豬日糧中的非抗生素飼料添加劑（一）

Liu Y, C.D.Espinosa, J.J.Abelilla, G.A.Casas,L.V.Lagos, S.A.Lee, W.B.Kwon, J.K.Mathai,D.M.D.L.Navarro, N.W.Jaworski, H.H.Stein

（1.加州大學(xué)戴維斯分校，動(dòng)物科技學(xué)院；2.伊利諾伊大學(xué)，動(dòng)物科技學(xué)院；3.創(chuàng)荷美營(yíng)養(yǎng)國(guó)際，博克斯梅爾，荷蘭）

養(yǎng)豬生產(chǎn)中不使用藥物將會(huì)使發(fā)病率提高，生產(chǎn)性能受損，并且在斷奶期尤為明顯，而在生長(zhǎng)育肥豬日糧中可移除抗生素而不引發(fā)任何疾病問(wèn)題。由于養(yǎng)豬生產(chǎn)中不使用抗生素有一系列困難，因此飼料中不使用抗生素需要與不同的管理方案相結(jié)合。這項(xiàng)方案包括管理方案、營(yíng)養(yǎng)方案和可替代日糧補(bǔ)充物。每個(gè)階段中都曾提出不同的方法，但這些方法的共同點(diǎn)是提高豬只抵抗病原菌定植在腸道的能力。這可以通過(guò)提高對(duì)病原菌的免疫應(yīng)答或通過(guò)防止病原菌黏附于腸黏膜組織來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而減少病原體的損害影響。本文對(duì)部分添加劑改善日糧中移除抗生素促生長(zhǎng)因子帶來(lái)的負(fù)面影響進(jìn)行了綜述。

1　酸化劑

酸化劑常用于替代抗生素促生長(zhǎng)因子，其可為有益微生物創(chuàng)造有利腸道的環(huán)境，從而提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率、生長(zhǎng)性能，并降低腹瀉。日糧中的酸化劑可分為有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸或酸鹽（Papatsiros和 Billinis，2012；Partanen和 Mroz，1999）。各種有機(jī)酸混合物、有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸的混合物等可使豬日糧中酸化劑的影響最大化（Kuang等，2015；Ahmed等，2014；Zentek等，2013）。目前，日糧中酸化劑的精確作用機(jī)制為可降低或穩(wěn)定胃的pH，提高胃蛋白酶活性；調(diào)整并改變腸道微生物菌群，抑制病原菌活性；提高腸道中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉積（Papatsiros和Billinis，2012；Kil等，2011）。但更精確的作用機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。

1.1有機(jī)酸最常用的有機(jī)酸為甲酸、富馬酸和檸檬酸，日糧中添加有機(jī)酸可以降低胃內(nèi)pH（Radcliffe等，1998；Eidelsburger等，1992b）。甲酸及其鹽類對(duì)蛋白質(zhì)的表觀全腸道消化率有正面影響（Eckel等，1992），但對(duì)回腸氨基酸消化率無(wú)影響（Gabert 等，1995），也有研究表明日糧酸化劑可以降低回腸氨基酸消化率（Gabert和Sauer，1995）。然而，日糧中添加檸檬酸對(duì)母豬蛋白、鈣和磷的消化率有正面影響（Liu等，2014）。但有研究發(fā)現(xiàn)不同的結(jié)果（Kil 等，2011；Blank等，1999），可能是由于蛋白源和酸的添加水平不同。

近來(lái)，研究表明有機(jī)酸和中鏈脂肪酸相結(jié)合比僅飼喂酸或脂肪酸的抗菌活性更強(qiáng)（Zentek等，2013），有機(jī)酸和中鏈脂肪酸酸相結(jié)合對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率和生長(zhǎng)性能均有正面影響。Kuang等（2015）也報(bào)道其對(duì)營(yíng)養(yǎng)消化率和生長(zhǎng)性能有促進(jìn)作用。

1.2無(wú)機(jī)酸日糧中常用的無(wú)機(jī)酸包括鹽酸、硫酸和磷酸。研究表明，日糧中補(bǔ)充磷酸和鹽酸有著正面回應(yīng)（Mahan等，1996），但也有人報(bào)道補(bǔ)充鹽酸缺乏積極回應(yīng)（Eidelsburger等，1992a；Roth等，1992b；Kil等，2011、2006）。日糧中補(bǔ)充硫酸對(duì)生長(zhǎng)性能有著負(fù)面影響（Eidelsburger等，1992b；Mahan等，1996）。

1.3酸鹽酸鹽也被用來(lái)作為豬用酸化劑，這些酸鹽包括甲酸鈣、二甲酸鉀、二甲酸鈉和延胡索酸鈉。研究表明，甲酸鈣對(duì)生長(zhǎng)性能和腹瀉率有著積極影響（Bosi等，2007），但甲酸鈣較二甲酸鉀效果差（Li等，2008a）。由于 H+-K+-ATPase和胃分泌酸粘膜中胃泌酸受體的mRNA表達(dá)量的增加，二甲酸鉀可能導(dǎo)致胃中鹽酸和乳酸濃度更高（Xia等，2016）。另外，研究表明，日糧中補(bǔ)充二甲酸鈉和延胡索酸鈉對(duì)其干物質(zhì)和蛋白質(zhì)消化率有積極影響（Eidelsburger等，1992b）。

1.4混合酸檸檬酸和山梨酸的混合物會(huì)提高豬的生長(zhǎng)性能（Grilli等，2010），混合有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸可增加糞便中的乳酸菌數(shù)量和減少大腸桿菌的數(shù)量，但是不能提高豬的生長(zhǎng)性能（Ahmed等，2014）。Upadhaya等（2016、2014）也報(bào)道飼喂混合酸化劑豬的糞便中的乳酸菌數(shù)量增加，熱應(yīng)激豬只的腹瀉率降低（Wang等，2016）。

總之，目前飼料中使用大量的酸化劑得到的效果并不都是正面的。因此，需要進(jìn)一步的研究去闡明酸化劑的作用模式，確定在哪些條件下能夠獲得期望的積極回應(yīng)。

2　礦物質(zhì)

礦物質(zhì)是豬只維持生長(zhǎng)和繁殖所需的無(wú)機(jī)元素。飼料中礦物質(zhì)添加量大于100 mg/kg的稱為大量元素，而小于這個(gè)數(shù)量的礦物質(zhì)稱為微量元素或稀有元素。微量元素如銅和鋅是豬維持正常的身體機(jī)能所需要的，并且其具有抗菌特性，因此它們經(jīng)常被添加到日糧中，添加量高于其滿足營(yíng)養(yǎng)需求的量。

2.1鋅鋅是多種金屬酶的組分和活化劑，在激素的產(chǎn)生和分泌中有著主要功能。其在皮膚和傷口愈合以及免疫系統(tǒng)的完整性中也起著作用（McDowell，1992）。保育豬通常要求添加80～ 100 mg/kg的 鋅（NRC，2012；van Heugten等，2003），斷奶仔豬日糧中鋅的缺乏會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)遲緩、食欲不振、骨骼異常和皮膚角化過(guò)度。然而，在藥理水平上，無(wú)機(jī)鋅以氧化鋅的形式添加2000～4000 mg/kg，用于減少斷奶后腹瀉和提高生長(zhǎng)性能是一種常見(jiàn)的推薦量（Hill等，2000；Poulsen，1998；Smith等，1997）。在高水平鋅的刺激下，可提高14%～17%的采食量（Case和Carlson，2002；Hahn和 Baker，1993）。除了氧化鋅，也有其他形式的鋅，它們?cè)谌占Z中含量較低。這些形式包括螯合鋅如蛋氨酸鋅，其生物利用度高于氧化鋅（Ward等，1996），保育料中添加250 mg/kg的蛋氨酸鋅與添加2000 mg/kg的氧化鋅有著相同的功效（Mavromichalis等，2001）。在提高生長(zhǎng)性能上鋅的生物學(xué)機(jī)制可能與其在斷奶仔豬中的腸道完整性與形態(tài)學(xué)的功能上有關(guān)（Pearce，2015）。補(bǔ)充高水平的鋅會(huì)導(dǎo)致隱窩更深和十二指腸的厚度更大（Carlson 1998）、使受傷的腸道上皮細(xì)胞再生（Alam等，1994）、微生物群落的穩(wěn)定和大腸桿菌的多樣（Katouli等，1999）、斷奶仔豬腸道通透性的減少（Zhang和Guo，2009）和淋巴細(xì)胞增殖（van Heugten，2003）。

2.2銅銅是多種金屬酶包括細(xì)胞色素氧化酶和賴氨酰氧化酶的重要組成部分，并參與氧化還原反應(yīng)、氧氣和電子的運(yùn)輸和氧化應(yīng)激的預(yù)防（Hill，2013）。銅也參與代謝反應(yīng)，包括細(xì)胞呼吸、組織色素沉著、血紅蛋白形成和結(jié)蹄組織的發(fā)展（McDowell，1992）。新生仔豬通常要求5～6 mg/kg的銅用于正常代謝（NRC 2012），但隨著豬的成長(zhǎng)，對(duì)銅的需求會(huì)降低。但銅的缺乏會(huì)使仔豬會(huì)產(chǎn)生關(guān)鍵性的功能紊亂和低銅血?。⊿uttle，2010）。小紅細(xì)胞性貧血是缺乏銅的一個(gè)癥狀，另外，銅在血紅蛋白的形成和發(fā)展中的作用。由于日糧中銅的缺乏，豬可能患有骨骼畸形和腿有著不同程度的彎曲（Baxter等，1953）。為了提高生長(zhǎng)性能，豬日糧中按照藥理水平添加銅已經(jīng)是常見(jiàn)做法（Ma等，2015）。斷奶仔豬日糧中補(bǔ)充100～250 mg/kg的銅可減少斷奶后應(yīng)激和提高日增重與日采食量（Perez等，2011；Rutkowska-Pejsak等，1998；Poulsen 1995）。在大多數(shù)情況下，以硫酸鹽的形式額外添加銅，盡管如此，其他形式的銅也可以被使用。已報(bào)道堿式氯化銅與硫酸銅在提高豬只的生長(zhǎng)速度和飼料利用效率上一樣有效（Cromwell等，1998）。使用堿式氯化銅來(lái)替代硫酸銅也能提高肉雞中磷的利用（Banks等，2004），這可能是因?yàn)閴A式氯化銅導(dǎo)致了對(duì)微生物植酸酶更少的抑制（Pang和Applegate，2006）。也發(fā)現(xiàn)堿式氯化銅在預(yù)混料中有著較少的攻擊性，因此可減少在維生素礦物質(zhì)預(yù)混料的儲(chǔ)存期間維生素、植酸酶和益生菌的破壞。螯合銅如檸檬酸銅在豬日糧中也可以被使用，因?yàn)闄幟仕徙~中銅的可用性比在硫酸銅中更高，日糧中更低濃度的檸檬酸銅就可導(dǎo)致銅排泄的降低（Armstrong等，2004）。

日糧中銅對(duì)生長(zhǎng)的促進(jìn)作用歸因于其的抑菌和殺菌特性，因?yàn)殂~可以減少腸道細(xì)菌的數(shù)量，這會(huì)影響盲腸和結(jié)腸中微生物的生長(zhǎng)和群落結(jié)構(gòu)（Hojberg等，2005）。據(jù)推測(cè)由于銅的補(bǔ)充，日采食量得到提高，這是因?yàn)殂~在上調(diào)神經(jīng)肽Y的mRNA表達(dá)中的作用（Li等，2008b）。銅也可以改變細(xì)菌蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，這會(huì)阻止細(xì)菌實(shí)現(xiàn)它們正常的功能。銅通過(guò)綁定到硫上或蛋白質(zhì)中的羧基或氨基上，也會(huì)破壞酶的結(jié)構(gòu)和細(xì)菌的功能。在斷奶仔豬日糧中按照藥理水平添加銅也可以增加絨毛高度和減少隱窩深度，從而改善腸道健康（Zhao等，2007）。

2.3銅和鋅的加和效應(yīng)研究表明，分別單獨(dú)添加藥理水平的銅和鋅可顯現(xiàn)出有益效果，另外一些試驗(yàn)正在研究共同添加藥理水平的銅和鋅所產(chǎn)生的效果。然而，有些試驗(yàn)結(jié)果表明這兩種礦物質(zhì)產(chǎn)生的效果并沒(méi)有加和性（Hill等，2000），但另外一些結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在一些加和性（Perez等，2011a）。據(jù)報(bào)道稱氧化鋅可改變結(jié)腸的菌群，而銅除了改變菌群之外還會(huì)降低回腸和結(jié)腸中微生物的多樣性，這可能就是這兩種礦物質(zhì)具有加和效應(yīng)的原因（Namkung等，2006）。

3　益生元

腸道菌群的組成在豬的健康和增加腸道中雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬和真菌屬菌群數(shù)量進(jìn)而促進(jìn)動(dòng)物健康和降低致病風(fēng)險(xiǎn)方面扮演重要角色（van der Aar等，2016；Roberfroid等，2010）。這些細(xì)菌的生長(zhǎng)增加了乳酸和乙酸的濃度從而降低了腸道內(nèi) pH，隨后的短鏈脂肪酸（SCFA）濃度的增加和病原菌濃度的降低均可促進(jìn)發(fā)酵過(guò)程（Smiricky-Tjardes等，2003）。

益生元主要是難消化的低聚糖，且已被定義為“能夠選擇性促進(jìn)結(jié)腸中一種或有限幾種細(xì)菌的生長(zhǎng)和（或）活性從而改善宿主健康的非消化性食物成分”（Gibson和 Roberfroid，1995）。不可消化的碳水化合物是腸道菌群的主要底物，然而并不是所有的難消化碳水化合物都可以影響菌群，因此只有一小部分不易消化的碳水化合物可以作為益生元。

菊粉、低聚糖、反式半乳低聚糖和乳果糖是最常見(jiàn)的幾種被確認(rèn)為益生元的碳水化合物，這是因?yàn)檫@些碳水化合物是容易發(fā)酵的，因此會(huì)導(dǎo)致腸腔 pH的降低（de Lange等，2010）。然而，日糧中其他的碳水化合物如阿拉伯木聚糖、木葡聚糖和抗性淀粉也可能具有益生元效果（Back-Knudsen等，2012）。益生元還可以通過(guò)水解或酶解多糖或用雙糖進(jìn)行化學(xué)合成等化學(xué)處理法得到。大多數(shù)益生元是合成的或從植物和海藻多糖中分離出來(lái)的（Smiricky-Tjardes等，2003；Saad等，2013）。

豬料中益生元的有益效果和發(fā)酵作用的增強(qiáng)有關(guān)，這是因?yàn)槎替溨舅岬暮铣蓪?dǎo)致了腸道pH的降低。短鏈脂肪酸濃度的增加也會(huì)降低腸道內(nèi)蛋白質(zhì)的發(fā)酵（Lindberg，2014；Roberfroid等，2010；Awati等，2006）丁酸調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞生長(zhǎng)和誘導(dǎo)小腸分化與凋亡（Van der Aar，2016；Lindberg，2014）。斷奶仔豬日糧中添加100 mg/kg或 200 mg/kg的果寡糖（一種殼聚糖的衍生物）可改善生長(zhǎng)性能、提高日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率、降低腹瀉率和改善小腸形態(tài)（Liu等，2008）。

研究表明乳果糖益生元可產(chǎn)生更高濃度的 IgM與IgA，能夠提高鼠傷寒沙門菌的免疫力（Naquid等，2015）。同樣的，當(dāng)斷奶仔豬日糧中添加殼聚糖（含β-（1-4）糖苷鍵的N-乙酰葡萄糖胺的六碳單元）和半乳甘露寡糖可提高細(xì)胞免疫反應(yīng)、IL-1β的基因表達(dá)以及血清中IL-1β、IL-2和 IL-6的水平（Yin等，2010）。日糧中益生元對(duì)免疫系統(tǒng)具有有益作用的原因可能是益生元促使了小腸乳酸濃度的提高，但確切機(jī)理還不清楚（Naquid等，2015）。與之相反，有研究表明日糧中添加0.1%菊苣、甘露寡糖或0.02%殼聚糖對(duì)生長(zhǎng)性能和血清IgA濃度無(wú)影響（Li等，2016）。有許多因素可以影響生長(zhǎng)性能和豬日糧中添加益生元所引發(fā)的免疫反應(yīng)，這或許可以解釋所取得的不一致的研究結(jié)果（Patterson，2005）。

4　直接飼喂微生物（DFM）的功效

研究表明，添加 0、5.0 × 104、6.7 × 106、7.5× 108 cfu/g球形雙歧桿菌A（乳酸生產(chǎn)DFM）在以玉米豆粕為基礎(chǔ)的斷奶仔豬日糧中，可提高平均日增重和平均日采食量，但對(duì)料肉比、免疫應(yīng)答或腸道內(nèi)容物的pH無(wú)影響（Apgar等，1993）。在豬生長(zhǎng)-育肥階段采用同樣地飼喂方法，豬的生長(zhǎng)性能和胴體性狀不受DFM添加的影響（Apgar等，1993）。利用乳糖產(chǎn)生DFM（乳酸雙歧桿菌NCC2818）補(bǔ)充至斷奶仔豬日糧中發(fā)現(xiàn)，與上皮緊密細(xì)胞連接相關(guān)蛋白質(zhì)的上調(diào)并減少了腸黏膜組織中的IgA，這表明增加了腸道的屏障功能（Lewis等，2013）。此外，飼喂2種不同的日糧；一種日糧以卵蛋白為基礎(chǔ)，一種日糧以大豆蛋白為基礎(chǔ)，DFM補(bǔ)充與每種日糧對(duì)斷奶豬代謝和免疫的影響有相互作用，這表明最可能取決于DFM的影響（Bailey，2016；Merrifield等，2013）。

Kornegay等（1995）研究表明，含有啤酒酵母的酵母培養(yǎng)物可提高豬營(yíng)養(yǎng)消化率的能力，補(bǔ)充酵母培養(yǎng)物可增加牛瘤胃里分解纖維素的細(xì)菌。然而，添加0%、8%或16%花生殼，可線性降低豬干物質(zhì)、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維的表觀總腸道消化率，補(bǔ)充DFM并沒(méi)有改善降低消化率。Kornegay和 Risley（1996）給 60 kg的 豬 喂 養(yǎng)不含或含有包含枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌的DFM，或者包含枯草芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌和短小芽孢桿菌的DFM的玉米-大豆日糧發(fā)現(xiàn)，其干物質(zhì)、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維的表觀總腸道消化率無(wú)明顯差異。

利用270頭斷奶-育成豬進(jìn)行DFM劑量試驗(yàn)結(jié)果表明平均日增重、料肉比和酮體質(zhì)量隨著DFM劑量和補(bǔ)充DFM持續(xù)時(shí)間的增加而提高（Alexopoulos等，2004）。Lee等，（2014） 生產(chǎn)了一種在柑桔汁廢棄物上生長(zhǎng)的枯草芽孢桿菌DFM，并向基于玉米-豆粕的保育豬日糧的階段 1和階段 2中加入 0、1.5、3.0 g/kg或 4.5 g/kg DFM發(fā)現(xiàn)，豬生長(zhǎng)性能及營(yíng)養(yǎng)和能量、血清免疫球蛋白、小腸內(nèi)容物形態(tài)的表觀總腸道消化率線性增長(zhǎng)，并且使用固體基質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)枯草芽孢桿菌DFM的效果較好。

通過(guò)添加0.05%包含2種地衣芽孢桿菌菌株和1種枯草芽孢桿菌菌株的DFM改善平均日增重和料肉比及減少清洗糞肥的墊子所需的時(shí)間（Davis等，2008）。推測(cè)DFM能改善豬性能和清洗欄是因?yàn)槠淇赏ㄟ^(guò)酶分泌促進(jìn)膳食纖維消化。因此進(jìn)一步研究很有必要的，以確定基于芽孢桿菌的DFM對(duì)膳食纖維發(fā)酵的影響。用添加由枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌組成的DFM的玉米-豆粕日糧喂養(yǎng)豬，氮和能量表觀總腸道消化率提高，豬平均日增重和料肉比也提高（Meng等，2010）。挑戰(zhàn)沙門氏菌的豬與沒(méi)挑戰(zhàn)的豬相比，平均日增重和料肉比減少，而細(xì)菌脫落數(shù)增加，但添加植物乳桿菌DFM并不影響其從挑戰(zhàn)中康復(fù)（Gebru等，2010）。斷奶仔豬喂養(yǎng)羅伊氏乳桿菌和植物乳桿菌DFM 28天與沒(méi)喂養(yǎng)的豬相比，整體平均日增重及蛋白和總能量表觀總腸道消化率提高。飼喂DFM的豬的結(jié)果與飼喂含有0.01%安普霉素的飼料的豬的結(jié)果相似，表明羅伊氏乳桿菌和植物乳桿菌DFM可減小斷奶仔豬日糧中抗生素的使用（Zhao和Kim，2015）。然而，DFM不能在預(yù)防或治療疾病方面替代抗生素，但似乎是用作生長(zhǎng)促進(jìn)劑的抗生素的可行替代品。

日糧中補(bǔ)充500 g/MT芽孢桿菌DFM，喂養(yǎng)保育豬其消化能增加100 kcal/kg，與沒(méi)有DFM的對(duì)照日糧相比，中性洗滌纖維的表觀總腸道消化率增加了9.2%（Owusu-Asiedu等，2014）。生長(zhǎng)-育成豬喂養(yǎng)含有玉米、豆粕、DDGS、麥麩、玉米胚芽和大豆皮的高纖維日糧，補(bǔ)充芽孢桿菌DFM可增加糞便短鏈脂肪酸濃度，隨后獲得較多可用膳食能量，和不喂養(yǎng)DFM日糧相比，這與增加平均日增重、料肉比和更大的腰眼區(qū)域及無(wú)脂瘦肉百分比一致（Jaworski等，2014）。這些結(jié)果支持芽孢桿菌DFM和纖維降解假說(shuō)。

總之，在豬日糧中添加DFM產(chǎn)生了有益的結(jié)果，乳酸生產(chǎn)菌DFM對(duì)仔豬斷奶后穩(wěn)定胃腸道更有利，而芽孢桿菌DFM可能對(duì)增加生長(zhǎng)育肥豬高纖維日糧中能量和營(yíng)養(yǎng)物的消化率，及提高豬生長(zhǎng)性能和胴體特性更有利。