益生菌的研究与应用

益生菌的研究与应用

1929年，英国发现抗生素，人类的生产和生活发生了很大变化。但从本世纪50年代起,随着抗生素作为饲料添加剂被广泛应用,其种种弊端也逐渐被人们所认识。比如导致动物胃肠道正常菌群失调、产生耐药性、药物残留和降低畜产品品质等。绿色添加剂益生菌(probiotics)的研究开发随之引起各国的重视。益生菌又称活菌剂、生菌剂、益生素,为“一种可通过改变肠道菌群而对动物施加有利影响的活的微生物饲料添加剂(Fuller,1989)”。该制剂避免了抗生素长期使用的毒副作用及耐药性或抗药性问题,可防治微生态平衡失调。同时它促进畜禽生长发育,提高饲料消化、吸收和转化率,增加肉蛋产率,而且产品中无残留污染,符合绿色食品要求。在人类保健和临床医学中多用于维持肠道健康、治疗腹泻及多种肠道疾病。因此饲料、兽医和医药界都主张大力研制推广益生菌以替代抗生素。1益生菌产品使用量多以解决实际补充压力的种类多,且逐渐形成日本在20世纪60年代首先开始使用益生菌,美国、西欧从20世纪70年代也开始有益生菌上市,主要用于胃肠道功能的调理,预防腹泻,提高人和动物的健康水平。随着抗生素逐渐被禁用,益生菌的研究发展很快,从目前的发展情况看,国外益生菌的研究多是围绕乳酸杆菌、双歧杆菌、枯草杆菌及一些链球菌类进行。日本和西欧对益生菌产品需求量很大,市场较为完善,美国相对较弱。益生素产品主要以含乳酸杆菌、双歧杆菌及芽孢杆菌的发酵产品为主。在欧洲,1997年益生菌产量占功能性食品产量的65%,销售额达8.89亿美元。英国、法国、德国、西班牙、比利时、荷兰、丹麦、芬兰、瑞典9个国家益生菌总产量为25万t,法国的市场最大,为9万t,产值2.19亿美元。德国该产业发展很快,1996年—1997年度,增长率为150%。英国同期的增长率为26%。总体看,这9个国家的益生菌产品占各国总发酵业的10%,丹麦占有量最大为20%,德国和英国为13%,法国为11%,比利时和荷兰为6%,芬兰和瑞典为5%。德国益生菌产量占添加剂总量的1.7%。仅法国1991年市场上销售的益生菌品种就不低于50个。目前,欧洲益生菌产品的消费量占总食品消费量的5%,价值30亿美元。在日本,使用的菌种主要有枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、Toyoi菌、酪酸菌、乳酸杆菌、乳酸球菌。以复合菌剂为主。1989年销售量在1000t以上,销售额约5亿日元。1994年日本的产量占全球总产量的一半,产值达到3～3.5亿美元。2000年产值达到17亿美元。日本至1998年5月共批准了保健食品(FOSHU)108个,其中约50%为益生菌剂。仅生产双歧杆菌制品年产值超过200亿日元的厂家就有10个。同时,日本对益生菌产品的规格进行了规定,保健用益生素每克或每毫升产品中双歧杆菌有效数要达到1×107个,同时建议把每克产品含1×105个有效菌作为理疗用标准。比较畅销的产品是Bikkle和Yakult(双歧杆菌制剂)。据估计,美国将是未来益生菌发展最快的国家,也以生产乳酸杆菌和双歧杆菌的发酵品为主。美国准许饲喂的菌种有43个,产品年使用量为8000t以上,产值约3000万美元。它们主要用于人类和动物腹泻、胃肠道疾病的预防和保健。1989年全球饲用益生素总销售额为7500万美元,1993年为1.22亿美元,2000年为1.86亿美元,2007年估计可达3.5亿美元,发展速度很快(CatherineStanton2001)。市场上的主要产品有法国泰泽药品公司的意拉库脱、英国Europroteins公司的ProvitaLacTealSBLC、德国Chevita公司的SuifermSpecial、泰国的Toyacerin、加拿大的ProsuisPaste(乳酸杆菌、粪链球菌、双歧杆菌)、意大利拓公司的宝肥利、瑞士的赐美健(乳酸链球菌)、美国的Procreazyme(酵母)等(A.Mercenier,PavantAndB.pot,2003)。2益生素的生产我国对益生菌的研究开始于80年代,但应用则是近几年的事。相对起点高,发展快,以研究乳酸杆菌、芽孢杆菌为主。1992年我国成立中国微生态学会。“八五”期间四川农业大学首次承担国家攻关项目—饲用微生物添加剂的研究,于1995年顺利通过国家验收。其制成猪用(8701)、鱼虾用(8801)和家禽用(8901)微生物添加剂,在四川、上海、西安、辽宁、湖北、云南等9个省市推广应用,效果显著,猪、鸡、鱼、虾的平均增重达12.0%～36.6%,饲料利用率提高8%～23%,成活率提高8.7%～21.0%,预防猪、鸡、鱼、虾细菌性下痢的有效率达90%以上。1999年农业部公布了12种可以使用的菌种。2001年又将地衣芽孢杆菌列为可直接使用的菌种。1998年国内市场上能找到的益生菌产品主要有强力益生素(广州景泰)、加酶益生素(山东宝来利来)、加藤菌和康源菌保(陕西西安)几个品种。1999年增加了十几家公司,到2000年达100多家。产品主要有促菌生(大连医学院)、促康生(南京农业大学)、DM432菌粉(上海松江生物药厂)、增菌素(北京营养源研究所)、生菌素(广州希普)等。据不完全统计,目前国内厂家有400余家(何明清,2002),产品数百种。厂家主要集中在北京、山东、河南、河北、辽宁和四川。其他地区则比较少。年产量约1万t。北京百林康源、北京好友巡天公司、北京东方联鸣、巴氏公司,山东宝来利来、六和农牧科技园、广东农科院畜牧所、广州希普公司、福建博大、上海创博公司、新疆天康集团、湖北安琪公司、四川平大、成都明智公司、沈阳升泰和河北金龙公司等都有一定的生产规模。国内益生素厂家多以含酶(纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶)复合菌剂为主,单一菌制剂在生产中应用很少。菌剂多为粉剂,一般包括乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌等有益菌。有些菌剂还包括光合细菌等。比如山东宝来利来生物工程股份有限公司的益生菌中的有效菌株是芽孢杆菌、乳酸菌和酵母,广州希普公司的“普乐宝”中的有效菌种同样为芽孢杆菌、乳酸菌和酵母,北京桑普生化公司生产的“益菌多”的有效菌株为乳酸菌和芽孢杆菌。活菌含量依产品不同而不同,山东采禾产品TT、TQ、TFC活菌含量≥10亿个/g,而河北黄骅渤海产品活菌数超过200亿个/g,瑞典生产的MedipharmStabisil含乳酸菌20×109个/g,粪链球菌≥200亿个/g,混合制剂不少于50～100亿个/g,可见差异是比较大的。制剂有多用途非专用的,也有单胃家畜、家禽、反刍动物或鱼类专用的。依制剂种类和应用对象不同,以饮水或拌料方式食入,依产品所含活菌数、制剂种类及饲用对象不同使用量变异较大,用量一般在0.02%～0.2%之间。据最新消息,目前我国对益生素的需求量约为3万t。德国、法国、瑞土、美国和台湾等国和地区进入我国的同类产品的菌种主要是蜡样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸杆菌等。由于其售价高,在我国应用受限。当前我国益生素供应明显不足。河北沧州和安徽正大源正分别筹建万吨级规模的益生素生产线。医学上应用的益生素有丽珠肠乐、回春生、金双歧、整肠生、降脂生、抑菌生、培菲康和乳康生等,多用于肠胃保健和腹泻治疗。最新资料显示,我国益生素保健品消费量每年近百亿元,并呈逐年上升的趋势。目前,国内生产益生素保健品的大小企业有近百家。3日粮添加益生素在人们呼唤绿色安全畜禽产品的今天,益生菌在畜牧业中已经获得了广泛的应用,研究报道很多,而且表现出良好的正效应。应用遍及反刍动物、单胃动物及水产养殖业(见表)。李义海等(1998)报道,在奶牛中应用益生菌,可使奶牛产奶量提高7%～10%,乳蛋白含量提高0.1～0.2个单位,乳脂率提高0.1～0.3个单位。张金坤等人(1999)报道,应用饲用微生物添加剂可提高蛋鸡产蛋率9.4%,提高蛋鸡成活率5.6%,且能显著降低耗料量。傅义刚等(1997)报道,在鸡饲粮中添加0.5%“强力益生素”(其菌种是从国外引进的益生素菌株-芽孢杆菌和乳酸菌),鸡血液球蛋白水平提高,血氨减少,鸡的抗病力增强,死亡率降低。李焕友等(2001)报道,用“保得”益生菌剂饲喂黄羽肉鸡能够改善肉鸡胴体品质和消除产品中的药物残留。傅月华等(1994)从5日龄健康乳猪的新鲜粪便中分离获得消化链球菌和乳酸杆菌菌株,将其应用于断奶仔猪饲喂试验。结果表明,在日粮中添加1%的这种自行分离制得的乳酸菌剂的组与添加土霉素、喹乙醇的试验组比较,其断奶仔猪的平均日增重分别为597.3、564.6和522.6g。说明断奶仔猪应用乳酸菌剂的效果优于使用抗生素。权吉锡(1996)报道,生长育肥猪日粮中添加益生素可使日增重提高9.5%。薛恒平等(1997)报道,把用芽孢杆菌、光合细菌、蛭弧菌等制成的复合菌剂(益生素王),按1mg/kg用量投入虾苗放养1月后虾池中,每星期投入1次,共3次,结果试验组对虾发生病毒病的时间较对照组延迟10d,产量增加40%;用于文蛤,试验组3个池塘均未发病,而对照组3个池塘发病率为30%～50%。陈大良(1997)报道,用含微生态制剂的饲料喂鱼,鱼生长速度明显提高,吃食性鱼类增重30%以上,滤食性鱼类增重20%～25%,饲