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替抗方法及其对微生物发酵行业带来的冲击

   日期:2020-08-02     来源:格物科学    浏览:1608    评论:0    
核心提示:抗生素是微生物发酵工业中的重要产品之一,因此在禁抗的大趋势下,生产抗生素的企业必将要面临转型和产能调整的危机。不过也并不是没有路子可走,我们可以转型到替抗的阵营中,而替抗的工艺技术也有很大一部分离不开微生物发酵。
  
 随着抗生素应用的发展,其在畜禽养殖业的应用严重影响动物生产、生态环境及人类健康。基于食品安全、人类健康、环境保护等畜牧业面临的问题,抗生素替代产品的研发及应用是畜牧业发展的趋势,也是动物养殖业亟需解决的重要问题之一,和禁抗相对应的就是替抗,不管是过去的抗生素时代,还是未来的无抗时代,视乎都和我们微生物发酵行业脱不了关系,里面包含有机遇和挑战。
 

禁抗对发酵工业的影响

抗生素是微生物发酵工业中的重要产品之一,因此在禁抗的大趋势下,生产抗生素的企业必将要面临转型和产能调整的危机。不过也并不是没有路子可走,我们可以转型到替抗的阵营中,而替抗的工艺技术也有很大一部分离不开微生物发酵。

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替抗带来的机遇

替抗,顾名思义,就是要代替抗生素来保证养殖业的健康发展。从放出禁抗相关风声的那一刻,我们就把替抗提上了日程,经过短时间的发展,也有一些产品可以大展手脚。

  

微生物制剂

  

微生物作为饲料添加剂已经被广泛的认可,微生物制剂是通过改善动物肠道菌群生态平衡而发挥有益作用,以提高动物健康水平、提高抗病能力、提高消化能力的一类产品。是有效解决,疾病泛滥、病菌耐药、免疫能力下降、成活率降低、养殖效益下降的有效手段。随着禁抗的进行,微生物制剂生产企业毕然要迎来机遇,寻找更加优秀的益生菌,提高生产工艺,提高应用效果,成为我们研究的重点。

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酶制剂

 

在众多替代饲料养殖的抗生素技术与产品中,酶制剂是其中被认可的一种。酶制剂同时具有抗生素的两种功能,即促生长和抗菌功能,例如葡萄糖氧化酶、溶菌酶等可以杀菌抑菌;而外源消化酶(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶)、植酸酶、非淀粉多糖酶等可以提高动物的生产性能。这是酶制剂的多种功能的一部分,酶制剂在畜禽饲料中有七种功能,包括:①营养利用功能;②肠道健康功能;③生理调控功能;④免疫调控功能;⑤脱毒解毒功能;⑥抑菌杀菌功能;⑦抗氧化功能。其中一些功能与抗生素的作用接近或相同。酶制剂的多功能性既源于酶种类的多样性,也与酶制剂在饲料养殖中应用技术的变化搭配有关,从使用技术角度,饲料酶有七种类型产品,单一的一种单酶(或者一类酶)无法简单满足抗生素功能的替代。但可以根据目的,使用复合酶、组合酶、配合酶、组合型复合酶或者组合型配合酶,当然,没有技术性的混合酶是不能解决实际问题的。

 
 

发酵饲料

 

发酵饲料是以微生物、复合酶为生物饲料发酵剂菌种,将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂为一体生物发酵饲料。该产品不但可以弥补常规饲料中容易缺乏的氨基酸,而且能使其它粗饲料原料营养成份迅速转化,达到增强消化吸收利用效果。

发酵饲料在仔猪上的替抗应用研究研究表明, 发酵饲料替代部分配合饲料对仔猪生长具有促进作用,能够显著提高日增重和降低料肉比,且效果与抗生素相当。经部分文献统计分析,大多数研究中发酵饲料替代量在 30%以下,应用时期在断奶仔猪阶段。

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抗菌肽

 

抗菌肽( AMPs) 广泛存在于生物体内,可以协助机体抵御外源微生物的侵害,是生物体先天性防御系统中的重要组成成分。普遍认为,抗菌肽通过膜损伤机制,破坏微生物细胞膜或细胞壁的完整性,达到抑杀微生物的目的。然而,越来越多的证据表明抗菌肽还存在非膜损伤机制,作用于胞内靶位点杀伤细胞。由于其独特的作用机制及广谱抗菌活性,抗菌肽被应用于各行各业。但是,抗菌肽的推广应用也面临着诸多难题,如生物稳定性、抗菌活性的维持和微生物耐受性等。

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抗菌肽与抗生素的作用机理不同,因此不易产生耐药性。除此之外,人们还发现,某些抗菌肽对部分病毒、真菌、原虫和癌细胞等有杀灭作用,甚至能提高免疫力、加速伤口愈合过程。

抗菌肽的应用需要解决两大问题:①工业化生产,抗菌肽的异源表达已经成为非常热门的研究方向之一。②提高稳定性,需要通过分子技术和下游应用工艺手段提高其应用稳定性。

细菌产生的抗菌肽也属于细菌素。

 

细菌素

 

细菌素(Bacteriocin)是某些细菌在代谢过程中通过核糖体合成机制产生的一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽,抑菌范围不局限于同源的细菌,产生菌对其细菌素有自身免疫性。

细菌素是很多益生菌的主要活性物质,因此其在抗生素的替代上也可占据一席之地。

【研究前沿】细菌素和芽孢杆菌素的分类及作用机制

 

植物精油

 

植物精油或香料,包括牛至油、百里香酚、肉桂醛。其实,人类在很早以前为了防止食物发霉变质就开始使用这些香料,直到抗生素横空出世,才发现这些东西遏制微生物的作用太弱了。抗生素与植物精油或香料相比,前者就像导弹,只打病原体,而后者则像化学武器,不管有害无害,对所有生命细胞都施加负面影响,本质上对人的生命有害。但为什么还是要用来抗菌?两害相较取其轻,与其让疾病泛滥还不如让机体受点损失。

 

酸化剂

 

酸化剂可分为有机酸化剂、无机酸化剂和复合酸化剂3种类型。目前,酸化剂已在国内外得到了广泛的使用。常见的酸化剂有延胡索酸、柠檬酸乳酸、甲酸、丙酸和乙酸等。使用酸化剂能提高动物的生产性能,增强机体免疫性能,维持肠道微生态平衡,提高饲料的利用率等。

酸化剂需要让胃内容物 PH 值降低到 3.5 甚至更低的水平,才能高效启动胃蛋白酶原活化成胃蛋白酶,可是要想达到那么低的 PH 值水平得加多少酸化剂?胃消化只是很初级的消化,营养物质消化吸收的 90%不是在胃而是在肠,特别是在小肠,所以只把胃酸化了,却破坏了肠消化,实在是本末倒置。小肠的消化需要在中性偏碱的环境中进行,之前增加了那么多外源性酸,食糜进入小肠怎会马上变成中性偏碱呢?而要想让酸性食糜变成碱性,得靠胆汁中碱性的胆汁酸盐来中和。胆汁靠肝脏代谢产生,需要胆汁太多无疑加剧了肝的负担。所以,片面地增加酸不可行。还有,保障酸在胃里发挥作用,到小肠不发挥作用,到后部肠段再起酸化作用,需要太复杂的包被工艺,目前的科学技术尚不具备。

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在常用的酸化剂中,柠檬酸,乳酸主要通过发酵的方法获得,也是我们发酵工业的范畴。

 

中药

 

中草药作为一种绿色饲料添加剂具有纯天然和多功能等特点[9],与传统的饲料添加剂相比,其特点在于:(1)副作用小,无耐药性,家畜对于其耐受程度表现良好;(2)中药配方复杂且多样,在用于饲料添加剂方面使得添加剂功能多样性;(3)原料来源广泛、天然,较于一般饲用添加剂而言,易大规模推广,对于资源利用也能起到一个很好的推动作用。

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目前,发酵中草药,或者发酵中药渣也是替抗的重要研究领域之一,通过发酵能够将中草药中更多的有益成分释放出来。但是中草药和发酵中草药的作用机理不明确,成分不清楚, 仍然需要不断加强研究。

 

中短链脂肪酸

 

短链脂肪酸是指碳链中包含碳原子数少于6个的脂肪酸,主要包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。短链脂肪酸可促进肠道发育,保持肠道完整性,调节肠道菌群结构,也叫整肠脂肪酸。中链脂肪酸是碳链中包含碳原子数6~12的脂肪酸,包括己酸、辛酸、癸酸和月桂酸等,不同于长链脂肪酸,中链脂肪酸的吸收代谢最大的特点是能通过门静脉直接进入血液和淋巴循环,快速为机体提供能量,因此也叫速能脂肪酸。

 

丁酸甘油酯

丁酸甘油酯可修复水产动物的肠道黏膜,提高肠绒毛高度和肠道各类消化酶活性,降低肠道有害致病菌数量,提高增重率,降低饵料系数。春季是投苗阶段,水产动物肠道发育的关键时期,决定养殖的成败,丁酸甘油酯作为丁酸最佳补充途径,能很好促进肠道发育,预防肠道疾病发生,提高动物健康度和成活率。

 
 
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