植物提取物饲料添加剂在养猪生产中的理论与实践
点击: 网友评论: 时间:2018-01-04 来源:摘自规模e猪 作者:黎先伟 译
植物提取物饲料添加剂,在预防常见猪病以及维护动物机体的最佳健康状态方面正受到人们越来越多的关注。由于它们的易用性、治疗效果和经济效益回报,饲料生产商和养猪业对天然植物提取物添加剂倍感兴趣。此外,广大消费者也对这种添加剂有着浓厚的兴趣,因为这些物质被认为是替代抗生素促生长的“天然绿色”物质。随着人和动物的细菌耐药性的趋势日益严重,急需使用一种广谱具有抗菌杀菌能力的抗生素替代物,以更好的保证饲料和食品的安全。
 
抗菌促生长剂(AGP)的兴衰
1940年,抗菌促生长剂(AGP)首次被应用于农业生产中,主要用于治疗肠道疾病的亚临床症状。抗菌促生长剂对肠道菌群具有抗菌作用。据估计,在猪日粮中,高达6%的净能量将会由于胃和小肠的微生物发酵(不使用抗菌促生长剂)而丢失。猪群中使用抗菌促生长剂以后,动物机体的生长性能得到明显的改善。一些研究已报道,猪粮中抗生素的亚治疗水平可改善增重(约3.3%~3.8%)和饲料转化率(2.5%~2.7%)。在断奶阶段,仔猪会面临着一系列的应激问题,包括群体、日粮结构、环境和病原菌等多方面的改变,这都有可能导致动物的消化机能紊乱和生长率下降。科研人员已证实,抗菌促生长剂对预防仔猪断奶时期所出现的负面影响具有非常显著的功效,而且抗菌促生长剂在一些卫生欠佳的环境中还可表现出更明显的效果。
抗生素对细菌有特定的作用方式,包括抑制细胞的合成、代谢或DNA和RNA的修饰。抗生素对一些特定细菌具有优先选择的毒性,这主要是因为真核细胞和原核细胞之间的生物化学和结构方面存在差异。由于抗生素作用的特异性,使得细菌可形成抵抗力,并对某些类型的抗生素产生耐药性。
据记载,早在1947年以及首次发现青霉素后不到20年,人们就发现了青霉素耐药菌株。时至今日,细菌耐药性不仅对动物细菌感染,而且对人类治疗致病性细菌感染造成了严重的影响和后果。动物和人类疾病之间的中间载体是一大类人畜共患的病原菌。目前,这其中的一些致病菌已对一系列抗生素产生了耐药性。在2006年1月,欧盟颁布法令禁止抗生素促生长剂(AGP)在动物饲料中使用。然而,在2006年至2008年期间,欧盟养猪生产量增长了3%或猪肉产量增加了50万吨(FAO)。虽然产量增加并不能解读为采用其他饲料添加剂取代抗生素促生长剂而获得,不过至少说明了抗生素促生长剂(AGP)并非必须使用。
 
植物提取物添加剂
植物提取物饲料添加剂是由一系列广泛的植物提取物衍生品的生物活性成分所构成的,而这些活性成分自古以来已被作为抗菌物质、香味剂、防腐剂以及药用物品来使用。植物中主要的植物提取物化合物大多来自香精油。香精油属于疏水性芳香族的化合物,包括多种化学成分,如酚类、醇、醛、醚、酮和萜烯等。这些生化成分在临床上也用于治疗各种疾病,具有抗菌、消炎、健胃、防腐等功效。总的来说,最值得我们深入研究的是香精油的抗菌活性,这考虑到其广泛的抗菌活性要明显优于人工合成的抗生素。香精油的杀菌活性可用于空气的消毒。此外,香精油已被用于食物的(无真菌)储存。牛至属植物属于唇形科,包括大约900种一年生、多年生和灌木状的植物,广泛分布于世界各地。牛至香精油含有14种具有抗氧化活性的化学物质。另外,还含有19种已被确认具有杀菌作用的物质。正因为牛至具有如此广泛的用途,使得其作为饲料添加剂也变得更有吸引力。美瑞泰科/美瑞康研发的止痢草提取物(属于牛至属,止痢草亚种)含有30多种有效成分,最主要成分有四种包括香芹酚,百里香酚和两种萜烯,这4种主要成分占了提取物成分的90%以上。
 
植物品种、农艺性状、收割、加工及贮藏对植物提取物的影响
植物的气味配合花的颜色可有助于吸引一些传粉昆虫。因此,在花蜜或花粉成熟时,挥发性芳香化合物会达到其最大的释放量,这与花准备授粉的时间相一致。很多科学出版物中的研究报告显示,香精油的产量和化学成分的变化与地理位置有很大的关系。一些研究发现,从相同种群和位置的植物品种中提取的香精油,其化学特性具有一定的差异,这说明同种植物内存在不同的化学类型。另一个重要的环境因素是海拔,这影响着香精油的含量和化学成分。农艺性状、加工和收割等因素都对香精油的产量和成分具有影响。而其他一些影响因素还包括植物使用的部分、收割后的干燥程度、日照时间的长短、水分、海拔高度、种植密度、播种时间,以及是否存在真菌性疾病和昆虫的危害等。此外,香精油的成分和产量也可能受到收割方式、分离技术和收割时植物的水分含量,以及蒸汽蒸馏条件的影响。水蒸气蒸馏是目前从植物材料中提炼香精油中使用最广泛的方法。这种方法的另一个好处是,通过水蒸气取代大气中的氧,可保护化合物不被氧化。
 
植物提取物的体外筛选
体外筛选已被作为一种初步的方法,以分析大量潜在的抗菌促生长剂的替代产品,其中包括酶、植物提取物、益生菌、益生元、酵母成分、有机酸、脂肪酸、金属成分、干燥血浆等不同的成分。根据香精油的最低抑菌浓度(MIC)所产生的抗菌性能,体外筛选植物香精油的化合物。表1列举了目前已知的具有抗菌性能的香精油的选定成分。而从图1中可看出,牛至/止痢草香精油对3种重要的猪致病性病原菌具有最低的MIC值。香芹酚、百里香酚、肉桂油对大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌DT104的最低杀菌浓度(MBC)介于100和300 pg/ml或μl/ml之间。鉴于这一结果,这些MBC值的水平与目前养猪生产中所使用的日粮抗生素水平相接近。经过动物体外试验效果的证实,牛至/止痢草香精油及其有效成分可作为日粮抗生素潜在的替代品。同时,牛至/止痢草的主要成分香芹酚和百里香酚早已被证实具有广谱的抗菌活性。一项对96种香精油及23种香精油活性成分的抗菌活性的研究中发现,香芹酚、百里香酚和丁香酚对大肠杆菌、沙门氏菌和李斯特菌具有最显著的抗菌活性。这些化合物对大肠杆菌和沙门氏菌的活性得到再一次证实。而且相关研究已证明,这些化合物对上述致病菌具有选择性的作用,对肠道有益菌双歧杆菌和乳酸菌并没有明显的影响。
 
体内试验和作用部位
仔猪出生时是相对无菌的,但很快就会开始获得肠道微生物,如乳酸菌、双歧杆菌和拟杆菌,这往往占到肠道正常菌群的90%左右。仔猪断奶后,乳酸菌的数量会出现大量的下降,而大肠菌群数则会大大增加。大肠杆菌是大多数新生仔猪腹泻的主要致病菌,大肠杆菌数量的增加在很大程度上与乳酸菌减少有关。此外,仔猪也会获得其他一些条件性致病菌,这种细菌可能在体内的数量很少,但当仔猪受到其他病原体感染或环境改变等应激时,机体内的这些条件致病菌就会大量繁殖从而引发疾病。猪肠道内微生物生态的主要特点是,高度的多样性和脆弱的稳定性。因此,体内试验对彻底研究猪群生长和生产性能来说仍旧是至关重要的。
 
适口性
猪的嗅觉是非常灵敏的,猪可接受酸性饲料,对盐含量没有明显的偏好,但抗拒苦味饲料,特别喜欢甜味食物,尤其是蔗糖。在猪饲料中使用植物提取物的好处之一是,可提高饲料的适口性和采食量。天然的酚类化合物用于植物提取物饲料添加剂中以后,可通过改善饲料的气味来提高动物的采食量。这种化合物会启动脑神经的嗅觉舌咽神经通路,刺激食欲、增加唾液和消化酶的分泌,从而提高采食量和消化率。
母猪的妊娠期和哺乳期是生殖周期中的关键阶段。在母猪妊娠时期增加采食量对于确保整窝仔猪的成活率以及个体仔猪的足够大小来说是至关重要的。对母猪来说,它们应保证足够数量和质量的产奶量,以满足最大程度的窝产仔数的仔猪需要,并尽量缩短再发情的时间间隔。在英国Aberdeen大学的一项试验中,在仔猪饲料中添加的止痢草提取物饲喂28天后发现,断奶仔猪的增重得到明显改善。研究结果显示,与对照组相比,试验组仔猪的增长率增加12%,料肉比改善6.7%。而且在整个试验期间,仔猪腹泻的发病率也有明显的下降。
 
抗菌效果
细菌的细胞膜有两个主要的功能。第一、作为一个能量传递的屏障,使细胞膜形成离子梯度,从而驱动各种生理过程;第二、作为一种膜嵌入蛋白的基质。香精油具有凝固细胞质、以及破坏脂质和蛋白质的能力。在一些研究中证实,香精油的亲脂性结构能够引起细胞膜扩大,从而使其变得流动性更强、稳定性更差和可渗透更强,随后释放膜相关成分和细胞物质。文献中研究的香精油及其化合物的大多数抗菌活性都是以标准肉汤稀释试验或纸片琼脂扩散试验为依据的。
目前,我们对不同的植物提取物在猪生理功能的研究集中在抗菌活性,以及营养物质的消化率和吸收率。抗菌的饲料添加剂有望对受感染的动物和处于恶劣环境的动物更有益处。研究表明,牛至/止痢草提取物的抗菌和刺激口感的性能,可显著增加母猪的窝仔猪总出生重,总断奶重,以及断奶仔猪的平均体重。一项止痢草提取物饲喂母猪与仔猪的研究结果表明,止痢草提取物可显著增加13至22日龄仔猪的采食量(P<0.05),提高平均日增重,以及减少粪便中大肠杆菌的数量。在母猪妊娠期间补充止痢草提取物添加剂可显著增加活出生仔猪数(每窝提高)和窝出生总体重(窝平均提高1.8公斤)。
美国明尼苏达大学的研究表明,母猪在妊娠期和哺乳期饲喂含有止痢草提取物的饲料可改善仔猪的生长性能。与对照组相比,饲喂含止痢草提取物饲料的母猪,其窝断奶仔猪体重和窝增重分别增加4.4和4.7kg。饲喂止痢草提取物的母猪,其育种价值和母猪生产力指数(SPI)均要更高(分别为103.9∶98.1和114∶96.5)。而在1-5天、9-12天和16-19天的哺乳期内给母猪饲喂含止痢草的饲料,可使得仔猪的生长率更高(P<0.01)。血液和初乳的测量结果显示,母猪在哺乳前饲喂含止痢草提取物的饲料,仔猪血液中γ,δ和CD4淋巴细胞等免疫指标的百分数要比空白对照组显著增加(P<0.01),说明了止痢草提取物在仔猪免疫调节方面的重要性。
 
肠道形态学
相关试验已对小肠的形态学进行了研究,以分析肠道的结构和功能。这些研究的许多试验方案主要包括(测量)肠道的容积和绒毛长度/隐窝深度的比值。仔猪断奶前后,小肠的长度和重量会逐渐地增加。不过,根据体重的比例比较肠道的重量暗示着小肠生长和功能的定量特性。绒毛长度与肠道的消化吸收率有关,而绒毛长度/隐窝深度的比值则是消化率的一个标志。形态学分析结果表明,饲喂止痢草提取物后,猪的肠道容积和绒毛长度分别可增加30%和10%(与对照组相比)。
 
体内试验的总结
表1总结了止痢草提取物在猪生产中使用的科学试验和商业试验。科学试验和商业化活动之间最大的区别是试验动物的规模。商业生产试验的动物数要远多于科学试验。另外,商业试验的相对较低的生产性能,可能更容易观察到饲料添加剂的有效性。事实上,植物提取物饲料添加剂正被广泛应用于商业化养猪生产之中。一些大学和研究机构以及商业试验已证实,植物提取物饲料添加剂可改善动物的生产性能、减少疾病发生概率以及提高投资回报率。
 
表1 止痢草提取物的在养猪生产中的试验总结
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(作者:黎先伟 译,摘自规模e猪)
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