植物酵素的生理功能及其在畜禽生产中应用的研究进展

简华锋，林世光，曹沛文，马 馨，张雨琛，韩新燕*

（1.浙江大学动物科学学院，农业农村部华东动物营养与饲料重点实验室，浙江杭州 310058；2.宁波海曙区集士港镇农办畜牧兽医站，浙江宁波 315000）

抗生素在畜禽生产中常用于促进畜禽生长和防治疫病，但抗生素的长期使用及滥用会导致严重的耐药性和畜产品残留超标等问题，我国农业农村部已宣布于2020年7 月1 日起全面禁止促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的生产、进口、经营和使用，因此寻找开发潜在的抗生素替代物成为动物营养研究领域的热点。

植物酵素也称植物发酵液（Plant Fermented Extract，PFE），指以新鲜的蔬菜、水果、药食同源中药等植物为原料，加工处理后添加益生菌经过深度发酵产生的一类含有多种生物酶、多酚类、益生菌、益生元、维生素、有机酸、膳食纤维和矿物质等生物活性物质的功能性复合物[1-4]。植物酵素依据其应用领域不同划分为食用酵素、环保酵素、农用酵素、日化酵素、饲用酵素和其他酵素六大类[5]。在畜禽生产中，植物酵素可促进畜禽生长，提高生产性能，能增强机体的抗氧化能力[6]，缓解氧化应激损伤[7]；抑制肿瘤增殖[8]，增强免疫应答[8]，提高机体免疫功能[9-10]；抑制病原菌增殖、缓解炎症[11]，促进消化代谢、改善肠道菌群[12]；此外植物酵素还具有延缓衰老[13]、护肝降脂保健[14-15]等功能。本文就植物酵素的生理功能及其在畜禽生产中应用的研究进展进行综述，以期为开发植物酵素作为替代抗生素的新型饲料添加剂提供理论依据。

1 植物酵素的生理功能

1.1 抗氧化功能 生物体代谢产生的自由基（超氧自由基、羟基自由基、过氧化氢和超氧化物自由基等）具有很强的氧化性，导致机体细胞氧化损伤，进而影响机体的生长发育甚至加快疾病进程[16]。清除体内自由基的过程称为抗氧化，主要包括机体自身抗氧化修复系统和摄入抗氧化物质以增强抗氧化作用保护机体免受氧化应激损伤[17]。胡萝卜素通过使活性氧失活而清除自由基，从而延缓或阻止氧化应激损伤。绿色菜叶经过发酵处理后其β-胡萝卜素和叶黄素含量可提高50%以上，具有良好的抗氧化功效[7]。乳酸菌发酵辣椒叶得到的辣椒叶酵素饮料中γ-氨基丁酸、总酚和黄酮类化合物的含量均显著增加，能有效清除DPPH 自由基和超氧化物自由基，且抑制α-葡萄糖苷酶的能力增强[18]。大麦酵素[19]、蓝莓酵素[20]、葡萄酵素[21]、刺梨酵素[22]等均能有效清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2,2`-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS）、超氧自由基和羟基自由基，其清除自由基能力的强弱与酚类等抗氧化物质含量相关。

研究表明，敖东酵素（由66 种果蔬、菌菇、草本植物提取液经深度发酵而成的健康饮品）可以显著提高小鼠谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）活力，提高小鼠抗氧化能力[23]。在D-半乳糖诱导的衰老模型小鼠中，灌胃1.5 mL/kg 植物发酵液能显著提高模型小鼠血清和肝脏中SOD、过氧化氢酶（CAT）、GSH-Px 等抗氧化酶的活力，并降低丙二醛（MDA）含量，提高衰老小鼠抗氧化能力从而具有预防衰老的功效[13]。具有较强抗氧化活性的植物乳杆菌K25 发酵产生的发酵乳也对D-半乳糖诱导衰老模型小鼠表现出相似的抗氧化功能[6]。在畜禽生产中将植物酵素作为畜禽饲料添加剂探究其对环境应激和人为应激（如断奶应激）的抗氧化能力的相关报道较少，植物酵素缓解氧化应激的分子机制值得深入探讨。

1.2 抗炎抑菌功能 植物果蔬经过益生菌发酵后产生的植物酵素含有丰富的抗菌活性成分，如有机酸、细菌素、过氧化氢、胞外多糖等，其抑菌作用的机理包括对细胞壁或细胞膜的破坏、抑制细胞呼吸、抑制蛋白质等生物大分子物质的合成等。研究表明，植物酵素不仅能诱导和强化白血球的抑菌作用，同时还能杀死病原菌促进新生细胞的生成，缓解病原菌导致的胃肠道炎症[24]。董银卯等[11]研究表明，微生物发酵产生的酵素分别配制成浓度为5%的膏状酵素和粉状酵素（相对于对照组，酵素浓度为5%）均能有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和3 种痤疮病菌的生长，表现出良好的消炎、抑菌作用。葡萄汁与红茶经酵母菌和醋酸杆菌共发酵后产生的发酵液具有良好的抑菌作用，其抑菌作用是通过发酵产生的乙酸和其他代谢物实现[25]。发酵米糠产生的酵素饮料可显著抑制埃希氏大肠杆菌和绿脓杆菌的生长，而在发酵蔬菜中分离的乳酸菌能在低pH 条件下短暂存活并抑制肠道病原菌的生长[26-27]。红茶酵素中的茶黄素对炎症小鼠和炎症细胞模型均表现出良好的抗炎能力，且茶黄素的抗炎活性强于茶红素[28]。西兰花经植物乳杆菌MG208 发酵产生的发酵液能有效抑制幽门螺杆菌的生长并降低其黏附活性，而成为预防幽门螺杆菌感染的功能性饮食[29]。Hashemi 等[30]研究表明，与对照组相比，植物乳杆菌LS5 发酵产生的甜柠檬发酵液对大肠杆菌O157:H7 和鼠伤寒沙门氏菌表现更高的抑菌活性，且对鼠伤寒沙门氏菌的抑菌作用更强。相似地，椰子液经植物乳杆菌DW12 发酵产生的发酵液能有效抑制食源性致病菌的生长[31]。以上研究结果表明，植物酵素可能通过益生菌和有机酸等多组分共同发挥抗炎抑菌功能。

1.3 增强机体免疫功能 植物酵素中的益生菌、益生元、有机酸等功能活性成分具有增强免疫功能的作用。研究表明，敖东酵素能显著提高小鼠脾淋巴细胞的增殖能力，增加血清溶血素滴度水平，从而对小鼠的免疫力具有正向调节作用[9-10]。双歧杆菌发酵果蔬汁可能通过双歧杆菌以免疫佐剂的方式与肠道派伊尔结相互作用或诱导T细胞、B 细胞和巨噬细胞产生细胞因子显著增强小鼠巨噬细胞的吞噬功能，增加血清溶血素抗体水平和迟发型超敏反应（DTH）程度，且呈现剂量增长效应[32]。李波清等[33]研究表明，红茶酵素能显著提高IL-1 和IL-2的活性，增强巨噬细胞的吞噬功能以及NK 细胞的杀伤活性，进而提高小鼠的免疫力。乳酸菌、酵母菌和双歧杆菌是植物酵素发酵常用的发酵菌株，尤其乳酸菌和双歧杆菌是肠道中的有益菌，具有维持肠道微生态平衡、生物拮抗、免疫和营养等生理功能[34]。其通过竞争性黏附肠黏膜上皮，其菌体成分或分泌物（如生物素、抗菌物和菌体外多糖等）能通过胃肠道黏膜免疫系统的M细胞进入集合淋巴结，激活T 和B 淋巴细胞，诱导细胞因子（TNF-α和IL-6）产生，从而调节和增强机体免疫力[8,34]。

此外，植物酵素在抵抗肿瘤细胞增殖中也具有重要作用。研究表明，植物酵素可以促进淋巴细胞增殖，T淋巴细胞在特异性免疫中发挥抗肿瘤的主导作用，其可以直接杀伤肿瘤细胞，产生多种淋巴细胞因子，抑制瘤细胞的代谢和分裂，从而起到抗肿瘤作用[30]。在肝癌模型小鼠中，植物酵素通过诱导小鼠细胞凋亡和延长小鼠寿命来抵抗肝癌的恶化[8]。综上所述，植物酵素可能通过其益生菌、益生元和有机酸等生物活性物质促进机体特异性和非特异性免疫应答，促进免疫细胞的活化和细胞因子产生来增强机体的免疫功能。

1.4 调节肠道菌群 植物酵素中丰富的氨基酸、维生素、低聚糖、益生菌、膳食纤维和有机酸等成分不仅能调节肠道内的pH，抑制病原菌定植，而且还能被肠道菌群代谢降解生成大量的短链脂肪酸（SCFAs）作为肠上皮细胞的能量来源[35]。同时SCFAs 能通过NF-kB 信号通路和GPR 受体调控免疫应答，包括增强巨噬细胞活化和树突状细胞（DC）分化、促进细胞因子分泌、调节性T 细胞（Treg）分化、增强肠道杯状细胞分泌黏蛋白、炎症介导因子IL-18 激活和中性粒细胞趋化等，从而增强肠道屏障功能[36]。此外，SCFAs 还能诱导CD4+T 细胞和CD8+T 细胞的分化和激活，调控免疫激活和免疫应答，抑制机体炎症反应，促进炎症损伤修复[37-38]。植物酵素中的益生菌和有机酸等生物活性物质能提高肠道菌群多样性、增加有益菌的丰度，改善肠道菌群结构，降低致病菌的丰度[37]。

研究表明，植物酵素能促进肠道蠕动，缩短营养物质在肠道内的停留时间，促进消化代谢[39]。敖东酵素（由66 种果蔬、菌菇、草本植物提取液经深度发酵而成的健康饮品）中的低聚糖有利于双歧杆菌的生长繁殖，平衡肠道菌群稳态以及调节胃肠功能，显著提高老鼠小肠的推进功能，具有显著的润肠通便功效[6]。Wang 等[12]研究发现，以新鲜水果、蔬菜、蘑菇、藻类、野生植物等多种原料发酵而成的长白山果蔬发酵饮料能改善小鼠盲肠菌群多样性，增加拟杆菌门丰度，且拟杆菌门丰度的增加与摄入果蔬发酵饮料的摄入呈正相关。综上所述，植物酵素能提高肠道菌群多样性，增加有益菌丰度，促进肠道微生态平衡。同时，肠道微生物代谢产生的次级代谢产物（如SCFAs）能增强肠道屏障功能和免疫应答，抑制病原菌侵袭和定植，共同调节肠道菌群稳态，促进机体健康。

2 植物酵素在畜禽生产中的应用

目前，植物酵素在畜禽生产中的应用取得了一定进展。日粮添加不同剂量的酸美酵素可提高仔猪的日增重、降低死亡率和耗料增重比，同时可明显改善机体免疫功能且呈剂量依耐性关系[40]。断奶仔猪日粮中添加发酵神曲（由红豆、苦杏仁、沙蒿、蓼、苍耳、麦麸和面粉自发发酵而成）能增加消化道SCFAs 含量，缓解断奶应激并改善肠道菌群结构，增加有益菌丰度[41]。同样地，发酵金樱子能显著提高断奶仔猪的平均日增重和平均日采食量、降低腹泻率及提高免疫能力，还能提高血清免疫球蛋白含量[42]。黄建军[43]使用复合酵素（主要成分为内源益生菌、维生素、有机微量元素、氨基酸和壳寡糖等天然功能性微生态饲料添加剂）在不同生长阶段猪的试验表明，复合酵素可有效提高生猪的生长性能，减少病患，降低粪便臭味。研究表明，“京福龙动物酵素营养液” （主要成分为乳酸菌、酵母菌、生物活性蛋白、氨基酸和维生素等）能够提高母猪的产仔数、仔猪成活率、初生重和断奶重，降低仔猪腹泻率，同时缩短母猪发情间隔，配种率和受胎率均显著提高[44]。饲喂“京福龙动物酵素营养液”的断奶仔猪平均日增重较对照组高20%以上，显著降低了仔猪腹泻率和耗料增重比，能够显著提高仔猪的生产性能[45]。此外，“京福龙动物酵素营养液”还能有效预防母猪便秘，显著降低腹泻发病率和仔猪死淘率，提高母猪的生产性能[46]。冯梦等[47]研究表明，哺乳母猪和仔猪添加和美酵素（主要成分为β-甘露聚糖酶）可显著提高哺乳仔猪的平均日增重，降低仔猪腹泻率；和美酵素还能提高母猪初乳中免疫球蛋白的含量，表明和美酵素可提高哺乳仔猪生产性能和免疫力。黄爱霞[48]研究表明，断奶仔猪日粮添加0.025%、0.05%和0.075%的和美酵素均能显著提高仔猪的平均日增重、降低耗料增重比，增强机体免疫力，同时和美酵素还能促进机体蛋白质沉积和增强抗氧化能力，改善肠道绒毛形态，促进胃窦胃泌素基因表达和血清中的含量。

在家禽生产中，柠檬酸酵素能显著提高肉仔鸡的平均日增重和免疫器官指数[49]。在麻鸭中，柠檬酵素可提高麻鸭胸腺指数和法氏囊指数等免疫器官指数，还可提高麻鸭的抗氧化能力[50]。而在蛋鸡日粮中添加1%和2%的植物源发酵型饲料均能提高产蛋性能、蛋重、蛋壳强度、蛋白含量、哈氏单位，并改善盲肠微生物群落[51]。在植物酵素发酵第2 阶段添加凝结芽孢杆菌L12 发酵产生的发酵饲料与未添加相比，能有效提高肉鸡的生长性能[52]。国内外研究表明，和美酵素在畜禽生产中具有良好的运用效果，不仅能改善畜禽生产性能（显著提高断奶仔猪平均日增重、生长育肥猪和肉鸭的瘦肉率）、提高家禽产蛋性能（显著提高产蛋量和平均蛋重，降低破蛋率）和体重均匀度，还能提高机体免疫力和降低畜产品抗生素残留，具有替代抗生素的功效[53]。使用常见药用植物（艾叶、鱼腥草、千里光、青蒿）分别制作的单品酵素及复合酵素均可显著提高肉鸡体重和成活率，肉品质也得到显著改善。同时还能减少鸡舍有害气体，降低呼吸道疾病发病率，提高肉鸡的生产性能[54]。此外，断奶獭兔日粮添加耐得酵素（主要成分为纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、淀粉酶及植酸酶等的复合酶）能显著提高断奶獭兔的平均日增重和饲料报酬[55]。以上研究表明，植物酵素在畜禽生产中能在一定程度上提高生产性能、改善肠道菌群、增强机体抗氧化和免疫力，表明植物酵素在畜禽生产中具有良好的应用效果，有望成为替代抗生素的新型饲料添加剂。

3 总结与展望

在畜禽生产中，植物酵素可能通过以下途径发挥替代抗生素的功能作用：一是增强机体抗氧化能力缓解环境应激导致的氧化应激损伤（如断奶应激和高温），促进机体修复进而促进畜禽生长和提高生产性能；二是植物酵素中的益生菌、益生元和次级代谢产物抑制病原菌定植和侵袭肠上皮屏障，同时刺激肠道黏膜免疫系统，增强免疫应答，促进免疫细胞分泌抗炎因子，从而阻止炎症进程，增强肠道功能；三是植物酵素中的益生菌、益生元、膳食纤维和有机酸等能调控肠道菌群稳态，促进SCFAs 生成，而SCFAs 通过激活GPR 受体和CD4+T 细胞和CD8+T 细胞增强机体免疫应答。综上所述，植物酵素具有多种生理功能，在畜禽生产中具有广阔的应用前景，未来需要深入探讨植物酵素在不同环境条件下、不同畜禽饲料中不同生长阶段的最适添加剂量，从而为其作为潜在的抗生素替代物提供科学依据。