新型飼料添加劑作為抗生素替代物對斷奶仔豬生長性能及腸道功能的影響

韓 萌 楊 勇 祝慶科

（1中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081；2全國畜牧總站， 北京 100125）

新型飼料添加劑作為抗生素替代物對斷奶仔豬生長性能及腸道功能的影響

韓 萌1楊 勇1祝慶科2

（1中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081；2全國畜牧總站， 北京 100125）

仔豬的斷奶腹瀉是仔豬生產中最為常見且亟待解決的問題。抗生素是20世紀最重要的發現之一，在21世紀被廣泛應用于動物的疾病治療，尤其是針對仔豬斷奶后產生的腹瀉等疾病。然而近年來，抗生素的大量使用甚至濫用造成了動物機體對抗生素的耐藥性，這一現象在全世界范圍引起了人們的高度關注。因此，用新型飼料添加劑替代抗生素在動物飼料中的使用成為了最新的研究熱點。最新發現的抗生素替代物主要包括：酶制劑、益生元、益生素、礦物質、酸化劑、植物以及植物提取物等。它們作為新型的飼料添加劑，從不同程度上能夠對動物的機體免疫功能和腸道微生物產生一定的影響。本文主要針對新型飼料添加劑的使用和作用特點進行綜述，并且闡述了以上添加劑對斷奶仔豬生長性能及腸道功能的影響。

斷奶仔豬；新型飼料添加劑；抗生素替代；機體健康

在規模化豬場中，為了提高母豬平均年產窩數，減少母豬向仔豬垂直傳染疾病的幾率，常采用早期隔離斷奶技術。早期斷奶是指在仔豬出生21～28天后，人為地對仔豬進行斷奶處理，此時仔豬的營養來源從母乳變為固體飼料，生存環境由母豬喂養變為仔豬群體競爭采食，但該階段仔豬的消化系統和免疫系統尚未發育成熟，腸道內環境尚不穩定，微生物區系的平衡也很容易受到外界影響，導致仔豬難以適應斷奶后的這些變化。因此，斷奶時期是仔豬最容易發生應激的生長階段，通常會造成氧化應激、屏障功能障礙和腸道微生物菌群紊亂等不良反應[1]。

在當前中國養豬業生產中，通常使用高劑量的抗生素來控制斷奶后仔豬腹瀉。然而，越來越多的研究表明大量使用或濫用抗生素，會導致細菌耐藥性和抗藥性及畜產品藥物殘留，最終將威脅到人類健康。因此，尋找抗生素的綠色替代物成為了畜牧生產行業的熱門課題。

1 不同類型的新型飼料添加劑

現階段抗生素替代物主要包括：酶制劑、益生元、益生菌、礦物質、酸化劑、植物和植物提取物等，其中一些已經在人類和其他動物中廣泛研究與應用。

1.1 酶制劑

在豬的胃腸道中有許多酶類，這些酶具有輔助消化的作用，然而在斷奶仔豬的體內，這些酶的種類和數量都是不足量的，因此斷奶仔豬很難消化復合碳水化合物等一些植物飼料，如纖維素、木聚糖和β-葡聚糖等。因此，在飼料中添加酶制劑通常被認為是提高飼料消化率的有效方法。據以往的研究報道，外源性酶的補充可以提高飼料質量，提高現有營養素的消化率，減少排泄物中的養分含量。酶制劑的添加可以有效地促進飼料釋放營養物質，從而促進腸道對營養物質的吸收。目前，使用范圍最廣的飼料酶制劑是各種聚糖酶的混合物和可以單一使用的植酸酶。

1.2 益生元

益生元是一種膳食補充劑，它通過選擇性地刺激一種或少數幾種細菌的生長和活性而對寄主產生有益的影響，從而改善寄主健康。大部分的益生元通過上消化道時不被消化，而是在腸道中被腸道菌群所發酵，最重要的是它只能刺激有益菌群生長，而不能激發有潛在致病性或腐敗活性的細菌生長。益生元主要包括幾種類型的寡糖，如菊糖、低聚果糖和低聚半乳糖等。有研究表明，益生元能夠提高仔豬血清中免疫球蛋白水平。此外，相比于其他新型飼料添加劑，益生元的購買成本相對較低，也不存在副作用。

1.3 益生菌

益生菌和益生元統稱為合生素。益生菌是一類能夠定植在宿主消化系統并且對宿主有益的活性微生物，能夠增加宿主體內天然菌群，同時抑制病原菌定居，對宿主產生確切有益于健康的功效，從而改善宿主微生態平衡，發揮有益作用的活性有益微生物的總稱。人體、動物體內有益的細菌或真菌主要有：酪酸梭菌、乳桿菌、雙歧桿菌、放線菌、酵母菌等。目前世界上研發的功能最強大的益生菌產品主要是以上各類微生物組成的復合活性益生菌，其廣泛應用于生物工程、工農業、食品安全以及生命健康領域。在動物飼料中添加益生菌能夠加快動物的生長速度，提高動物的飼料利用率和生產性能，并降低動物感染腸道疾病的風險。

1.4 天然礦物質

天然礦物質是近些年研究較為廣泛的抗生素替代物之一。蒙脫石、伊利石、高嶺石、斜發沸石、鋅和銅等都是具有代表性的天然礦物添加劑，它們具有較高的營養價值和健康調節作用，已經被廣泛應用于豬的飼料中，并且可以提高營養消化率，提高飼料效率，保護腸道黏膜。

1.5 酸化劑

酸化劑是一種可降低飼料在消化道中的pH值，為動物提供最適消化道環境的新型添加劑，主要包括有機酸和無機酸。有機酸的營養效應在斷奶仔豬中最為明顯，其作用主要與胃內酸性、抗菌活性、大腸桿菌菌群減少和消化率改善有關。對斷奶仔豬生長性能有積極影響的有機酸包括檸檬酸、甲酸、富馬酸和丙酸等。由于這些酸在豬消化道不同位置的解離特性不同，且多種酸結合使用可達到互補協同效應，克服單一酸化劑的不足與缺陷，可增強使用效果，降低飼養成本，提高養殖經濟效益，因此現在多將有機酸和無機酸配合使用。

1.6 植物及植物提取物

植物及其提取物中的生物活性成分是非常多樣化的，其中包括酚類、酚酸、醌類、皂苷類、黃酮類、單寧酸、香豆素、萜類化合物和生物堿等。多種植物提取物可作為飼料中的調味劑，具有營養調控和藥物的性質，并且通常具有抗病毒和抗腐敗微生物的特性。

2 新型飼料添加劑對斷奶仔豬生長性能和腸道健康的影響及機制

2.1 對腸道健康的影響

在豬的胃腸道中寄居著大量的微生物，且微生物的濃度、數量和多樣性由胃腸道的近端到遠端逐漸增加。例如，在豬的胃和近端小腸的內容物中，含有較少數量的細菌（103～105個細菌/g或mL），其中優勢菌為乳桿菌屬和鏈球菌屬。相比之下，遠端腸道的內容物中，細菌群體數量大幅增多（108個細菌/g或mL）。在眾多微生物中，有許多特定的細菌病原體寄居在腸道中，對腸道的微生態系統造成了一定威脅，通常會引起很多腸道疾病。在仔豬斷奶后期，致病性大腸桿菌的數量增加超過其他細菌群體的數量，通常會導致仔豬生病，從而降低仔豬的生長性能[1]。因此，腸道微生物是一個復雜多樣的生態系統，并且與營養物質之間能夠相互作用、相互影響。

2.1.1 酶

外源酶不僅能夠影響營養物質的吸收，還能夠通過其作用為特定的細菌群體提供營養物質。在以往的研究中已經提出，酶的作用機制可能有兩種：一是酶制劑能夠通過去除腸道內菌群發酵底物，間接地減少腸道有害菌群數量；二是酶制劑可以從具有潛在益生元效應的細胞壁非淀粉多糖（NSP）中產生（原位）短鏈寡糖。

植酸酶是飼料中添加較為廣泛的酶制劑，在以往的研究中，關于植酸如何結合蛋白質從而降低其消化率的機理，提出過以下結論。植酸酶在酸性條件下，可以形成二元蛋白質-肌醇六磷酸復合物，其中植酸鹽可以結合堿性氨基酸精氨酸、組氨酸和賴氨酸的α-NH2基團和側鏈。Yu等[2]的研究證明，植酸鹽對低級酯的降解顯著增加了大豆中酪蛋白的溶解度。植酸的抗營養作用導致食物中蛋白質的二元消化率降低，內源性分泌物增多。因此，通過補充肌醇六磷酸酶對植酸進行破壞，可以減少內源性損失并增加蛋白質消化率，從而限制了后腸的蛋白質供應并使微生物菌群變化。有研究發現，在飼料中添加植酸酶，能夠在不改變總細菌數的情況下，增加回腸中梭菌屬和雙歧桿菌的比例[3]。此外，有研究發現，向缺磷飲食中添加堿性磷酸酶能夠顯著降低腸球菌等腸道細菌的數量[4]。由此可見，酶的添加能夠顯著地改變腸道微生物菌群以及腸道微生態環境，從而改變腸道乃至機體的健康。

在許多研究中發現，在飼料中添加非淀粉多糖酶能夠有效增加腸道短鏈脂肪酸（SCFA）含量，從而增加特定細菌群落（如乳桿菌）的豐度和活性。此外，在飼料中補充酶制劑能夠顯著地影響豬回腸中有機酸的分布，導致微生物的分布情況改變，也能起到促進仔豬腸道健康的效果。

2.1.2 益生元

在以往的研究中，認為益生元的有益作用主要是通過選擇性刺激與腸道健康有關細菌的增殖和活性來實現的。例如，益生元能夠顯著增加仔豬腸道中雙歧桿菌和乳酸菌等有益菌的活性。甘露寡糖已被證實對多種家畜的腸道微生物菌群都有顯著效果，因此，甘露寡糖主要通過干擾微生物與上皮細胞表面碳水化合物殘基的結合來阻止病原微生物在宿主腸道定植。

2.1.3 益生菌

益生菌能夠降低胃腸炎的發生率和持續時間，具有增強抗病菌數量、直接抑制病原體增加的作用。益生菌通過幾種不同的機制在體外和體內都能抑制病原菌，包括直接抑制化合物（例如細菌素）的產生，通過SCFA的產生降低腸道pH值，在腸壁上競爭營養物質和粘附位點，調節免疫應答和結腸細胞基因（如黏蛋白）的表達。

2.1.4 礦物質

許多研究證實，飼料中添加粘土礦物可能會使抗營養成分固定，減少病原微生物數量，抑制小腸中細菌酶的活性，防止刺激和損傷，并改善黏膜的形態。

蒙脫石是仔豬飼料中較常見的新型添加劑之一，能夠有效地改善仔豬斷奶后腹瀉的發生。研究表明，日糧中添加蒙脫石能夠降低空腸和結腸內容物中大腸桿菌和豬鏈球菌的數量。早期斷奶過程損害了仔豬腸道的屏障功能，在飼料中補充蒙脫石能夠增加腸黏膜二胺氧化酶的活性，降低血清中的二胺氧化酶活性，有效改善斷奶仔豬的腸道屏障功能并減輕斷奶腹瀉。同時蒙脫石也已被證明，能夠破壞細菌細胞膜并抑制細菌呼吸代謝必需的三羧酸循環途徑。

氧化鋅（ZnO）也是一種新型飼料添加劑，日糧中補充氧化鋅能夠有效地增加小腸中抗微生物肽的基因表達，提高腸道微生物菌群的穩定性和多樣性，對大腸桿菌等致病微生物起到殺菌作用，并能減少腸細胞電解質的分泌。研究表明，日糧中使用2 500 mg/kg的ZnO，能夠有效地緩解斷奶仔豬的腸道應激現象，減少腹瀉，并能改變腸道的微生物組成和多樣性。此外，鋅可以降低一些微生物（如金黃色葡萄球菌、沙門氏菌屬）和氣霧性唾液酸的毒性[5]。

2.1.5 酸化劑

有機酸能夠通過減少不耐酸細菌（如大腸桿菌，沙門氏菌和彎曲桿菌）來改變胃腸道微生物群落，從而提高動物的生長性能。

有機酸具有很強的殺菌性，非電離有機酸可以滲透細菌細胞并破壞細菌的正常生理。當未解離的有機酸滲透細菌時，它們被解離為H+和陰離子（A-）。這種作用進一步降低了細菌的內部pH值，從而抑制了大腸桿菌、梭菌和李斯特菌等對酸性敏感細菌的的生長。此外，非酸性敏感菌如乳桿菌和雙歧桿菌，可以耐受這些內部和外部pH值的變化。非解離的有機酸不被腸上皮細胞吸收。

有機酸均具有抑菌和殺菌作用。由于未解離的有機酸是親脂性的，它們可以穿過革蘭氏陰性菌（如沙門氏菌）的細胞膜。一旦進入細胞內，較高的胞質pH值導致酸解離，釋放氫離子，從而降低細胞內的pH值。微生物代謝依賴于酶活性，其酶在較低的pH值下被抑制。為了恢復平衡，細胞被迫使用能量通過離子泵在質膜上排出質子，使細胞質pH值恢復正常。細胞在有機酸暴露一段時間，就可能被殺死[6]。

2.1.6 植物和植物提取物

植物及其提取物是近些年研究和應用均十分廣泛的新型飼料添加劑，植物衍生化合物的結構十分多樣，其作用效果因其不同的結構和化學成分而不同。

酚類化合物中的羥基基團可以與細菌的細胞膜相互作用，破壞膜結構并引起細胞成分的滲漏。

精油（EOs）和芳香植物是具有揮發性的，有研究中也表明精油有抗真菌和抗病毒活性的作用。普遍認為，EOs對革蘭氏陽性菌的活性略高于革蘭氏陰性菌。EOs對病原體（如產氣莢膜梭菌、大腸桿菌或艾美球蟲等）有抑制作用，能夠改善腸道完整性和防止腸道疾病。但是應該注意的是，EOs對健康腸道菌群也存在一定程度的負面影響。

2.2 對免疫功能的影響

2.2.1 益生菌

前人的研究已經證明益生菌具有抗炎作用，其作為一種新型的飼料添加劑對動物本身的某些疾病具有治療作用，例如炎性腸病；益生菌還能夠降低腸道感染性疾病、過敏性疾病的發生率，改善腸道功能和免疫狀態。使用益生菌（布拉迪酵母菌、鼠李糖乳桿菌等）治療急性感染性腹瀉，可以明顯縮短腹瀉的持續時間，對于持續性腹瀉也可顯著改善癥狀（腹瀉持續時間至少縮短4天）。在試驗動物（IL-10敲除）結腸炎模型中，能夠明顯地觀察到用乳酸桿菌和雙歧桿菌處理后，結腸和盲腸中的炎癥反應細胞因子IFN-γ、TNF-α和白介素（IL）-12的水平明顯降低，同時抗炎細胞因子TGF-β的水平顯著升高。同樣，已有研究證明益生菌對斷奶后仔豬因腸道炎癥引起的腹瀉癥狀也有相當顯著的改善作用。益生菌僅通過口服的方式，便可在動物體內發揮相應的抗炎作用。

2.2.2 礦物質

小腸上皮的主要功能之一是作為腸道屏障，以屏蔽有害抗原和病原體的入侵，腸上皮的損害會增加腸道通透性，這將導致腸道細菌易位，使機體內的一些毒性或者致敏物質進入腸道。仔豬斷奶后產生腹瀉的很大一部分原因就是由于腸道屏障的損傷。緊密連接是連接上皮細胞的蛋白質網絡，在維持腸道屏障功能方面起關鍵作用。緊密連接主要由跨膜蛋白復合物和胞質蛋白ZO組成，因此ZO-1和閉合蛋白的表達水平始終與屏障功能相關。

氧化鋅（ZnO）作為應用較為廣泛的礦物質添加劑之一，已經被證實能夠有效地緩解斷奶仔豬腹瀉的發生。據報道，通過增加斷奶仔豬緊密連接蛋白ZO-1和閉合蛋白的表達，以2 000 mg Zn/kg的劑量加入ZnO可以降低腸道通透性，這也是氧化鋅可以緩解斷奶仔豬腹瀉的作用機理之一。

也有研究表明，在斷奶仔豬的飼料中添加藥理劑量的氧化鋅能夠有效抑制仔豬血液中炎性因子TNF-α、IL-1β和IL-8的表達，增強IL-10的表達，也能夠直觀地證明氧化鋅作為新型的飼料添加劑對斷奶仔豬的機體免疫起到正調節作用。

2.2.3 植物和植物提取物

某些藥物（如肉桂醛和姜黃素等）通過靶向受體本身或特異的下游信號分子來抑制模式識別受體（PRR）的活化。因此說明植物營養素能夠抑制某些由PRR介導的炎癥和由此產生的疾病和損害。例如，姜黃素、海倫酸、肉桂醛或具有異硫氰酸酯基團的蘿卜硫素能夠通過干擾半胱氨酸殘基受體二聚化來抑制Toll樣受體4（Toll-like receptor 4,TLR4）的活化；姜黃素和海倫酸也能夠通過干擾細胞內模式識別受體——核苷酸結合寡聚化結構域蛋白2（Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2,NOD2）的二聚化來抑制NOD2的活化。

許多體外試驗也顯示植物提取物具有一定的抗炎活性，Lee等[7]的研究證明丁子香酚、茶樹油和大蒜提取物可以抑制TNF-α和IL-1β的分泌以及另一個與免疫相關的重要分子——一氧化氮（NO）。高濃度的一氧化氮與炎性疾病有關。Tung等[8]的研究報道肉桂醛和丁子香酚能夠抑制NO釋放，Landa等[9]研究證明香芹酚、丁子香酚和肉桂醛能夠抑制環氧合酶-2的基因表達。環氧合酶-2主要與前列腺素的合成相關，從而對某些炎癥和癌癥的發生起到調節作用。同樣，Lang等[10]從大蒜中發現的大蒜素也可以抑制幾種介導炎癥反應的趨化因子，例如IL-8等。

此外據報道，在仔豬飼料中添加植物精油可以改善斷奶后仔豬的免疫狀態，如提高淋巴細胞的增殖率和吞噬率，增加血清中IgG、IgA、IgM、C3和C4的表達水平。然而，植物精油作用的準確機制尚不清楚，還需要進一步的研究。

3 推廣與應用

斷奶仔豬腹瀉是導致仔豬生產性能下降甚至死亡的主要原因，仔豬斷奶成為制約我國集約化規模化養豬生產效率的關鍵環節，如何避免或減少斷奶后仔豬腹瀉是生產中亟待解決的問題。一定劑量的抗生素添加到畜禽飼料中可抵御環境中病原微生物的危害，改變動物胃腸道菌群結構，提高動物的生產性能；但是無限制地使用抗生素會增加病原微生物的耐藥性，殘留在動物體內的抗生素能通過食物鏈對人類健康造成不利影響。這些問題引起了國際社會的充分重視，歐盟已從2006年起全面禁止食品動物使用抗生素促生長飼料添加劑，我國的抗生素使用也逐漸規范，因此，新型飼料添加劑作為抗生素替代物添加到動物飼料中也是發展的必然趨勢。

益生菌在人類歷史上已被使用了相當長的時間，近些年也已經被廣泛應用于動物生產、乳制品行業以及保健品和醫藥行業中。某些益生菌也被用于疾病的治療和患者的康復。在畜牧領域，益生菌對動物的營養和健康具有重大意義。益生菌的研究和應用日漸成熟，在未來的幾年內，益生菌的使用將會是一個迅速擴張的市場。同時也有研究資料表明，使用合生元的效果比單獨使用益生菌更加顯著。

近年來，天然礦物質作為新型飼料添加劑添加到仔豬飼料中，確實能改善仔豬因斷奶應激引起的腹瀉、提高生產性能。高劑量的礦物質雖然能夠改善動物健康，但一大部分礦物質也會隨動物的排泄物排出體外，對環境造成污染。因此，在后續的研究中，可以重點研究礦物質的最低適宜添加量以及是否能用相應的鹽來代替礦物質單品，例如用硫酸銅代替銅。如果能夠解決仔豬排泄物對環境的污染問題，天然礦物質的使用會得到更多的認可和推廣。

酸化劑已被廣泛應用于動物飼料中，以替代抗生素生長促進劑。酸化劑可用于飼料或摻入飲水中。實際生產中通常將幾種酸化劑組合使用，能夠得到更好的改善效果。對仔豬而言，酸化劑對其健康的改善效果取決于酸化劑使用的類型、酸的含量以及動物自身的年齡和健康狀況。

植物和植物提取物也可用作天然抗微生物添加劑。將植物提取物與其他天然防腐劑結合使用可能會對食源性病原體產生協同作用。從經濟和環境的角度來看，植物提取物是一種綠色的新型飼料添加劑；但植物提取物的物理性質（氣味等）會影響飼料的感官特性，且植物提取物的一個缺點在于它們的組成不穩定。因此，在選取植物提取物時，應該首先檢測其有效成分，使其標準化，并調查其組合產生的潛在協同效益。

4 結論

仔豬斷奶階段通常會發生氧化應激，從而引發腹瀉和生產性能下降等病理現象，以往都用抗生素來治療和緩解，但抗生素產生的耐藥性是不可忽視的，這種耐藥性可能對動物和人類造成嚴重的不利影響，因此在當前畜牧生產中，通常用一些新型飼料添加劑作為抗生素的替代物添加到動物飼料中，不同的飼料添加劑通過不同的機制發揮作用，其中包括仔豬對腸道微生物群落組成的改變，以及對仔豬機體免疫功能的刺激和改變。然而，新型飼料添加劑和抗生素在疾病預防和生長促進的有效性方面仍然存在相當大的差距。因此，新型飼料添加劑的研究將是一個漫長的過程，除研究開發新型高效安全的替代品外，還應加強有關抗生素及其新型替代品聯合應用的研究，旨在達到更加有效的治療效果和健康可持續的畜牧業發展。

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S821.4+5；S816.7

A

1673-4645(2017)11-0052-06

2017-09-15

韓萌（1993-），女，碩士研究生，研究方向為農技推廣信息化與大數據應用，E-mail：hanmeng@caas.cn