饲料营养活性物质(nutricines):一个亟待重新审视的研究领域

■卢德勋

（内蒙古农牧业科学院，内蒙古呼和浩特010030）

饲料和食品中的活性物质并不是一件新鲜事。早在上千年，人们已经开始认识一些活性物质的特殊功能，但是真正应用到食品和饲料中时间并不长。多少年来,饲料营养活性物质这个超微量成分像一个“幽灵”一直在饲料科学和动物营养学学科中间游荡，有时似曾相识，有时似曾陌生，实在难以捉摸。所以如此，有其特殊的历史渊源。传统营养学的历史功绩在于让蛋白质、脂肪和碳水化合物等基本营养素的研究得到较全面的揭示，由于这些营养素的结构清晰明显，利于分析、解构，因此研究成果明显；但是，营养活性物质的结构复杂，难以分析结构，甚至目前科技条件有些成分仍然无法观察到。在人医方面有些流行病的临床观察发现，仅仅用基本营养素的功能解释不能得到清晰答案，如蔬菜水果对于癌症的保护作用，难以用维生素和矿物质的功能解释。20世纪50年代以后，发达国家营养缺乏症的消灭和慢性疾病的发展，促进了营养学界对食物中非营养成分的认识。随着科学技术的发展和进步，特别是微量和痕量分析设备和技术的发展，越来越多的科学发现证实，食物中不仅存在大量的营养活性成分，而且这些成分具有多种可以提供人体基本营养之外的健康功效。这些发现进而彻底揭开了“药食同源”的奥秘。随着近40年来化学分析手段和分析仪器的发展和改进，对营养活性物质产品及其活性成分准确分析成为现实。饲料营养活性物质是饲料中含有多种具有生物活性及保健作用的超微量成分，被誉为“大自然赋予人类的礼物”。它是近年来营养界的一大重要发现，其重要意义可与维生素的发现相媲美。国内外有关营养活性物质的研究，特别是对其健康效应的研究，可以称之为现代动物营养学的一个里程碑式的进展。这类研究把营养学关注的内容扩展到传统营养素之外的更广阔领域。

近20年来，众多营养活性物质产品，特别是植物提取物饲料添加剂在动物饲料生产和猪禽养殖上的应用越来越引起重视。尤其是2000 年以来，欧洲及美国、日本等发达国家在科技杂志上发表的有关植物提取物饲料添加剂的论文数量显著增多。其主要原因是, 在抗生素还可以使用的国家由于抗药性和残留等问题导致抗生素的使用效果越来越差，从而导致抗生素的大量使用以及多种抗生素同时使用，从而走入越来越大剂量和越来越多种抗生素同时使用的恶性循环；同时也导致了动物自身免疫力的下降和采食量减少。在“唯生产效益决策观”指导下，长期以来动物营养学的研究内容一直集中在动物对传统的营养素需要量和饲料传统营养价值评定两个方面。最近几十年对养殖业中滥用抗菌素造成的对动物和人类健康危害越来越引起广大社会公众的高度关注。寻找可以代替抗菌素的绿色饲料添加剂产品在动物营养学和饲料科学界已经达成了广泛共识。植物提取物研发的热潮大大推进了对饲料工业已存在的大量营养活性物质的研究和应用。近年来随着发展养殖业“多元决策观”的广泛传播，在我国健康养殖的理念日益深入人心，特别是利用营养活性物质制定健康养殖的营养策略的各种方案的提出大大促进了对饲料中存在的营养活性物质研究，利用营养活性物质研发和生产的种种饲料添加剂产品不断涌现，目前市场上出现了诸如精油一类产品热。遗憾的是，我国动物营养学和饲料科学界对饲料中营养活性物质的认识，特别是对其理论的研究尚处于初级水平，产品研发和应用存在这样或那样的问题，大大影响了此类产品的研发和应用。

到目前为止，在动物营养学和饲料学领域对营养活性物质的研究属于一块尚未充分开发的领域。人们对饲料中这些营养活性物质虽然已有所了解，但是对其研究甚少，尤其是对其作用机制尚不十分清楚。大力开展这一领域的研究是一项迫在眉睫的重大课题。开展这一课题研究将有助于解开许多长期困扰人们的营养学谜团，有力地推动动物营养学实现跨越性发展。科学利用饲料营养活性物质是健康营养技术策略的核心环节。开展这一课题研究将有助于构建具有时代特征的健康营养技术策略体系。当前饲料行业亟待重新审视并整合饲用营养活性物质有关领域的研究。开展这一课题研究有助于为建立并规范营养活性物质产品研发、生产和应用技术提供技术支撑。

以我为首席专家的内蒙古神州动物营养发展战略所2019 年5 月与长江三角洲协同创新中心合作建立“饲料营养活性物质组学创新中心（the Centre for innovation of feed nutricinemicsresearch,CIFNR）”是一件在动物营养学和饲料科学发展历程中具有重大历史意义和战略意义的大事。长江三角洲绿色制药协同创新中心是首批入选国家“2011计划”的14个协同创新中心之一，由浙江工业大学牵头，联合浙江大学、上海医药工业研究院、医药制剂国家工程研究中心、浙江省医学科学院、浙江省食品药品检验研究院等单位作为核心共同组成。长江三角洲绿色制药协同创新中心产业技术研究园是由长江三角洲绿色制药协同创新中心与德清县政府共建，以生物医药产业化技术研发为特色的研究平台，致力于推动德清县、长三角区域乃至全国绿色制药行业的转型升级。该产业技术研究园齐全的仪器和设施，开放、共享的管理模式为我们成立饲料营养活性物质组学创新中心的建设和运行提供了完备的软硬件条件。首批参加饲料营养活性物质组学创新中心计有内蒙古农牧业科学院、内蒙古农业大学、浙江大学动物科技学院、湖北轻工业学院、北京农学院和中国农科院北京畜牧兽医所奶牛创新团队等单位和个人。今后我们将秉承“开放、创新、合作、共赢”的理念，肩负推动饲料营养活性物质研究和成果产业化的重要历史使命，努力工作，本着“抢占制高点，扎实推进，协同创新，突破性发展”的方针，将中心全力打造成国际一流饲料营养活性物质研发产业化中心，出成果、出人才，为我国养殖业和饲料工业发展做出更大贡献。

我们团队经过过去10 多年的潜心研究，在饲料营养活性物质理论和应用方面取得了一系列成果。这些研究成果为该创新中心制定正确的研究方向奠定了基础，同时也为后续的研究提供了理论和技术支撑。本文将在综述这些研究成果的基础上，对这一领域的研究任务和课题进行扼要的介绍。

1 营养活性物质属于饲料的正常组成成分

早在19世纪初,英国Prout首先指出食物可以分成三类物质，后来分别被称为糖类、脂肪和蛋白质。德国Liebig和法国Magendie分别确定蛋白质是动物必需营养素。1860年德国Hanneberg和Stohmann提出了饲料概略养分分析方案。20世纪30年代，美国Rose集中研究了氨基酸营养提出了必需氨基酸概念和理论。饲料能量评定从1810年干草等价起，经历了由单一物质指标体系、以物质指标代替能量指标体系到单纯能量指标体系的不同发展时期。进入20世纪，维生素、一些常量矿物质元素和微量元素的营养作用先后相继发现，最终逐步形成包括有近50种营养素的现代饲料营养组成理论。随着营养活性物质研究的逐步深入发展，对饲料科学和传统动物营养学内的饲料营养正常组成这一传统理论不断提出质疑和挑战。

现在将饲料营养活性物质列在饲料营养正常组成之内的大趋势应运而生。所谓饲料营养活性物质是指“饲料原料天然存在的或饲料营养物质在饲料加工过程中及在动物体内消化代谢过程之中产生的，具有诸如促进肠道健康、维持理想的免疫平衡和氧化平衡和调节基因表达等特殊营养调控或保健功能的超微量成分（卢德勋，2004、2018）”。对于饲料原料或产品中存在的营养活性物质在英文文献中不同学者曾使用过不同术语，我一直推荐使用Adams（1999）提倡使用的nutricines 一词。根据Adams（2007）的定义这些营养活性物质包括类胡萝卜素、酶类、脂肪酸类、调味剂、低聚糖、有机酸、磷脂和多酚等。

Adams博士特别在营养活性物质（nutricines）方面的研究做出的突出贡献之一就是在国际上正式提出使用nutricines一词，为营养活性物质正名，把营养活性物质研究放在健康养殖策略前所未有的突出位置。卢德勋继承并发展了他的这一学术见解，对饲料营养正常组成提出了一个的崭新学术观点，把营养活性物质正式列入饲料正常营养组成（见图1），并把反营养物质与那些具有反营养作用的营养活性物质加以严格区分。这一饲料营养组成的新观点为传统饲料营养价值评定技术和日粮配合技术现代化发展提供了新思路，开辟了新途径，对传统饲料科学整体现代化发展具有开创性贡献。

Adams博士把利用营养活性物质进行调控作为重要的营养策略，并把它作为健康营养（Nutrition-based Health）的重要组成部分。卢德勋对Adams 博士这一重要营养策略进行了重大创新和发展，首次提出了一整套健康养殖的营养技术策略，要将积极发挥内外源营养活性物质调节功能列入日粮优化设计技术，特别是提出要对动物健康状况进行实时检测，科学地按照氧化应激—炎症—免疫功能失调链联动反应规律进行健康管理，并提出要将这一策略纳入动物营养工程技术体系，进行“体系”作战，利用营养工程技术的“导弹智能化”动态优化功能达到精准营养效果。这一全新学术见解，进一步丰富和发展了作者创立的动物营养工程理论和技术体系，具有重大的理论和实践价值。

2 组学理论为这一课题的创新和发展领航

鉴于饲料营养活性物质超微量存在、种类的复杂性以及生理功能整体性和作用位点多在微观层次以及作用方式和途径的多样性等特点，这一课题的研究远远超出传统营养学理论和方法论所能及的范畴之外。时代呼唤能提出一种具有时代特征的新理论为这一课题的创新和发展领航。

图1 饲料内营养物质组成的新见解（卢德勋，2004、2018）

卢德勋（2005）首次提出“营养活性物质组学”的定义及其相关理论，该理论立足于系统生物学中间发展起来的“组学”的概念，采用高通量的组学技术研究饲料或日粮内营养活性物质功效因子和主效因子组对动物健康和生产性能影响，是一种属于前沿科学的理论。该理论着眼于研究天然存在的各种营养活性物质之间的相互作用与人工配合的各种营养活性物质间的优化组合以及它们的整体功能，而不是仅仅单单研究某一种活性物质的功能。

该理论提出一个关于饲料营养活性物质生理作用的四大组学原则，它们是：

①生理功能的整体性：营养活性物质组的生理功能强调的是所有主效因子的整体功能；主效因子中又有关键因子和辅助因子之分。

②作用方式和途径的多样性：营养活性物质组在动物体内作用方式和途径的多样性，形成一种多靶点、多指向综合（包括协同）作用机制。

③作用位点的多层次性：营养活性物质组的作用位点覆盖机体不同层次，但是重点在分子层次。只有通过对不同层次作用机制的整合才能最终阐明其科学内涵。

④核心理念的相互作用观：营养活性物质组在机体内部与日粮来源和代谢产生的各种代谢产物，以及与内源活性物质之间存在复杂的相互作用。

应用营养活性物质组学理论和技术研究饲料或日粮营养活性物质组对机体代谢的影响，可有助于解决如下问题：

①明确或发现饲料营养活性物质组的生物学作用及其在体内的代谢途径和产物。

②明确饲料营养活性物质组自身代谢产物与其生物学作用的关系，从而找到发挥作用的生物标志物。

③明确饲料营养活性物质组对机体代谢的影响，并探索内源性活性物质与生物学作用的关系，从而找到功能性指示标志物。

④区分饲料营养活性物质组主效因子的主次顺序。

“营养活性物质组学”的提出为开展营养物质组学理论的研究和研发组学型饲料产品和应用技术提供了可贵的研究思路和研究方法。在应用营养活性物质组学理论研发产品时要坚持三个基本点即产品评价坚持功能因子生理功能的组学原则；产品加工坚决杜绝过度提纯工艺和产品应用坚持体系作战思路。

3 对饲料营养活性物质奠基性课题研究内容建议

对饲料营养活性物质课题的研究涉及面广，需要进行较长期多学科协同攻关的战略研究项目。根据我国的国情，作者建议首先从以下三个方面入手开始研究，为今后研究奠定工作基础。这些研究内容属于奠基性研究，完成以后再进一步开展深层次机制和包括动物半数有效剂量、最低有效剂量和每日最大允许摄入量等营养活性物质需要量等课题的研究。

3.1 饲料营养活性物质指纹图谱数据库构建

研究内容包括有：

①饲料营养活性物质样本的采集：着重强调采集样本的种类、区域分布、范围、生长阶段及年份等信息。

②HPLC-MS 构建指纹图谱数据库：包括建立常用饲料原料营养活性物质有效成分和标志成分快速检测技术；建立多酚类、类黄酮类、萜类等功能因子有效成分和标志成分的指纹图谱库。

③饲料营养活性物质中的主效因子的判定：饲料营养活性物质的主效QTL分析；主效QTL的精细定位与候选基因的单倍型分析。

④数据库测定实验室联盟建立和测定方法标准化。

3.2 饲料营养活性物质主效因子检验与评价技术

研究内容包括有：

①饲料营养活性物质的主效因子的验证技术研究；体外生物评价主效因子技术的研究：利用细胞培养和离体实验等方法，建立主效功能因子体外快速评价技术体系；日粮营养活性物质功效关系动物模型的研究：通过使用日粮实验动物模型，采用一些营养生理方法对日粮营养活性物质主效因子的整体功能进行评价。

②日粮营养活性物质主效因子评价指标体系的研究：主要包括肠道健康指标、免疫平衡指标、氧化平衡指标和其它指标[炎症水平、下丘脑-垂体-睾丸轴（甲状腺轴）功能、单核苷酸多态性（SNP）测定等]。

③日粮营养活性物质主效因子半数有效剂量（ED50）、最低有效剂量（MED）和每日最大允许摄入量（ADL）测定。

3.3 饲料营养活性物质组学产品技术的研发及应用

研究内容包括有：

①饲料营养活性物质组学产品功能因子生物活性稳态化技术研究：产品加工中功能因子的动态稳定监控技术；产品互配增稳、增效技术；包埋保护技术和稳定化储存技术。

②饲料营养活性物质组学型产品研发技术：复合型微生物培养物产品研发和升级；具有抗氧化功能和提高动物免疫功能主打产品和既具有抗氧化应激，又具有抗炎和免疫调节饲料添加剂复合产品研发。

4 结语

①饲料和食物营养活性物质的研究，特别是对其健康效应的研究，可以称之为现代动物营养学的一个里程碑式的进展。到目前为止，在动物营养学和饲料学领域对营养活性物质的研究属于一块尚未充分开发的处女地。到目前为止，人们对饲料中这些营养活性物质虽然已有所了解，但是对其研究甚少，尤其是对其作用机制尚不十分清楚。大力开展这一领域的研究是一项迫在眉睫的重大课题。

②营养活性物质组学理论的提出为这一战略课题开展指明了正确的方向。在营养活性物质组学理论指导下，发展具有时代特征的饲用组学型产品的完整技术体系是当务之急，势在必行。实现这一战略目标尚需进一步转变观念，解放思想，做大量创新性研究才能取得突破性进展。

③卢德勋提出的把饲料营养活性物质列入饲料营养正常组成的崭新学术观点为传统饲料营养价值评定技术和日粮配合技术现代化发展提供了新思路，开辟了新途径，对传统饲料科学整体现代化发展具有开创性贡献。

④由多家院校、科研单位和企业新组建的“饲料营养活性物质组学创新中心”的任务就是要充分发挥这一“中心”强——强联合的产学研体制和机制的优势，加强基础研究，提升原始创新能力，努力在这一新兴领域走在理论最前沿，占据创新制高点，提升国际话语权和规则制定权，加速新产品研发，以尽快取得产业发展优势的战略目标。