用于動植物的遞送系統(tǒng)和益生菌組合物的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的引用
[0002] 本發(fā)明要求2013年10月25日提交的美國臨時申請序號61/895,775的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及穩(wěn)定的益生菌組合物(probiotic composition)以及用于將該組合物 遞送至動植物的系統(tǒng)和方法，該組合物包括合生元組合物（symbiotic compos it ion)和結(jié) 合酸化的飲用水使用的組合物。
【背景技術(shù)】
[0004] 益生菌已經(jīng)多年用于農(nóng)田和農(nóng)業(yè)應(yīng)用。益生菌制劑的主要用途是作為飼料添加 劑，但是其他用途包括住處的處理、動物傷口護理、池塘處理、和水處理。當(dāng)用作飼料添加劑 時，益生菌材料通常直接地添加至飼料(被稱為直接飼喂微生物或者"DFM"）并且由動物消 耗。各種產(chǎn)品形式的DFM產(chǎn)品是商業(yè)可獲得的，包括粉末、漿料、凝膠、丸劑、和膠囊，DFM產(chǎn)品 可以混合到飼料中，施肥于、作為漿料給出、或者混合到飲用水或者代乳品中。使用劑量根 據(jù)產(chǎn)品變化，從單劑量應(yīng)用至連續(xù)供料應(yīng)用。大部分DFM產(chǎn)品必須存儲在陰涼的干燥區(qū)域， 遠離熱量、直射陽光、和高水平的濕度以防止破壞細(xì)菌或者使得細(xì)菌作為益生菌是無效的。 商業(yè)可獲得的DFM產(chǎn)品的一些形式包含細(xì)菌芽孢，尤其芽胞桿菌種屬，認(rèn)為細(xì)菌芽孢更穩(wěn)定 并且即使在苛刻的環(huán)境條件，諸如高溫、干燥和極端的PH下可以具有長的貯藏壽命。這些芽 孢將發(fā)育為營養(yǎng)細(xì)胞并且在條件變得有利時生長。食品藥品監(jiān)督管理局和美國飼料質(zhì)量委 員會(AAFCO)批準(zhǔn)幾個芽胞桿菌種屬在美國的DFM產(chǎn)品中使用，包括枯草芽孢桿菌、地衣芽 孢桿菌、短小芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌和遲緩芽孢桿菌。其他國家已經(jīng)批準(zhǔn)其他芽胞桿菌種 屬作為益生菌微生物的使用。
[0005] 即使用于DFM產(chǎn)品的相對穩(wěn)定的細(xì)菌種屬可能對某些條件敏感，通常在DFM產(chǎn)品對 牲畜的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)。例如，飼料中的水活性可以減少即使最穩(wěn)定的細(xì)菌形式的貯藏壽命。已 知各種技術(shù)幫助增加DFM產(chǎn)品中的細(xì)菌的貯藏壽命。微型膠囊是增加益生菌配制品的貯藏 壽命以允許在DFM產(chǎn)品中使用的一個已知方法。例如，美國專利號6,254,910公開了用于遞 送不穩(wěn)定的或者敏感的成分的遞送系統(tǒng)，其中，不穩(wěn)定的或者敏感的成分與其他食品成分 共擠出，使得不穩(wěn)定的或者敏感的成分封裝在食品成分的外層內(nèi)，其中，每層具有特定的水 分含量。'910專利中公開了幾個益生菌種屬，包括凝結(jié)芽孢桿菌，優(yōu)選以芽孢形式為不穩(wěn)定 的或者敏感的成分，這些成分適用于封裝以保護益生菌并且增加加工期間和使用的環(huán)境條 件下的存活概率。已經(jīng)使用包括噴霧干燥擠出、乳液和相分離的其他封裝技術(shù)，但是具有有 限的成功和附加的費用。已知的封裝的益生菌產(chǎn)品，被稱為Bac-In-A-Bo X，從SG奧地利 (http://www. sgaustria.com/probiotics)商業(yè)可獲得。使用|丐_藻酸鹽凝膠膠囊形成物的 更新的微型膠囊技術(shù)看起來有希望，但是仍然處于發(fā)展階段并且仍舊不適用于大的工業(yè)應(yīng) 用。
[0006] 類似地，美國專利號5，501，857公開了具有細(xì)菌種屬的膠囊內(nèi)的膠囊，諸如內(nèi)膠囊 中通常的乳桿菌屬或者雙歧桿菌屬的一種及其他有利成分，諸如外膠囊中的維生素，其中， 每個膠囊由明膠殼體包圍。膠囊結(jié)構(gòu)內(nèi)的膠囊允許在單個膠囊內(nèi)使用不相容的多種有利成 分。這些膠囊具有需要直接給予動物的缺點。在W02010/079104、W02012/167882、和美國專 利申請公開號2013/0017174中公開了類似的直接口服組合物和方法。然而，這些配制品通 常復(fù)雜并且必須直接給予每個動物，這是耗時的并且可能是困難的。
[0007] 還已知的是使用生物反應(yīng)器向動物飲用水添加益生菌細(xì)菌以使細(xì)菌處于營養(yǎng)狀 態(tài)。這種方法在美國專利號4,910,024中公開，該專利描述生物反應(yīng)器技術(shù)和用于在活的、 營養(yǎng)的條件下將溫度敏感的益生菌細(xì)菌遞送到潛在的許多家畜的方法作為增加營養(yǎng)吸收 效率并且控制這種動物的消化道中的有害微生物的增殖的手段。使用現(xiàn)場生物反應(yīng)器遞送 益生菌存在一些缺點。主要缺點是保持無菌或者防止受外部細(xì)菌、酵母、和真菌源的污染的 困難。理想地，生物反應(yīng)器中使用的水必須是無病原體的并且設(shè)備必須預(yù)防不希望的微生 物的空氣傳播，不希望的微生物可以在設(shè)備中生長并且給至動物。這些設(shè)備還需要電力和 充足的水壓力。另外，細(xì)菌在生物反應(yīng)器中的生長與溫度相關(guān)并且設(shè)備將需要控制溫度以 確保細(xì)菌的適當(dāng)生長。在設(shè)備通常使用的現(xiàn)場，諸如畜棚的標(biāo)準(zhǔn)周圍溫度和環(huán)境變化(諸如 濕度)將引起沒有溫度和環(huán)境控制的不利的生長變化和不協(xié)調(diào)。遞送營養(yǎng)狀態(tài)細(xì)菌至動物 飼料或者飲用水的DFM產(chǎn)品還可能更易受苛刻的胃部環(huán)境的影響，一旦被動物攝取并且可 能未存活到達其中益生菌通常大部分有效的腸道。另外，細(xì)菌的數(shù)量必須在適當(dāng)?shù)臅r間以 適當(dāng)?shù)臐舛扔行怪羷游?，并且這利用現(xiàn)有的益生菌遞送技術(shù)可能難以實現(xiàn)。
[0008] 還存在用于遞送無菌液體的已知系統(tǒng)。例如，美國專利號5,320,256公開了用于遞 送無菌液體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于存儲無菌液體的可壓縮貯存器，從貯存器延伸的柔性 遞送元件，其中，遞送元件具有中空內(nèi)部，和一系列截止閥以允許遞送并且預(yù)防液體或者空 氣逆流到系統(tǒng)中。該'256專利與遞送益生菌配制品或者遞送無菌液體至動物或者農(nóng)業(yè)環(huán)境 不是特別地相關(guān)。在美國專利號6,723,076中發(fā)現(xiàn)另一個實例，該實例特別用于向動物遞送 藥物、維生素、營養(yǎng)物等。'076專利中公開的遞送系統(tǒng)包括密封的可拆卸袋子，該袋子具有 兩個軟管，連接用于填充袋子并且利用注射槍將溶液從袋子給至動物。雖然這些系統(tǒng)解決 了與益生菌遞送相關(guān)聯(lián)的一些問題，但是它們沒有解決與益生菌組合物的環(huán)境穩(wěn)定性或者 益生菌組合物的自動的且控制的給料至飼料或者水供應(yīng)相關(guān)的問題。
[0009] 還已知益生菌以芽孢形式給至動物。除了以上論述的'910專利，美國專利號4， 999,193公開了將細(xì)菌，尤其蠟樣芽胞桿菌（IP5832菌株）的芽孢添加至動物飼料或者飲用 水。已知芽孢能夠經(jīng)受住高溫，使得它們在通常涉及熱量的制造飼料期間更好地適于并入 動物飼料。雖然芽孢形式細(xì)菌的使用解決了與溫度穩(wěn)定性相關(guān)聯(lián)的問題，但是現(xiàn)有技術(shù)未 提供以容易用于現(xiàn)有裝備不需要任何改型或者額外的電源的方式實現(xiàn)控制的遞送的同時 消除外部污染的勝任的遞送系統(tǒng)。
[0010]除了提供益生菌，還已知提供與益生菌結(jié)合的益生元。該結(jié)合通常稱為合生元。例 如，W02012/027214公開了芽孢形式芽胞桿菌細(xì)菌與益生元碳水化合物的合生元組合，益生 元碳水化合物包括阿糖基木聚糖、阿糖基木聚糖低聚糖、木糖、可溶纖維糊精、可溶玉米纖 維和聚糊精。益生元是不易消化的碳水化合物或者可溶纖維，通過可選地刺激腸子有益菌 的有利生長或者活性和/或減少致病種群提供對受體的有益生理作用。益生元耐動物的胃 部和小腸中的消化胃酸和消化酶并且能夠基本上完好地或者僅部分分解到達大腸(除了溶 解在存在于胃腸道中的水中）。一旦在大腸中，益生元提供有益菌的碳水化合物食物源并且 經(jīng)受結(jié)腸中完整的或者部分的發(fā)酵(大腸的部分，在結(jié)腸內(nèi)通過發(fā)酵過程出現(xiàn)額外的營養(yǎng) 吸收）。在結(jié)腸內(nèi)的細(xì)菌的作用下出現(xiàn)對益生元食物質(zhì)量的發(fā)酵，產(chǎn)生氣體和短鏈脂肪酸 (SCFA)。當(dāng)將益生元添加到動物飼料時，增加SCFA，諸如丁酸、乙酸、丙酸、和戊酸的產(chǎn)生?？?學(xué)研究已經(jīng)表明，SCFA具有重要的健康益處。通過增加有益菌種群，益生元還抑制結(jié)腸中致 病菌，諸如梭狀芽孢桿菌、大腸桿菌、和沙門氏菌的種群。
[0011]已知各種益生元，包括多糖、低聚糖、低聚果糖(FOS)、低聚半乳糖(GOS)、大豆低聚 糖(SOS)、低聚木糖(XOS)、焦糊精、低聚異麥芽糖、和乳果糖。特定水溶性食用纖維益生元還 包括果聚糖（菊粉）、黃原膠（E415)、果膠（E440)、Natriumalginat(E401)、Kaliumalginat (E402)、海藻酸銨(E403)、海藻酸鈣(E404)、PGA(E405)、瓊脂(E406)、和角叉菜(E407)。這些 益生元纖維的攝取可以改變其他營養(yǎng)物和化學(xué)品如何通過膨脹和粘性吸收并且還可以改 變胃腸道的內(nèi)容物的屬性，已表明，增加牲畜的腸和盲腸中的乳酸桿菌和雙歧桿菌的種群。 在家禽研究(尤其關(guān)于肉雞的研究）中，已表明，提供益生菌和益生元的合生元組合增加絨 毛/隱窩比率(或者絨毛高度:隱窩深度的比率）。絨毛/隱窩比率是類似小腸的消化容量的 指示。酶消化的最后階段出現(xiàn)在小腸內(nèi)，釋放能夠被吸收的小分子，諸如，糖、單糖、二糖、氨 基酸、二肽、和脂質(zhì)。所有的該吸收和大量酶消化發(fā)生在小腸上皮細(xì)胞的表面上，并且為了 容納這些過程，需要巨大的粘膜表面區(qū)域。絨毛是來自小腸的上皮內(nèi)層的極小的（手指狀、 頭發(fā)狀、蠕蟲狀)突出物。絨毛高度是從絨毛的尖端(頂部)至絨毛隱窩結(jié)測量。絨毛填充有 血管，其中，循環(huán)的血液拾取營養(yǎng)物。隱窩是絨毛之間的區(qū)域。隱窩深度被定義為內(nèi)陷的深 度、或者鄰近的絨毛之間的壁的折疊中的深度。隱窩深度的測量是從底部向上至隱窩和絨 毛之間的過渡區(qū)域測量的。絨毛表面區(qū)域利用公式，VW/2倍VL計算，其中，VW等于絨毛的寬 度和VL等于絨毛長度。更多的表面區(qū)域提供更多的營養(yǎng)物的吸收。家禽共生研究中的絨毛/ 隱窩比率的增加表示營養(yǎng)物的消化和吸收的增加。
[0012] -些研究還示出益生菌與益生元之間的這種協(xié)同的重要性和益處以及幫助年幼 的動物獲得更好的生長特性的有效性。使用枯草桿菌作為益生菌和菊粉作為益生元的研究 已經(jīng)表明，該組合在豬類和家禽種群中比僅使用枯草桿菌更有效。例如，證明與對照組相比 較，該合生元組合減小(P〈〇 . 05)排泄物pH、腸內(nèi)容物和盲腸內(nèi)容物pH。與對照組相比較，該 組合還通過減少(P〈〇. 05)梭狀芽孢桿菌和大腸桿菌的數(shù)量并且增加(P〈0.05)雙歧桿菌和 乳酸桿菌的數(shù)量調(diào)制回腸和盲腸微生物群組成。在另一個研究中，斷奶的豬崽當(dāng)喂食包含 益生元的飲食時示出具有增加的丁酸酯水平(SCFA)。丁酸酯對內(nèi)臟改善的重要性是眾所周 知，因為這對優(yōu)化營養(yǎng)吸收至關(guān)緊要。
[0013] 動植物供水系統(tǒng)中遇到的另一個問題是飲用水和水運輸系統(tǒng)中的細(xì)菌種群。城市 供水通常具有一些水平的細(xì)菌存在并且當(dāng)?shù)厮?諸如現(xiàn)場池塘)可能包含來自周圍土壤、 魚類、和徑流的細(xì)菌。已知這些細(xì)菌引起或者促進飲用水系統(tǒng)中的生物薄膜的形成。當(dāng)微生 物細(xì)胞連接至供水系統(tǒng)的表面時，諸如管道和飲用的接頭/噴嘴時，形成生物薄膜，并且形 成薄膜或者粘液層。這些生物薄膜可以積累，導(dǎo)致堵塞系統(tǒng)的部件，或者生物薄膜的部分還 可能斷開，引起系統(tǒng)的其他區(qū)域的另外的堵塞，這減少動物或者植物可利用的水的量。用于 去除這些水系統(tǒng)中的生物薄膜的一個已知的方法是通過增加水位中的壓力沖洗薄膜。該方 法可能引起水系統(tǒng)的部件的破壞并且通常留下來自生物薄膜的礦物沉淀，礦物沉淀將用作 微小有機體的隱蔽處并且引起生物薄膜重建。還已知使用化學(xué)處理產(chǎn)品，諸如氯氣和過氧 化氫并且該化學(xué)