伴侶動物已成為社會中非常重要的成員，如犬在過去兩個世紀里的社會角色已經從主要勞力（即監護、運輸、放牧和狩獵）演變為能夠勝任包括特殊行動（如救援、軍事）、治療護理（如疾病檢測、幫助感官受損者）和陪伴等工作的一系列角色。考慮到它們在人類生活中的地位越來越重要，對于伴侶動物糧食的關注點也從能否提高其生產力轉變為能否改善其健康、壽命和生活質量。這種轉變直接體現在功能糧的出現，功能糧作為一種新興產品，除提供必需的營養素外，更重要的是能夠促進機體健康。功能糧的有效成分包括植物提取物、纖維、關節補充劑、非必需營養素或微生物和酵母衍生產品，可通過發揮預防或治療作用來提高寵物食品的價值。益生菌幾個世紀以來一直用于人類食品發酵生產，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補充劑。但益生菌對寵物的功效是一個相對較新的研究領域，文章對益生菌在寵物食品中的應用進行了綜述并展望了潛在發展方向。
益生菌是指對人類或動物有益的一類活性微生物，主要包括細菌和酵母等。對于動物而言，益生菌通常具有提高其生產性能以及抗病力的作用，同時也具有一定的替代抗生素的潛力。益生菌是活的微生物，當給予足夠的量時，會給宿主健康帶來益處，據估測，2020—2027年間益生菌強化食品市場預計將從480億美元增長到940億美元，復合年增長率為7.9%。然而相對于人類和畜禽，益生菌在貓和犬上的應用研究仍較為缺乏。Pub Med數據庫中1990—2021年間以“人類”和“益生菌”為關鍵詞搜索中相關出版物超過20 000篇，而以“犬”和“益生菌”為關鍵詞僅搜索到相關出版物僅有約250篇。盡管研究較少，但益生菌在寵物補充劑、食品和零食中得到快速的推廣應用，并且已經通過了部分臨床實踐。美國食品和藥物管理局獸醫中心與美國飼料控制官員協會（AAFCO）于1989年首次發布了可用于豬和家禽等動物飼料的細菌和酵母生物清單，經過多年的修訂，目前有41種非產毒細菌被認為可安全應用于伴侶動物食品中。我國農業農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、酵母菌類和光合細菌類等。這些微生物可以根據生理特征如細胞壁結構、耐氧性以及是否形成孢子來進行分類。
一般來說，作為候選益生菌不但要滿足安全和監管指南要求，還應對胃腸道中兩種主要化學應激源（酸、膽汁鹽）具有一定程度的抵抗力。此外，任何用于商業加工寵物食品的菌株都應該在溫度等外部條件發生變化或和食品本身化學成分（即基質酸度、氧氣存在、水活性或存在微生物抑制劑）發生變化時表現出較高的耐受性。寵物食品中添加益生菌與傳統寵物食物相比可以提高產品的感知價值，但如果在選擇益生菌時沒有考慮上述特征，實際應用效果難以保證。研究人員通過對市面上的寵物食品調查研究發現，53%的抽樣商業產品標簽上的菌株分類和菌落形成單位保證值方面存在嚴重不足，這表明需要對益生菌菌株活性進行驗證，以確保動物食用時菌株的活性。
益生菌的代謝活動具有菌株特異性，同一細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物最常用的益生菌，它們的主要終產物為乳酸。傳統意義上產乳酸菌株是革蘭氏陽性厭氧菌或兼性厭氧菌且不形成孢子，但這些菌株會產生其他物質，例如過氧化氫和細菌素，這些物質會影響宿主微生物群。近期報道中系統評價了上述益生菌對犬的健康益處，包括改善糞便質量和對表觀全消化道消化率、微生物發酵終產物以及免疫系統反應的綜合影響。然而，可應用于食品中的營養細胞（正常生活的細菌細胞）較易因烹飪和在胃腸道環境等壓力而受損和死亡，因此需要使用例如微囊化等細胞保護技術等來增強這些微生物的存活率。這是一個不斷發展的研究領域，對于含有非孢子形成益生菌的功能性食品的未來至關重要。
絕大多數寵物食品都需經過一定程度的烹飪或滅菌，以達到延長保質期并降低病原微生物等在成品中持久存在的風險的目的。熱處理可減少或破壞有害微生物活性，但如果處理不當，加熱過程也可能對益生菌造成破壞，導致其細胞外膜和肽聚糖壁、細胞質膜完整性的喪失以及細胞器、RNA、DNA和酶的變性，選用適當的加工方法尤為重要。
擠壓是當今寵物食品商業生產中使用最廣泛的技術，研究表明在擠壓過程中施加到食物的熱能與機械能的比率會影響寵物食品顆粒的結構特征。嗜熱微生物如芽孢桿菌菌種由于具有較高的耐熱性，可根據其數量變化來判斷加工工藝能否實現滅菌作用，因此該菌種被普遍應用于工藝驗證研究。Okelo等研究中將擠壓機機筒出口溫度、糖漿進料水分含量和機筒停留時間等因素組合在一起形成了15種工藝組合，結果表明當飼料在24.5%水分含量、3 s停留時間和82℃或更高模具溫度擠壓時沙門氏菌無存活，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程中具有存活下來的潛力。
大多數寵物食品的蒸煮烹飪過程需要在低酸高水分條件下注入蒸汽，使產品加熱至121℃以上，目的是消除營養性病原體和腐敗微生物以及肉毒桿菌孢子，最終使產品實現無菌。根據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中，則保持時間必須足夠長以實現孢子數量的減少。烹飪過程的嚴苛條件使得最頑強的微生物也難以存活，但包括益生元和后生元等在內的功能性成分可能會被保留。
冷凍干燥被認為是一種相對溫和的脫水過程，冷凍干燥過程沒有外部熱量并且使用冷凍干燥法去除水的速度很慢。隨著市場對具有高生物利用度和較少熱處理的產品的需求不斷增加，冷凍干燥的寵物食品和零食在過去十年中受到市場歡迎。由于產品在沒有外部熱量的情況下脫水，因此冷凍干燥不被視為烹飪過程，但根據產品的設計，凍干寵物食品配方中使用的成分可以是預煮的或生的。寵物食品中使用的許多益生菌制劑最初都是借助保護性介質通過冷凍干燥來保存的，這種保護性介質有助于防止細胞膜和蛋白質因細胞核中流失水分而受損，從而延長了益生菌培養物的貨架期。益生菌脫水后由于其細胞含水量已經很低，凍干過程中除去的水分主要來自細胞外周而非細胞內，因此比未脫水的益生菌更適合與糧食混合后進行冷凍干燥。對于未脫水的營養細胞，凍干過程會使細胞內形成冰晶，造成細胞膜結構的破壞，從而損傷細胞。革蘭氏陰性菌的細胞壁內存在較薄的肽聚糖層和脂多糖，因此革蘭氏陰性菌相對于革蘭氏陽性菌株的存活率較低。然而，冷凍干燥對活細胞的破壞作用不足以減輕食源性病原體的風險，因此許多凍干寵物食品和零食可能會經過獨立于凍干循環的輻照或高壓處理等對其進行額外加工。
烘焙在面包、零食、蛋糕、玉米餅、糕點、餡餅、寵物零食、寵物食品等產品加工過程中應用廣泛。傳統的烘焙產品主要由谷物粉組成，但基于肉類配方的烘焙產品在寵物食品行業也較為常見。烘焙過程中活微生物遇到的主要壓力源是熱量，烘焙持續的時間和溫度足以滅活大腸桿菌或沙門氏菌病原體，但目前尚未有針對不同烘焙過程中病原菌或直接可飼喂微生物滅活效果的科學驗證。有試驗表明，在190.6℃條件下經過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；在傳統烤箱中烘焙13 min的漢堡面包需要高達218.3℃才能達到減少至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間以及微生物固有的耐熱特性。為了規避熱應激，將益生菌細胞包裹在烘焙產品表面的可食用薄膜或涂層中是一種具有發展前景的方法，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（活細胞計數減少4個對數）比海藻酸鈉薄膜（活細胞計數減少6個對數）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烘焙條件下的益生菌活性。考慮到微生物制備、寵物食品和治療配方中使用的原材料、應用方式和加工條件等各個環節涉及的范圍較廣，有必要將益生菌活性驗證作為商業化標準流程的一部分。
貓和犬的消化系統相對簡單，適合消化高蛋白質的食物。相對于犬，貓是相對嚴格的食肉動物，對葡萄糖等碳水化合物利用率低，對高蛋白質食物的要求更高；雖然犬與貓有許多相同的解剖學和代謝特征，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，它們對益生菌的需求以及益生菌產生的效果也不同。
胃腸道疾病是犬類最常見的健康問題之一，大多數表現為急性或慢性腹瀉，在某些情況下表現為嘔吐或厭食。已有研究表明不同類型的益生菌對于治療犬的腸道疾病具有積極結果。目前在犬上研究應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；飼喂犬源發酵乳桿菌（L.fermentum CCM 7421）能夠提高犬只糞便乳酸菌數量、降低梭菌數量，改善血液中的總蛋白質、膽固醇和丙氨酸轉氨酶水平；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分、糞便稠度、精神狀態及食欲。腸球菌研究方面，飼喂屎腸球菌（E.faecium DSM 32820）犬只在整個試驗過程中具有最佳的糞便稠度，刺激了血液吞噬細菌活性和白細胞代謝活性；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包囊，同時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，也有研究發現飼喂雙歧桿菌（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同作用，例如，同時飼喂犬只乳桿菌（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菌并減少潛在有害細菌數量。
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，益生菌對貓生長和健康的作用功效無法完全從犬的研究結果中推斷。與犬相似的是，在貓上研究應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對貓的益生作用研究較多：幼貓階段，屎腸球菌SF68能夠通過提高CD4+淋巴細胞比例改善其免疫力；在成年貓階段，屎腸球菌SF68能夠緩解其腹瀉發生率，同時使糞便微生物多樣性，這表明微生物群更穩定；此外，屎腸球菌SF68對改善感染慢性貓科動物皰疹病毒1的貓腸道微生物群落穩定性，并降低了與該病毒感染相關的發病率。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量，并減少梭菌屬的數量，降低糞便p H和血漿內毒素濃度；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并增加糞便中的乳桿菌數量。
益生菌有助于促進伴侶動物的健康和保健，在實際生產中，益生菌產品主要以飼料添加劑、膳食補充劑和含益生菌食品的形式出現，但在寵物食品加工過程中如何保證益生菌活性、保證產品的功效仍存在許多挑戰，因此，選擇合適的菌株至關重要。在選擇寵物食品生產應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）、穩定方法（如孢子形成、冷凍干燥或封裝）、加工條件（包括時間、溫度、壓力、水分、水分活度、p H）、使用方法、包裝和儲存條件等，且未來在開發應用新型益生菌菌株或在對加工條件、產品配方或包裝設計進行任何調整時均應驗證益生菌的活性。
