococcus)1种：乳酸乳球菌(L.lactis)又称乳酸链球菌(S.lactis)。⑨丙酸杆菌属(Propionibacterium)2种：谢氏丙酸杆菌(P.shermanii)、费氏丙酸杆菌(P.Freudenreichii)。⑩拟(类)杆菌属(Bacteroides)4种：猪拟(类)杆菌(B.suis)、瘤胃生拟(类)杆菌(B.ruminocola)、多毛拟(类)杆菌(B.Capillosus)、嗜淀粉拟(类)杆菌(B.amylophilus)。酵母菌属(Yeast)2种：啤酒酵母或酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、产朊假丝酵母(Candidautilis)。曲霉菌属(Aspergillus)2种：黑曲霉(Aspergillusniger)、