猪饲用抗生素替代物研究进展

张仕宇， 宋 博， 仲银召， 郑昌炳， 汤志毅， 郑 界， 印遇龙， 段叶辉

（1.动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室，中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙410125；2.湖南农业大学教育学院，湖南长沙410128；3.湖南农业大学动物科技学院，湖南长沙410128）

猪饲粮中添加亚治疗剂量抗生素可提高饲料转化率、改善肉质、促进肠道健康、预防疾病等。 然而，生猪养殖过程中饲用抗生素长期使用甚至滥用会导致细菌耐药性产生， 猪肉产品抗生素残留，肉质风味下降等问题，不仅破坏生态环境， 还危害人类健康 （Ferrer 等，2017；Chattopadhyay 等，2014；Wei 等，2007）。 基于此，我国农业农村部发布了饲料“禁抗”令（第194 号公告），明确了自2020 年7 月1 日起我国全面禁止使用促生长类药物饲料添加剂。 因此，为保证生猪养殖的生产效益和食品安全， 寻找并开发高效、绿色、安全、无公害的抗生素替代物已刻不容缓。 本文综述了植物提取物、益生菌、有机酸和酶制剂等绿色添加剂在生猪养殖中的应用和作用机理， 以期为新型替抗物的研发利用及推广提供理论和技术支撑， 进而促进我国生猪养殖业的可持续发展。

1 植物提取物

植物提取物是指从植物中提取的天然生物活性物质， 包括来源于各种植物的次级混合物或代谢产物，具有低残留、无耐药性、来源广和种类多等特性，能促进机体生长，提高其抗氧化能力和免疫力， 从而维持动物健康（Sharifi-Rad 等，2017；Durmic 等，2012；Windisc 等，2008）。

1.1 促生长作用 研究表明，植物提取物具有促生长的效果。 例如，在断奶仔猪饲粮中添加假蒟提取物（50 mg/kg）或博落回提取物（60 mg/kg 或120 mg/kg）可显著改善其生长性能，并提高营养物 质 的 消 化 率 （Boroojeni 等，2018；Wang 等，2017）。 Lan 等（2017）在育肥猪的研究中亦发现，饲粮中添加0.025%和0.05%黄芪、党参、大蒜素合剂可提高饲料转化率和营养物质消化率， 并改善猪肉品质和肠道菌群平衡。 植物提取物对生长的促进作用可能与其可改善饲料适口性而提高采食量， 提高内源性酶的分泌进而提高营养物质消化率， 提高饲料利用率以及调控生长相关激素的分泌有关（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产生、 清除自由基和修复自由基对机体的损伤，自由基与机体脂质、DNA 发生反应会对机体产生氧化损伤，从而降低动物生长性能、免疫力和产品质量（史东辉等，2012）。 谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）属于机体内源性抗氧化剂， 是机体清除自由基的重要酶类（史东辉等，2012）。 丙二醛（MDA）是机体脂质发生过氧化反应时所产生的代谢产物 （张秋萍等，2016；史东辉等，2012）。 因此通常用机体GSH-Px 和SOD 的活性以及MDA 水平的高低来反映机体抗氧化水平。 植物提取物中含有多种抗氧化活性物质，如多酚、多糖、黄酮、类胡萝卜素、生物类黄酮、活性多糖、生物碱、皂苷类、维生素及其衍生物等（高静，2020；郑瑞生等，2010）。 研究表明，在断奶仔猪、妊娠母猪后期和哺乳母猪饲粮中添加适宜的植物提取物（如50 mg/kg 假蒟提取物、250 g/t 或500 g/t 止痢草、1%姜粉） 能提高血浆中GSH-Px 和SOD活性，并显著降低MDA 水平，从而提高机体抗氧化能力（Wang 等，2017；郭艺璇等，2015；史东辉等，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动物抗氧化能力（Nakatani等，2000）。 植物提取物提高机体抗氧化能力的机制主要有以下几点：直接清除或抑制自由基、提供质子（植物提取物提供亲和力强的氢质子，氢质子能使高势能的极活泼的自由基转变为非活性或较为稳定的化合物）、提供电子（植物提取物通过电子转移直接给出电子而清除自由基）、抑制氧化酶的活性（黄嘌呤氧化酶、脂氧化酶和环氧酶等） 和增强抗氧化酶活性（SOD、GSH-Px 和过氧化氢酶等）（谭榀新等，2010）。

1.3 提高机体免疫力 据报道，植物提取物对机体免疫力亦有改善作用。 例如，Wang 等（2017）发现断奶仔猪饲粮中添加假蒟提取物能降低血清中促炎细胞因子如白细胞介素（IL）-1β 和肿瘤坏死因子- α（TNF-α）的含量，并提高抗炎细胞因子（如IL-4 与IL-10）的含量。 崔艺燕等（2020）研究发现在仔猪饲粮中添加300 mL/t 柑橘提取物可显著提高血清IgG 含量和降低肝脏中TNF-α。Lan 等（2017）在育肥猪上的研究亦发现，饲粮中添加黄芪、党参、大蒜素合剂能提高血清中IgG 和IgA 含量。 正常情况下，IL 和TNF-α 等细胞因子可协助机体应对异物和组织损伤， 但其含量过高则会诱发机体发生变态反应和组织损伤（崔艺燕等，2020）。因此，植物提取物能通过自身含有的免疫活性物质（如多糖、苷类化合物和生物碱等）增加免疫因子和抗炎细胞因子水平来提高机体免疫力（陈文山，2019；张兆华，1997）。

综上，植物提取物具有促生长、抗氧化和提高免疫力等作用，但不同植物提取物的具体添加量、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应用于工厂化生产中等还需要更进一步研究。

2 益生菌

益生菌是指一类有助于改善肠道平衡的活性非致病微生物 （如乳酸菌、 酵母菌等）（Williams等，2010），具有促进动物生长、改善肉品质、提高免疫力和促进机体健康等作用（Abd El-Hack 等，2017；Popova，2017；Alagawany 等，2016；Ritzi 等，2014；Ohashi 等，2009）。

2.1 促生长作用 研究表明，益生菌具有促生长作用。王国强等（2018）研究发现，益生菌能提高哺乳仔猪胃肠道蛋白酶和淀粉酶活性， 进而促进营养物质的消化吸收。在断奶仔猪上的研究亦表明，饲粮中添加益生菌（如酵母菌、丁酸梭菌或粪肠球菌）能提高饲料转化率，上调血液中促生长有关激素（如生长激素、三碘甲状腺氨酸、四碘甲状腺原氨酸和胰岛素生长因子-1）的水平，以及通过提高小肠绒毛高度以增加小肠吸收面积， 进而促进仔猪生长 （Wang 等，2019；Xu 等，2018；Broadway等，2015；Jiang 等，2015）。 值得注意是，益生菌促生长的程度受其种类、添加方式、添加量、使用时长以及猪生长阶段的影响。 益生菌促生长的机制主要有以下几点： 促进消化酶的产生并提高其活性，增加采食量，促进机体产生促生长类激素，改善肠道形态并减少腹泻率（梁世岳等，2020；王建辉等，2004）。

2.2 提高免疫力 董佳琦等 （2018） 研究发现，在母猪饲粮中添加复合益生菌（乳酸菌和酵母菌及其代谢产物） 能显著提高血清中IgA、IgM、IgG、IL-2 和IL-6 的浓度。 在断奶仔猪饲粮中添加益生菌（如酵母菌、丁酸梭菌或粪肠球菌）能增加血清中免疫球蛋白（如IgA、IgG 和IgM）和抗炎细胞因子（如IL-2 和IL-6）浓度，从而降低腹泻率、 促进机体健康 （Wang 等，2019；Jin 等，2018；Broadway 等，2015；Jiang 等，2015）。 段明房等（2018）研究发现，在生长猪日粮中添加中草药益生菌复合制剂亦可提高血浆IgM、IL-6、IL-4和β-干扰素的浓度。因此，益生菌作为饲料添加剂能提高猪自身免疫力并维持其健康，其作用机制主要通过以下几点：刺激抗炎反应、吞噬作用和自然杀伤细胞的活性以及分泌β-防御素、IgA等先天性免疫活性来增强黏膜屏障以提高自身免 疫 力 （Ohashi 等，2009；Delcenserie 等，2008；Vaarala，2003；Isolauri 等，2001）；促进乳酸、短链脂肪酸等生物活性物质的产生以降低肠道pH，从而维持肠道微生物稳态（田志梅等，2019；周晓容等，2019；张英春等，2012）。

2.3 改善肉品质 益生菌不仅能促进动物生长和提高其免疫力， 还能改善猪肉品质 （熊莹，2017）。Meng 等（2010）研究发现，在生长猪饲粮中添加复合益生菌（枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌）可改善肉色和大理石花纹。 呼红梅等（2017）在生长猪上的研究得出相似的结果， 即在饲粮中添加1%绿原菌或0.05%益生菌、0.1%丁酸甘油酯和0.2%甜菜碱，能提高生长猪眼肌面积和瘦肉率，降低滴水损失，提高抗氧化能力，从而改善猪肉品质。 与生长猪上的研究结果类似， 在育肥猪饲粮中添加嗜酸片球菌FT28 可增加猪肉系水力、pH （屠宰90 min 后）和多汁性（Dowarah 等，2018）。 Suo 等（2012）研究发现，在肥育猪饲粮中添加植物杆菌可显著改善肉质，如pH 和嫩度。

3 有机酸

有机酸是酸化剂的一种， 长期被用作饲料促生长剂和保护剂 （主要通过降低环境pH 来抑制微生物繁殖），具有促进机体生长、改善肠道健康和提高机体免疫力等作用（Polycarpo 等，2017；欧长波等，2016；马吉锋等，2005；陈勇等，2004；Partanen 等，1999），并且多种有机酸混合（如不同有机酸的混合使用或有机酸和植物精油的混合使用）使用效果好于单独使用（Polycarpo 等，2017；高玉云等，2017）。

3.1 促生长作用 Lan 等（2018）研究发现，在母猪饲粮中添加中长链脂肪酸与有机酸混合物（富马酸、柠檬酸、苹果酸、癸酸、辛酸和高岭土）能改善其生长性能，并减少环境污染。在断奶仔猪上的研究亦发现，饲粮中添加复合有机酸（柠檬酸、乳酸和苯甲酸）可显著提高仔猪ADG 和ADFI（吴秋玉等，2019；Li 等，2018）。 在育肥猪上的研究也取得了类似结果，发现代谢有机酸（主要成分是丙酮酸、α-酮戊二酸和柠檬酸）能显著提高其ADG 和ADFI（栗敏等，2014）。 有机酸对生长性能的促进作用主要通过以下两方面实现： 一方面， 有机酸（如延胡索酸、苹果酸、柠檬酸等）能参与三羧酸循环为机体供能， 从而避免其他供能途径如糖异生和脂肪分解造成体组织的消耗（欧长波等，2016）；另一方面，有机酸能降低胃肠道pH，提高胃蛋白酶活性和促进胰腺的分泌， 促进维生素和矿物质的吸收，从而改善饲料适口性，提高采食量（陈勇等，2004；王杰，2003）。

3.2 改善肠道健康 首先， 有机酸可改善仔猪肠道形态结构。 Grecco 等（2018）给断奶仔猪饲喂延胡索酸， 发现其能增加空肠绒毛高度。 其次，有机酸可改善仔猪肠道微生物区系。 在断奶仔猪饲粮中添加有机酸能降低肠道pH， 减少肠道有害菌（如大肠杆菌、产气荚膜杆菌和金黄色葡萄球菌）丰度，增加有益微生物丰度，从而改善肠道微生物区系， 降低仔猪腹泻率（Grecco等，2018；Li 等，2018；Zentek 等，2013；张旭晖等，2012）。

3.3 缓解应激 李马成等（2015）报道，在猪饲粮中添加有机酸可提高GSH-Px 和SOD 的活性，从而提高猪的抗氧化能力。 有机酸缓解机体应激的机制主要有以下两点：有机酸（如延胡索酸、苹果酸、 柠檬酸等） 一方面可为应激下的动物提供能量， 另一方面能增加动物血液中抗氧化物质的活性，并提高球蛋白和白蛋白数量，从而提高机体抗应激能力（欧长波等，2016）。

4 酶制剂

饲用酶制剂按功能可分为两类：一类主要降解多糖、蛋白质等大分子物质，包括淀粉酶和蛋白酶等； 另一类主要降解饲料中抗营养物质，包括植酸酶和果胶酶等（乔玉锋等，2001）。 酶制剂具有提高饲料消化率、促进动物生长、改善代谢水平和肠道微生物区系等功能（陈勇等，1999；赵志辉等，1999）。

4.1 促生长作用 史林鑫等（2019）研究发现，断奶仔猪饲粮中添加复合酶（纤维素酶、α-淀粉酶、β-葡聚糖酶和中性蛋白酶）可显著提高其中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和粗脂肪的表观消化率。在断奶仔猪饲粮中添加木聚糖酶亦能改善其生长性能，促进营养物质消化率（Lan 等，2017）。 Laia 等（2019）在生长猪的研究中有类似结果。 除改善生长性能外， 在生长肥育猪饲粮中添加混合酶还能提高营养物质代谢率， 改善猪肉品质（Balasubramanian 等，2020；Lee 等，2019）。在仔猪、生长猪或育肥猪饲粮中添加甘露聚糖酶能提高ADG 和瘦肉率，并增加干物质与粗蛋白质的表观消化率（Jo等，2012；Yong 等，2010；Pettey 等，2002）。 酶制剂促生长的作用主要通过以下两个途径： 一方面加快消化道内大分子物质的消化、吸收和利用，直接对动物机体产生影响； 另一方面可消除饲料中抗营养因子，从而改善饲料消化率。

4.2 提高动物代谢水平 酶制剂除了直接参与消化吸收，还能调节血液中某些物质（如蛋白质、血糖、尿素氮和激素等）的含量（陈勇等，1999；赵志辉等，1999）。史林鑫等（2019）研究发现，在仔猪日粮中添加复合酶制剂能显著提高其抗氧化能力，表现为试验前期（1 ～ 14 d）血清总抗氧化能力（T-AOC）和T-SOD 活性显著增加，MDA 含量显著降低，试验后期（15 ～35 d）GSH-Px 活性显著降低。此外，在断奶仔猪日粮中添加木聚糖酶能降低血液中尿素氮的浓度（Lan 等，2017）。 在生长猪饲粮中添加β-甘露聚糖酶能提高血糖水平（Yoog 等，2010）。

酶制剂能提高饲料消化率、改善生长性能、促进激素和内源性酶的分泌和维持动物健康等。 值得注意的是，酶制剂应根据猪的品种、年龄、生产方向、 生产阶段及饲料饲粮种类合理进行选择才能发挥最大效果。

5 结语

植物提取物、有机酸、酶制剂和益生素等饲料添加剂具有无残留、 无抗药性、 毒副作用小等特点， 作为抗生素替代物在生猪养殖中使用能改善生长性能、肉品质和肠道微生物组成，并减少有害物的排放，是高效、绿色环保型饲料添加剂，具有良好的市场开发及应用前景。 然而，植物提取物、有机酸、 益生菌和酶制剂等绿色饲料添加剂作为抗生素替代物仍存在以下问题： 部分抗生素替代物（如植物提取物）中天然生物活性成分的结构和功能并不明确，有效剂量难以确定；使用阶段和用量需要进一步明确；调控机制仍待进一步解析；规模化、自动化模式仍需逐渐完善。 因此，为更好促进我国养猪业高效、健康、稳定和快速发展，开发安全、 有效的抗生素替代物成为养猪业可持续发展的重大挑战。