替代抗生素飼料添加劑研究進展

由大鵬，張絮穎，劉麗娜，紅 敏，吳國慶，高鳳林

（1.通遼市農(nóng)牧科學研究所，內(nèi)蒙古 通遼 028007；2.包頭輕工職業(yè)技術(shù)學院，內(nèi)蒙古 包頭 014000；3.赤峰市農(nóng)牧業(yè)科學研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；4.扎魯特旗動物衛(wèi)生監(jiān)督所，內(nèi)蒙古 扎魯特旗 029100；5.奈曼旗動物疫病預防與控制中心，內(nèi)蒙古 奈曼旗 028300）

抗生素曾經(jīng)作為主要的飼料添加劑對我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用， 但經(jīng)過幾十年的廣泛應用出現(xiàn)了很多問題， 比如致病菌的耐藥性增強、引起消化道菌群失調(diào)、引起動物內(nèi)源性感染、造成動物免疫力降低、影響動物疫苗的使用效果，甚至可通過食物鏈危害人體健康。逐步減量化甚至禁止將抗生素用于飼料添加劑已成為世界各國的共識。 我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2019 年7 月發(fā)布194 號公告［1］：“自2020 年1 月1 日起，退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種”，這意味著我國飼料行業(yè)進入全面“禁抗”時代，更多的研究人員尋求研發(fā)各種抗生素替代品及綠色無害的飼料添加劑， 消除或減輕禁用抗生素帶來的一系列影響。 目前， 主要的抗生素替代品包括酶制劑、微生態(tài)制劑、酸化劑、抗菌肽、植物提取物等。以下就主要抗生素替代品的抗菌特點、 作用機制及應用優(yōu)缺點進行綜述，旨在為“禁抗”后抗菌性添加劑在飼料中應用提供參考。

1 酶制劑（enzyme preparation）

酶制劑是一類具有生物催化活性的蛋白質(zhì)，在一定的環(huán)境條件下可加速底物反應， 生成可被動物消化道內(nèi)壁上皮細胞直接吸收的小分子產(chǎn)物。隨著微生物發(fā)酵生產(chǎn)酶技術(shù)的不斷完善，目前國內(nèi)可以用于飼料的酶制劑主要有非淀粉多糖（NSP）酶制劑（纖維素酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶）、消化（內(nèi)源性）酶制劑（淀粉酶、脂肪酶、麥芽糖酶、果膠酶、蛋白酶、支鏈淀粉酶）和功能性單一酶制劑（植酸酶）等。

酶制劑的作用機制： ①消化降解難消化的營養(yǎng)底物（抗營養(yǎng)因子），提高消化道內(nèi)源消化酶活性［2］。 ②調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，抑制病原菌［3-4］；③有效降低腸道食糜黏度［5］，有利于營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收；④降低飼料源性應激，改善腸道發(fā)育［6-7］；⑤生成功能性寡糖、寡肽、過氧化氫，抑制致病菌［8］。

酶制劑的替抗功能具有條件性、 輔助性和累積性的特點［9］，應該根據(jù)動物種類及品種、日糧類型及營養(yǎng)水平和動物生長階段，選用不同的酶及其他替抗添加劑，這樣才可達到最佳效果。 此外，酶制劑具有對動物無毒、無殘留、不產(chǎn)生抗藥性和對環(huán)境不造成污染等優(yōu)點，具有替代抗生素的潛質(zhì)。

2 微生態(tài)制劑（AMP）

微生態(tài)制劑是指在微生態(tài)學理論指導下，用正常微生物群成員， 經(jīng)特殊工藝制成的只含有活菌或包含細菌菌體及其代謝產(chǎn)物的工業(yè)產(chǎn)品。 微生態(tài)制劑目前分為益生菌 （probiotics）、 益生元（prebiotics）與合生元（synbiotics）3 個類型。益生菌是一類用以調(diào)節(jié)動物消化道微生態(tài)平衡， 有利于提高動物健康水平的活菌。 益生元是指一些在其組成或活性上經(jīng)過特定改變， 且不被宿主消化吸收， 卻能夠選擇性促進宿主體內(nèi)有益菌代謝和增殖，從而改善宿主健康的有機物質(zhì)［10］。益生元包括功能性低聚糖類（如低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖等）、多糖類（現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的微藻，如螺旋藻、節(jié)旋藻等）、一些天然植物（如蔬菜、中草藥、野生植物等）的提取物、蛋白質(zhì)水解物、多元醇等［11］。 合生元則是由益生菌與益生元組成的混合物，兼具益生菌與益生元雙重效應。不同益生菌與益生元組合產(chǎn)生協(xié)同效應［12］。

微生態(tài)制劑的作用機制： ①有利于形成優(yōu)勢有益菌群，與有害菌群爭奪附著位點、營養(yǎng)及氧，競爭性地抑制有害菌群擴大［13］；②益生菌代謝產(chǎn)生有機酸和溶菌酶，使消化道pH 值降低，內(nèi)源酶活性提高； ③益生菌代謝產(chǎn)生的對有益菌起保護作用的一類帶有復雜基團的聚合物， 能作為免疫增強劑參與激活非特異性免疫， 如細菌脂多糖（LPS）、肽聚糖（PG）等；④寡糖及其代謝產(chǎn)物與腸道淋巴組織結(jié)合開啟免疫應答， 或與細胞質(zhì)膜的天然受體（巨噬和樹狀突細胞） 作用開啟免疫應答，增強免疫功能［12］。

目前微生態(tài)制劑的“替抗”功能已經(jīng)被認可，廣泛應用的好氧型益生菌有地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌， 厭氧型益生菌有乳酸菌和雙歧桿菌。 市場上的產(chǎn)品有單一菌種型和復合菌種型。目前最常見的益生元是功能性低聚糖。 雙歧桿菌和低聚果糖組合效應優(yōu)于雙歧桿菌和低聚半乳糖、雙歧桿菌和菊糖（2 日齡犢牛）組合［14］。微生態(tài)制劑是一種理想的抗生素替代品，但在應用過程中存在以下問題： 一是其抗菌活性在飼料加工、高溫制粒過程中活性減弱；二是益生菌菌群對宿主動物有選擇性；三是微生態(tài)制劑應用于低水平日糧的效果明顯，對高水平日糧效果一般［15］。

3 酸化劑

酸化劑最初被用在降低飼料pH 值和幼畜腹瀉率等方面， 已經(jīng)在動物生產(chǎn)中應用多年并取得非常優(yōu)良的效果。 目前關(guān)于酸化劑的研究在向改善動物健康和提高飼料利用率等方面轉(zhuǎn)變?！讹暳咸砑觿┢贩N目錄 （2013）》（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公告第2045 號） 規(guī)定允許生產(chǎn)使用的酸化劑有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、苯甲酸、山梨酸、富馬酸（延胡索酸）、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、磷酸。

酸化劑的作用機制：①降低飼料和消化道pH值，有利于激活內(nèi)外源消化酶原，促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收［16］；②優(yōu)化消化道菌群區(qū)系，促進有益菌繁殖，抑制病原菌胞內(nèi)DNA/RNA 合成，以致病原菌繁殖受阻［17］；③通過螯合或插入細菌外膜，破壞病原菌結(jié)構(gòu)［18］（如蘋果酸與檸檬酸）；④作為能量代謝過程中的中間產(chǎn)物，直接參與體內(nèi)代謝（如延胡索酸和檸檬酸），提供能量；⑤改善腸道發(fā)育，刺激腸道細胞免疫因子分泌，增強免疫功能［19］。

大多數(shù)病原菌和病毒適宜在中性偏弱堿環(huán)境（pH 值為7.2～7.6）中生長繁殖，而有益菌適宜在弱酸性環(huán)境下生長， 酸化劑可以有效降低消化道環(huán)境pH 值，有利于有益菌群定植，同時飼料中添加酸化劑可以有效防止飼料霉變，提高了適口性。酸化劑是一類抑菌效果好、無副作用、不產(chǎn)生抗藥性的抗生素替代品， 許多研究表明酸化劑與其他替抗品配合使用效果更好［20-23］。

4 抗菌肽（antibacterial peptides）

抗菌肽又稱抗微生物肽（AMPs），是病原微生物入侵宿主防御系統(tǒng)后產(chǎn)生的具有免疫功能的生物活性分子（肽類）。 研究人員相繼從細菌、真菌、兩棲類、昆蟲、高等植物、哺乳動物乃至人類中發(fā)現(xiàn)并分離獲得抗菌肽［24］。 抗菌肽具有廣譜抗菌活性、低毒和低耐藥性，同時作為高等生物免疫調(diào)節(jié)劑被認為是未來首選抗菌藥［25］。 抗菌肽一般由20～60 個氨基酸殘基組成［26］，以賴氨酸、精氨酸及大于30%的疏水性氨基酸為主， 且大多數(shù)帶正電荷。 抗菌肽的二級結(jié)構(gòu)特性和理化性質(zhì)對靶細胞的破壞起極其重要的作用。

抗菌肽可能的作用機制： ①大多數(shù)抗菌肽能夠與病原菌細胞膜表面相互作用， 抗菌肽分子的疏水端插入病原菌細胞膜的脂質(zhì)膜形成跨膜電位，細胞膜的通透性發(fā)生改變，影響酸堿平衡、滲透壓平衡，抑制病原菌的呼吸作用［27］。與細胞膜的作用目前存在4 種成孔模型假說［26］，分別為“地毯樣”模型、“環(huán)形”模型、“桶形”模型和“聚集通道”模型。②部分抗菌肽在進入病原菌細胞之后，通過與細胞內(nèi)靶標的特異性結(jié)合，從而干擾細胞代謝，發(fā)揮宿主主動防御作用［28-29］。

抗菌肽“替抗”應用上目前存在一定問題：一是分離純化復雜， 不同來源的抗菌肽的純化方法不同；二是合成成本較高，導致價格偏高，養(yǎng)殖成本增加；三是抗菌肽在飼料生產(chǎn)加工、運輸、儲存過程中穩(wěn)定性問題還有待研究?？咕臒o毒、低抗藥性、抗菌譜廣，將其作為抗生素替代品應用前景十分廣闊。

5 植物提取物（plant extracts）

自然界中絕大多數(shù)植物在生長過程中合成次級代謝產(chǎn)物， 而這些代謝產(chǎn)物往往對動物具有抗腫瘤、抗微生物、抗氧化、促進生長、增強免疫力、改善腸道健康等作用， 其活性成分基本可以分為植物多酚、生物堿類、揮發(fā)油類、有機酸類、多糖類和植物色素等［30］。 植物提取物根據(jù)提取分離工藝和產(chǎn)品質(zhì)控標準區(qū)分為植物粗提取物和植物精提取物［31］。植物精提取物是指在粗提后，通過特定分離純化工藝，提取的單一或者幾種功能性組分，例如糖萜素（源自山茶籽餅）、杜仲葉提取物、淫羊藿提取物、迷迭香提取物、苜蓿提取物等。 一般植物精提取物作為商品性飼料添加劑廣泛應用于畜牧業(yè)生產(chǎn)。

植物提取物的一般作用機理： ①可以通過擠壓構(gòu)成細胞膜磷脂的脂肪酸鏈， 在細胞膜上形成很多微型管道， 從而造成細菌細胞質(zhì)中的離子外流（如香芹酚）［32］，達到殺菌效果；②可以使細胞膜破裂，導致胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，從而殺滅病原菌（如百里香酚）［33］；③部分植物提取物的硫醚基的氧原子與細菌生長繁殖必需的半胱氨酸分子中的硫基相結(jié)合，破壞病原菌正常代謝（如大蒜素）［34］；④通過提高淋巴細胞轉(zhuǎn)化率、 白細胞介素2 活性、IgG 含量和紅細胞C3b 受體花環(huán)率，增強免疫功能（如糖萜素）［35］； ⑤部分植物提取物在細胞膜內(nèi)形成甾醇復合物，破壞細菌細胞膜，導致細胞死亡（如皂苷）［36］。

雖然多種植物提取物的抗菌效果已經(jīng)得到證實，但其抗菌作用機制還不是十分明確，原因是植物提取物的種類較多，活性成分較為復雜，各活性成分存在協(xié)同效應。 這就導致大多數(shù)的植物提取物產(chǎn)品標準欠缺、有效添加量不明確，但植物提取物來源于天然植物，不產(chǎn)生抗藥性，已經(jīng)成為當前“替抗”研究熱點。

6 結(jié)語與展望

我國飼料行業(yè)已進入全面“禁抗” 時代，“替抗”產(chǎn)品的開發(fā)和替抗技術(shù)（解決方案）研究成為當前集約化畜牧業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要課題，“替抗”添加劑應具備安全、高效、無殘留、低成本的特征。雖然各種“替抗”添加劑通過不同作用機制影響動物機體代謝和消化道微生物區(qū)系， 對動物健康指標的提升和生產(chǎn)性能的提高產(chǎn)生積極影響， 但符合生產(chǎn)需要的日糧營養(yǎng)水平、衛(wèi)生飼養(yǎng)環(huán)境、衛(wèi)生條件、養(yǎng)殖者管理水平、設施設備等也是“替抗”產(chǎn)品發(fā)揮作用的必要條件。 目前主要存在“替抗”產(chǎn)品標準欠缺、缺少有效添加應用數(shù)據(jù)、作用機制研究不夠深入等問題［31］。 抗生素替代品的研究與應用仍然是一個長期而艱巨的任務。 為全面提升綠色養(yǎng)殖水平， 我國已要求建立畜牧業(yè)綠色發(fā)展評價體系，推廣綠色發(fā)展配套技術(shù)［37］，“禁抗”帶來的一系列問題會得到解決。