飼用添加劑型抗生素替代品的研究進(jìn)展

王 麗，李愛科，段 濤，王永偉，施晶晶，陳麗仙，成俊林，王薇薇?

（1.國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院，北京 100037；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410628）

抗生素是指由微生物或高等動植物在生活過程中所產(chǎn)生的一類具有活性或者可以抵抗病原體的次級代謝產(chǎn)物，是一種能干擾其他活細(xì)胞生長發(fā)育的化學(xué)物質(zhì)。中國科學(xué)院研究員應(yīng)光國課題組研究表明，2013年中國總的抗生素消耗量為16.2萬t左右，消耗量約為英國的160倍，其中獸用抗生素占到總體的 52%[1]。畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的抗生素分為兩種：一種為飼用抗生素，通過添加到預(yù)混料中達(dá)到預(yù)防疫病和促生長作用；另一種為治療用抗生素，是動物出現(xiàn)疫病后通過拌料、注射或者灌服等方式為畜禽治療用抗生素。飼用抗生素能促進(jìn)動物生長，防治動物腹瀉，但同時也引起藥物殘留、細(xì)菌耐藥性等負(fù)面問題，對人、動物和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害[2]。歐盟2006年下令禁止在飼料中使用抗生素；美國從2014年起禁止在畜禽飼料中使用防御性抗生素；相繼，韓國也于2018年禁用在飼料中使用抗生素；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部指出我國藥物飼料添加劑將在 2020年全部退出。為保證食品安全，尋找安全、有效的抗生素替代品刻不容緩。

近年來，一些具有抗病促生長作用的替代抗生素的飼料添加劑已開始應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)中，并且取得了一定的應(yīng)用效果。這些抗生素替代品主要有微生態(tài)制劑、酸化劑、植物提取物、酶制劑和抗菌肽等。

1 飼用添加劑型抗生素替代品研究

1.1 飼用微生態(tài)制劑

微生態(tài)制劑指的是利用益生菌或益生菌的次級代謝產(chǎn)物制成的制劑。飼用微生態(tài)制劑具有綠色、無污染且不易產(chǎn)生耐藥性等特點，可作為飼料添加劑長期使用[3]。我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布允許使用的微生物飼料添加劑有34種，主要包括乳酸菌、芽孢桿菌、鏈球菌、真菌和克魯維酵母菌等[4]。

1.1.1 益生菌在單胃動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

在母豬生產(chǎn)中，益生菌可調(diào)節(jié)母豬機(jī)體代謝，還可調(diào)節(jié)妊娠期母豬腸道微生物和初乳的結(jié)構(gòu)來影響初生仔豬的被動免疫和腸道微生物結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升仔豬腸道健康潛力[5]，提高仔豬生產(chǎn)性能[6-7]。Yu等[8]試驗表明，在利用鼠傷寒沙門菌建立的斷奶仔豬攻毒模型中，補(bǔ)充鼠李糖乳桿菌可快速清除體內(nèi)的沙門氏菌，并且緩解由沙門氏菌引起的一系列炎癥反應(yīng)。在肉雞生產(chǎn)中也得到類似的效果。益生菌可以提高肉雞生長性能和免疫機(jī)能[9-10]，改善禽腸道微生物的組成，抑制有害菌的定植[11-12]，且包被益生菌的效果更顯著[13]。益生菌代謝產(chǎn)生甘露寡糖、果寡糖、菊粉等物質(zhì)，這些物質(zhì)被稱為益生元，這些物質(zhì)進(jìn)入到腸道后可被腸道益生菌利用，促進(jìn)有益菌的增值。Wang等[14]在斷奶仔豬飼料中添加微囊化植物乳桿菌和低聚果糖可有效地提高仔豬的免疫力和結(jié)腸中的乳酸菌含量，達(dá)到替代抗生素的作用。

不僅如此，益生菌還具有凈化畜舍環(huán)境的功能?？莶菅挎邨U菌可以在動物體內(nèi)產(chǎn)生分解硫化氫的酶類和氨基化氧化酶等，這些物質(zhì)可以氧化吲哚，降低動物腸道內(nèi)氨氣、硫化氫的濃度，改善畜舍環(huán)境[15]。Smialek等[16]用益生菌混合物（乳酸乳球菌1×109cfu/g、廣布肉毒桿菌 1×109cfu/g、干酪乳桿菌1×109cfu/g、植物乳桿菌1×109cfu/g和釀酒酵母1×107cfu/g）添加到Ross308肉雞日糧中，降低了彎曲桿菌對肉雞胃腸道的侵襲力，凈化了家禽飼養(yǎng)環(huán)境。

1.1.2 益生菌在反芻動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

在奶牛生產(chǎn)中，添加一定量的乳酸菌還可以防治奶牛陰道炎，降低發(fā)病率[17]。Genís等[18]給產(chǎn)犢前3周的奶牛陰道注射2次乳酸菌后，使陰道炎患病率降低了58%，說明乳酸菌在一定程度上可以作為奶牛子宮炎的預(yù)防性療法。細(xì)菌代謝產(chǎn)生的中鏈脂肪酸和短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸對腸道健康也是非常有益的[19]。Kenney等[20]給肉牛補(bǔ)充屎腸球菌和嗜酸乳桿菌（1×109cfu/d），不僅可以促進(jìn)生長，還可以改善瘤胃發(fā)酵特性，促進(jìn)乙酸比例提高。

1.1.3 益生菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

乳酸菌因其特有的生物學(xué)價值也被廣泛應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖中，乳酸菌可以提高魚的生長性能、免疫應(yīng)答、抗病力[21]，還可以改善水質(zhì)，防止鋁污染引起的水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品安全問題[22]。Bogut等[23]用嗜酸乳桿菌、糞腸球菌和干酪乳桿菌飼喂鯉魚，鯉魚的生長加快，飼料轉(zhuǎn)化率提高。趙倩等[24]發(fā)現(xiàn)產(chǎn)朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌和鼠李糖乳桿菌中藥發(fā)酵制劑均能顯著影響鯉的腸道菌群結(jié)構(gòu)，其中鼠李糖乳桿菌中藥發(fā)酵劑組腸道菌群最豐富。

1.1.4 益生菌在發(fā)酵飼料中的應(yīng)用

我國的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料資源如大豆、魚粉等存在著嚴(yán)重短缺的情況，而一些非常規(guī)資源如棉粕、菜粕等非常豐富，但是它們中的一些抗?fàn)I養(yǎng)因子如棉酚、噁唑烷硫酮、異硫氰酸酯等過量攝入會引起動物中毒，嚴(yán)重限制了非常規(guī)飼料的利用[25]。而經(jīng)過微生物或酶制劑處理的棉、菜粕可有效降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，提高動物免疫力。Wang等[26]研究表明，棉粕經(jīng)過枯草芽孢桿菌和酵母菌混合發(fā)酵后可有效降低棉酚含量，提高肉雞免疫力，并且提高了盲腸乳酸菌的數(shù)量。Hu等[27]利用枯草芽孢桿菌、產(chǎn)假絲酵母、糞腸球菌發(fā)酵菜粕飼喂肉雞，結(jié)果表明，發(fā)酵菜粕有效的降低了異硫氰酸酯和硫代葡萄糖苷的含量，改善了肉雞腸道形態(tài)。

1.2 飼用酸化劑

有機(jī)酸作為食品防腐劑已有近百年時間了。有機(jī)酸主要包括延胡索酸、檸檬酸、乙酸、乳酸、丙酸、蘋果酸、山梨酸、戊酮酸等[28]。飼料酸化劑可降低飼料中細(xì)菌、霉菌的數(shù)量，提高飼料品質(zhì)和適口性，進(jìn)入消化道后可降低食糜pH，提高消化酶活性，還可通過殺菌抑菌的作用，維持消化道菌群平衡，從而保證機(jī)體健康[29]。有機(jī)酸可直接擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，抑制病原菌體內(nèi)關(guān)鍵的大分子物質(zhì)如脂類、蛋白質(zhì)、DNA和RNA等的代謝活動，破壞其細(xì)胞膜的完整性，起到保護(hù)機(jī)體的作用[30]。

無機(jī)酸以其酸性強(qiáng)、成本低的優(yōu)勢，也得到了一些廠家和研究者的青睞。一些無機(jī)酸主要包括強(qiáng)酸如硫酸、鹽酸，弱酸如磷酸等。有些研究表明，鹽酸在促進(jìn)仔豬生長方面效果甚至優(yōu)于有機(jī)酸[31]。但是過量的氯離子會造成動物中毒，食欲減退[32]，在實際生產(chǎn)中要非常注意。

1.2.1 酸化劑在生豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用

已經(jīng)有大量研究表明了有機(jī)酸對畜禽的作用，如有機(jī)酸可以提高胃蛋白酶和胰蛋白酶活性[33-34]，改善日糧適口性。早期斷奶仔豬胃酸分泌能力弱，消化系統(tǒng)不完善，胃酸分泌能力差[35]，酸化劑的應(yīng)用在早期斷奶仔豬上效果尤為明顯。姚繼明等[36]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加復(fù)合有機(jī)酸化劑（五酸肽）能極顯著提高斷奶仔豬的日增重和日采食量，降低料肉比。甲酸–檸檬酸復(fù)合物不僅可以提高生長育肥豬生長代謝，還可以有效降低了糞便中沙門氏菌的數(shù)量[37]。研究表明，檸檬酸、苯甲酸、乳酸、蘋果酸均具可以起到防治仔豬腹瀉的效果[38]。

1.2.2 酸化劑在禽類養(yǎng)殖中的應(yīng)用

李萬軍等[39]研究表明在飼糧中添加益生菌及有機(jī)酸復(fù)合制劑能夠提高大骨雞生長性能和免疫水平，對肉品質(zhì)有一定的改善作用。酸化劑在增加采食量的同時，還可以提高飼料粗蛋白、粗脂肪消化率，提高飼料轉(zhuǎn)化效率[40]，改善小腸粘膜結(jié)構(gòu)[41-42]。另外，酸化劑一方面可以通過降低胃腸pH值促進(jìn)維生素A和維生素D的吸收，另一方面與礦物元素形成易被吸收的絡(luò)合物來促進(jìn)礦物元素的吸收。Boling等[43]研究表明，在低磷日糧中添加檸檬酸和檸檬酸鈉使雛雞脛骨灰分和日增重分別增加43%和22%，有效的提高了雛雞植酸磷的利用率，但是對豬的影響很小。酸化劑還可以有效改善腸道微生物區(qū)系及腸道屏障功能[44]，抑制腸道有害細(xì)菌[45]和真菌的繁殖[46]，促進(jìn)動物生長。Ahmed等[47]研究表明肉雞飼糧中添加有機(jī)酸，可以調(diào)節(jié)腸道大腸桿菌引起的炎癥反應(yīng)，提高生產(chǎn)性能，降低肉雞死亡率?；旌纤峄瘎幟仕?、乳酸、磷酸和延胡索酸）也可顯著降低肉雞盲腸食糜中螺桿菌屬細(xì)菌的數(shù)量，增加乳桿菌屬和瘤胃球菌科細(xì)菌的數(shù)量，并促進(jìn)有益微生物的生長[48]。

1.3 飼用植物提取物

植物體內(nèi)次級代謝產(chǎn)物含量豐富，主要包括皂苷、多糖、生物堿、揮發(fā)油、多酚、黃酮類等多種類型[49]。研究表明，植物提取物可促進(jìn)畜禽分泌消化酶，降低腸道 pH值，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收，刺激動物生長[50]；可提高機(jī)體免疫力，抑制炎癥[51]；可提高肌肉中肌紅蛋白含量，改善肉品質(zhì)[52]；可清理機(jī)體中的氧化自由基，消除氧化應(yīng)激，提高機(jī)體的抗氧化能力[53]。近年來，植物提取物行業(yè)發(fā)展迅速，它是我國中藥的主要成分，不僅在我國，乃至在歐美國家已經(jīng)發(fā)展成為一個有廣泛市場前景的新興產(chǎn)業(yè)。

1.3.1 飼用植物提取物在生豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用

王珍珊等[54]試驗結(jié)果顯示，添加4.0%苜蓿和紫蘇混合植物提取物到育肥豬飼料中，能顯著提高日增重，降低料重比，改善胴體品質(zhì)。植物精油種類非常多，許多都具有較強(qiáng)的殺菌能力。如百里香、肉桂、冬香等精油對豬胸膜肺炎放線桿菌、豬鏈球菌、支氣管敗血波氏桿菌、豬放線桿菌、多殺性巴氏桿菌和副豬嗜血桿菌均有較好的抑制效果[55]。給母豬補(bǔ)飼植物多糖、茶多酚、皂苷、類黃酮等植物提取物可有效的提高仔豬初生重和活仔率，降低死胎數(shù)，縮短產(chǎn)程時間，同時，改善了仔豬初生重的均勻度[56]。

1.3.2 飼用植物提取物在禽類養(yǎng)殖中的應(yīng)用

胡貴麗等[57]研究表明，博落回生物堿可刺激口腔內(nèi)唾液分泌，降低膽堿酯酶活性，提高肉雞的平均日增重和平均日采食量。植物提取物在促進(jìn)機(jī)體免疫器官發(fā)育方面也起到了一定的作用。杜仲葉提取物不僅可以提高機(jī)體免疫球蛋白 IgM和IgG的含量，還對肉雞法氏囊發(fā)育具有促進(jìn)作用[58]；姜黃提取物對文昌雞法氏囊和胸腺發(fā)育也有一定的促進(jìn)作用[59]。植物提取物不僅可以緩解腸道菌群失調(diào)引起的腹瀉問題，還可以調(diào)節(jié)腸道物理屏障功能。添加5%牛至精油能夠顯著增加肉雞的回腸絨毛高度，提高乳酸菌數(shù)量，降低盲腸和回腸內(nèi)容物中大腸桿菌數(shù)量[60]；聞愛友等[61]試驗表明迷迭香和百里香的復(fù)合植物提取物可顯著提高肉雞體內(nèi)乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量，降低大腸桿菌的數(shù)量，與朱宇旌等[62]在斷奶仔豬上的研究結(jié)果一致。絲蘭提取物可提高肉仔雞空腸絨毛高度和十二指腸絨毛高度[63]。

1.3.3 飼用植物提取物在奶牛養(yǎng)殖中的應(yīng)用

袁宇等[64]發(fā)現(xiàn)肉桂油可抑制黃曲霉的生長，檸檬醛可抑制禾谷鐮刀菌的生長，丁香酚可抑制黃曲霉和禾谷鐮刀菌生長。關(guān)于植物提取物治療和預(yù)防乳房炎的研究也非常多，如蒲公英提取物[65]、皂苷[66]、生物堿[67]都對引起乳房炎的葡萄球菌有明顯抑制作用，對提高奶牛的免疫力也有一定的促進(jìn)作用。

1.4 飼用酶制劑

在動物飼料中添加的酶制劑主要分為兩類，一類是動物消化道可以分泌的內(nèi)源性消化酶，另一類是動物本身不能產(chǎn)生的外源性消化酶。作用機(jī)制主要包括：（1）補(bǔ)充體內(nèi)消化酶的不足，刺激內(nèi)源酶的分泌；（2）破壞植物細(xì)胞壁，提高飼料利用率；（3）消除抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高營養(yǎng)價值。在實際生產(chǎn)中，往往根據(jù)不同的動物類型和階段以及飼料原料種類，有選擇的進(jìn)行添加，如木聚糖酶主要用于含有小麥副產(chǎn)物的飼料中，以達(dá)到節(jié)約成本的目的。

單胃動物不能有效地利用植酸磷，植酸酶可水解植酸，釋放有機(jī)磷。范秋麗等[68]研究表明，植酸酶可以提高肉雞生產(chǎn)性能，提高脛骨密度。纖維素、半纖維素、果膠等非淀粉多糖也不能被單胃動物利用，生產(chǎn)中經(jīng)常通過添加一些纖維素酶、β–葡聚糖酶、木聚糖酶、果膠酶等來提高飼料利用率、降低飼料成本。添加木聚糖酶和β–葡聚糖酶到玉米 DDGS（玉米酒精糟及可溶物）日糧中，可有效提高保育豬DDGS消化率，進(jìn)一步提高仔豬日增重[69]。李曉潔等[70]研究表明，添加含 β–葡聚糖酶和木聚糖酶的復(fù)合非淀粉多糖酶到肉雞低能玉米–豆粕型日糧中，進(jìn)一步提升了日糧能量和養(yǎng)分的利用率，顯著提高了肉雞的表觀代謝能。在乳仔豬、肉仔雞和肉仔鴨等幼齡動物中補(bǔ)充一定量的外源性消化酶，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，可有效地提高動物生產(chǎn)性能，降低死淘數(shù)[71]。楊賢斌等[72]發(fā)現(xiàn)，脂肪酶可有效地提高仔豬的生長性能，促進(jìn)脂肪代謝，還可有效提高仔豬日糧干物質(zhì)、總能和氮的表觀消化率。

除一些具有消化功能的酶外，某些酶還具有清除體內(nèi)有害物質(zhì)，提高機(jī)體免疫力的作用。如過氧化氫酶、葡萄糖氧化酶和溶菌酶等酶類，這些酶具有改善動物腸道健康、提高飼料利用率，減輕炎癥反應(yīng)的作用。熊華武[73]研究表明，溶菌酶能夠有效地緩解仔豬的腹瀉，促進(jìn)仔豬的生長。過氧化氫酶可明顯促進(jìn)斷奶仔豬腸道的發(fā)育，改善絨毛、隱窩結(jié)構(gòu)，促進(jìn)體內(nèi)各種酶活性，降低機(jī)體腹瀉率[74]。

1.5 飼用抗菌肽的研究

抗菌肽廣泛分布于自然界的動物、植物和微生物當(dāng)中，是帶正電荷的小分子多肽[75]?？咕耐ǔＳ?0～50個氨基酸組成，具有廣譜抗菌活性、熱穩(wěn)定性、抗菌機(jī)制獨特和不易產(chǎn)生耐藥性等特點，且不會導(dǎo)致環(huán)境污染問題[76]。不同的抗生素作用機(jī)制不同，多數(shù)抗生素通過與細(xì)菌細(xì)胞膜和胞內(nèi)特異性受體結(jié)合，抑制細(xì)菌細(xì)胞壁或 DNA的合成而發(fā)揮作用，容易產(chǎn)生耐藥性[77]，而抗菌肽是通過與細(xì)菌細(xì)胞膜的互相作用破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性，使細(xì)菌內(nèi)容物外泄而導(dǎo)致細(xì)菌死亡，因而不易產(chǎn)生耐藥性[78]，具有良好的抗細(xì)菌、抗病毒的作用。

天蠶素是最早分離出來的昆蟲抗菌肽，也是最早分離得到的抗菌肽。天蠶素具有提高肉雞生產(chǎn)性能、改善腸道黏膜結(jié)構(gòu)、提高機(jī)體免疫力的功效[79]。天蠶素還可以有效緩解大腸埃希菌攻毒引起的斷奶仔豬腹瀉癥狀，有效提高日增重[80]。近年來，隨著腸道微生物研究的熱度增高，抗菌肽在腸道微生物方面的研究越來越多，而且均起到了一定的積極作用。蛙皮素抗菌肽Dermasepin-M可使育肥豬平均日增重提高4.64%，料重比降低 4.71%，十二指腸中大腸桿菌含量降低 11%，乳酸菌含量提高20.59%[81]。Shi等[82]在斷奶仔豬飼糧中添加復(fù)合抗菌肽，也顯著提高了腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，顯著降低了大腸桿菌的數(shù)量。Liao等[83]研究顯示，抗菌肽可以降低對蝦腸道有害菌數(shù)量，提高有益菌數(shù)量，改變腸道微生物區(qū)系，從而達(dá)到提高生產(chǎn)性能、提高免疫力的效果。體外抑菌試驗也證實了抗菌肽La47、Css54對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均能達(dá)到與氯霉素和氨芐霉素類似的抑菌效果[84]。

抗菌肽在抵抗病原菌上起到了一定的替代抗生素的效果，具有廣譜抗菌活性，但是其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)量低，成本高，造成養(yǎng)殖成本大幅增加。

2 飼料添加劑的前景與挑戰(zhàn)

抗生素替代品在動物的生長和健康方面發(fā)揮了積極的作用，對生態(tài)環(huán)境也起到了一定的改善作用，而且無污染、無殘留、無副作用。然而，在抗病和促生長方面與抗生素還存在一定距離。而且抗生素替代品本身也存在一些缺陷，如微生態(tài)制劑不易存放、易失活，效果不穩(wěn)定；抗菌肽產(chǎn)品生產(chǎn)成本高，存在轉(zhuǎn)基因安全問題；在使用中為了增強(qiáng)效果，往往采用多種產(chǎn)品復(fù)配使用，大大增加了生產(chǎn)成本；抗生素替代類飼料添加劑種類繁多，每種都有其優(yōu)缺點，很難說清楚哪種添加劑效果最佳；一些廠家以次充好、以假亂真，混淆市場。由此可見，抗生素替代的道路還很長，而且，養(yǎng)殖戶需要從飼養(yǎng)管理、飼養(yǎng)環(huán)境等多方面雙管齊下，減少抗生素的使用。