酸化剂和植物精油在断奶仔猪阶段应用的研究进展

李志忠，余 淼，吕继蓉，赵仁仟，刘张育，刘 峰，黄明亚

（成都大帝汉克生物科技有限公司，成都 611130）

自从1928 年英国人Fleming 发现青霉素以来，人类使用抗生素的历史已经接近一个世纪，而畜牧业生产中使用抗生素也有几十年的历史。据统计，在2013 年，全球用于养殖业肉用动物的抗生素量就超过抗生素使用总量的50%，而其中90%左右的抗生素使用是为了促进动物生长和提高饲料转化率[1]。而在全球畜牧业使用抗生素较多的国家中，我国的抗生素用量最大，高达23%，其次是美国达13%，巴西9%，印度3%，德国3%[2]。随着畜牧业抗生素用量的急剧增加，抗生素滥用所带来的问题也显而易见。首先是耐药性问题，细菌耐药性是细菌在不利于其生存的大环境下所产生的一种防御性策略。由于抗生素在畜牧养殖生产中的应用效果十分明显，因此细菌耐药性问题已经十分严重，能够耐受多种抗生素的超级细菌越来越多[3]。其次是药物残留问题，2015年在复旦大学的一项研究中，针对1 000 名江浙沪儿童的晨尿进行检验，其中58.3%的儿童晨尿中至少检出一种抗生素。可以说抗生素残留问题已经严重危害到人类的食品安全问题，从而威胁到人类的健康。最后是环保问题，抗生素的滥用也对环境造成了极大的危害。

正因为上述危害，“禁抗”就成了各国的共识。首先是瑞典，禁止在饲料中使用抗生素类添加剂，紧接着2000 年丹麦也开始禁止在畜禽饲料中添加抗生素类药物添加剂。而欧盟从2006 年开始，全面禁止抗生素类添加剂在饲料中的使用。而我国从2016 年，农业农村部颁布2428 号公告，禁止在饲料中添加硫酸黏杆菌素开始了“禁抗”的脚步，到2019年农业农村部颁布194号公告，规定饲料生产企业自2020年7月1日起，停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中草药除外）的商品饲料。又在2020年6月颁布307号公告，规定了养殖者自行配制饲料中添加剂的使用，不得添加饲料目录以外的物质。可以说直到2020 年7 月1 日起，我国“饲料禁抗，养殖减抗，产品无抗”的时代已经到来。

虽然饲料禁抗是畜牧业发展中必经之路，但不可否认的是，之前使用抗生素所解决的相关问题并没有随着饲料“禁抗”而消失。以养猪生产为例，仔猪断奶阶段所引起的各项问题，由于抗生素的禁用显得更加棘手。而随着饲料中抗生素的禁用，相关的所谓“替抗”饲料添加剂产品也是层出不穷。当然，在饲料中禁用抗生素添加剂之后，动物的健康、饲养管理水平的提高、饲料大宗原料的选择、饲料配方营养平衡问题都更加重要，饲料添加剂仅仅是饲料营养中的一个部分，并不能指望一种或多种饲料添加剂就可以解决所有饲料、养殖中的问题。但不可否认的是，科学合理地选择饲料添加剂无疑在促进动物健康、达到健康养殖，从而提高养殖终端效益方面是有正向意义的。根据WATT国际传媒的统计，在之前的相关“替抗”功能性添加剂研究中，关于酸化剂类的研究74.2%被证明有效，是所有此类功能性添加剂中最高的；而关于植物精油的研究中，60.3%被证明有效。因此由前人所完成的研究可知，酸化剂和植物精油在仔猪断奶阶段对于“替抗”是有正向作用的，因此了解这二者添加的原理、作用的机理，以及它们之间是否可以达成协同作用，对于“饲料禁抗”之后饲料养殖企业对功能性添加剂的选择具有重要意义。

1 仔猪断奶阶段面临的挑战

1.1 环境变化挑战

仔猪断奶前，在分娩舍中与哺乳母猪一起饲养，而在断奶后，从分娩舍转移到保育舍，从有母猪变成没有母猪，同时还要经历混群、重新建立秩序等过程，分娩舍的环境温度、湿度等各方面均和保育舍有着较大差别，诸多的环境变化同时会造成仔猪容易产生应激反应。

1.2 饲料变化

断奶前仔猪的饮食主要以母乳为主，即使在分娩舍中采用小料槽提供教槽料，仔猪所采食固态饲料的量也极为有限。在断奶后，液态饲喂模式立刻转变为固体饲料饲喂模式，大部分仔猪会出现不适应的状况。导致采食量急剧下降，根据荷兰饲料研究所相关研究，仔猪要在断奶后接近两周的时间内通过固态饲料采食所获得的能量水平才能达到断奶前采食母乳的水平，能量摄入的不足，采食量的不稳定（先拒食，后暴食），很容易造成断奶仔猪肠道损伤，消化功能紊乱，导致断奶腹泻的产生。

1.3 生理结构所带来的挑战

断奶仔猪由于其胃部分泌胃酸的能力十分有限。同样来自荷兰饲料研究所的研究表明，断奶仔猪在60 日龄之前，都很难通过自身分泌胃酸将胃部pH 值维持在胃蛋白酶活性最高的2～3.5 范围之内，这样就导致一部分蛋白质，尤其是当饲粮中品质一般的蛋白原料较多时会有相当一部分未消化的蛋白质到达后肠发酵，造成断奶仔猪腹泻。因此在仔猪断奶阶段，如何调节胃部pH 值，同时在后肠抑制有害菌的生长，是饲料营养策略中添加剂选择的两个相对比较重要的点。

2 酸化剂

2.1 酸化剂的类型

酸化剂从其构成上，可以分为单一型酸化剂和复合型酸化剂两个大类。而其中单一酸化剂根据其化合物的性质又可分为无机酸化剂和有机酸化剂。而复合型酸化剂则是其中两种或两种以上单一酸化剂按照不同比例混合而成的酸化剂。根据之前的研究表明，相比于单一型酸化剂，复合型酸化剂有着添加量小、添加效果更为明显、腐蚀性小、功能更丰富等多项优势[4]。往往复合型酸化剂的综合助消化和杀菌功能、在饲料中的添加效果比单一型酸化剂更有优势。

2.2 酸化剂的作用及其机理

2.2.1 调节饲粮和胃内容物pH值

酸化剂由其命名可知，其最主要的功能之一便是调节饲料和胃内容物的pH 值。对于猪来讲，其蛋白质的消化始于胃部胃蛋白酶的作用，胃黏膜分泌出胃蛋白酶原，在pH 值为2 时，可迅速转化为胃蛋白酶，因此可以说在pH 值为2 时，胃蛋白酶的活性最高。而在pH 值>3.5 时，胃蛋白酶的活性会显著降低，在pH值>6时，胃蛋白酶会基本失活[5]。由于断奶阶段仔猪胃部分泌酸的能力很差，之前其胃部酸的来源主要是母乳中的乳糖经细菌发酵后所产生的乳酸，而断奶阶段由于胃酸分泌能力差，乳糖底物缺乏，采食量不稳定等一系列不利因素都会导致其胃部pH 值的升高，从而导致更多的未消化的蛋白质进入后肠道发酵，从而提高腹泻的概率。因此通过添加酸化剂来降低饲粮pH值从而调节仔猪胃肠道的pH值，提高其胃蛋白酶的活性，有助于提高仔猪日粮利用率，减少腹泻，促进仔猪健康[6]。

2.2.2 抑制病原菌

关于酸化剂的抑菌功效，可以从两方面来阐述。第一点也是由酸化剂可以调节pH 值的功效而来，有研究表明，在仔猪消化道中有超过400种细菌存在，而这其中具有促进饲粮消化功能的仅有30～50 种[5]，除此之外其他的病原菌（如大肠杆菌等）更适宜在中性偏碱性的外环境中生存，因此酸化剂的添加可以调节仔猪胃肠道pH 值，使仔猪胃肠处于偏酸性的环境中，创造一个不宜于有害菌生存的环境，而有利于有益菌（如乳酸杆菌）的生存环境[7]。第二点则是由于有机酸有很强的杀菌能力。未解离的有机酸具有亲脂性，可以穿透革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）的细胞膜，而当其进入细胞内部，由于pH 值较高，就会使有机酸解离，释放出氢离子，以降低pH 值，此时细胞内部的酶活性就会被抑制，而细菌为了pH 平衡会被迫动用能量，通过H+-ATP泵将质子排出细胞膜，经过一段时间后细菌就会被杀死。而另一些对酸碱度不是很敏感的有益菌，如乳酸杆菌等，则不会受到影响。

2.2.3 降低胃排空速度，提高饲料利用率

影响胃排空速度的因素有很多，有研究表明，当偏酸性食靡进入小肠后，小肠壁会分泌肠抑素，而肠抑素则可以抑制胃部蠕动，从而延长食靡在胃部停留时间，降低排空速度[8]。因此添加酸化剂可以增加食靡在胃部停留时间，间接提高饲料的利用率。

2.2.4 能量来源

一些有机酸如富马酸、柠檬酸等，都是三羧酸循环的中间产物，可以作为一种能量来源。有研究就表明，富马酸是一种易获得的能量，可能对于猪小肠黏膜有局部营养作用，又由于断奶后仔猪胃肠道上皮细胞的快速恢复，还能够增加小肠吸收的表面积和能力。同时由于富马酸产能途径比葡萄糖更短，因此可紧急合成ATP 来应对应激状态和一些特殊状况[9]。

2.2.5 其他作用

由于酸化剂具有酸味，因此可以掩盖一些原料中的不良气味，同时刺激唾液分泌，从而提高饲料的适口性[10]。同时酸化剂在饲料中可以抑制部分霉菌，达到延长饲料保质期的作用[11]。除此之外，有研究表明，饲料酸化剂还具有促进矿物元素吸收[12]、促进肠道上皮细胞生长、维持肠道形态等很多正向作用。

2.3 酸化剂在断奶仔猪上的应用

仔猪断奶阶段，由于遇到上述的诸多挑战和变化，因此在这个阶段仔猪也最容易出现腹泻等问题，而也正因为酸化剂有上述的诸多正向作用，因此在饲料中酸化剂被广泛应用。有很多研究表明，日粮中添加酸化剂对仔猪健康和生长有着正向作用。冯涛等[13]、刘强等[14]的研究表明，在仔猪日粮中添加复合酸化剂可以显著提高仔猪的日增重，降低仔猪断奶阶段的腹泻率以及改善阶段料肉比。R.Scipioni 等[15]的研究表明，在断奶仔猪日粮中添加柠檬酸，可以显著降低胃、结肠以及直肠中大肠杆菌的数量，分别降低38.1%，62.5%和66.7%。冯尚连等[16]研究表明，在仔猪日粮中添加乳酸，可以显著提高仔猪消化酶的活性，从而提高仔猪的饲料利用率，促进仔猪生长。P.G.Lawlor等[17]研究表明，在断奶仔猪日粮中添加2%的富马酸，可显著提高仔猪断奶阶段采食量、平均日增重，以及改善仔猪料肉比。除了上述研究之外，还有很多研究均表明饲粮中添加单一酸化剂或不同的复合酸化剂，对于畜禽生产、畜禽健康均有正向作用。

3 植物精油

3.1 植物精油的概况

植物精油是指从植物中提取的油性、常具有挥发性的植物次生代谢物，其常具有特殊芳香气味，且分子量较小。植物精油是一种复杂的混合物，“精油”一词最早是由帕拉塞尔苏斯在他的“精油论”中提出。由于精油中多种成分具有广谱抗菌性、抗氧化等诸多特性，不同植物提出的精油成分不同，因此精油中的不同成分被广泛应用于诸如医学、食品、木材防腐等多个领域。也正是因为精油具备这些特性，精油中的很多成分也被广泛应用于畜牧业，见表1。

表1 不同精油的成分的性质

3.2 植物精油的特性以及其机理

3.2.1 杀菌抑菌功效

研究表明，很多植物精油成分，尤其是辛香类的植物精油成分如百里香酚、肉桂醛、香芹酚等，具有很强的抑菌、杀菌能力。在畜禽养殖中，对于一些主要的致病菌如沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等均具有很好的抑菌能力[18]。而同时也有研究表明，肉桂醛、百里香酚等在对有害菌如大肠杆菌产生抑制效果的同时，并不会对有益菌群如乳酸杆菌等产生不利影响[19]。因此无需太过担心因为植物精油广谱的抗菌特性而对有益菌群造成负面的影响。

由于植物精油成分的复杂性，其抗菌的机理也并不是单一的机理造成，目前研究主要认为植物精油的抑菌特性是通过作用于细胞膜以及进入到细胞内部两种方式来实现的。植物精油中酚类物质的抗菌机理为：具有脂溶性以及疏水特性的酚羟基通过作用于细胞膜表面，从而改变其细胞膜结构，导致细菌胞内物质流出，最终导致细菌死亡[20]；而醛类物质的抑菌机理则普遍认为是：醛类化合物可以与细菌细胞膜蛋白发生特定的反应，进入到细菌细胞内部。醛类物质的羰基可以和蛋白质相结合抑制氨基脱羧酶的活性，影响到细菌胞中蛋白质和酶的活性从而达到抑菌效果[21]。

3.2.2 抗氧化作用

在正常的生理条件下，生物体内的自由基及其相关物质是处于一个动态平衡的状态，即不断地产生也在不断地被消除。但在某些特定的情况下，如断奶应激、运输应激等条件的刺激下，生物体内的自由基大量产生，而体内自身的抗氧化系统无法及时清除这些自由基，从而使体内的氧化还原系统所处的动态平衡被打破，对机体造成氧化损伤。对于仔猪生产而言，氧化损伤的损害是很严重且多半是不可逆的，会造成仔猪采食量下降、日增重降低、料肉比升高等一系列负面影响。而有研究表明，在仔猪日粮中添加复合植物精油可以显著提高仔猪体内谷胱甘肽过氧化物酶以及超氧化物歧化酶的活性，从而提高仔猪的抗氧化能力[22]。

植物精油成分中的酚类和醛类物质及其衍生物，都有很好的抗氧化能力，而关于植物精油发挥抗氧化效果的机理，可以分为直接和间接两种方式。直接方式的抗氧化机理是植物精油中的相关成分可以直接阻止自由基的产生，并与过氧自由基结合形成稳定的物质，从而阻止自由基链式反应的发生，从而达到抗氧化的作用。而间接方式的抗氧化作用则是植物精油通过调节动物体内抗氧化酶的活性，以及抑制脂质过氧化等方式，来增强动物机体抗氧化的能力[23]。

3.2.3 提高机体免疫力

有研究表明，植物精油通过抗氧化以及参与细胞因子与转录因子的信号转导通路，在分子水平上抑制机体促炎基因的表达，从而起到抗炎作用，进而影响动物的免疫系统。如在仔猪日粮中添加植物精油，可以显著提升仔猪血清中免疫球蛋白的水平，进而改善仔猪免疫力[24]。而在仔猪日粮中添加肉桂醛和百里香酚，则可以显著改善仔猪肠道黏膜免疫系统[25]。

3.2.4 其他效果

植物精油除了上述的效果之外，还有着如促进采食等多种正向功效，在如今“禁抗”的大背景之下，人们更多地将注意力集中在其抑菌杀菌的功效之上，而忽视植物精油其他的功能，实际上，通过在饲料中添加不同精油组分相互搭配，通过发挥不同的功效，才能更好地保障动物的健康，达到健康养殖的目的。

4 酸化剂和植物精油协同作用的相关研究

由于酸化剂和植物精油对于畜禽有着上述的正向作用，因此在一些特殊阶段饲粮如断奶仔猪饲粮中，也常常会添加此二者以达到促进动物健康、提高动物生产性能的功效。而有研究发现，此二者同时添加往往还会产生“1+1＞2”的协同效应。

在体外抑菌试验中，有研究表明，柠檬酸与植物精油进行复配之后，对于沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均有着显著的抑菌作用，且效果优于单独添加植物精油或柠檬酸的效果，表明植物精油和有机酸具有协同作用[26]。以及百里香酚和香芹酚与柠檬酸联用，相比于单独使用植物精油或酸化剂，对于革兰氏阴性菌有着更强的抑菌能力。在畜禽养殖方面，日粮中添加酸化剂和植物精油复配之后，肉鸡回肠的酵母菌和乳酸杆菌水平显著提高，且效果优于单独添加植物精油。而断奶仔猪日粮中添加0.15%酸化剂和植物精油复配物，断奶仔猪肠道中大肠杆菌水平极显著下降，而乳酸杆菌等有益菌的水平极显著上升，改善肠道菌群的效果则优于单独添加植物精油或酸化剂[27]。

关于酸化剂和植物精油联用产生协同作用的机制，一方面是由于精油在偏酸性的环境中可以有更好的效果，精油的疏水性在低pH 值的情况下会增强，可以使其更容易地通过细菌细胞膜；而另一方面，由于植物精油可以破坏细菌细胞膜的完整性，可以让未解离的有机酸更加容易地进入细菌细胞内部达到抑菌杀菌的效果。而从目前的研究来看，也印证了二者之间存在着协同作用的效果，往往共同复配添加，可以以更小的添加量达到更好的效果。

5 小 结

在目前“饲料禁抗，养殖减抗，产品无抗”的大形势驱动下，面对动物特殊阶段如仔猪断奶阶段，势必要以更加严格的生物安全制度、更加科学的配方营养浓度、更加标准的原料质量把控，以及更加先进的养殖管理模式多管齐下，从而保障动物的健康养殖。而功能性添加剂的选择，虽然仅仅是其中饲料配方选择中的一个小部分，但也起着至关重要的作用。在安全、有效、性价比高的大前提之下，如“酸化剂+植物精油”这样的互相具有协同作用的添加剂组合，不仅保障了添加效果，同时通过协同作用，降低部分添加量，节省添加成本，并且提供更多的配方空间，对于“禁抗”之后的配方选择，应该有着正向意义。