酸化劑和植物精油在斷奶仔豬階段應(yīng)用的研究進(jìn)展

李志忠，余 淼，呂繼蓉，趙仁仟，劉張育，劉 峰，黃明亞

（成都大帝漢克生物科技有限公司，成都 611130）

自從1928 年英國人Fleming 發(fā)現(xiàn)青霉素以來，人類使用抗生素的歷史已經(jīng)接近一個世紀(jì)，而畜牧業(yè)生產(chǎn)中使用抗生素也有幾十年的歷史。據(jù)統(tǒng)計，在2013 年，全球用于養(yǎng)殖業(yè)肉用動物的抗生素量就超過抗生素使用總量的50%，而其中90%左右的抗生素使用是為了促進(jìn)動物生長和提高飼料轉(zhuǎn)化率[1]。而在全球畜牧業(yè)使用抗生素較多的國家中，我國的抗生素用量最大，高達(dá)23%，其次是美國達(dá)13%，巴西9%，印度3%，德國3%[2]。隨著畜牧業(yè)抗生素用量的急劇增加，抗生素濫用所帶來的問題也顯而易見。首先是耐藥性問題，細(xì)菌耐藥性是細(xì)菌在不利于其生存的大環(huán)境下所產(chǎn)生的一種防御性策略。由于抗生素在畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)中的應(yīng)用效果十分明顯，因此細(xì)菌耐藥性問題已經(jīng)十分嚴(yán)重，能夠耐受多種抗生素的超級細(xì)菌越來越多[3]。其次是藥物殘留問題，2015年在復(fù)旦大學(xué)的一項研究中，針對1 000 名江浙滬兒童的晨尿進(jìn)行檢驗，其中58.3%的兒童晨尿中至少檢出一種抗生素?？梢哉f抗生素殘留問題已經(jīng)嚴(yán)重危害到人類的食品安全問題，從而威脅到人類的健康。最后是環(huán)保問題，抗生素的濫用也對環(huán)境造成了極大的危害。

正因為上述危害，“禁抗”就成了各國的共識。首先是瑞典，禁止在飼料中使用抗生素類添加劑，緊接著2000 年丹麥也開始禁止在畜禽飼料中添加抗生素類藥物添加劑。而歐盟從2006 年開始，全面禁止抗生素類添加劑在飼料中的使用。而我國從2016 年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布2428 號公告，禁止在飼料中添加硫酸黏桿菌素開始了“禁抗”的腳步，到2019年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布194號公告，規(guī)定飼料生產(chǎn)企業(yè)自2020年7月1日起，停止生產(chǎn)含有促生長類藥物飼料添加劑（中草藥除外）的商品飼料。又在2020年6月頒布307號公告，規(guī)定了養(yǎng)殖者自行配制飼料中添加劑的使用，不得添加飼料目錄以外的物質(zhì)?？梢哉f直到2020 年7 月1 日起，我國“飼料禁抗，養(yǎng)殖減抗，產(chǎn)品無抗”的時代已經(jīng)到來。

雖然飼料禁抗是畜牧業(yè)發(fā)展中必經(jīng)之路，但不可否認(rèn)的是，之前使用抗生素所解決的相關(guān)問題并沒有隨著飼料“禁抗”而消失。以養(yǎng)豬生產(chǎn)為例，仔豬斷奶階段所引起的各項問題，由于抗生素的禁用顯得更加棘手。而隨著飼料中抗生素的禁用，相關(guān)的所謂“替抗”飼料添加劑產(chǎn)品也是層出不窮。當(dāng)然，在飼料中禁用抗生素添加劑之后，動物的健康、飼養(yǎng)管理水平的提高、飼料大宗原料的選擇、飼料配方營養(yǎng)平衡問題都更加重要，飼料添加劑僅僅是飼料營養(yǎng)中的一個部分，并不能指望一種或多種飼料添加劑就可以解決所有飼料、養(yǎng)殖中的問題。但不可否認(rèn)的是，科學(xué)合理地選擇飼料添加劑無疑在促進(jìn)動物健康、達(dá)到健康養(yǎng)殖，從而提高養(yǎng)殖終端效益方面是有正向意義的。根據(jù)WATT國際傳媒的統(tǒng)計，在之前的相關(guān)“替抗”功能性添加劑研究中，關(guān)于酸化劑類的研究74.2%被證明有效，是所有此類功能性添加劑中最高的；而關(guān)于植物精油的研究中，60.3%被證明有效。因此由前人所完成的研究可知，酸化劑和植物精油在仔豬斷奶階段對于“替抗”是有正向作用的，因此了解這二者添加的原理、作用的機(jī)理，以及它們之間是否可以達(dá)成協(xié)同作用，對于“飼料禁抗”之后飼料養(yǎng)殖企業(yè)對功能性添加劑的選擇具有重要意義。

1 仔豬斷奶階段面臨的挑戰(zhàn)

1.1 環(huán)境變化挑戰(zhàn)

仔豬斷奶前，在分娩舍中與哺乳母豬一起飼養(yǎng)，而在斷奶后，從分娩舍轉(zhuǎn)移到保育舍，從有母豬變成沒有母豬，同時還要經(jīng)歷混群、重新建立秩序等過程，分娩舍的環(huán)境溫度、濕度等各方面均和保育舍有著較大差別，諸多的環(huán)境變化同時會造成仔豬容易產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。

1.2 飼料變化

斷奶前仔豬的飲食主要以母乳為主，即使在分娩舍中采用小料槽提供教槽料，仔豬所采食固態(tài)飼料的量也極為有限。在斷奶后，液態(tài)飼喂模式立刻轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w飼料飼喂模式，大部分仔豬會出現(xiàn)不適應(yīng)的狀況。導(dǎo)致采食量急劇下降，根據(jù)荷蘭飼料研究所相關(guān)研究，仔豬要在斷奶后接近兩周的時間內(nèi)通過固態(tài)飼料采食所獲得的能量水平才能達(dá)到斷奶前采食母乳的水平，能量攝入的不足，采食量的不穩(wěn)定（先拒食，后暴食），很容易造成斷奶仔豬腸道損傷，消化功能紊亂，導(dǎo)致斷奶腹瀉的產(chǎn)生。

1.3 生理結(jié)構(gòu)所帶來的挑戰(zhàn)

斷奶仔豬由于其胃部分泌胃酸的能力十分有限。同樣來自荷蘭飼料研究所的研究表明，斷奶仔豬在60 日齡之前，都很難通過自身分泌胃酸將胃部pH 值維持在胃蛋白酶活性最高的2～3.5 范圍之內(nèi)，這樣就導(dǎo)致一部分蛋白質(zhì)，尤其是當(dāng)飼糧中品質(zhì)一般的蛋白原料較多時會有相當(dāng)一部分未消化的蛋白質(zhì)到達(dá)后腸發(fā)酵，造成斷奶仔豬腹瀉。因此在仔豬斷奶階段，如何調(diào)節(jié)胃部pH 值，同時在后腸抑制有害菌的生長，是飼料營養(yǎng)策略中添加劑選擇的兩個相對比較重要的點(diǎn)。

2 酸化劑

2.1 酸化劑的類型

酸化劑從其構(gòu)成上，可以分為單一型酸化劑和復(fù)合型酸化劑兩個大類。而其中單一酸化劑根據(jù)其化合物的性質(zhì)又可分為無機(jī)酸化劑和有機(jī)酸化劑。而復(fù)合型酸化劑則是其中兩種或兩種以上單一酸化劑按照不同比例混合而成的酸化劑。根據(jù)之前的研究表明，相比于單一型酸化劑，復(fù)合型酸化劑有著添加量小、添加效果更為明顯、腐蝕性小、功能更豐富等多項優(yōu)勢[4]。往往復(fù)合型酸化劑的綜合助消化和殺菌功能、在飼料中的添加效果比單一型酸化劑更有優(yōu)勢。

2.2 酸化劑的作用及其機(jī)理

2.2.1 調(diào)節(jié)飼糧和胃內(nèi)容物pH值

酸化劑由其命名可知，其最主要的功能之一便是調(diào)節(jié)飼料和胃內(nèi)容物的pH 值。對于豬來講，其蛋白質(zhì)的消化始于胃部胃蛋白酶的作用，胃黏膜分泌出胃蛋白酶原，在pH 值為2 時，可迅速轉(zhuǎn)化為胃蛋白酶，因此可以說在pH 值為2 時，胃蛋白酶的活性最高。而在pH 值>3.5 時，胃蛋白酶的活性會顯著降低，在pH值>6時，胃蛋白酶會基本失活[5]。由于斷奶階段仔豬胃部分泌酸的能力很差，之前其胃部酸的來源主要是母乳中的乳糖經(jīng)細(xì)菌發(fā)酵后所產(chǎn)生的乳酸，而斷奶階段由于胃酸分泌能力差，乳糖底物缺乏，采食量不穩(wěn)定等一系列不利因素都會導(dǎo)致其胃部pH 值的升高，從而導(dǎo)致更多的未消化的蛋白質(zhì)進(jìn)入后腸道發(fā)酵，從而提高腹瀉的概率。因此通過添加酸化劑來降低飼糧pH值從而調(diào)節(jié)仔豬胃腸道的pH值，提高其胃蛋白酶的活性，有助于提高仔豬日糧利用率，減少腹瀉，促進(jìn)仔豬健康[6]。

2.2.2 抑制病原菌

關(guān)于酸化劑的抑菌功效，可以從兩方面來闡述。第一點(diǎn)也是由酸化劑可以調(diào)節(jié)pH 值的功效而來，有研究表明，在仔豬消化道中有超過400種細(xì)菌存在，而這其中具有促進(jìn)飼糧消化功能的僅有30～50 種[5]，除此之外其他的病原菌（如大腸桿菌等）更適宜在中性偏堿性的外環(huán)境中生存，因此酸化劑的添加可以調(diào)節(jié)仔豬胃腸道pH 值，使仔豬胃腸處于偏酸性的環(huán)境中，創(chuàng)造一個不宜于有害菌生存的環(huán)境，而有利于有益菌（如乳酸桿菌）的生存環(huán)境[7]。第二點(diǎn)則是由于有機(jī)酸有很強(qiáng)的殺菌能力。未解離的有機(jī)酸具有親脂性，可以穿透革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌）的細(xì)胞膜，而當(dāng)其進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，由于pH 值較高，就會使有機(jī)酸解離，釋放出氫離子，以降低pH 值，此時細(xì)胞內(nèi)部的酶活性就會被抑制，而細(xì)菌為了pH 平衡會被迫動用能量，通過H+-ATP泵將質(zhì)子排出細(xì)胞膜，經(jīng)過一段時間后細(xì)菌就會被殺死。而另一些對酸堿度不是很敏感的有益菌，如乳酸桿菌等，則不會受到影響。

2.2.3 降低胃排空速度，提高飼料利用率

影響胃排空速度的因素有很多，有研究表明，當(dāng)偏酸性食靡進(jìn)入小腸后，小腸壁會分泌腸抑素，而腸抑素則可以抑制胃部蠕動，從而延長食靡在胃部停留時間，降低排空速度[8]。因此添加酸化劑可以增加食靡在胃部停留時間，間接提高飼料的利用率。

2.2.4 能量來源

一些有機(jī)酸如富馬酸、檸檬酸等，都是三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，可以作為一種能量來源。有研究就表明，富馬酸是一種易獲得的能量，可能對于豬小腸黏膜有局部營養(yǎng)作用，又由于斷奶后仔豬胃腸道上皮細(xì)胞的快速恢復(fù)，還能夠增加小腸吸收的表面積和能力。同時由于富馬酸產(chǎn)能途徑比葡萄糖更短，因此可緊急合成ATP 來應(yīng)對應(yīng)激狀態(tài)和一些特殊狀況[9]。

2.2.5 其他作用

由于酸化劑具有酸味，因此可以掩蓋一些原料中的不良?xì)馕叮瑫r刺激唾液分泌，從而提高飼料的適口性[10]。同時酸化劑在飼料中可以抑制部分霉菌，達(dá)到延長飼料保質(zhì)期的作用[11]。除此之外，有研究表明，飼料酸化劑還具有促進(jìn)礦物元素吸收[12]、促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞生長、維持腸道形態(tài)等很多正向作用。

2.3 酸化劑在斷奶仔豬上的應(yīng)用

仔豬斷奶階段，由于遇到上述的諸多挑戰(zhàn)和變化，因此在這個階段仔豬也最容易出現(xiàn)腹瀉等問題，而也正因為酸化劑有上述的諸多正向作用，因此在飼料中酸化劑被廣泛應(yīng)用。有很多研究表明，日糧中添加酸化劑對仔豬健康和生長有著正向作用。馮濤等[13]、劉強(qiáng)等[14]的研究表明，在仔豬日糧中添加復(fù)合酸化劑可以顯著提高仔豬的日增重，降低仔豬斷奶階段的腹瀉率以及改善階段料肉比。R.Scipioni 等[15]的研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加檸檬酸，可以顯著降低胃、結(jié)腸以及直腸中大腸桿菌的數(shù)量，分別降低38.1%，62.5%和66.7%。馮尚連等[16]研究表明，在仔豬日糧中添加乳酸，可以顯著提高仔豬消化酶的活性，從而提高仔豬的飼料利用率，促進(jìn)仔豬生長。P.G.Lawlor等[17]研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加2%的富馬酸，可顯著提高仔豬斷奶階段采食量、平均日增重，以及改善仔豬料肉比。除了上述研究之外，還有很多研究均表明飼糧中添加單一酸化劑或不同的復(fù)合酸化劑，對于畜禽生產(chǎn)、畜禽健康均有正向作用。

3 植物精油

3.1 植物精油的概況

植物精油是指從植物中提取的油性、常具有揮發(fā)性的植物次生代謝物，其常具有特殊芳香氣味，且分子量較小。植物精油是一種復(fù)雜的混合物，“精油”一詞最早是由帕拉塞爾蘇斯在他的“精油論”中提出。由于精油中多種成分具有廣譜抗菌性、抗氧化等諸多特性，不同植物提出的精油成分不同，因此精油中的不同成分被廣泛應(yīng)用于諸如醫(yī)學(xué)、食品、木材防腐等多個領(lǐng)域。也正是因為精油具備這些特性，精油中的很多成分也被廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)，見表1。

表1 不同精油的成分的性質(zhì)

3.2 植物精油的特性以及其機(jī)理

3.2.1 殺菌抑菌功效

研究表明，很多植物精油成分，尤其是辛香類的植物精油成分如百里香酚、肉桂醛、香芹酚等，具有很強(qiáng)的抑菌、殺菌能力。在畜禽養(yǎng)殖中，對于一些主要的致病菌如沙門氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等均具有很好的抑菌能力[18]。而同時也有研究表明，肉桂醛、百里香酚等在對有害菌如大腸桿菌產(chǎn)生抑制效果的同時，并不會對有益菌群如乳酸桿菌等產(chǎn)生不利影響[19]。因此無需太過擔(dān)心因為植物精油廣譜的抗菌特性而對有益菌群造成負(fù)面的影響。

由于植物精油成分的復(fù)雜性，其抗菌的機(jī)理也并不是單一的機(jī)理造成，目前研究主要認(rèn)為植物精油的抑菌特性是通過作用于細(xì)胞膜以及進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部兩種方式來實(shí)現(xiàn)的。植物精油中酚類物質(zhì)的抗菌機(jī)理為：具有脂溶性以及疏水特性的酚羥基通過作用于細(xì)胞膜表面，從而改變其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)菌胞內(nèi)物質(zhì)流出，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡[20]；而醛類物質(zhì)的抑菌機(jī)理則普遍認(rèn)為是：醛類化合物可以與細(xì)菌細(xì)胞膜蛋白發(fā)生特定的反應(yīng)，進(jìn)入到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部。醛類物質(zhì)的羰基可以和蛋白質(zhì)相結(jié)合抑制氨基脫羧酶的活性，影響到細(xì)菌胞中蛋白質(zhì)和酶的活性從而達(dá)到抑菌效果[21]。

3.2.2 抗氧化作用

在正常的生理條件下，生物體內(nèi)的自由基及其相關(guān)物質(zhì)是處于一個動態(tài)平衡的狀態(tài)，即不斷地產(chǎn)生也在不斷地被消除。但在某些特定的情況下，如斷奶應(yīng)激、運(yùn)輸應(yīng)激等條件的刺激下，生物體內(nèi)的自由基大量產(chǎn)生，而體內(nèi)自身的抗氧化系統(tǒng)無法及時清除這些自由基，從而使體內(nèi)的氧化還原系統(tǒng)所處的動態(tài)平衡被打破，對機(jī)體造成氧化損傷。對于仔豬生產(chǎn)而言，氧化損傷的損害是很嚴(yán)重且多半是不可逆的，會造成仔豬采食量下降、日增重降低、料肉比升高等一系列負(fù)面影響。而有研究表明，在仔豬日糧中添加復(fù)合植物精油可以顯著提高仔豬體內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶以及超氧化物歧化酶的活性，從而提高仔豬的抗氧化能力[22]。

植物精油成分中的酚類和醛類物質(zhì)及其衍生物，都有很好的抗氧化能力，而關(guān)于植物精油發(fā)揮抗氧化效果的機(jī)理，可以分為直接和間接兩種方式。直接方式的抗氧化機(jī)理是植物精油中的相關(guān)成分可以直接阻止自由基的產(chǎn)生，并與過氧自由基結(jié)合形成穩(wěn)定的物質(zhì)，從而阻止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生，從而達(dá)到抗氧化的作用。而間接方式的抗氧化作用則是植物精油通過調(diào)節(jié)動物體內(nèi)抗氧化酶的活性，以及抑制脂質(zhì)過氧化等方式，來增強(qiáng)動物機(jī)體抗氧化的能力[23]。

3.2.3 提高機(jī)體免疫力

有研究表明，植物精油通過抗氧化以及參與細(xì)胞因子與轉(zhuǎn)錄因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，在分子水平上抑制機(jī)體促炎基因的表達(dá)，從而起到抗炎作用，進(jìn)而影響動物的免疫系統(tǒng)。如在仔豬日糧中添加植物精油，可以顯著提升仔豬血清中免疫球蛋白的水平，進(jìn)而改善仔豬免疫力[24]。而在仔豬日糧中添加肉桂醛和百里香酚，則可以顯著改善仔豬腸道黏膜免疫系統(tǒng)[25]。

3.2.4 其他效果

植物精油除了上述的效果之外，還有著如促進(jìn)采食等多種正向功效，在如今“禁抗”的大背景之下，人們更多地將注意力集中在其抑菌殺菌的功效之上，而忽視植物精油其他的功能，實(shí)際上，通過在飼料中添加不同精油組分相互搭配，通過發(fā)揮不同的功效，才能更好地保障動物的健康，達(dá)到健康養(yǎng)殖的目的。

4 酸化劑和植物精油協(xié)同作用的相關(guān)研究

由于酸化劑和植物精油對于畜禽有著上述的正向作用，因此在一些特殊階段飼糧如斷奶仔豬飼糧中，也常常會添加此二者以達(dá)到促進(jìn)動物健康、提高動物生產(chǎn)性能的功效。而有研究發(fā)現(xiàn)，此二者同時添加往往還會產(chǎn)生“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)。

在體外抑菌試驗中，有研究表明，檸檬酸與植物精油進(jìn)行復(fù)配之后，對于沙門氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌均有著顯著的抑菌作用，且效果優(yōu)于單獨(dú)添加植物精油或檸檬酸的效果，表明植物精油和有機(jī)酸具有協(xié)同作用[26]。以及百里香酚和香芹酚與檸檬酸聯(lián)用，相比于單獨(dú)使用植物精油或酸化劑，對于革蘭氏陰性菌有著更強(qiáng)的抑菌能力。在畜禽養(yǎng)殖方面，日糧中添加酸化劑和植物精油復(fù)配之后，肉雞回腸的酵母菌和乳酸桿菌水平顯著提高，且效果優(yōu)于單獨(dú)添加植物精油。而斷奶仔豬日糧中添加0.15%酸化劑和植物精油復(fù)配物，斷奶仔豬腸道中大腸桿菌水平極顯著下降，而乳酸桿菌等有益菌的水平極顯著上升，改善腸道菌群的效果則優(yōu)于單獨(dú)添加植物精油或酸化劑[27]。

關(guān)于酸化劑和植物精油聯(lián)用產(chǎn)生協(xié)同作用的機(jī)制，一方面是由于精油在偏酸性的環(huán)境中可以有更好的效果，精油的疏水性在低pH 值的情況下會增強(qiáng)，可以使其更容易地通過細(xì)菌細(xì)胞膜；而另一方面，由于植物精油可以破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性，可以讓未解離的有機(jī)酸更加容易地進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部達(dá)到抑菌殺菌的效果。而從目前的研究來看，也印證了二者之間存在著協(xié)同作用的效果，往往共同復(fù)配添加，可以以更小的添加量達(dá)到更好的效果。

5 小 結(jié)

在目前“飼料禁抗，養(yǎng)殖減抗，產(chǎn)品無抗”的大形勢驅(qū)動下，面對動物特殊階段如仔豬斷奶階段，勢必要以更加嚴(yán)格的生物安全制度、更加科學(xué)的配方營養(yǎng)濃度、更加標(biāo)準(zhǔn)的原料質(zhì)量把控，以及更加先進(jìn)的養(yǎng)殖管理模式多管齊下，從而保障動物的健康養(yǎng)殖。而功能性添加劑的選擇，雖然僅僅是其中飼料配方選擇中的一個小部分，但也起著至關(guān)重要的作用。在安全、有效、性價比高的大前提之下，如“酸化劑+植物精油”這樣的互相具有協(xié)同作用的添加劑組合，不僅保障了添加效果，同時通過協(xié)同作用，降低部分添加量，節(jié)省添加成本，并且提供更多的配方空間，對于“禁抗”之后的配方選擇，應(yīng)該有著正向意義。