替代抗生素饲料添加剂研究进展

由大鹏，张絮颖，刘丽娜，红 敏，吴国庆，高凤林

（1.通辽市农牧科学研究所，内蒙古 通辽 028007；2.包头轻工职业技术学院，内蒙古 包头 014000；3.赤峰市农牧业科学研究院，内蒙古 赤峰 024000；4.扎鲁特旗动物卫生监督所，内蒙古 扎鲁特旗 029100；5.奈曼旗动物疫病预防与控制中心，内蒙古 奈曼旗 028300）

抗生素曾经作为主要的饲料添加剂对我国养殖业的发展起到至关重要的作用， 但经过几十年的广泛应用出现了很多问题， 比如致病菌的耐药性增强、引起消化道菌群失调、引起动物内源性感染、造成动物免疫力降低、影响动物疫苗的使用效果，甚至可通过食物链危害人体健康。逐步减量化甚至禁止将抗生素用于饲料添加剂已成为世界各国的共识。 我国农业农村部于2019 年7 月发布194 号公告［1］：“自2020 年1 月1 日起，退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种”，这意味着我国饲料行业进入全面“禁抗”时代，更多的研究人员寻求研发各种抗生素替代品及绿色无害的饲料添加剂， 消除或减轻禁用抗生素带来的一系列影响。 目前， 主要的抗生素替代品包括酶制剂、微生态制剂、酸化剂、抗菌肽、植物提取物等。以下就主要抗生素替代品的抗菌特点、 作用机制及应用优缺点进行综述，旨在为“禁抗”后抗菌性添加剂在饲料中应用提供参考。

1 酶制剂（enzyme preparation）

酶制剂是一类具有生物催化活性的蛋白质，在一定的环境条件下可加速底物反应， 生成可被动物消化道内壁上皮细胞直接吸收的小分子产物。随着微生物发酵生产酶技术的不断完善，目前国内可以用于饲料的酶制剂主要有非淀粉多糖（NSP）酶制剂（纤维素酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶）、消化（内源性）酶制剂（淀粉酶、脂肪酶、麦芽糖酶、果胶酶、蛋白酶、支链淀粉酶）和功能性单一酶制剂（植酸酶）等。

酶制剂的作用机制： ①消化降解难消化的营养底物（抗营养因子），提高消化道内源消化酶活性［2］。 ②调节肠道微生态平衡，抑制病原菌［3-4］；③有效降低肠道食糜黏度［5］，有利于营养物质消化吸收；④降低饲料源性应激，改善肠道发育［6-7］；⑤生成功能性寡糖、寡肽、过氧化氢，抑制致病菌［8］。

酶制剂的替抗功能具有条件性、 辅助性和累积性的特点［9］，应该根据动物种类及品种、日粮类型及营养水平和动物生长阶段，选用不同的酶及其他替抗添加剂，这样才可达到最佳效果。 此外，酶制剂具有对动物无毒、无残留、不产生抗药性和对环境不造成污染等优点，具有替代抗生素的潜质。

2 微生态制剂（AMP）

微生态制剂是指在微生态学理论指导下，用正常微生物群成员， 经特殊工艺制成的只含有活菌或包含细菌菌体及其代谢产物的工业产品。 微生态制剂目前分为益生菌 （probiotics）、 益生元（prebiotics）与合生元（synbiotics）3 个类型。益生菌是一类用以调节动物消化道微生态平衡， 有利于提高动物健康水平的活菌。 益生元是指一些在其组成或活性上经过特定改变， 且不被宿主消化吸收， 却能够选择性促进宿主体内有益菌代谢和增殖，从而改善宿主健康的有机物质［10］。益生元包括功能性低聚糖类（如低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖等）、多糖类（现阶段发现的微藻，如螺旋藻、节旋藻等）、一些天然植物（如蔬菜、中草药、野生植物等）的提取物、蛋白质水解物、多元醇等［11］。 合生元则是由益生菌与益生元组成的混合物，兼具益生菌与益生元双重效应。不同益生菌与益生元组合产生协同效应［12］。

微生态制剂的作用机制： ①有利于形成优势有益菌群，与有害菌群争夺附着位点、营养及氧，竞争性地抑制有害菌群扩大［13］；②益生菌代谢产生有机酸和溶菌酶，使消化道pH 值降低，内源酶活性提高； ③益生菌代谢产生的对有益菌起保护作用的一类带有复杂基团的聚合物， 能作为免疫增强剂参与激活非特异性免疫， 如细菌脂多糖（LPS）、肽聚糖（PG）等；④寡糖及其代谢产物与肠道淋巴组织结合开启免疫应答， 或与细胞质膜的天然受体（巨噬和树状突细胞） 作用开启免疫应答，增强免疫功能［12］。

目前微生态制剂的“替抗”功能已经被认可，广泛应用的好氧型益生菌有地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌， 厌氧型益生菌有乳酸菌和双歧杆菌。 市场上的产品有单一菌种型和复合菌种型。目前最常见的益生元是功能性低聚糖。 双歧杆菌和低聚果糖组合效应优于双歧杆菌和低聚半乳糖、双歧杆菌和菊糖（2 日龄犊牛）组合［14］。微生态制剂是一种理想的抗生素替代品，但在应用过程中存在以下问题： 一是其抗菌活性在饲料加工、高温制粒过程中活性减弱；二是益生菌菌群对宿主动物有选择性；三是微生态制剂应用于低水平日粮的效果明显，对高水平日粮效果一般［15］。

3 酸化剂

酸化剂最初被用在降低饲料pH 值和幼畜腹泻率等方面， 已经在动物生产中应用多年并取得非常优良的效果。 目前关于酸化剂的研究在向改善动物健康和提高饲料利用率等方面转变。《饲料添加剂品种目录 （2013）》（农业农村部公告第2045 号） 规定允许生产使用的酸化剂有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸、苯甲酸、山梨酸、富马酸（延胡索酸）、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、磷酸。

酸化剂的作用机制：①降低饲料和消化道pH值，有利于激活内外源消化酶原，促进营养物质的消化吸收［16］；②优化消化道菌群区系，促进有益菌繁殖，抑制病原菌胞内DNA/RNA 合成，以致病原菌繁殖受阻［17］；③通过螯合或插入细菌外膜，破坏病原菌结构［18］（如苹果酸与柠檬酸）；④作为能量代谢过程中的中间产物，直接参与体内代谢（如延胡索酸和柠檬酸），提供能量；⑤改善肠道发育，刺激肠道细胞免疫因子分泌，增强免疫功能［19］。

大多数病原菌和病毒适宜在中性偏弱碱环境（pH 值为7.2～7.6）中生长繁殖，而有益菌适宜在弱酸性环境下生长， 酸化剂可以有效降低消化道环境pH 值，有利于有益菌群定植，同时饲料中添加酸化剂可以有效防止饲料霉变，提高了适口性。酸化剂是一类抑菌效果好、无副作用、不产生抗药性的抗生素替代品， 许多研究表明酸化剂与其他替抗品配合使用效果更好［20-23］。

4 抗菌肽（antibacterial peptides）

抗菌肽又称抗微生物肽（AMPs），是病原微生物入侵宿主防御系统后产生的具有免疫功能的生物活性分子（肽类）。 研究人员相继从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中发现并分离获得抗菌肽［24］。 抗菌肽具有广谱抗菌活性、低毒和低耐药性，同时作为高等生物免疫调节剂被认为是未来首选抗菌药［25］。 抗菌肽一般由20～60 个氨基酸残基组成［26］，以赖氨酸、精氨酸及大于30%的疏水性氨基酸为主， 且大多数带正电荷。 抗菌肽的二级结构特性和理化性质对靶细胞的破坏起极其重要的作用。

抗菌肽可能的作用机制： ①大多数抗菌肽能够与病原菌细胞膜表面相互作用， 抗菌肽分子的疏水端插入病原菌细胞膜的脂质膜形成跨膜电位，细胞膜的通透性发生改变，影响酸碱平衡、渗透压平衡，抑制病原菌的呼吸作用［27］。与细胞膜的作用目前存在4 种成孔模型假说［26］，分别为“地毯样”模型、“环形”模型、“桶形”模型和“聚集通道”模型。②部分抗菌肽在进入病原菌细胞之后，通过与细胞内靶标的特异性结合，从而干扰细胞代谢，发挥宿主主动防御作用［28-29］。

抗菌肽“替抗”应用上目前存在一定问题：一是分离纯化复杂， 不同来源的抗菌肽的纯化方法不同；二是合成成本较高，导致价格偏高，养殖成本增加；三是抗菌肽在饲料生产加工、运输、储存过程中稳定性问题还有待研究。抗菌肽无毒、低抗药性、抗菌谱广，将其作为抗生素替代品应用前景十分广阔。

5 植物提取物（plant extracts）

自然界中绝大多数植物在生长过程中合成次级代谢产物， 而这些代谢产物往往对动物具有抗肿瘤、抗微生物、抗氧化、促进生长、增强免疫力、改善肠道健康等作用， 其活性成分基本可以分为植物多酚、生物碱类、挥发油类、有机酸类、多糖类和植物色素等［30］。 植物提取物根据提取分离工艺和产品质控标准区分为植物粗提取物和植物精提取物［31］。植物精提取物是指在粗提后，通过特定分离纯化工艺，提取的单一或者几种功能性组分，例如糖萜素（源自山茶籽饼）、杜仲叶提取物、淫羊藿提取物、迷迭香提取物、苜蓿提取物等。 一般植物精提取物作为商品性饲料添加剂广泛应用于畜牧业生产。

植物提取物的一般作用机理： ①可以通过挤压构成细胞膜磷脂的脂肪酸链， 在细胞膜上形成很多微型管道， 从而造成细菌细胞质中的离子外流（如香芹酚）［32］，达到杀菌效果；②可以使细胞膜破裂，导致胞内物质泄漏，从而杀灭病原菌（如百里香酚）［33］；③部分植物提取物的硫醚基的氧原子与细菌生长繁殖必需的半胱氨酸分子中的硫基相结合，破坏病原菌正常代谢（如大蒜素）［34］；④通过提高淋巴细胞转化率、 白细胞介素2 活性、IgG 含量和红细胞C3b 受体花环率，增强免疫功能（如糖萜素）［35］； ⑤部分植物提取物在细胞膜内形成甾醇复合物，破坏细菌细胞膜，导致细胞死亡（如皂苷）［36］。

虽然多种植物提取物的抗菌效果已经得到证实，但其抗菌作用机制还不是十分明确，原因是植物提取物的种类较多，活性成分较为复杂，各活性成分存在协同效应。 这就导致大多数的植物提取物产品标准欠缺、有效添加量不明确，但植物提取物来源于天然植物，不产生抗药性，已经成为当前“替抗”研究热点。

6 结语与展望

我国饲料行业已进入全面“禁抗” 时代，“替抗”产品的开发和替抗技术（解决方案）研究成为当前集约化畜牧业生产领域的重要课题，“替抗”添加剂应具备安全、高效、无残留、低成本的特征。虽然各种“替抗”添加剂通过不同作用机制影响动物机体代谢和消化道微生物区系， 对动物健康指标的提升和生产性能的提高产生积极影响， 但符合生产需要的日粮营养水平、卫生饲养环境、卫生条件、养殖者管理水平、设施设备等也是“替抗”产品发挥作用的必要条件。 目前主要存在“替抗”产品标准欠缺、缺少有效添加应用数据、作用机制研究不够深入等问题［31］。 抗生素替代品的研究与应用仍然是一个长期而艰巨的任务。 为全面提升绿色养殖水平， 我国已要求建立畜牧业绿色发展评价体系，推广绿色发展配套技术［37］，“禁抗”带来的一系列问题会得到解决。