飼用酶和酵母衍生物可減輕球蟲病對肉雞腸道健康和功能的危害

王晶晶譯 孟祥光審

摘? 要：球蟲病引起的腸道壞死性病變會損害雞的消化能力和腸道屏障功能，同時會增加繼發性細菌感染的風險。養雞業通過抗球蟲藥和免疫接種已成功控制球蟲病。然而，人們對艾美耳球蟲屬的球蟲對抗球蟲藥的耐藥性、免疫空白期和限制使用抗生素的擔憂，正在促進科研人員研究和應用替代性和/或補充策略來控制球蟲病。本文的目的是評價有關介紹飼用酶和酵母衍生物在調控球蟲病功效的文獻資料。在受球蟲病影響的雞中，內源性酶（蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶）的分泌量可能會變得不足，飼用酶可以彌補這些酶的缺乏。發生在小腸上端的球蟲病為提高植酸酶的功效創造了條件，有報道表明補充植酸酶可以減輕球蟲病對雞骨骼質量的負面影響。補充纖維降解酶會增加腸道中短鏈脂肪酸的濃度，進而降低艾美耳球蟲的存活率。有證據表明整個酵母（活的或死的）及其衍生物可以調控球蟲病。研究證明，酵母衍生物的免疫調節特性可增強艾美耳球蟲挑戰模型中的細胞免疫和體液免疫，這對球蟲苗的接種效果至關重要。此外，研究證明酵母核苷酸有利于促進動物腸道黏膜表面的愈合。其他新的研究表明，某些酵母細胞可以產生含有抗球蟲化合物的衍生物，從而有效減少卵囊脫落。還有研究證明，酵母細胞表面是艾美耳球蟲口服疫苗的一種高效載體。總體而言，雖然需要進一步完善研究以解決反應和商業性應用中的不一致問題，但有證據表明，飼用酶和酵母衍生物可以作為維持肉雞腸道功能的補充策略，以提高患球蟲病的肉雞的生長性能。然而，肉雞日糧含有多種不同作用模式的飼料添加劑，而且缺乏關于預期反應的實證數據。未來的評估應考慮添加劑的組合，以記錄動物反應和潛在的協同作用。

關鍵詞：飼用酶;酵母衍生物;球蟲病;肉雞;腸道健康;腸道功能

到2050年，全球人口預計將達到96億。在此期間，肉雞產量預計將增長121%，以滿足人類對動物蛋白質的需求。然而，動物蛋白質生產企業面臨著以符合道德、環境可持續性和健康的方式生產食品的壓力。例如，畜牧業使用大量的抗生素進行治療、預防細菌性感染和促進動物的生長。世界各地對抗生素濫用以及與抗生素耐藥性病原體有關的問題日益關注。這些擔憂迫使消費者和立法機構要求在動物生產中停止和/或限制使用抗生素生長促進劑（antibiotic growth promoter，AGP）。此外，消費者對采用有機、全植物型日糧和牧場飼養方式飼養的特色家禽產品的需求不斷增長。家禽生產方式的這些改變給生產者帶來了新的挑戰，并加劇了與雞健康、動物福利和法規相關的原有挑戰。在家禽健康和營養方面，主要問題是腸道疾病的發病率增加，如球蟲病、壞死性腸炎、營養物質消化和吸收受損，最終導致飼料轉化效率低下，死亡率和屠宰加工廠的報廢率增加。所有這些都證明了有效控制和預防家禽腸道病原體的重要性，從而為日益增長的人口確保食品安全。

球蟲病由頂復門艾美耳屬的原生動物寄生蟲引起，與家禽生產的進步和現代化有著莫名的聯系，全球每年因暴發球蟲病及由此引發死亡造成的經濟損失達30多億美元。原生動物侵入家禽的腸道細胞是其生命周期的一部分，這會導致腸道的消化吸收和屏障功能受損以及繼發性細菌感染。這種寄生蟲在家禽腸道內表現出明顯的物種特異性發育部位和病理病灶。堆型艾美耳球蟲、巨型艾美耳球蟲和柔嫩艾美耳球蟲是商用肉雞生產系統中最常見的球蟲。在這些生產系統中，高密度的飼養方式有利于艾美耳球蟲的傳播。感染艾美耳球蟲還會加快病原體在雞腸道中增殖，例如梭狀芽孢桿菌、產氣莢膜梭菌、鼠傷寒沙門菌和腸炎沙門菌。因此，球蟲病不僅會影響雞的健康，而且還會危及食品安全。

認識到球蟲病對家禽生產的不良影響，家禽業長期以來一直在開發和采用抗球蟲藥或活蟲苗或這些措施的組合策略來控制球蟲病。然而，對艾美耳球蟲耐藥性的擔憂和公眾對動物生產中使用藥物后產生藥物殘留的擔憂限制了家禽業采用化學藥物來治療球蟲病。球蟲苗的接種效果取決于艾美耳球蟲在每個雞群的最佳循環，并且對野生型蟲株的交叉保護率不能達到100%。此外，球蟲苗的接種包括在雛雞出生的第1天提供活的艾美耳球蟲，而這可能會增加腸道紊亂的風險。傳統的球蟲病控制策略應用了許多替代性飼料添加劑，據稱這些添加劑可以減輕或補救由球蟲病引起的雞腸道結構和功能的損傷。本綜述的目的是評估已發表的關于飼用酶和酵母衍生物在調控雞球蟲病上所起功效的數據。

1? 飼用酶

將外源性酶應用于家禽營養的建議最初是在近100年前提出的，然而，由于成本過高，直到此后的幾十年才在動物營養中應用。木聚糖酶和β-葡聚糖酶是最早的商用飼用酶，用于處理大麥和小麥等有黏性問題的飼料。先前的研究表明，在富含黏性飼料的日糧中添加這些酶，可以提高飼料的消化率、動物的生長速度，降低飼料成本。這些研究幫助研究人員了解了酶的作用模式，并促進了進一步的研發工作，以改變針對特定底物的異常活性，提高酶的穩定性來抵御苛刻的飼料加工條件和動物胃腸道環境。事實上，飼用酶在非反芻動物營養中的效用已受到廣泛的接受。飼用酶主要用于單胃動物的飼喂方案，前提是動物不能100%地消化日糧成分。例如，肉雞會將所攝入干物質的25%～30%通過糞便排出。這是因為植酸等抗營養因子，或胃腸道的條件和消化酶的組成導致日糧的部分組分不可消化。大多數商用飼用酶的開發和應用都是針對此類抗營養因子的。此外，在雛雞上應用飼用酶是因為雛雞的胃腸道發育不全，主要是免疫系統不成熟、內源性酶分泌能力有限以及腸道微生物群不穩定。因此，最初在家禽營養中采用飼用酶技術是為了降解飼料中的抗營養因子，并補充受損家禽腸道中的內源性酶，尤其是剛出殼的雛雞。

2? 飼用酶在家禽營養中不斷變化的作用

不管是現在，還是將來，飼料成本的壓力都是影響家禽生產實現盈利和取得可持續發展的決定性因素，而飼用酶通過增加飼料原料選擇的靈活性在降低飼料成本方面發揮著既定作用。此外，減少動物蛋白質價值鏈中營養物質排泄的需要提高了飼用酶在家禽生產中的實用性。然而，新出現的問題，如對抗生素生長促進劑的限制使用，激發了飼用酶應用的新方向和前景。新的證據開始圍繞著將飼用酶作為動物腸道健康管理綜合方案的一部分進行評估。其特點是腸道微生物群以腸腔內營養物質（日糧和/或內源性營養物質）為營養來源。由于對底物的偏好及其生長需求的差異，食糜的組成和結構在很大程度上會影響胃腸道微生物群。微生物群的組成和代謝功能在一定程度上反映了飼料組成。因此，控制日糧消化率可能會影響胃腸道微生物群。此外，纖維降解酶可以釋放水解產物——益生元，從而調節腸道微生物群。

3? 酵母及其衍生物

酵母是單細胞生物，大小為 5 μm～? ? 10 μm，屬于真菌界的真核微生物。酵母在眾多復雜的生態系統中居很重要的地位，并參與其他微生物的共生、互生、寄生和競爭性相互作用。自1680年A van Leeuwenhoek首次發現酵母和19世紀50年代Louis Pasteur發現其在發酵中的功能以來，人類已將酵母用于食品和飲料生產。有趣的是，盡管已知的酵母有1 000多種，但商業性開發的卻很少。大多數酵母既無害也無益，對人類和/或動物有致病性的酵母幾乎沒有。酵母屬約有20個酵母種，在工業上具有重要的應用價值，例如乙醇、面包、單細胞蛋白和維生素生產。據估計，全球釀酒酵母的年產量超過了所有其他工業微生物的產量。產朊假絲酵母（以前歸類為球擬酵母）在商業上稱為圓酵母，非常獨特，因為它可以通過利用戊糖將木漿加工成紙。另一種重要的酵母是馬克斯克魯維酵母，還稱為乳清酵母，用于乳制品加工。盡管酵母的商業性開發主要基于傳統的發酵過程，但分子生物學的進步為開發用于多種應用的酵母菌株提供了大量的機會。例如，畢赤酵母[Komagataella （Pichia） pastoris]、釀酒酵母（S. cerevisiae）、漢遜酵母[Ogataea （Hansenula） polymorpha]，可用于蛋白質的異源生產。

許多與酵母相關的飼料原料和飼料添加劑在世界各地均有生產和銷售，并應用于畜牧業。主要的飼料原料，如干酒糟及其可溶物（distillers dried grains with soluble，DDGS）、釀酒酵母、乳清酵母和烘焙副產品，均來自酵母發酵過程。酵母可用作人類和動物的蛋白質、礦物質、維生素（尤其是B族維生素）和其他營養物質的豐富來源。與植物、動物和其他微生物來源的蛋白質相比，酵母生產的單細胞蛋白質被認為具有巨大的優勢，因為酵母能在工業和農業副產物等各種基質中快速生長。此外，酵母細胞的個體相對較大，且具有絮凝能力，使其在發酵培養基中比細菌更容易收獲。其他特殊的酵母產品，如酵母硒和紅法夫酵母，可改善鮭魚和鱒魚的肉色。營養酵母及其制品在飼料工業中可用作氨基酸和微量營養物質的來源。不過，酵母產品在畜牧業中的應用已經發展到利用其功能屬性。特別令人感興趣的是細胞內容物的功能性成分，例如肽、酶、核苷酸和細胞壁成分，如β-葡聚糖、糖蛋白、甘露聚糖和幾丁質。本文將在后面的小節中簡要介紹酵母及其衍生物的功能屬性，業已證明這些屬性會影響家禽的健康和免疫狀態。

3.1 活酵母

大多數酵母品種被許多國家或地區的食品監管機構，例如歐洲食品安全局、美國飼料控制官員協會和加拿大食品檢驗局指定的安全資格認定機構認為是安全的。然而，一般來說，大多數用于家禽生產的商用益生菌飼料添加劑是細菌制劑。少數非細菌類益生菌（酵母或真菌）包括米曲霉、齊藤假絲酵母（Candida saitoana）、布拉迪酵母（Saccharomyces bourlardii）和釀酒酵母（S. cerevisiae）。酵母益生菌在反芻動物的營養中是必不可少的，因為其能有效調節瘤胃微生物群。活性干酵母是畜牧生產中最常見的被用作益生菌的活酵母之一。在畜牧業中，被用作飼料添加劑的酵母益生菌通常含有載體材料，例如石灰石、稻殼、可溶性酒糟。這些材料通常每克含有5×109個菌落形成單位，占純活性干酵母菌落形成單位的20%～25%。商用酵母益生菌主要以干貨形式生產，人們對其在飼料生產過程中的穩定性提出了擔憂。例如，對添加活性酵母細胞的飼料進行制粒（82 ℃）或擠壓? ? （72 ℃，31 s）。制粒不影響總酵母數，但會使活性酵母數減少10倍。擠壓會減少總酵母數和活性酵母數。大多數家禽日糧都采用嚴苛的加工工藝，包括減少粒度和水熱加工，以提高飼料利用率和衛生。這表明，如果未對酵母細胞采取保護措施，經過水熱加工后，家禽飼料所含的存活酵母細胞會降至很低的水平。

3.2 酵母衍生物

酵母衍生物統稱為酵母培養物，主要由酵母和條件發酵過程中產生的發酵產物組合而成，也可能存在少量的活性酵母細胞。其生產需要用活的酵母細胞接種在特定培養基上，然后在特定條件下發酵，隨后干燥發酵培養基。通常將收獲的物質配制成飼料添加劑或進行下游加工以生產特種產品。特種產品的生產被認為是許多酵母型功能性飼料添加劑能否用于家禽業的關鍵。酵母作為異養生物，其能量和碳代謝密切相關，酵母細胞能夠根據發酵培養基的組成和發酵條件產生各種衍生物。因此，通過控制酵母培養物可以生產出獨特的飼料添加劑，其含有對動物營養和健康有益的單一或組合的衍生物。

3.3 酶

酶由法國化學家Anselme Payen于1833年首次發現。幾十年后，Louis Pasteur得出結論，發酵與酵母細胞的生命和組織有關，但與細胞死亡無關。因此，可以說酵母是生產酶的先驅生物，然而，飼料市場由細菌和絲狀真菌衍生的酶為主。這主要是因為非酵母類微生物表達系統在某些產品和工藝開發方面具有優勢。然而，隨著生物技術的進步，一些酵母，例如畢赤酵母、釀酒酵母、漢遜酵母和某些其他酵母菌種已被開發用于酶和蛋白質的工業生產。不過，這些精制的酵母蛋白主要用于生產特殊化學品，例如醫藥中間體。

3.4 核苷酸

在整個酵母中，總核酸的含量占細胞干重的3%～12%。酵母還富含內源性核酸酶和蛋白酶，可通過自溶將核酸、DNA和RNA降解為核苷酸。通過控制pH、溫度和持續時間，以及使用鹽和外源性酶等添加劑，酵母細胞的自溶可以得到優化和標準化，以保證產品質量的一致性。這些更改越來越多地用于生產各種工業用酵母核苷酸產品。例如，在正常的自溶條件下，RNA主要降解為三種核苷酸，而在受控的酶解條件下，會產生5種核苷酸。

3.5 細胞壁成分

酵母的細胞壁占酵母干重的15%～20%，含有大量的β-葡聚糖和甘露聚糖以及微量的幾丁質。從結構上看，細胞壁由內層的不溶性β-葡聚糖和甘露聚糖、中層的可溶性β-葡聚糖和外層的糖蛋白組成。應注意的是，這些層不是離散的，而是形成復雜的結構，不易分解。β-1，3葡聚糖是酵母細胞壁中的主要多糖成分，研究證明其具有免疫調節作用。在這種情況下，人們對通過機械（例如，珠磨、超聲處理、高壓均質化）和非機械（例如，熱解、滲透震蕩、化學和酶解）方法精制提取β-葡聚糖的興趣越來越大。

（未完待續）

原題名：Utility of feed enzymes and yeast derivatives in ameliorating deleterious effects of coccidiosis on intestinal health and function in broiler chickens（英文）

原作者：Elijah G. Kiarie、Haley Leung、Reza Akbari Moghaddam Kakhki、Rob Patterson和John R. Barta