豬飼用抗生素替代物研究進展

張仕宇， 宋 博， 仲銀召， 鄭昌炳， 湯志毅， 鄭 界， 印遇龍， 段葉輝

（1.動物營養(yǎng)生理與代謝過程湖南省重點實驗室，中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所，湖南長沙410125；2.湖南農業(yè)大學教育學院，湖南長沙410128；3.湖南農業(yè)大學動物科技學院，湖南長沙410128）

豬飼糧中添加亞治療劑量抗生素可提高飼料轉化率、改善肉質、促進腸道健康、預防疾病等。 然而，生豬養(yǎng)殖過程中飼用抗生素長期使用甚至濫用會導致細菌耐藥性產生， 豬肉產品抗生素殘留，肉質風味下降等問題，不僅破壞生態(tài)環(huán)境， 還危害人類健康 （Ferrer 等，2017；Chattopadhyay 等，2014；Wei 等，2007）。 基于此，我國農業(yè)農村部發(fā)布了飼料“禁抗”令（第194 號公告），明確了自2020 年7 月1 日起我國全面禁止使用促生長類藥物飼料添加劑。 因此，為保證生豬養(yǎng)殖的生產效益和食品安全， 尋找并開發(fā)高效、綠色、安全、無公害的抗生素替代物已刻不容緩。 本文綜述了植物提取物、益生菌、有機酸和酶制劑等綠色添加劑在生豬養(yǎng)殖中的應用和作用機理， 以期為新型替抗物的研發(fā)利用及推廣提供理論和技術支撐， 進而促進我國生豬養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 植物提取物

植物提取物是指從植物中提取的天然生物活性物質， 包括來源于各種植物的次級混合物或代謝產物，具有低殘留、無耐藥性、來源廣和種類多等特性，能促進機體生長，提高其抗氧化能力和免疫力， 從而維持動物健康（Sharifi-Rad 等，2017；Durmic 等，2012；Windisc 等，2008）。

1.1 促生長作用 研究表明，植物提取物具有促生長的效果。 例如，在斷奶仔豬飼糧中添加假蒟提取物（50 mg/kg）或博落回提取物（60 mg/kg 或120 mg/kg）可顯著改善其生長性能，并提高營養(yǎng)物 質 的 消 化 率 （Boroojeni 等，2018；Wang 等，2017）。 Lan 等（2017）在育肥豬的研究中亦發(fā)現，飼糧中添加0.025%和0.05%黃芪、黨參、大蒜素合劑可提高飼料轉化率和營養(yǎng)物質消化率， 并改善豬肉品質和腸道菌群平衡。 植物提取物對生長的促進作用可能與其可改善飼料適口性而提高采食量， 提高內源性酶的分泌進而提高營養(yǎng)物質消化率， 提高飼料利用率以及調控生長相關激素的分泌有關（甘利平等，2015）。

1.2 抗氧化作用 抗氧化作用是指能抑制自由基的產生、 清除自由基和修復自由基對機體的損傷，自由基與機體脂質、DNA 發(fā)生反應會對機體產生氧化損傷，從而降低動物生長性能、免疫力和產品質量（史東輝等，2012）。 谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）屬于機體內源性抗氧化劑， 是機體清除自由基的重要酶類（史東輝等，2012）。 丙二醛（MDA）是機體脂質發(fā)生過氧化反應時所產生的代謝產物 （張秋萍等，2016；史東輝等，2012）。 因此通常用機體GSH-Px 和SOD 的活性以及MDA 水平的高低來反映機體抗氧化水平。 植物提取物中含有多種抗氧化活性物質，如多酚、多糖、黃酮、類胡蘿卜素、生物類黃酮、活性多糖、生物堿、皂苷類、維生素及其衍生物等（高靜，2020；鄭瑞生等，2010）。 研究表明，在斷奶仔豬、妊娠母豬后期和哺乳母豬飼糧中添加適宜的植物提取物（如50 mg/kg 假蒟提取物、250 g/t 或500 g/t 止痢草、1%姜粉） 能提高血漿中GSH-Px 和SOD活性，并顯著降低MDA 水平，從而提高機體抗氧化能力（Wang 等，2017；郭藝璇等，2015；史東輝等，2010）。 此外，迷迭香、鼠尾草、牛至、百里香、肉豆蔻、狼牙棒、丁香、多香果粉和辣椒粉等植物提取物亦可提高動物抗氧化能力（Nakatani等，2000）。 植物提取物提高機體抗氧化能力的機制主要有以下幾點：直接清除或抑制自由基、提供質子（植物提取物提供親和力強的氫質子，氫質子能使高勢能的極活潑的自由基轉變?yōu)榉腔钚曰蜉^為穩(wěn)定的化合物）、提供電子（植物提取物通過電子轉移直接給出電子而清除自由基）、抑制氧化酶的活性（黃嘌呤氧化酶、脂氧化酶和環(huán)氧酶等） 和增強抗氧化酶活性（SOD、GSH-Px 和過氧化氫酶等）（譚榀新等，2010）。

1.3 提高機體免疫力 據報道，植物提取物對機體免疫力亦有改善作用。 例如，Wang 等（2017）發(fā)現斷奶仔豬飼糧中添加假蒟提取物能降低血清中促炎細胞因子如白細胞介素（IL）-1β 和腫瘤壞死因子- α（TNF-α）的含量，并提高抗炎細胞因子（如IL-4 與IL-10）的含量。 崔藝燕等（2020）研究發(fā)現在仔豬飼糧中添加300 mL/t 柑橘提取物可顯著提高血清IgG 含量和降低肝臟中TNF-α。Lan 等（2017）在育肥豬上的研究亦發(fā)現，飼糧中添加黃芪、黨參、大蒜素合劑能提高血清中IgG 和IgA 含量。 正常情況下，IL 和TNF-α 等細胞因子可協助機體應對異物和組織損傷， 但其含量過高則會誘發(fā)機體發(fā)生變態(tài)反應和組織損傷（崔藝燕等，2020）。因此，植物提取物能通過自身含有的免疫活性物質（如多糖、苷類化合物和生物堿等）增加免疫因子和抗炎細胞因子水平來提高機體免疫力（陳文山，2019；張兆華，1997）。

綜上，植物提取物具有促生長、抗氧化和提高免疫力等作用，但不同植物提取物的具體添加量、添加方式、 起作用的有效活性成分以及如何完全替代抗生素和如何應用于工廠化生產中等還需要更進一步研究。

2 益生菌

益生菌是指一類有助于改善腸道平衡的活性非致病微生物 （如乳酸菌、 酵母菌等）（Williams等，2010），具有促進動物生長、改善肉品質、提高免疫力和促進機體健康等作用（Abd El-Hack 等，2017；Popova，2017；Alagawany 等，2016；Ritzi 等，2014；Ohashi 等，2009）。

2.1 促生長作用 研究表明，益生菌具有促生長作用。王國強等（2018）研究發(fā)現，益生菌能提高哺乳仔豬胃腸道蛋白酶和淀粉酶活性， 進而促進營養(yǎng)物質的消化吸收。在斷奶仔豬上的研究亦表明，飼糧中添加益生菌（如酵母菌、丁酸梭菌或糞腸球菌）能提高飼料轉化率，上調血液中促生長有關激素（如生長激素、三碘甲狀腺氨酸、四碘甲狀腺原氨酸和胰島素生長因子-1）的水平，以及通過提高小腸絨毛高度以增加小腸吸收面積， 進而促進仔豬生長 （Wang 等，2019；Xu 等，2018；Broadway等，2015；Jiang 等，2015）。 值得注意是，益生菌促生長的程度受其種類、添加方式、添加量、使用時長以及豬生長階段的影響。 益生菌促生長的機制主要有以下幾點： 促進消化酶的產生并提高其活性，增加采食量，促進機體產生促生長類激素，改善腸道形態(tài)并減少腹瀉率（梁世岳等，2020；王建輝等，2004）。

2.2 提高免疫力 董佳琦等 （2018） 研究發(fā)現，在母豬飼糧中添加復合益生菌（乳酸菌和酵母菌及其代謝產物） 能顯著提高血清中IgA、IgM、IgG、IL-2 和IL-6 的濃度。 在斷奶仔豬飼糧中添加益生菌（如酵母菌、丁酸梭菌或糞腸球菌）能增加血清中免疫球蛋白（如IgA、IgG 和IgM）和抗炎細胞因子（如IL-2 和IL-6）濃度，從而降低腹瀉率、 促進機體健康 （Wang 等，2019；Jin 等，2018；Broadway 等，2015；Jiang 等，2015）。 段明房等（2018）研究發(fā)現，在生長豬日糧中添加中草藥益生菌復合制劑亦可提高血漿IgM、IL-6、IL-4和β-干擾素的濃度。因此，益生菌作為飼料添加劑能提高豬自身免疫力并維持其健康，其作用機制主要通過以下幾點：刺激抗炎反應、吞噬作用和自然殺傷細胞的活性以及分泌β-防御素、IgA等先天性免疫活性來增強黏膜屏障以提高自身免 疫 力 （Ohashi 等，2009；Delcenserie 等，2008；Vaarala，2003；Isolauri 等，2001）；促進乳酸、短鏈脂肪酸等生物活性物質的產生以降低腸道pH，從而維持腸道微生物穩(wěn)態(tài)（田志梅等，2019；周曉容等，2019；張英春等，2012）。

2.3 改善肉品質 益生菌不僅能促進動物生長和提高其免疫力， 還能改善豬肉品質 （熊瑩，2017）。Meng 等（2010）研究發(fā)現，在生長豬飼糧中添加復合益生菌（枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌）可改善肉色和大理石花紋。 呼紅梅等（2017）在生長豬上的研究得出相似的結果， 即在飼糧中添加1%綠原菌或0.05%益生菌、0.1%丁酸甘油酯和0.2%甜菜堿，能提高生長豬眼肌面積和瘦肉率，降低滴水損失，提高抗氧化能力，從而改善豬肉品質。 與生長豬上的研究結果類似， 在育肥豬飼糧中添加嗜酸片球菌FT28 可增加豬肉系水力、pH （屠宰90 min 后）和多汁性（Dowarah 等，2018）。 Suo 等（2012）研究發(fā)現，在肥育豬飼糧中添加植物桿菌可顯著改善肉質，如pH 和嫩度。

3 有機酸

有機酸是酸化劑的一種， 長期被用作飼料促生長劑和保護劑 （主要通過降低環(huán)境pH 來抑制微生物繁殖），具有促進機體生長、改善腸道健康和提高機體免疫力等作用（Polycarpo 等，2017；歐長波等，2016；馬吉鋒等，2005；陳勇等，2004；Partanen 等，1999），并且多種有機酸混合（如不同有機酸的混合使用或有機酸和植物精油的混合使用）使用效果好于單獨使用（Polycarpo 等，2017；高玉云等，2017）。

3.1 促生長作用 Lan 等（2018）研究發(fā)現，在母豬飼糧中添加中長鏈脂肪酸與有機酸混合物（富馬酸、檸檬酸、蘋果酸、癸酸、辛酸和高嶺土）能改善其生長性能，并減少環(huán)境污染。在斷奶仔豬上的研究亦發(fā)現，飼糧中添加復合有機酸（檸檬酸、乳酸和苯甲酸）可顯著提高仔豬ADG 和ADFI（吳秋玉等，2019；Li 等，2018）。 在育肥豬上的研究也取得了類似結果，發(fā)現代謝有機酸（主要成分是丙酮酸、α-酮戊二酸和檸檬酸）能顯著提高其ADG 和ADFI（栗敏等，2014）。 有機酸對生長性能的促進作用主要通過以下兩方面實現： 一方面， 有機酸（如延胡索酸、蘋果酸、檸檬酸等）能參與三羧酸循環(huán)為機體供能， 從而避免其他供能途徑如糖異生和脂肪分解造成體組織的消耗（歐長波等，2016）；另一方面，有機酸能降低胃腸道pH，提高胃蛋白酶活性和促進胰腺的分泌， 促進維生素和礦物質的吸收，從而改善飼料適口性，提高采食量（陳勇等，2004；王杰，2003）。

3.2 改善腸道健康 首先， 有機酸可改善仔豬腸道形態(tài)結構。 Grecco 等（2018）給斷奶仔豬飼喂延胡索酸， 發(fā)現其能增加空腸絨毛高度。 其次，有機酸可改善仔豬腸道微生物區(qū)系。 在斷奶仔豬飼糧中添加有機酸能降低腸道pH， 減少腸道有害菌（如大腸桿菌、產氣莢膜桿菌和金黃色葡萄球菌）豐度，增加有益微生物豐度，從而改善腸道微生物區(qū)系， 降低仔豬腹瀉率（Grecco等，2018；Li 等，2018；Zentek 等，2013；張旭暉等，2012）。

3.3 緩解應激 李馬成等（2015）報道，在豬飼糧中添加有機酸可提高GSH-Px 和SOD 的活性，從而提高豬的抗氧化能力。 有機酸緩解機體應激的機制主要有以下兩點：有機酸（如延胡索酸、蘋果酸、 檸檬酸等） 一方面可為應激下的動物提供能量， 另一方面能增加動物血液中抗氧化物質的活性，并提高球蛋白和白蛋白數量，從而提高機體抗應激能力（歐長波等，2016）。

4 酶制劑

飼用酶制劑按功能可分為兩類：一類主要降解多糖、蛋白質等大分子物質，包括淀粉酶和蛋白酶等； 另一類主要降解飼料中抗營養(yǎng)物質，包括植酸酶和果膠酶等（喬玉鋒等，2001）。 酶制劑具有提高飼料消化率、促進動物生長、改善代謝水平和腸道微生物區(qū)系等功能（陳勇等，1999；趙志輝等，1999）。

4.1 促生長作用 史林鑫等（2019）研究發(fā)現，斷奶仔豬飼糧中添加復合酶（纖維素酶、α-淀粉酶、β-葡聚糖酶和中性蛋白酶）可顯著提高其中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗脂肪的表觀消化率。在斷奶仔豬飼糧中添加木聚糖酶亦能改善其生長性能，促進營養(yǎng)物質消化率（Lan 等，2017）。 Laia 等（2019）在生長豬的研究中有類似結果。 除改善生長性能外， 在生長肥育豬飼糧中添加混合酶還能提高營養(yǎng)物質代謝率， 改善豬肉品質（Balasubramanian 等，2020；Lee 等，2019）。在仔豬、生長豬或育肥豬飼糧中添加甘露聚糖酶能提高ADG 和瘦肉率，并增加干物質與粗蛋白質的表觀消化率（Jo等，2012；Yong 等，2010；Pettey 等，2002）。 酶制劑促生長的作用主要通過以下兩個途徑： 一方面加快消化道內大分子物質的消化、吸收和利用，直接對動物機體產生影響； 另一方面可消除飼料中抗營養(yǎng)因子，從而改善飼料消化率。

4.2 提高動物代謝水平 酶制劑除了直接參與消化吸收，還能調節(jié)血液中某些物質（如蛋白質、血糖、尿素氮和激素等）的含量（陳勇等，1999；趙志輝等，1999）。史林鑫等（2019）研究發(fā)現，在仔豬日糧中添加復合酶制劑能顯著提高其抗氧化能力，表現為試驗前期（1 ～ 14 d）血清總抗氧化能力（T-AOC）和T-SOD 活性顯著增加，MDA 含量顯著降低，試驗后期（15 ～35 d）GSH-Px 活性顯著降低。此外，在斷奶仔豬日糧中添加木聚糖酶能降低血液中尿素氮的濃度（Lan 等，2017）。 在生長豬飼糧中添加β-甘露聚糖酶能提高血糖水平（Yoog 等，2010）。

酶制劑能提高飼料消化率、改善生長性能、促進激素和內源性酶的分泌和維持動物健康等。 值得注意的是，酶制劑應根據豬的品種、年齡、生產方向、 生產階段及飼料飼糧種類合理進行選擇才能發(fā)揮最大效果。

5 結語

植物提取物、有機酸、酶制劑和益生素等飼料添加劑具有無殘留、 無抗藥性、 毒副作用小等特點， 作為抗生素替代物在生豬養(yǎng)殖中使用能改善生長性能、肉品質和腸道微生物組成，并減少有害物的排放，是高效、綠色環(huán)保型飼料添加劑，具有良好的市場開發(fā)及應用前景。 然而，植物提取物、有機酸、 益生菌和酶制劑等綠色飼料添加劑作為抗生素替代物仍存在以下問題： 部分抗生素替代物（如植物提取物）中天然生物活性成分的結構和功能并不明確，有效劑量難以確定；使用階段和用量需要進一步明確；調控機制仍待進一步解析；規(guī)模化、自動化模式仍需逐漸完善。 因此，為更好促進我國養(yǎng)豬業(yè)高效、健康、穩(wěn)定和快速發(fā)展，開發(fā)安全、 有效的抗生素替代物成為養(yǎng)豬業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。