猪日粮中的非抗生素饲料添加剂（一）

Liu Y, C.D.Espinosa, J.J.Abelilla, G.A.Casas,L.V.Lagos, S.A.Lee, W.B.Kwon, J.K.Mathai,D.M.D.L.Navarro, N.W.Jaworski, H.H.Stein

（1.加州大学戴维斯分校，动物科技学院；2.伊利诺伊大学，动物科技学院；3.创荷美营养国际，博克斯梅尔，荷兰）

养猪生产中不使用药物将会使发病率提高，生产性能受损，并且在断奶期尤为明显，而在生长育肥猪日粮中可移除抗生素而不引发任何疾病问题。由于养猪生产中不使用抗生素有一系列困难，因此饲料中不使用抗生素需要与不同的管理方案相结合。这项方案包括管理方案、营养方案和可替代日粮补充物。每个阶段中都曾提出不同的方法，但这些方法的共同点是提高猪只抵抗病原菌定植在肠道的能力。这可以通过提高对病原菌的免疫应答或通过防止病原菌黏附于肠黏膜组织来实现，从而减少病原体的损害影响。本文对部分添加剂改善日粮中移除抗生素促生长因子带来的负面影响进行了综述。

1　酸化剂

酸化剂常用于替代抗生素促生长因子，其可为有益微生物创造有利肠道的环境，从而提高营养物质消化率、生长性能，并降低腹泻。日粮中的酸化剂可分为有机酸、无机酸或酸盐（Papatsiros和 Billinis，2012；Partanen和 Mroz，1999）。各种有机酸混合物、有机酸和无机酸的混合物等可使猪日粮中酸化剂的影响最大化（Kuang等，2015；Ahmed等，2014；Zentek等，2013）。目前，日粮中酸化剂的精确作用机制为可降低或稳定胃的pH，提高胃蛋白酶活性；调整并改变肠道微生物菌群，抑制病原菌活性；提高肠道中营养物质消化率，增加营养物质沉积（Papatsiros和Billinis，2012；Kil等，2011）。但更精确的作用机理还需要进一步研究。

1.1有机酸最常用的有机酸为甲酸、富马酸和柠檬酸，日粮中添加有机酸可以降低胃内pH（Radcliffe等，1998；Eidelsburger等，1992b）。甲酸及其盐类对蛋白质的表观全肠道消化率有正面影响（Eckel等，1992），但对回肠氨基酸消化率无影响（Gabert 等，1995），也有研究表明日粮酸化剂可以降低回肠氨基酸消化率（Gabert和Sauer，1995）。然而，日粮中添加柠檬酸对母猪蛋白、钙和磷的消化率有正面影响（Liu等，2014）。但有研究发现不同的结果（Kil 等，2011；Blank等，1999），可能是由于蛋白源和酸的添加水平不同。

近来，研究表明有机酸和中链脂肪酸相结合比仅饲喂酸或脂肪酸的抗菌活性更强（Zentek等，2013），有机酸和中链脂肪酸酸相结合对营养物质消化率和生长性能均有正面影响。Kuang等（2015）也报道其对营养消化率和生长性能有促进作用。

1.2无机酸日粮中常用的无机酸包括盐酸、硫酸和磷酸。研究表明，日粮中补充磷酸和盐酸有着正面回应（Mahan等，1996），但也有人报道补充盐酸缺乏积极回应（Eidelsburger等，1992a；Roth等，1992b；Kil等，2011、2006）。日粮中补充硫酸对生长性能有着负面影响（Eidelsburger等，1992b；Mahan等，1996）。

1.3酸盐酸盐也被用来作为猪用酸化剂，这些酸盐包括甲酸钙、二甲酸钾、二甲酸钠和延胡索酸钠。研究表明，甲酸钙对生长性能和腹泻率有着积极影响（Bosi等，2007），但甲酸钙较二甲酸钾效果差（Li等，2008a）。由于 H+-K+-ATPase和胃分泌酸粘膜中胃泌酸受体的mRNA表达量的增加，二甲酸钾可能导致胃中盐酸和乳酸浓度更高（Xia等，2016）。另外，研究表明，日粮中补充二甲酸钠和延胡索酸钠对其干物质和蛋白质消化率有积极影响（Eidelsburger等，1992b）。

1.4混合酸柠檬酸和山梨酸的混合物会提高猪的生长性能（Grilli等，2010），混合有机酸和无机酸可增加粪便中的乳酸菌数量和减少大肠杆菌的数量，但是不能提高猪的生长性能（Ahmed等，2014）。Upadhaya等（2016、2014）也报道饲喂混合酸化剂猪的粪便中的乳酸菌数量增加，热应激猪只的腹泻率降低（Wang等，2016）。

总之，目前饲料中使用大量的酸化剂得到的效果并不都是正面的。因此，需要进一步的研究去阐明酸化剂的作用模式，确定在哪些条件下能够获得期望的积极回应。

2　矿物质

矿物质是猪只维持生长和繁殖所需的无机元素。饲料中矿物质添加量大于100 mg/kg的称为大量元素，而小于这个数量的矿物质称为微量元素或稀有元素。微量元素如铜和锌是猪维持正常的身体机能所需要的，并且其具有抗菌特性，因此它们经常被添加到日粮中，添加量高于其满足营养需求的量。

2.1锌锌是多种金属酶的组分和活化剂，在激素的产生和分泌中有着主要功能。其在皮肤和伤口愈合以及免疫系统的完整性中也起着作用（McDowell，1992）。保育猪通常要求添加80～ 100 mg/kg的 锌（NRC，2012；van Heugten等，2003），断奶仔猪日粮中锌的缺乏会导致生长迟缓、食欲不振、骨骼异常和皮肤角化过度。然而，在药理水平上，无机锌以氧化锌的形式添加2000～4000 mg/kg，用于减少断奶后腹泻和提高生长性能是一种常见的推荐量（Hill等，2000；Poulsen，1998；Smith等，1997）。在高水平锌的刺激下，可提高14%～17%的采食量（Case和Carlson，2002；Hahn和 Baker，1993）。除了氧化锌，也有其他形式的锌，它们在日粮中含量较低。这些形式包括螯合锌如蛋氨酸锌，其生物利用度高于氧化锌（Ward等，1996），保育料中添加250 mg/kg的蛋氨酸锌与添加2000 mg/kg的氧化锌有着相同的功效（Mavromichalis等，2001）。在提高生长性能上锌的生物学机制可能与其在断奶仔猪中的肠道完整性与形态学的功能上有关（Pearce，2015）。补充高水平的锌会导致隐窝更深和十二指肠的厚度更大（Carlson 1998）、使受伤的肠道上皮细胞再生（Alam等，1994）、微生物群落的稳定和大肠杆菌的多样（Katouli等，1999）、断奶仔猪肠道通透性的减少（Zhang和Guo，2009）和淋巴细胞增殖（van Heugten，2003）。

2.2铜铜是多种金属酶包括细胞色素氧化酶和赖氨酰氧化酶的重要组成部分，并参与氧化还原反应、氧气和电子的运输和氧化应激的预防（Hill，2013）。铜也参与代谢反应，包括细胞呼吸、组织色素沉着、血红蛋白形成和结蹄组织的发展（McDowell，1992）。新生仔猪通常要求5～6 mg/kg的铜用于正常代谢（NRC 2012），但随着猪的成长，对铜的需求会降低。但铜的缺乏会使仔猪会产生关键性的功能紊乱和低铜血病（Suttle，2010）。小红细胞性贫血是缺乏铜的一个症状，另外，铜在血红蛋白的形成和发展中的作用。由于日粮中铜的缺乏，猪可能患有骨骼畸形和腿有着不同程度的弯曲（Baxter等，1953）。为了提高生长性能，猪日粮中按照药理水平添加铜已经是常见做法（Ma等，2015）。断奶仔猪日粮中补充100～250 mg/kg的铜可减少断奶后应激和提高日增重与日采食量（Perez等，2011；Rutkowska-Pejsak等，1998；Poulsen 1995）。在大多数情况下，以硫酸盐的形式额外添加铜，尽管如此，其他形式的铜也可以被使用。已报道碱式氯化铜与硫酸铜在提高猪只的生长速度和饲料利用效率上一样有效（Cromwell等，1998）。使用碱式氯化铜来替代硫酸铜也能提高肉鸡中磷的利用（Banks等，2004），这可能是因为碱式氯化铜导致了对微生物植酸酶更少的抑制（Pang和Applegate，2006）。也发现碱式氯化铜在预混料中有着较少的攻击性，因此可减少在维生素矿物质预混料的储存期间维生素、植酸酶和益生菌的破坏。螯合铜如柠檬酸铜在猪日粮中也可以被使用，因为柠檬酸铜中铜的可用性比在硫酸铜中更高，日粮中更低浓度的柠檬酸铜就可导致铜排泄的降低（Armstrong等，2004）。

日粮中铜对生长的促进作用归因于其的抑菌和杀菌特性，因为铜可以减少肠道细菌的数量，这会影响盲肠和结肠中微生物的生长和群落结构（Hojberg等，2005）。据推测由于铜的补充，日采食量得到提高，这是因为铜在上调神经肽Y的mRNA表达中的作用（Li等，2008b）。铜也可以改变细菌蛋白质的三维结构，这会阻止细菌实现它们正常的功能。铜通过绑定到硫上或蛋白质中的羧基或氨基上，也会破坏酶的结构和细菌的功能。在断奶仔猪日粮中按照药理水平添加铜也可以增加绒毛高度和减少隐窝深度，从而改善肠道健康（Zhao等，2007）。

2.3铜和锌的加和效应研究表明，分别单独添加药理水平的铜和锌可显现出有益效果，另外一些试验正在研究共同添加药理水平的铜和锌所产生的效果。然而，有些试验结果表明这两种矿物质产生的效果并没有加和性（Hill等，2000），但另外一些结果发现存在一些加和性（Perez等，2011a）。据报道称氧化锌可改变结肠的菌群，而铜除了改变菌群之外还会降低回肠和结肠中微生物的多样性，这可能就是这两种矿物质具有加和效应的原因（Namkung等，2006）。

3　益生元

肠道菌群的组成在猪的健康和增加肠道中双歧杆菌属、乳酸杆菌属和真菌属菌群数量进而促进动物健康和降低致病风险方面扮演重要角色（van der Aar等，2016；Roberfroid等，2010）。这些细菌的生长增加了乳酸和乙酸的浓度从而降低了肠道内 pH，随后的短链脂肪酸（SCFA）浓度的增加和病原菌浓度的降低均可促进发酵过程（Smiricky-Tjardes等，2003）。

益生元主要是难消化的低聚糖，且已被定义为“能够选择性促进结肠中一种或有限几种细菌的生长和（或）活性从而改善宿主健康的非消化性食物成分”（Gibson和 Roberfroid，1995）。不可消化的碳水化合物是肠道菌群的主要底物，然而并不是所有的难消化碳水化合物都可以影响菌群，因此只有一小部分不易消化的碳水化合物可以作为益生元。

菊粉、低聚糖、反式半乳低聚糖和乳果糖是最常见的几种被确认为益生元的碳水化合物，这是因为这些碳水化合物是容易发酵的，因此会导致肠腔 pH的降低（de Lange等，2010）。然而，日粮中其他的碳水化合物如阿拉伯木聚糖、木葡聚糖和抗性淀粉也可能具有益生元效果（Back-Knudsen等，2012）。益生元还可以通过水解或酶解多糖或用双糖进行化学合成等化学处理法得到。大多数益生元是合成的或从植物和海藻多糖中分离出来的（Smiricky-Tjardes等，2003；Saad等，2013）。

猪料中益生元的有益效果和发酵作用的增强有关，这是因为短链脂肪酸的合成导致了肠道pH的降低。短链脂肪酸浓度的增加也会降低肠道内蛋白质的发酵（Lindberg，2014；Roberfroid等，2010；Awati等，2006）丁酸调节上皮细胞生长和诱导小肠分化与凋亡（Van der Aar，2016；Lindberg，2014）。断奶仔猪日粮中添加100 mg/kg或 200 mg/kg的果寡糖（一种壳聚糖的衍生物）可改善生长性能、提高日粮营养物质的消化率、降低腹泻率和改善小肠形态（Liu等，2008）。

研究表明乳果糖益生元可产生更高浓度的 IgM与IgA，能够提高鼠伤寒沙门菌的免疫力（Naquid等，2015）。同样的，当断奶仔猪日粮中添加壳聚糖（含β-（1-4）糖苷键的N-乙酰葡萄糖胺的六碳单元）和半乳甘露寡糖可提高细胞免疫反应、IL-1β的基因表达以及血清中IL-1β、IL-2和 IL-6的水平（Yin等，2010）。日粮中益生元对免疫系统具有有益作用的原因可能是益生元促使了小肠乳酸浓度的提高，但确切机理还不清楚（Naquid等，2015）。与之相反，有研究表明日粮中添加0.1%菊苣、甘露寡糖或0.02%壳聚糖对生长性能和血清IgA浓度无影响（Li等，2016）。有许多因素可以影响生长性能和猪日粮中添加益生元所引发的免疫反应，这或许可以解释所取得的不一致的研究结果（Patterson，2005）。

4　直接饲喂微生物（DFM）的功效

研究表明，添加 0、5.0 × 104、6.7 × 106、7.5× 108 cfu/g球形双歧杆菌A（乳酸生产DFM）在以玉米豆粕为基础的断奶仔猪日粮中，可提高平均日增重和平均日采食量，但对料肉比、免疫应答或肠道内容物的pH无影响（Apgar等，1993）。在猪生长-育肥阶段采用同样地饲喂方法，猪的生长性能和胴体性状不受DFM添加的影响（Apgar等，1993）。利用乳糖产生DFM（乳酸双歧杆菌NCC2818）补充至断奶仔猪日粮中发现，与上皮紧密细胞连接相关蛋白质的上调并减少了肠黏膜组织中的IgA，这表明增加了肠道的屏障功能（Lewis等，2013）。此外，饲喂2种不同的日粮；一种日粮以卵蛋白为基础，一种日粮以大豆蛋白为基础，DFM补充与每种日粮对断奶猪代谢和免疫的影响有相互作用，这表明最可能取决于DFM的影响（Bailey，2016；Merrifield等，2013）。

Kornegay等（1995）研究表明，含有啤酒酵母的酵母培养物可提高猪营养消化率的能力，补充酵母培养物可增加牛瘤胃里分解纤维素的细菌。然而，添加0%、8%或16%花生壳，可线性降低猪干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维的表观总肠道消化率，补充DFM并没有改善降低消化率。Kornegay和 Risley（1996）给 60 kg的 猪 喂 养不含或含有包含枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌的DFM，或者包含枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌和短小芽孢杆菌的DFM的玉米-大豆日粮发现，其干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维的表观总肠道消化率无明显差异。

利用270头断奶-育成猪进行DFM剂量试验结果表明平均日增重、料肉比和酮体质量随着DFM剂量和补充DFM持续时间的增加而提高（Alexopoulos等，2004）。Lee等，（2014） 生产了一种在柑桔汁废弃物上生长的枯草芽孢杆菌DFM，并向基于玉米-豆粕的保育猪日粮的阶段 1和阶段 2中加入 0、1.5、3.0 g/kg或 4.5 g/kg DFM发现，猪生长性能及营养和能量、血清免疫球蛋白、小肠内容物形态的表观总肠道消化率线性增长，并且使用固体基质发酵生产枯草芽孢杆菌DFM的效果较好。

通过添加0.05%包含2种地衣芽孢杆菌菌株和1种枯草芽孢杆菌菌株的DFM改善平均日增重和料肉比及减少清洗粪肥的垫子所需的时间（Davis等，2008）。推测DFM能改善猪性能和清洗栏是因为其可通过酶分泌促进膳食纤维消化。因此进一步研究很有必要的，以确定基于芽孢杆菌的DFM对膳食纤维发酵的影响。用添加由枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌组成的DFM的玉米-豆粕日粮喂养猪，氮和能量表观总肠道消化率提高，猪平均日增重和料肉比也提高（Meng等，2010）。挑战沙门氏菌的猪与没挑战的猪相比，平均日增重和料肉比减少，而细菌脱落数增加，但添加植物乳杆菌DFM并不影响其从挑战中康复（Gebru等，2010）。断奶仔猪喂养罗伊氏乳杆菌和植物乳杆菌DFM 28天与没喂养的猪相比，整体平均日增重及蛋白和总能量表观总肠道消化率提高。饲喂DFM的猪的结果与饲喂含有0.01%安普霉素的饲料的猪的结果相似，表明罗伊氏乳杆菌和植物乳杆菌DFM可减小断奶仔猪日粮中抗生素的使用（Zhao和Kim，2015）。然而，DFM不能在预防或治疗疾病方面替代抗生素，但似乎是用作生长促进剂的抗生素的可行替代品。

日粮中补充500 g/MT芽孢杆菌DFM，喂养保育猪其消化能增加100 kcal/kg，与没有DFM的对照日粮相比，中性洗涤纤维的表观总肠道消化率增加了9.2%（Owusu-Asiedu等，2014）。生长-育成猪喂养含有玉米、豆粕、DDGS、麦麸、玉米胚芽和大豆皮的高纤维日粮，补充芽孢杆菌DFM可增加粪便短链脂肪酸浓度，随后获得较多可用膳食能量，和不喂养DFM日粮相比，这与增加平均日增重、料肉比和更大的腰眼区域及无脂瘦肉百分比一致（Jaworski等，2014）。这些结果支持芽孢杆菌DFM和纤维降解假说。

总之，在猪日粮中添加DFM产生了有益的结果，乳酸生产菌DFM对仔猪断奶后稳定胃肠道更有利，而芽孢杆菌DFM可能对增加生长育肥猪高纤维日粮中能量和营养物的消化率，及提高猪生长性能和胴体特性更有利。