北京英惠尔技术总监王宏：微生物发酵技术助推健康养殖
各位专家、各位朋友，大家好！感谢辅音国际平台为我们提供一起学习和交流的机会，本次向大家报告的题目是《微生物发酵技术助推健康养殖》。
一、健康养殖的内涵
根据养殖对象的生物学特性，运用生态学和营养学的原理，营造良好的生态环境，为其提供充足的全价饲料，使其最大限度的减少疾病的发生，生产的畜产品安全、个体健康、对环境无污染。所以它是动物健康、产品安全和环境友好的三维一体。健康养殖是一个系统工程，要求我们做到种源无病原、环境少病原、机体抗病原、原料少病原、必要的原料预处理，还使用一些生物制剂得到锦上添花。
二、微生态制剂对健康养殖业的贡献
微生态制剂可以提高饲料的利用率、平衡肠道菌群、提升免疫、抑菌消炎、低排放、改善环境，改善畜产品的品质，达到营养和安全。谈到肠道健康，要有一个衡量的标志或者内在的表现，用“两好”、“两平”表达就是消化吸收好、屏障功能好、菌群平衡和免疫平衡。我们可以采取单一或者是组合的方案来保障肠道的健康，比如说养菌、益菌、养肠、抗炎、助消化、收敛以及吸附毒素等，这些措施可以采取单一或者是组合的方法。可以从饲料的营养结构出发来保障肠道的健康。比如说我们要考虑到原料的可消化性、原料中的抗营养因子和毒素、配方中营养的精准程度、配方中营养素的平衡、加工的程度，以及使用一些非营养的保健措施。我们提出了一种三维一体的动物健康方案，就是养益菌、强免疫和促平衡。这个方案的提出是基于我们有一个比较完善的研发创新模式，这个模式可以分为三个阶段，第一个阶段就是从0-1，也就是从无到有的探究阶段。我们和国内的几家科研院所来合作。第二个阶段从1-10，也就是说研究的落地、研究的量产和产业化，那就是靠我们公司的生物技术研究院来完成。比如说包括菌种的诱变、基因工程和发酵工程等这些方面。有了产品以后，最后要做应用，就是从10～100这个阶段。我们和国内的一些科研院所的专家合作，对一些产品的验证实验。这个模式是基于我们有一个比较完善的微生物发酵平台，借助这个平台，我们生产出一些发酵的制品，比如说酵母培养物是用于养益菌，酵母肽和枯草肽是调节免疫，用于抑制一些病原菌。接下来分享的内容分几个部分：养益菌、强免疫、促平衡和最后一个小结。酵母培养物是肠道益生菌首要的营养底物，因为肠道不缺微生物，缺的是高活力的微生物。酵母培养物的组成，有酵母的代谢产物，酵母细胞还有变性的培养基。它的营养活性成分有哪些？有酵母细胞外的代谢产物，酵母细胞还有变性的培养基这些成分，所以我们说酵母培养物它不是常规的营养成分，它是营养的活性成分，而且它不是一种营养成分在起作用，而是多种营养活性成分在协同作用。作用的途径呈现多层次和多发点。它对动物健康的作用和途径概括了这四个方面：平衡肠道微生物、改善肠道形态结构、平衡免疫系统，以及和纤维有一定的协同效应。
我们采用的是液固连续的方式来生产酵母培养物。首先是摇瓶制作，接下来是三级高密度的液体发酵，之后是深层的固体发酵，然后经过干燥、粉碎、包装就获得了成品。使用的是一种专利菌株，它发酵的生物量比一般的菌株高出了40%。去年年底我们对专利菌株又进行了改造，得到了一个新的菌株，他比原来的菌株发酵的生物量又提升了30%，所以，现在给我们战略伙伴机构的产品等于是加量不加价。我们可以用许多方法来监测酵母培养物中的代谢产物，比如说可以用化学分析的方法、蛋白电泳、近红外分析、HPLC分析、液质联用这些技术来度量和监测酵母培养物中的代谢产物。
三、酵母培养物的主要区别
根据我刚才的讲述我们不难发现，一个是菌种，不同的酵母培养物用的菌种可能是有不一样的地方。有的是用普通的干酵母，还有的加了一些枯草芽孢杆菌，而我们是用大量的鲜活酵母，单菌种发酵。项目工艺也不一样，有的只是固体发酵，我们是液固联合发酵。培养物的组成也有些差别，由于菌种工艺和组成的不一样，就导致了酵母培养物使用以后表现出来的一些效果有一些不同。
接下来，我们看几个实验，看一下酵母培养物在生产中的使用效果，首先在猪方面，这是四川农大的吴德教授在母猪上做的一个实验，实验设计了三个组：对照组、实验组和某品牌组。从表中我们可以看出，母猪的采食量与对照组提升了接近9%，断奶后的发情间隔和背膘的损失大幅度的下降，粪便中微生物的菌球的组成也发生了改变，仔猪在哺乳期的日增重比对照中显著提升。这些指标和国外某品牌组对比也有不同程度的提升。我们再看保育猪方面，实验设计了两个水平，日料中添加0.5%酵母培养物，日增重和免疫球蛋白的水平与对照组显著的提升。当加到1%的时候，补体水平显著提升，而血浆内毒素的量显著下降。我们再看母子一体化使用酵母培养物，也就是说母猪阶段和仔猪阶段一起用酵母培养物。我们先看母猪阶段，实验组比对照组断奶中有显著的提升，哺乳期的日增重也达到了显著的提升水平。而母猪断奶后的发情间隔显著降低，在保育猪阶段26-70日龄的日增重，事业组比对照组都有显著的提升水平。除了吴德教授的实验，其实我们还委托一些其他的专家，也在猪上做了一些实验结果。比如说东北农大的单安山教授在母猪上出的结果以及华南农大的管武太教授在生长猪上出的结果。
接下来我们看在蛋鸡方面的应用。这个实验设计了两个组，实验组在日粮中加了两公斤的酵母培养物，我们看免疫的死淘数、破蛋率和总的死淘率，实验组比对照组大幅度的下降。我们再看免疫和降温蛋鸡产蛋率的变化，这期间由于免疫和降温，实际上产蛋率是有波动的，但我们可以看出来，对照组的产蛋率下降的幅度比较大，而实验组波动的幅度相对比较小。也就是说酵母培养物某种程度上能够减缓应激。这是华中农大给我们完成的委托实验,这个实验已经发表到2009的Poultry Science。总体的实验结果是补充了酵母培养物蛋鸡的生产水平得到了改善，肠道的消化酶提升，内毒素的量下降，而且小肠的屏障功能得到了改善。用浓缩性的酵母培养物在蛋鸡上做实验，我们看总的抗氧化能力，实验组比对照组都达到了显著的提升水平，血浆内毒素的量显著降低，蛋壳的强度有显著提升。
我们再看奶牛方面，就是国家奶牛产业技术体系李胜利教授给我们完成的委托实验。实验设计了三个组，我们可以看出实验组比对照组日产奶量提升了1.25公斤，乳脂率和瘤胃的挥发性脂肪酸就提升了10%以上，该物质的表观消化率也有一定的提升，而且实验组比某品牌组这些指标也有所改善。这个奶牛每天饲用浓缩性酵母培养物一天为30克。在肉牛方面，肉牛的日粮中添加酵母培养物每头每天150克。我们看实验结果，平均日增重和肌肉的大理石花纹的等级，实验组比对照中都有所提升，而料重比、肌肉的滴水损失和蒸煮损失都不同程度的有所下降。
再看在肉羊方面，这是中国农科院饲料所刁其玉研究员为我们完成了很多实验。日粮中增添加酵母培养物是0.5%，我们可以看出日增重比对照组提升了20%，该物质补蛋白、NDF、ADF的表观消化率有不同程度的提升，瘤胃挥发性脂肪酸的提升幅度会更大。
最后，再看水产方面应用酵母培养物的结果，这是我们2017-2018年在实验室做了10个批次的添加酵母培养物替代鱼粉或者直接添加工作后鱼的死亡率。这10个批次只有1个批次，实验组的死亡率比对照组高，其他9个批次都比对照组低。对照度平均的死亡率是67%，实验组平均是54%，绝对值降低了13个点。也就是说酵母培养物可以对这个使用集体有一定的免疫保护率。水产酵母培养物合作实验的研究结论，在鲫鱼、草鱼及罗飞鱼上，我们可以看出实验的一些共性指标。比如说都集中在抗氧化、免疫和抗应激这几个方面，都有所改善。同样在其他鱼、虾和大口黑鲈方面，也是免疫、抗氧化、抗攻毒以及对肝脏的代谢有不同程度的改善。
以上我们和大家交流了酵母培养物，接下来我们看调节免疫和抑制病原的免疫调节肽。免疫抗菌肽的作用和它的作用机制，我们可以归结为几个方面。第一个作用就是调节免疫，第二个作用就是抗病原，包括抗细菌、针灸、病毒还有寄生虫，它抗病原的主要机制还是膜渗透，也就是说破坏细胞膜的结构，这样细胞病原菌就凋亡。首先我们看酵母肽，酵母肽是专利菌株、酿酒酵母表达发酵的一种活性肽，它具有增强免疫和抑制病原的作用，结构成套锁状性质稳定。我们看不同的处理条件对酵母肽稳定性的影响，无论是高温、胃蛋白酶的处理或者是酸碱介质的处理，可以看出酵母肽比较稳定，可以耐受这些因素的感染。酵母肽不同添加水平对断奶仔猪生长性能的影响。我们实验设计了三个组，抗生素组和两个添加水平。可以看出每吨饲料添加500克酵母肽，它的日增重比抗生素组提升了5.7%，料肉比降低了3.3%，但是添加到每吨一千克的时候，由于采食量的降低，增重并不很理想，料肉比又升高了，所以，我们说酵母肽的添加量也不能太大。这是酵母培养物抗菌肽替代抗生素对断奶仔猪生长性能的影响。实验设计了5个组，我们可以看出氧化锌和抗菌肽配伍这样一个组合，它基本达到了抗生素和氧化锌的结果，但是氧化锌和酵母培养物的配伍，特别是酵母培养物和抗菌肽的配物，似乎就不如氧化锌和抗菌肽的配伍来的结果好。当然了在这个组合上再多加酵母培养物也是没有必要的，所以实验也就是给大家提供了一个组合的方案。同样在蛋鸡方面我们做了酵母肽的实验，对照组和实验组实验前后产蛋率和产蛋量的变化没有达到显著的水平，但是有一个规律，实验组的增重幅度要比对照组要高。实验对鸡蛋的品质：蛋壳强度显著的提升，而哈氏单位没有太大的变化。再看白羽肉鸡方面，实验设计了两个组：抗生素组和实验组，也就是说酵母肽再加酸化剂这么一个组合。实验35日龄结束的时候，实验组的体重比对照组提升了8.4%，死亡率绝对值下降了一个点，相对值下降了22%。同样是一个肉鸡的实验，去年4月份我们委托中国农科院畜牧兽医研究所完成的实验。我们看到肉鸡日粮中使用酵母肽以后，它的腹泻指数特别是在后期是显著的降低，总的抗氧化水平的提升，血浆内毒素的量显著的降低。这是酵母肽对犊牛腹泻的一些防治效果，我们在终端不同地方做的一些实证实验，不同批次的实验结果有一些波动，但总体来说对腹泻的降低率都是在30%-60%左右。这个添加方案是出生的犊牛每头每天投喂10g的酵母肽，连用7天。羔羊方面我们做了酵母肽对肠道炎症和屏障功能影响的一个实验。从实验的结果来看，酵母肽可以提高增重、降低腹泻，能够使肠道的屏障功能有所增强。还有就是肠道微生物的区系得到了改善。比如说拟杆菌、厚壁菌丰度上升，而志贺氏菌、大肠杆菌在下降。在水产方面，我们用酵母肽对鲤鱼抗病力的影响做了一个测试。这个实验是用维氏气单胞菌对鲤鱼进行攻毒，我们看对照组是没有使用酵母肽，而实验组使用酵母肽。可以看出来攻毒以后，对照组的死亡率明显要高于实验组，而且随着添加量的增加，攻毒后的累积死亡率是在降低的，说明酵母肽对鲤鱼的攻毒有一定的保护力。以上我们介绍的是酵母肽，主要是抑制一些阴性菌，比如说大肠杆菌。
四、枯草肽的生物学作用
接下来，我们看另一个肽就是枯草肽，也是一种免疫调节肽，它主要是用于增强免疫。枯草肽是我们和清华大学共同合作的一个微生态项目，它是由枯草芽孢杆菌代谢产生，菌株和代谢产物都与众不同。那与众不同在什么地方？首先我们看菌株的筛选，我们筛选的菌株是要重点考察它芽孢的生成率和芽孢的萌发力，通过我们实验室测试，生产和萌发力度达到了80%以上，这是一个指标。我们还要度量它的免疫调节能力以及抑菌能力和抑菌物质的分泌能力，这是菌株筛选要考虑的指标。还有这个菌株也比较特别，它是一种天然菌株。安全、没有毒力基因、没有致病性，而且抗逆性都很强。还有个特别就是发酵过程的特别，一个是菌株自身的基因调控，还有我们要通过特别的培养和诱导方式，以及体外细胞工厂的合成调控。通过这样一系列的菌株的筛选和发酵过程的诱导和调控，我们发酵的枯草肽也就是脂肽的表面活性素，它的含量比一般市场上枯草类的芽孢杆菌要多10倍甚至百倍，比其他一些科研院所研究的也差不多要高好几倍。我们先看枯草肽的理化特性，它有两个很重要的特性，一个是两亲性，一个是耐受性。我们先说两亲性，它可以降低表面张力，既亲水又亲油，所以它非常适合做乳化剂，枯草芽孢杆菌菌株表达的紫苔脂肽表面活性素在我们畜牧饲料行业是首次使用。脂肽表面活性素，清华大学他们是主要用到中石油、中石化的石油开采，作为一种采油剂，因为它有很强的表面张力。脂肽表面活性素如果用于石油开采的话，它可以把油砂中的原油，我们叫洗脱率，可以达到93%以上。也就是说油砂里边如果有100克原油的话，它能洗脱出来的就是93g，而普通合成的化学的脂肽表面活性素，它的洗脱率只有40%，也就是说它有非常强的两亲性，这是它的两亲性特点，还有它有一定的耐受性，可以耐高温、耐胃酸、耐消化酶，直接到达后肠来发挥作用。从下面这个图我们可以看出，它实际上是有7个氨基酸的环肽链和13-17个不等的脂肪酸链而构成。由于脂肪链长短的不一样，氨基酸的名称和顺序不一样，所以脂肽表面活性素实际上它是一类物质，它不是一个成分，我们检测它至少有4个成分，就是右边的这4个成分。
1、可以提高枯草芽孢杆菌的活力和益生能力
也就是说是枯草芽孢杆菌在肠道的后端氧气很少，那么它可以提高在低氧条件下的生存能力，这样减少芽孢杆菌的自溶和失活，这是它的活力。还可以提升芽孢杆菌的益生能力，右边这个图可以发现随着添加量的增加， OD值在逐渐提升，也就是说它脂肽表面活性素可以提高枯草芽孢杆菌的益生能力。
2、提高动物机体的免疫力
脂肽表面活性素在动物的胃肠道，可以让胃肠道的益生菌发生球体感应，从而形成了聚集效应，这样能够形成菌膜，保护了肠道的黏膜，就是形成黏膜屏障，同时它可以破坏病原菌生存的生物膜，也就是说除了建好自己的防火墙，可以把别人的防火墙攻破。第二个方面就是促进免疫细胞的成熟分化和趋化，加快免疫应答，还可以阻断炎症发生的信号通路，抑制透明质酸酶的活性，也就是说它有抗过敏的作用。
3、抑制病原菌，对益生菌没有影响
比如说左上角我们测试的结果，对于产气荚膜梭菌的MIC，我们收集了市场上4种抗菌肽和惠公康进行测试，可以看出来惠公康的MIC是最低的。当然了，惠公康不管是对产气荚膜梭菌，它对金葡同样有效。
4、抑制病毒的入侵
这个PPT上展示的是猪的流行性腹泻病毒可以抑制它的疫情，其实对其他的病毒，比如说家禽方面的一些病毒和猪的一些传染性胃肠炎、伪狂犬、细小病毒同样有效。它抑制病毒的机制主要是脂肽表面活性素可以插到病毒的囊膜里面，这样阻止了病毒和细胞膜的负向弯曲，也就是说病毒它不能融合细胞膜，这个融合孔形不成就保护了细胞膜，它是通过这样一个机理来实现。
5、破坏球虫的结构
我们可以看到随着苦草肽浓度的提升，球虫的细胞膜破坏结构在明显的增强。最后一个功能就是促进脂代谢、抗氧化。以抗氧化为例，比如说它可以延缓脂质的过氧化，这样就保护了生物膜的完整性。因为氧化应激是我们养殖生产中非常普遍遇到的问题，比如说热应激甚至霉菌毒素应急，这给动物的健康带来一定的危害。如果我们消除这种应激源或者有一种生物能够减缓这种氧化的发生，实际上是对动物的健康起到了保护的作用。除了以上我们讲述的这些方面之外，其实脂肽表面活性素它在医药、食品、农药，刚才我们提到的石油开采、化妆品、洗涤还有环境修复方面都有非常广泛的用途。
我们看这样一个在猪方面的实验，抗菌脂肽对猪的一些生长和一些指标的影响。实验设计了5个组，有对照组、有抗生素组，还有抗菌脂肽的不同添加水平。从表中可以看出，把抗菌脂肽加到100克的时候，它的一些生产性能指标、抗氧化的指标、血清免疫球蛋白和补体以及肠道的病原菌和益生菌这些指标，它的表现都优于对照组，甚至达到或者是超过了抗生素及其他霉素的水平。同样在断奶仔猪跟金霉素做了对比，我们看料中比显著的降低，腹泻指数同样显著的降低。我们再看一下在鸡方面枯草脂肽的粗提物对鸡原大肠杆菌的抑制效果。我们看右下角这个图就是不同浓度的脂肽粗提物对鸡原大肠杆菌代谢活力的影响，可以看出随着脂肽粗提物浓度的提升，大肠杆菌代谢的活力逐步下降，当添加到0.5的时候，它的活力几乎就降的很低了。最后一个是在肉鸡方面的实验，脂肽和恩拉霉素的对比结果。我们看日增重和料总比显著的要优于对照组，甚至达到了抗生素恩拉霉素的水平。免疫器官指数同样优于对照组和抗生素组。血清溶菌酶表现出来显著的要高于对照组，达到了恩红拉霉素抗生素的水平的效果。以上我们讲了两个肽：酵母肽和枯草肽。
最后讲一下促进机体的三大平衡：菌群平衡、氧化平衡、免疫平衡。促进的内容，首先看菌群平衡，要最大限度的增加肠道微生物的多样性，提升益生菌菌群的丰度，肠道菌群达到稳态，这是菌群平衡方面。氧化平衡方面，氧化应激、损伤是疾病的祸根，我们要想方设法阻断氧化应激源，提升抗氧化能力，清除体内的毒素和自由基。免疫平衡方面激活免疫系统，使机体达到适度的免疫应答，应当筑牢防御屏障，提升免疫球蛋白的水平。微生态产品的配伍建议：我们建议益生菌、益生元与酶制剂配伍，达到菌酶协同效应；免疫抗菌肽以植物精油或者是酸化剂配伍，我们不建议免疫抗菌与益生菌配伍，因为这两个方面的产品组合起来了，没有一个协同的效应。
做一下小结，健康养殖应该从营养、环境、生态和畜产品安全方面综合考虑，养益菌、强免疫、调整肠道的菌形平衡、氧化平衡、免疫平衡是保障动物健康的基本手段。酵母培养物是肠道益生菌优质的营养底物，通过平衡肠道微生态，保护肠道粘膜结构、调节肠道的免疫机能，来促进动物的健康。酵母肽和枯草肽在增强集体免疫力的同时，具有抑制病原的作用。好了，我的报告就讲到这里，谢谢大家的聆听，有不妥之处希望大家提出批评建议，再次感谢大家！
