伴侶動(dòng)物已成為社會(huì)中非常重要的成員，如犬在過(guò)去兩個(gè)世紀(jì)里的社會(huì)角色已經(jīng)從主要?jiǎng)诹Γ幢O(jiān)護(hù)、運(yùn)輸、放牧和狩獵）演變?yōu)槟軌騽偃伟ㄌ厥庑袆?dòng)（如救援、軍事）、治療護(hù)理（如疾病檢測(cè)、幫助感官受損者）和陪伴等工作的一系列角色?？紤]到它們?cè)谌祟惿钪械牡匚辉絹?lái)越重要，對(duì)于伴侶動(dòng)物糧食的關(guān)注點(diǎn)也從能否提高其生產(chǎn)力轉(zhuǎn)變?yōu)槟芊窀纳破浣】?、壽命和生活質(zhì)量。這種轉(zhuǎn)變直接體現(xiàn)在功能糧的出現(xiàn)，功能糧作為一種新興產(chǎn)品，除提供必需的營(yíng)養(yǎng)素外，更重要的是能夠促進(jìn)機(jī)體健康。功能糧的有效成分包括植物提取物、纖維、關(guān)節(jié)補(bǔ)充劑、非必需營(yíng)養(yǎng)素或微生物和酵母衍生產(chǎn)品，可通過(guò)發(fā)揮預(yù)防或治療作用來(lái)提高寵物食品的價(jià)值。益生菌幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直用于人類食品發(fā)酵生產(chǎn)，如酸奶、奶酪、葡萄酒和面包等，近些年被視為健康食品的促進(jìn)補(bǔ)充劑。但益生菌對(duì)寵物的功效是一個(gè)相對(duì)較新的研究領(lǐng)域，文章對(duì)益生菌在寵物食品中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述并展望了潛在發(fā)展方向。
益生菌是指對(duì)人類或動(dòng)物有益的一類活性微生物，主要包括細(xì)菌和酵母等。對(duì)于動(dòng)物而言，益生菌通常具有提高其生產(chǎn)性能以及抗病力的作用，同時(shí)也具有一定的替代抗生素的潛力。益生菌是活的微生物，當(dāng)給予足夠的量時(shí)，會(huì)給宿主健康帶來(lái)益處，據(jù)估測(cè)，2020—2027年間益生菌強(qiáng)化食品市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從480億美元增長(zhǎng)到940億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為7.9%。然而相對(duì)于人類和畜禽，益生菌在貓和犬上的應(yīng)用研究仍較為缺乏。Pub Med數(shù)據(jù)庫(kù)中1990—2021年間以“人類”和“益生菌”為關(guān)鍵詞搜索中相關(guān)出版物超過(guò)20 000篇，而以“犬”和“益生菌”為關(guān)鍵詞僅搜索到相關(guān)出版物僅有約250篇。盡管研究較少，但益生菌在寵物補(bǔ)充劑、食品和零食中得到快速的推廣應(yīng)用，并且已經(jīng)通過(guò)了部分臨床實(shí)踐。美國(guó)食品和藥物管理局獸醫(yī)中心與美國(guó)飼料控制官員協(xié)會(huì)（AAFCO）于1989年首次發(fā)布了可用于豬和家禽等動(dòng)物飼料的細(xì)菌和酵母生物清單，經(jīng)過(guò)多年的修訂，目前有41種非產(chǎn)毒細(xì)菌被認(rèn)為可安全應(yīng)用于伴侶動(dòng)物食品中。我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部允許使用的飼料微生物添加劑的菌種有34種，分為乳酸菌類、芽孢桿菌類、酵母菌類和光合細(xì)菌類等。這些微生物可以根據(jù)生理特征如細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、耐氧性以及是否形成孢子來(lái)進(jìn)行分類。
一般來(lái)說(shuō)，作為候選益生菌不但要滿足安全和監(jiān)管指南要求，還應(yīng)對(duì)胃腸道中兩種主要化學(xué)應(yīng)激源（酸、膽汁鹽）具有一定程度的抵抗力。此外，任何用于商業(yè)加工寵物食品的菌株都應(yīng)該在溫度等外部條件發(fā)生變化或和食品本身化學(xué)成分（即基質(zhì)酸度、氧氣存在、水活性或存在微生物抑制劑）發(fā)生變化時(shí)表現(xiàn)出較高的耐受性。寵物食品中添加益生菌與傳統(tǒng)寵物食物相比可以提高產(chǎn)品的感知價(jià)值，但如果在選擇益生菌時(shí)沒(méi)有考慮上述特征，實(shí)際應(yīng)用效果難以保證。研究人員通過(guò)對(duì)市面上的寵物食品調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，53%的抽樣商業(yè)產(chǎn)品標(biāo)簽上的菌株分類和菌落形成單位保證值方面存在嚴(yán)重不足，這表明需要對(duì)益生菌菌株活性進(jìn)行驗(yàn)證，以確保動(dòng)物食用時(shí)菌株的活性。
益生菌的代謝活動(dòng)具有菌株特異性，同一細(xì)菌的不同菌種或菌株并非都具有相同的代謝途徑。腸球菌、乳桿菌和雙歧桿菌是動(dòng)物最常用的益生菌，它們的主要終產(chǎn)物為乳酸。傳統(tǒng)意義上產(chǎn)乳酸菌株是革蘭氏陽(yáng)性厭氧菌或兼性厭氧菌且不形成孢子，但這些菌株會(huì)產(chǎn)生其他物質(zhì)，例如過(guò)氧化氫和細(xì)菌素，這些物質(zhì)會(huì)影響宿主微生物群。近期報(bào)道中系統(tǒng)評(píng)價(jià)了上述益生菌對(duì)犬的健康益處，包括改善糞便質(zhì)量和對(duì)表觀全消化道消化率、微生物發(fā)酵終產(chǎn)物以及免疫系統(tǒng)反應(yīng)的綜合影響。然而，可應(yīng)用于食品中的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞（正常生活的細(xì)菌細(xì)胞）較易因烹飪和在胃腸道環(huán)境等壓力而受損和死亡，因此需要使用例如微囊化等細(xì)胞保護(hù)技術(shù)等來(lái)增強(qiáng)這些微生物的存活率。這是一個(gè)不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域，對(duì)于含有非孢子形成益生菌的功能性食品的未來(lái)至關(guān)重要。
絕大多數(shù)寵物食品都需經(jīng)過(guò)一定程度的烹飪或滅菌，以達(dá)到延長(zhǎng)保質(zhì)期并降低病原微生物等在成品中持久存在的風(fēng)險(xiǎn)的目的。熱處理可減少或破壞有害微生物活性，但如果處理不當(dāng)，加熱過(guò)程也可能對(duì)益生菌造成破壞，導(dǎo)致其細(xì)胞外膜和肽聚糖壁、細(xì)胞質(zhì)膜完整性的喪失以及細(xì)胞器、RNA、DNA和酶的變性，選用適當(dāng)?shù)募庸し椒ㄓ葹橹匾?/p>
擠壓是當(dāng)今寵物食品商業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的技術(shù)，研究表明在擠壓過(guò)程中施加到食物的熱能與機(jī)械能的比率會(huì)影響寵物食品顆粒的結(jié)構(gòu)特征。嗜熱微生物如芽孢桿菌菌種由于具有較高的耐熱性，可根據(jù)其數(shù)量變化來(lái)判斷加工工藝能否實(shí)現(xiàn)滅菌作用，因此該菌種被普遍應(yīng)用于工藝驗(yàn)證研究。Okelo等研究中將擠壓機(jī)機(jī)筒出口溫度、糖漿進(jìn)料水分含量和機(jī)筒停留時(shí)間等因素組合在一起形成了15種工藝組合，結(jié)果表明當(dāng)飼料在24.5%水分含量、3 s停留時(shí)間和82℃或更高模具溫度擠壓時(shí)沙門氏菌無(wú)存活，嗜熱芽孢桿菌仍有存活，證明了形成孢子的微生物在擠壓過(guò)程中具有存活下來(lái)的潛力。
大多數(shù)寵物食品的蒸煮烹飪過(guò)程需要在低酸高水分條件下注入蒸汽，使產(chǎn)品加熱至121℃以上，目的是消除營(yíng)養(yǎng)性病原體和腐敗微生物以及肉毒桿菌孢子，最終使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無(wú)菌。根據(jù)食品成分和包裝類型，在3～10 min的升溫期間將殺菌鍋升溫，并于121℃下保持至少2 min，如果這種病原體恰好存在于原材料基質(zhì)中，則保持時(shí)間必須足夠長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)孢子數(shù)量的減少。烹飪過(guò)程的嚴(yán)苛條件使得最頑強(qiáng)的微生物也難以存活，但包括益生元和后生元等在內(nèi)的功能性成分可能會(huì)被保留。
冷凍干燥被認(rèn)為是一種相對(duì)溫和的脫水過(guò)程，冷凍干燥過(guò)程沒(méi)有外部熱量并且使用冷凍干燥法去除水的速度很慢。隨著市場(chǎng)對(duì)具有高生物利用度和較少熱處理的產(chǎn)品的需求不斷增加，冷凍干燥的寵物食品和零食在過(guò)去十年中受到市場(chǎng)歡迎。由于產(chǎn)品在沒(méi)有外部熱量的情況下脫水，因此冷凍干燥不被視為烹飪過(guò)程，但根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，凍干寵物食品配方中使用的成分可以是預(yù)煮的或生的。寵物食品中使用的許多益生菌制劑最初都是借助保護(hù)性介質(zhì)通過(guò)冷凍干燥來(lái)保存的，這種保護(hù)性介質(zhì)有助于防止細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)因細(xì)胞核中流失水分而受損，從而延長(zhǎng)了益生菌培養(yǎng)物的貨架期。益生菌脫水后由于其細(xì)胞含水量已經(jīng)很低，凍干過(guò)程中除去的水分主要來(lái)自細(xì)胞外周而非細(xì)胞內(nèi)，因此比未脫水的益生菌更適合與糧食混合后進(jìn)行冷凍干燥。對(duì)于未脫水的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，凍干過(guò)程會(huì)使細(xì)胞內(nèi)形成冰晶，造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，從而損傷細(xì)胞。革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁內(nèi)存在較薄的肽聚糖層和脂多糖，因此革蘭氏陰性菌相對(duì)于革蘭氏陽(yáng)性菌株的存活率較低。然而，冷凍干燥對(duì)活細(xì)胞的破壞作用不足以減輕食源性病原體的風(fēng)險(xiǎn)，因此許多凍干寵物食品和零食可能會(huì)經(jīng)過(guò)獨(dú)立于凍干循環(huán)的輻照或高壓處理等對(duì)其進(jìn)行額外加工。
烘焙在面包、零食、蛋糕、玉米餅、糕點(diǎn)、餡餅、寵物零食、寵物食品等產(chǎn)品加工過(guò)程中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的烘焙產(chǎn)品主要由谷物粉組成，但基于肉類配方的烘焙產(chǎn)品在寵物食品行業(yè)也較為常見(jiàn)。烘焙過(guò)程中活微生物遇到的主要壓力源是熱量，烘焙持續(xù)的時(shí)間和溫度足以滅活大腸桿菌或沙門氏菌病原體，但目前尚未有針對(duì)不同烘焙過(guò)程中病原菌或直接可飼喂微生物滅活效果的科學(xué)驗(yàn)證。有試驗(yàn)表明，在190.6℃條件下經(jīng)過(guò)17 min的烘焙，腸道沙門氏菌亞種由8 log CFU/g減少至3 log CFU/g，而烘焙21 min才能減少至1.9 log CFU/g；在傳統(tǒng)烤箱中烘焙13 min的漢堡面包需要高達(dá)218.3℃才能達(dá)到減少至2 log CFU/g。這表明微生物存活率的可變性可能取決于烘焙溫度和時(shí)間以及微生物固有的耐熱特性。為了規(guī)避熱應(yīng)激，將益生菌細(xì)胞包裹在烘焙產(chǎn)品表面的可食用薄膜或涂層中是一種具有發(fā)展前景的方法，在以海藻酸鈉為底物的成膜溶液中，濃縮乳清蛋白可將益生菌懸浮在上述凝膠中，用作烘焙食品的局部涂層。由94%的水、5%的淀粉和1%的微膠囊化益生菌組成的功能性淀粉基涂層應(yīng)用于面包并于180℃下烘焙16 min后，微膠囊化嗜酸乳桿菌的存活率達(dá)到63%。研究表明，植物乳桿菌（CIDCA83114菌株）在30℃烘焙40 min后，使用玉米淀粉基薄膜（活細(xì)胞計(jì)數(shù)減少4個(gè)對(duì)數(shù)）比海藻酸鈉薄膜（活細(xì)胞計(jì)數(shù)減少6個(gè)對(duì)數(shù)）提高了存活率，這表明基于淀粉的懸浮液可能比其他薄膜更有效地保護(hù)烘焙條件下的益生菌活性?？紤]到微生物制備、寵物食品和治療配方中使用的原材料、應(yīng)用方式和加工條件等各個(gè)環(huán)節(jié)涉及的范圍較廣，有必要將益生菌活性驗(yàn)證作為商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)流程的一部分。
貓和犬的消化系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，適合消化高蛋白質(zhì)的食物。相對(duì)于犬，貓是相對(duì)嚴(yán)格的食肉動(dòng)物，對(duì)葡萄糖等碳水化合物利用率低，對(duì)高蛋白質(zhì)食物的要求更高；雖然犬與貓有許多相同的解剖學(xué)和代謝特征，但犬更偏向于雜食，可消化、吸收和代謝大量碳水化合物。由于貓和犬具有不同的飲食需求和消化系統(tǒng)，它們對(duì)益生菌的需求以及益生菌產(chǎn)生的效果也不同。
胃腸道疾病是犬類最常見(jiàn)的健康問(wèn)題之一，大多數(shù)表現(xiàn)為急性或慢性腹瀉，在某些情況下表現(xiàn)為嘔吐或厭食。已有研究表明不同類型的益生菌對(duì)于治療犬的腸道疾病具有積極結(jié)果。目前在犬上研究應(yīng)用較多的益生菌包括乳桿菌屬（Lactobacillus）和腸球菌屬（Enterococcus）。例如，飼喂犬源約氏乳桿菌（L.johnsonii CPN23）能夠降低雌犬血漿葡萄糖和膽固醇水平，并增加高密度脂蛋白和低密度脂蛋白比率，同時(shí)增加提高其纖維消化率，增加糞便短鏈脂肪酸濃度、降低氨濃度；飼喂犬源發(fā)酵乳桿菌（L.fermentum CCM 7421）能夠提高犬只糞便乳酸菌數(shù)量、降低梭菌數(shù)量，改善血液中的總蛋白質(zhì)、膽固醇和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平；此外，飼喂鼠乳桿菌（L.murinus Lb P2)或嗜酸乳桿菌（L.acidophilus D2/CSL)能夠改善犬只體況評(píng)分、糞便稠度、精神狀態(tài)及食欲。腸球菌研究方面，飼喂屎腸球菌（E.faecium DSM 32820）犬只在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中具有最佳的糞便稠度，刺激了血液吞噬細(xì)菌活性和白細(xì)胞代謝活性；飼喂屎腸球菌（E.faecium SF68）能夠改善犬只腹瀉癥狀并消除賈第鞭毛蟲(chóng)包囊，同時(shí)提高三酰甘油濃度并降低膽固醇濃度。除上述兩類益生菌之外，也有研究發(fā)現(xiàn)飼喂雙歧桿菌（Bifidobacterium animalis Bb12）的犬只糞便中三酰甘油和白蛋白濃度顯著降低，乙酸、乙酰乙酸和戊酸濃度增加。益生菌之間也可能存在協(xié)同作用，例如，同時(shí)飼喂犬只乳桿菌（L.casei Zhang和L.plantarum P-8）和雙歧桿菌（B.animalis subsp.lactis V9）能夠顯著提高其平均日采食量和平均日增重，增加糞便中的有益細(xì)菌并減少潛在有害細(xì)菌數(shù)量。
與犬相比，益生菌在貓中使用的研究較少，而且由于生理特征和日糧組成的差異，益生菌對(duì)貓生長(zhǎng)和健康的作用功效無(wú)法完全從犬的研究結(jié)果中推斷。與犬相似的是，在貓上研究應(yīng)用的益生菌主要也是乳桿菌屬和腸球菌屬，其中屎腸球菌SF68對(duì)貓的益生作用研究較多：幼貓階段，屎腸球菌SF68能夠通過(guò)提高CD4+淋巴細(xì)胞比例改善其免疫力；在成年貓階段，屎腸球菌SF68能夠緩解其腹瀉發(fā)生率，同時(shí)使糞便微生物多樣性，這表明微生物群更穩(wěn)定；此外，屎腸球菌SF68對(duì)改善感染慢性貓科動(dòng)物皰疹病毒1的貓腸道微生物群落穩(wěn)定性，并降低了與該病毒感染相關(guān)的發(fā)病率。除屎腸球菌外，添加另一種腸球菌屬的益生菌——多毛腸球菌（E.hirae）能夠提高該菌在幼貓腸道中的定植水平。乳桿菌屬方面，嗜酸乳桿菌DSM13241可增加成年貓糞便中有益的嗜酸乳桿菌和嗜酸乳桿菌群的數(shù)量，并減少梭菌屬的數(shù)量，降低糞便p H和血漿內(nèi)毒素濃度；另一方面，嗜酸乳桿菌D2/CSL能夠改善健康成年貓的糞便形態(tài)并增加糞便中的乳桿菌數(shù)量。
益生菌有助于促進(jìn)伴侶動(dòng)物的健康和保健，在實(shí)際生產(chǎn)中，益生菌產(chǎn)品主要以飼料添加劑、膳食補(bǔ)充劑和含益生菌食品的形式出現(xiàn)，但在寵物食品加工過(guò)程中如何保證益生菌活性、保證產(chǎn)品的功效仍存在許多挑戰(zhàn)，因此，選擇合適的菌株至關(guān)重要。在選擇寵物食品生產(chǎn)應(yīng)用中挑選益生菌菌株要考慮生理特性（尤其是耐熱性、耐氧性、耐酸和膽汁性）、穩(wěn)定方法（如孢子形成、冷凍干燥或封裝）、加工條件（包括時(shí)間、溫度、壓力、水分、水分活度、p H）、使用方法、包裝和儲(chǔ)存條件等，且未來(lái)在開(kāi)發(fā)應(yīng)用新型益生菌菌株或在對(duì)加工條件、產(chǎn)品配方或包裝設(shè)計(jì)進(jìn)行任何調(diào)整時(shí)均應(yīng)驗(yàn)證益生菌的活性。
