作者:卜孟娟、楊濡、李菲、盧宗梅、郭世堂、王在貴
摘要:飼料抗生素的濫用使病原微生物的抗藥性越來越強,給人類健康帶來潛在的威脅,同時降低了畜禽產品的品質。為了減少抗生素的使用,抗生素替代產品的研究與應用引起了廣大研究者和飼料生產廠家的重視。闡述了無抗飼料添加劑的分類、研究進展、存在的問題及未來發展方向, 為飼料減抗、替抗技術的應用提供參考。
關鍵詞:飼用抗生素;中草藥;微生態制劑;抗菌肽
我國是世界上人口最多的國家,隨著經濟的發展,人們的生活水平不斷提高,畜禽產品市場越來越大。近些年來,綠色食品理念深入人心,廣大消費者對畜禽食品品質的要求也更加苛刻。而抗生素在畜禽飼料中的大量使用不僅使病原菌產生耐藥性,還會在禽畜產品中殘留,對人體健康帶來一定的危害。因此尋找抗生素的替代品是畜牧業發展的必然需求,綜述了抗生素替代品的研究與應用進展,以期為飼料工業的發展提供參考。
1抗生素替代品的分類
1.1中草藥類
近些年來,研究者利用現代生物技術對中草藥的有效成分進行了分析并研究其生物活性,將其添加到飼料中代替抗生素,初步探明了中草藥的作用機理。如今中草藥已經不僅僅用于人類醫藥,還廣泛應用于畜牧養殖業。中草藥種類繁多,不同草藥可以抑制不同的病原菌。有學者用添加黃常山提取物的飼料喂養肉雞,結果表明,黃常山提取物可以顯著降低艾美球蟲對肉雞的感染,并且可以增加感染組肉 雞 的 重 量 和 減 少 其 腹 瀉 帶 血 發 生
率 [1 - 3 ] 。Wu等[ 4 ] 研究發現,苦參可以提高羅非魚的免疫力,從而抵抗無乳鏈球菌的感染,中草藥可以使機體產生免疫球蛋白 G ( IgG )等免疫物質,從而增強機體免疫力 [5 - 7 ] 。飼料中添加八珍可以增加肉雞的高密度脂蛋白質、綿羊紅細胞( SRBC )、IgG 與 γ 球蛋白含量,并且可以降低極低密度脂蛋白( VLDL ),低密度脂蛋白( LDL )與谷草轉氨酶(GOT )的含量[ 3 ] 。Li 等[ 5 ] 研究發現,當歸補血湯不僅可以降低肉雞的死亡率,還可以增強其細胞免疫和體液免
疫能力。古典中醫藥實踐是將多種中草藥配制混合來使用,在飼料中也可以添加中草藥復合物。 Yeh等 [6 ]研究發現,中草藥復合物比抗生素更能提高豬血液中T細胞CD3和CD8的含量,并且能降低低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白的含量。 Liang 等 [7 ] 將黃芪根、白芷根和蒼術制成復合物添加到羊飼料中,發現試驗組比對照組的體重有了顯著提高。此外,從中藥中提取的多糖也能增強動物的免疫應答和抗病能力[8 ] ??梢姡呀浻休^多中草藥在飼料中替代抗生素的研究。
1.2酶制劑類
酶制劑是一種生物催化劑,可隨著飼料進入動物消化道發揮助消化(蛋白酶等)、殺菌(溶菌酶等)等作用,以提高動物機體免疫力而達到替代抗生素的目的。目前飼料酶制劑大多是從微生物發酵物中提取的具有酶活力的蛋白質類物質,經過濃縮干燥等處理工藝后生產而成。酶制劑的主要特點是催化效率高、專一性強,在食品、醫藥、化工與飼料等行業均有應用,已有 20 多種酶應用于飼料中。目前飼用酶制劑種類有植酸酶、纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、脂肪酶、溶菌酶等,由其中的一種或者某幾種復合而成。在飼料中添加半纖維素酶可以解決半纖維素抗營養問題,從而大幅度提高飼料轉化率及飼料消化率[9
- 10 ]。木聚糖酶可以水解木聚糖,已廣泛用于肉雞飼料中。有研究表明,將木聚糖酶添加到酒糟蛋白飼料中可以維持禽類的采食量,同時提高禽類的日增重 [11 ] 。此外,武明欣等 [ 12 ] 發現在飼料中添加 900mg /kg木聚糖酶可顯著提高刺參生長率和刺參增重,刺參的腸道消化酶活力也顯著高于對照組。 Norag 等 [13 ] 研究發現添飼植酸酶不僅可以促進患病羅非魚對營養物質的利用率,還能恢復其免疫力,降低其肝臟、胃、腸的病理損害,提高存活率。溶菌酶可通過裂解肽聚糖的糖苷鍵而具有較高殺菌能力。王壇等
[14 ] 研究表明,添飼36.4mg/kg的溶菌酶可以穩定促進吉富羅非魚對飼料干物質、粗蛋白質與粗脂肪的吸收效率。此外, Zou等 [15 ] 發現分別添飼100mg/kg溶菌酶與粘菌素對豬的生長性能和腸道解剖學形態影響較為接近??梢?,溶菌酶具有替代飼用抗生素的潛力。綜上所述,酶制劑可以直接或間接替代飼用抗生素的作用,減少飼用抗生素的使用,為人類健康和環境保護提供了一定的基礎。
1.3 微生態制劑
微生態制劑作為飼用抗生素替代品具有相當大的應用潛力,目前在全球養殖業禁抗大潮中越來越受到重視。對于 產芽孢的益生菌,可以產生孢子以應對酸堿等特殊環境,所以益生菌多是將其孢子制成制劑在飼料中應用的。隨著生物技術的進步及相關工藝設備技術研究水平的提高,微生物制劑應用領域也愈加廣泛。益生菌對混合飼料進 行發酵后可改變其營養特性,提高飼料利用率。張哲 [16 ] 等用枯草芽孢桿菌和產朊假絲酵母發酵飼料替代普通飼料,顯著提高了動物的生長性能、血液 SOD 和過氧化氫酶活力,從而達到提高機體免疫力,為飼用
抗生素的減量使用提供了一定的依據。姜旭東 [17 ] 將不同濃度的枯草芽孢桿菌制劑添加到基礎日糧中飼喂白羽肉雞,當添加劑量為0.6%時,生產性能最佳。 Galagarza等 [18 ] 發現添飼枯草芽孢桿菌株系中的NZ86 ( NRRL?。?- 50136 )和 O14VRQ ( NR -RL?。?- 67221 )可使羅非魚腸道中的促炎細胞因子基因上調,從而提升了機體免疫反應。 Nguyen 等 [19 ] 發現在日糧中添加適量的高溫滅活的 Lactobacillus plantarumL
- 137 不僅促進羅非魚的生長,還增強其免疫反應和抗應激能力。 Ma等 [20 ] 研究發現在飼料中同時添加Rhodotorula sp. H 26 和 Metschnikowia sp.C14 酵母菌,可以促進幼年海參的生長,提高其消化酶活力、免疫能力。此外, Grandiosa 等 [21 ] 發現飼喂富含 Exiguobacte-rium JHEb 1 、 Vibrio?。剩?1 和 Enterococcus?。剩龋蹋模?nbsp;的飼料增強了鮑魚的免疫應答能力,同時降低活性氧的產生。常用益生菌見表
1[ 22 - 23 ] 。
1.4 抗菌肽
由20~60個氨基酸組成的具有抗菌活性的肽能抑制細菌的生長,起到疾病預防與治療的效果,是一種良好的抗生素替代物。抗菌肽具有熱穩定性好及抗菌譜廣等特點,近年來陸續有多種新型抗菌肽被發 現 和 研 制 出 來,如 AI - hemocidin 2 、 K1K8 、Hp1404等 [24 - 27 ] 。抗菌肽可以提高水產動物的存活率和生產性能,改善免疫功能。柴仙琦等 [28 ] 研究發現,在飼料中添加150~250mg/kg的抗菌肽,可有效提高凡納濱對蝦的成活率和增重率,改善了血清非特異免疫指標。
Shi等 [29 ] 研究發現飼用添加了抗菌肽仔豬的日增重要大于飼用了抗生素的組。此外,在 Yuan等 [30 ] 研究中,添飼500mg/kg的抗菌肽可顯著提高斷奶仔豬血液中IgG 、免疫球蛋白 M(IgM )、免疫球蛋白 A ( IgA )、豬瘟抗體( CSF - Ab)與血清 總 補 體 ( CH50 )等 免 疫 因 子 的 含 量。 Dong等 [31 ] 發現添飼100mg/kg抗菌肽的鯉魚血清中免疫球蛋白和白細胞介素水平明顯高于對照組和其他劑量組,而且抗菌肽還可降低鯉魚血清甘油三酯水平,增強抗氧化能力。
1.5 植物精油
植物精油通常是從植物組織中提取的有效成分,因其來源十分廣泛,生產技術比較成熟,應用潛力較大。植物精油能提高機體免疫力,提供維生素等營養物質,同時有殺菌等作用,可替代飼用抗生素。天然植物精油和有機酸的復合物具有顯著殺菌、抑菌功效,日糧添加 0.05‰ 的復合物能顯著提高肉雞平均日增重,降低料肉比,增強動物機體免疫力,提高飼料轉化率 [32 ] 。添飼以百里香酚、丁香酚、香芹酚復合而成的植物精油可提高肉仔雞的采食量、日增量,降低料重比,極顯著提高血清免疫球蛋白
IgG含量,增強肉仔雞的免疫力 [
33 ] 。Su等[ 34 ] 研究發現在飼料中添加植物精油,不僅可以顯著的提升斷奶仔豬的生長性能與抗氧化能力,還能增加其血液中的IgG 、IgM 的含量。
2 抗生素替代品研究存在的問題
雖然抗生素替代品的研究與應用前景廣闊,但仍有許多問題亟待解決。中草藥添加劑配方需要規范、合理設計;對其中有效成分的具體功能和應用效果缺乏明確的認識,形成一種“模糊效果”論,導致養殖戶在使用過程中存在一定的疑慮。因此,各種中草藥在飼料中的使用劑量和安全性評估還有待進一步研究 [35 - 36 ] 。此外,中草藥的有效成分和作用機理也需進一步研究 [37 ] 。酶制劑的熱穩定性和酸堿穩定性有待提高,仍需要通過基因工程手段來改良酶的生化性質,利用發酵工程等優化微生物的發酵產酶條件。同樣,飼用酶制劑的使用劑量問題亟待探索,而且酶制劑產品的穩定性也有待提高
[38 ] 。抗菌肽的生產與提取工藝需要改進 [39 ] 。此外,抗菌肽容易被內源蛋白酶水解,所以如何增加飼用抗菌肽的穩定性仍需要進一步研究 [40 ] 。微生物制劑的菌種在飼料加工等生產過程中活力部分喪失,導致所添加的劑量達不到預期的替抗效果。飼用益生菌的抗逆能力不強,同種益生菌對不同的宿主動物作用效果也 存 在 差 異,因 此,需 要 規 范 使 用 微 生 物 制劑 [41 - 42 ] 。植物精油因其揮發性強,在不同養殖環境下的效果差異較大,其在飼料加工過程中容易揮發而導致存留量低,影響了其最終使用效果而受到飼料廠與養殖企業的質疑,所以提高植物精油的留存率是其可以大規模應用的前提
[43 ] 。需要建立規范有效的替抗產品生物學評價試驗方法與規程,探索不同替抗產品與其他營養成分和飼料添加劑之間的交互作用等。
3 展望
尋找有效抗生素替代品是畜牧業健康良性發展的必然趨勢。目前已經發現的替抗添加劑種類較多,研究者們對其特點也進行了一定程度的研究和一定范圍內的產業化應用,隨著全球范圍內抗生素在飼料中的禁用,抗生素替代品必將會得到深度研發。在動物飼料中添加替抗添加劑以提高畜禽產品的品質,必將為人類追求的終極目標。