猪用抗生素生长促进剂替代品的进展

◆供稿┃张永亮郑丽君

◆单位┃华南农业大学动物科学学院

长期实践证实，作为抗菌促生长剂，抗生素在提高生长速度、提高饲料利用率和减少疾病发生率和死亡率等方面产生了积极的效果。但长期使用引发了耐药性、食品安全和环境污染等问题。因此，许多国家（包括我国）已经禁止或正在禁止在饲料中使用促生长类药物饲料添加剂。随着我国饲料中禁抗拉开序幕，猪饲料中抗生素替代成为当前的热点和关键点。目前研究较为广泛的抗生素替代品包括，益生素、益生菌、酸化剂、植物提取物以及铜、锌等。本文重点介绍一些新型的潜在替代品，包括抗菌肽、矿物粘土、卵黄抗体、精油、桉树油-中链脂肪酸、稀土元素以及重组酶等的应用情况及前景。这些产品存在的主要问题是在不同的报道中效果不一，与抗生素相比还有较大的差距。

1 抗菌肽

抗菌肽是指具有抗菌特性的多肽，存在于从原核生物到人类的几乎所有生物体中，现已发现有700多种抗菌肽。抗菌肽是宿主防御系统的重要组成部分，是具有直接抗菌和中介作用的天然免疫效应分子，具有抗革兰氏阳性菌和阴性菌以及对抗真菌和包膜病毒的活性。大部分抗菌肽含有30～60个氨基酸，是极性分子，具有疏水和带电区域。

抗菌肽的抗菌作用机制：肽与目标细菌表面膜间的相互作用导致膜功能的丧失，包括膜电位的破坏、代谢物和离子的泄漏以及膜渗透性的改变，导致细胞裂解，或导致短暂孔隙的形成和肽在细胞内的转运，使其与细胞内目标物接触。此外，抗菌肽也可以抑制蛋白质和RNA合成。

抗菌肽生产方法主要有两种：化学合成和基因工程法，但化学合成成本太高，不适于生产应用。利用基因重组和发酵工程的方法（如酵母表达系统）生产抗菌肽或融合蛋白，是以后畜牧业生产应用抗菌肽的主要方法。

细菌产生的抗菌蛋白称为细菌素，其最大的优势在于细菌很难对这些肽产生耐药性，且具有较窄的活性谱，因此可以在不影响正常原生菌群的情况下作用于靶向特定的致病菌。肉产品中几乎没有细菌素残留风险，也不会作为完整的分子被吸收，因此安全性较高。另外，此类抗菌肽对pH值和温度耐受性较好。

大肠菌素是一个很有应用前景的抗菌肽，它是由大肠杆菌(E.coli)产生的一类细菌素，对大肠杆菌及其近缘种有较强的抗菌作用。它们已对多种致病性大肠杆菌菌株有效，包括导致断奶后腹泻和水肿疾病的菌株。

化学合成的抗菌肽A3对断奶仔猪的生产性能、营养物质的消化率、肠道形态以及肠道和粪便菌群均有积极的影响。此外，从荣昌猪肠道中分离出来的抗菌肽可以改善动物生长性能，但对断奶仔猪腹泻率无明显影响。此外，抗菌肽可能与锌有协同作用。

天蚕素是从家蚕盲肠中分离出的抗菌肽，将其应用到产肠毒素大肠杆菌K88攻毒的断奶仔猪，其效果与抗生素相似，在营养物质消化率和肠道形态方面均有改善作用。与对照组相比，天蚕素处理降低了回肠总需氧菌数，增加了回肠总厌氧菌数，增加了盲肠中有益乳酸菌的数量，增加了血清白细胞介素-1βIgA免疫球蛋白和炎性细胞因子和白介素6。

在抗菌肽实际应用方面最大的障碍在于还没有获得国家相关行政部门许可使用的批准。

2 粘土矿物

粘土矿物是由层状四面体和八面体组成，含有硅、铝和氧的分子。天然提取的粘土是各种不同化学成分的混合物，其中最常见的有蒙脱石、伊利石、高岭石、生物沸石和斜沸石。

粘土可以吸附动物胃肠道中的有毒物质，从而降低其生物利用度和毒性。如粘土矿物可吸附黄曲霉毒素、植物代谢物、重金属和毒素。吸附程度由粘土矿物的化学性质、交换离子、表面性质和粘土颗粒的精细结构决定，并受pH值、用量和结合时间的影响。黏土做为霉菌毒素吸附剂，已经广泛应用于猪饲料中。

黏土可以预防断奶仔猪的腹泻。在猪的饲料中添加不同的黏土有些试验显示出积极的结果，特别是对仔猪，但绝大多数都没有显示积极的效果，因此，粘土矿物能不能替代抗生素作为生长促进剂尚待进一步证实。

3 卵黄抗体

卵黄抗体（IgY）作为抗生素的替代品具有很大的潜力，可以在有致病微生物存在的情况下促进动物的生长。可在饲料中应用于的卵黄抗体制包括全蛋粉、全蛋黄粉、水溶性部分粉或纯化的IgY。涉及到IgY的生产技术，主要包括佐剂的选择、免疫途径、剂量、免疫频率和从蛋黄中提取IgY的技术。和哺乳动物抗体生产不同，鸡的卵黄抗体具有很大优势，包括生成本低廉、鸡蛋采集无创、分离快速简便。另外，鸡免疫球蛋白不与哺乳动物IgG或IgM发生反应，也不激活哺乳动物补体因子，所以使用IgY不会产生不良的副作用，也没有毒性残留物。

针对大肠杆菌、沙门氏菌和轮状病毒的IgY在猪上取得了较好的效果。将IgY与氧化锌、富马酸或抗生素进行比较，与对照相比，四种饲料添加剂都成功地提高了猪的性能，IgY显著降低了仔猪腹泻率和死亡率，且与抗生素在提高猪的生产性能方面的效果是相当的。但也有几篇相反的报道，发现IgY没有改善猪的生长性能，其原因可能是抗体本身为蛋白质，在胃肠道失去活性。IgY分子的稳定性低于IgG分子。IgY活性在pH 3.5或更低时下降，几乎完全丧失活性，在pH 3时发生不可逆的变化。所以，使用微胶囊技术可保护IgY免受胃失活。

用壳聚糖海藻酸微胶囊包被的和未包被的IgY饲喂口服感染产肠毒素大肠杆菌C83903的断奶仔猪，24 h后腹泻率和腹泻评分，包膜型和未包膜型IgY与对照相比均有改善。与未包膜IgY相比，包膜IgY在3天内的能显著增加猪体重，且两组处理的效果均优于金霉素处理组。

IgY抑制病原体活性的机制包括细菌凝集、抑制粘附、调理后吞噬和毒素中和等。

4 植物精油

植物精油是从植物原料中提取的芳香油，是植物次生代谢产物的混合物，含有酚类化合物(百里香酚、卡维罗尔和丁香酚)、萜烯(柠檬酸和菠萝提取物)、生物碱(辣椒碱)、凝集素、醛(肉桂醛)、多肽或聚乙炔等。估计植物精油种类达3000种，其中肉桂醛、卡瓦酚、丁香酚和百里香酚在猪生产中应用最广泛。

植物精油对猪肠道中常见的微生物群具有抗菌活性，其抗菌机制可能与细菌表面脂溶性的变化有关。植物精油的疏水性成分能够破坏大肠杆菌和沙门氏菌的外膜，从而使病原体失去活性，这导致肠道产乳酸细菌增加和致病菌的数量减少。含有酚类化合物的植物精油比含有其他化合物的植物精油具有更强的抗菌活性。

植物精油在猪体内试验结果不一致，有些试验呈正面效应，而有些试验没有作用。有试验比较了无添加对照饲料与添加抗生素或百里香酚和肉桂醛组合饲料对猪生长性能的影响，结果发现添加精油的猪的体重增加，饲料转化率和粪便稠度与添加抗生素组基本相同。不同试验中结果差异可能是由于精油的种类和使用剂量的不同造成的。如果使用的剂量过高，强烈的气味可减少采食量，从而影响猪的生长性能。另一个重要因素是精油在制粒过程中的稳定性，有报道指出当球团温度为58℃时，精油的活性损失相当大。

5 桉树油-中链脂肪酸

桉树油由桉树叶子中提取制备。在人体中，桉树油对呼吸道的致病菌有抗菌作用。桉树油可以通过影响巨噬细胞的吞噬能力来刺激免疫系统。在家禽中，桉树包被物可以提高生产性能，并刺激蛋鸡的免疫力。

中链脂肪酸可以作为仔猪替代抗生素的饲料添加剂，中链脂肪酸对沙门氏菌和大肠杆菌具有抗菌活性。有报道指出，在断奶后的头两周内，饲喂辛酸和己酸混合物可以改善3和4周龄断奶仔猪的生长性能和营养物质消化率。

中链脂肪酸的微胶囊化是将中链脂肪酸纳米化为微小的颗粒，然后进行微胶囊化的过程。将桉树提取物与辛酸和癸酸混合并与抗生素或氧化锌包裹在一起，在猪上的作用与抗生素或氧化锌基本相当，其主要作用机制是通过提高营养物质消化率。用于生产微包壳桉树-中链脂肪酸共混物的工艺已获得韩国知识产权局专利，专利号为10-9-0025329。

6 稀土元素

稀土元素包括元素钪、钇、镧以及元素周期表中仅次于镧的14种化学元素，称为类镧元素。作为家畜饲料添加剂，稀土元素在我国已经有几十年的应用历史。文献显示，稀土元素可以使猪体重增加5%～23%，饲料转化率提高4%～19%。

在猪饲料中使用通常是稀土元素的混合物，主要含有镧、铈和镨。无机和有机稀土化合物都能作为饲料添加剂使用，但有机化合物的效果更好。

稀土元素的作用机制有以下几个方面。首先，通过抑制胃肠道内有害菌的生长，如镧可以与细菌表面结合，中和细菌表面电荷，引起絮凝。其次，镧系元素能强烈抑制细菌的氧化呼吸链。第三，稀土元素可以提高营养物质消化率，其原因可能是通过影响肠道的通透性而促进吸收，也可以促进消化液分泌和胃肠运动。

稀土元素在替代抗生素方面显示出优势。一是口服稀土的吸收率较低，95%以上可从动物粪便排出并可回收，肉产品中残留的几率很低；二是不易引起细菌耐药性。

7 重组酶

酶是一种具有生物活性的蛋白质，可分解饲料中特定的化学键，释放营养物质，促进消化和吸收。饲料工业中使用的酶多是由细菌(如枯草杆菌)、真菌(如赤霉病、黑曲霉)或酵母(酿酒酵母)产生。外源性酶在饲料的添加主要目的是降解饲料中抗营养因子(如植酸酶)和补充内源性酶不足(如蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶)。

谷类、豆类和油籽粕的细胞壁由非淀粉多糖组成，主要包括纤维素、半纤维素、果胶、β-葡聚糖，α-半乳糖苷酶和木聚糖。非淀粉多糖（NSP)不能被哺乳动物的酶消化，防碍内源性酶对营养成分的消化，增加食靡黏度。另外，NSP促进肠道微生物对饲料中营养成分的利用比例，从而降低了动物对营养成分的利用。分解NSP的非淀粉多糖酶（NSP酶）中，木聚糖酶和β-葡聚糖酶市场份额占了80%以上。其他还有α-淀粉酶、β-甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶和果胶酶在家禽上应用较广泛，在猪饲料中应用较少。

NSP酶对猪生产性能的影响报告结果并不一致，有报道称补充碳水化合物酶有积极的效果，也有一些报道发现补充酶对体重增加并没有改善。非其作用机制是因为能消除抗营养因子，提高猪营养物质的消化率。另外，也会影响消化道微生物群的组成，提高有益菌如乳酸菌的比例，促进肠道健康。

NSP酶对猪的效果不如家禽的明显，原因在于猪和鸡的生理上的区别。一是肠道的pH值。在猪中，外源酶暴露在低pH值下的时间明显长于鸡，从而部分或完全改变了酶的活性。如猪的胃中pH值通常在2～3.5，而市售酶产品（β-葡聚糖酶和木聚糖酶）在体外暴露于2.5或3.5的pH下30min时活性显著降低。

利用基因工程对酶分子定向改造，从而提升酶的使用效果。目前已开发出具有广泛的pH稳定性、热稳定性、抗胃蛋白酶和胰蛋白酶新型酶制剂。在生长猪的日粮中加入重组β-甘露聚糖酶，与未补充的日粮相比，体重增加了16.1%，饲料效率提高了17.7%。改善程度明显大于传统方法生产的β-甘露聚糖酶。

添加到饲料中的酶在消化道中与其他蛋白质一样被分解，因此不存在残留问题。另外，酶发挥作用的需求量非常小，在饲料配方只需要少量的酶就能发挥作用。

另外，还有许多化合物具有替代抗生素的潜力，包括喷雾干燥猪血浆、酵母培养、噬菌体、溶菌酶、牛初乳、乳铁蛋白、共轭脂肪酸、壳寡糖和海藻提取物等等。迄今为止，很多化合物被关注，看其是否能够取代抗生素作为饲料添加剂来保持猪的健康和性能，但问题是这些化合物中的绝大多数在不同的报道中产生不一致的结果，而且它们的效果很少与抗生素相同，目前还没有完美的替代抗生素的办法。饲料中禁抗将是一项技术+管理的系统工程。