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植物类添加剂在猪和家禽生产中应用的潜力

日期:10-30 作者:地绿康(中国)生物技术有限公司

导读

  摘要:禁抗、无抗养殖是当前全球畜牧业研究的重点,在无抗养殖的探索中,欧盟毫无疑问的走在全球前列,植物类添加剂产品在欧盟无抗养殖中扮演着极其重要的角色,但植物类添加剂产品因其来源广泛、成分复杂,其作用模式尚不十分清楚,还需进一步探索。本文结合前人发表文章及自身研究,通过对植物类产品定义、分类及作用模式的论述,以期为更好的了解、认知植物类添加剂产品提供参考。

  关键词:植物类添加剂  猪  家禽

  1.植物类添加剂定义及分类

  1.1欧盟添加剂定义及分类

  饲料添加剂指应用在动物营养中可改善饲料品质、改善动物源性食品质量以及改善动物生产性能和健康状况,如提高动物对饲料原料的消化力等的物质((EC)No1831/2003)。基于此条例,欧盟相应部门会对拟在欧洲市场注册的添加剂产品进行相应的评价,在确保产品对动物、环境及人没有危害后,会依据其功能归结为以下几大类中的一类

  -技术性添加剂(如防腐剂、抗氧化剂、乳化剂、稳定剂、酸度调节剂、青贮剂等)

  -感官性饲料添加剂(如香味剂、着色剂)

  -营养性添加剂(如维生素、矿物质、氨基酸、微量元素等)

  -促生长型饲料添加剂(如促消化剂、肠道菌群调节剂)

  -球虫抑制剂或组织鞭毛虫抑制剂

  1.2植物类添加剂定义

  植物性饲料添加剂是由多种植物如草本植物和香辛料等以及其他植物活性组分如精油和油性树脂等复配而成的(Windisch et al.,2008)。植物性组分可根据其来源和加工过程进行分类,草本植物,一般指某些植物(如牛至、薄荷等)的叶子和(洋甘菊)花。Windisch等(2008)将这一组分定义为“有花的、无木质的非持久性的植物组分”。但这一定义可能与其他的将百里香认为是草本植物的定义略有不同,因为百里香也可形成木质的部分。香辛料,一般指干燥粉碎后的具有刺激性气味的非叶子的植物部分(如种子、果实、树皮和根等),这类常见的植物包括,芥末、黑胡椒及八角等的干燥的果实和种子;姜黄和生姜的根,肉桂的皮及丁香的花蕾等。精油指的是通过水蒸气或者乙醇等低温蒸馏从植物中提取的可挥发的脂溶性成分,其中油性树脂是通过非水溶剂提取的。表1中列举了不同植物活性成分及其来源。

表1 植物性饲料添加剂组分分类

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  1.3植物类添加剂分类

  植物类饲料添加剂产品通常注册在“感官性饲料添加剂”这一大类的“天然的植物性成分”的次级分类中(大约包括175种植物精油,提取物和酊剂中),皂苷和胶浆虽不在这一目录中,但它们也广泛存在于表1所列举的植物中。许多活性单体诸如香芹酚、肉桂醛、丁香酚、香叶醇、柠檬烯、胡椒碱、百里香酚以及他们的衍生物一般被注册在“天然的或人工合成的天然等同物”。到目前为止,只有少数植物类产品通过了猪或家禽的促生长型饲料添加剂注册认证:1.香芹油、柠檬油和草本植物及香辛料的复配产品,2.柠檬酸、山梨酸,百里香酚和香草醛复配的产品。这类产品已被证明可改善生产性能或者促进动物消化。Chao等(2000)和Andrade(2014)等总结了精油的组成成分及其密度,表2从中选取了猪和家禽生产中常用的主要精油,由此可看出纯天然植物精油组成成分相当复杂。

表2 不同植物精油组分密度及其组成成分

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  尽管中草药在中国和印度已有几千年的应用历史,但关于阐述精油和油性树脂在动物中的作用模式的文章相对较少。最近十年,关于植物性添加剂产品功效的文章才明显增多,许多研究集中在这类天然成分替代促生长型抗生素(AGP)的研究中,但需强调一点,植物类添加剂产品只有在高浓度时才能发挥抗菌作用,因此需进一步研究这类产品与其他添加剂如有机酸、酶制剂等的协同作用以降低植物类产品的最低有效浓度。与其他文章不同,本文主要描述了植物性饲料添加剂在猪和家禽生产中的主要生理学功能。目前已经发表了一些关于植物类产品作为添加剂应用在猪和家禽的生产中的综述类文章(Windisch等,2008;Brenes等,2010;Franz等,2010),本文在对之前发表的文章进行总结的基础上,结合地绿康公司的研究,对植物类饲料添加剂产品的生理学作用及其作用模式进一步进行介绍,以期为植物性饲料添加剂产品在畜禽中的应用提供理论依据。

  2.植物性饲料添加剂作用功效

  2.1改善营养物质消化吸收

  许多植物精油,草本植物和香辛料因其可改善适口性早已被用到断奶仔猪日粮中以提高断奶仔猪的采食量。Franz等(2010)汇总了植物类添加剂产品在仔猪上的26个试验数据显示,植物类添加剂产品可提高体增重2.5%(-5%-+9%),料比可降低3%(+4%--10%),采食量有略微提高0.5%(-9%-+5%)。其指出不同试验间试验结果如此大的差异除了与试验条件有关之外,更重要的是精油等植物类产品的类型和来源以及它们在饲料当中的添加量。如较强刺激性的辛辣物质,虽然其增加了断奶仔猪的采食量(断奶后6-7周),但对哺乳动物而言,较强刺激性的辛辣物质一般会降低采食量(Clouard等,2012)。Franz等(2010)还汇总了植物类产品在肉鸡中的23个试验,结果显示,植物类添加剂产品在不影响体增重的情况下,料比降低了1.5%(-7%-+4%)。通过断奶仔猪和肉鸡的试验数据可看出,植物类添加剂产品可改善营养物质的消化吸收(仔猪试验中相同采食量的情况下,可获得较高的体增重;肉鸡试验中采食量降低的情况下,依然可获得类似的体增重)。

  2.2促进消化酶的分泌

  许多草本植物和香辛料已被证明可增加胰腺酶及胆汁的分泌。图1描述了不同植物及香辛料对小鼠胰腺酶、胆汁及小肠二糖酶分泌的影响,其中姜黄(Curcumin)、胡椒碱(Piperine)、生姜(Ginger)和辣椒碱(Capsaicin)能促进胰腺酶的分泌,葫芦巴(Fenugreek)、芥末(Mustard)、小茴香(Fennel)和芫荽(Coriander)能促进胆汁分泌。虽然整体而言,香辛料对二糖酶的促进作用相对较小,但洋葱(onion)、芫荽和胡椒碱也相应的提高了二糖酶的分泌。

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图1 香辛料对小鼠胰腺酶、胆酸及二糖酶等分泌的影响(Platel等,2004)

  植物类添加剂产品应用在仔猪和家禽日粮中也已被证明可促进消化酶的分泌。一种富含薄荷脑的复合精油可显著改善仔猪对粗蛋白和大部分氨基酸的回肠表观消化率,而富含肉桂醛的混合精油对此改善效果不明显(Maenner等,2011)。Li等(2012)指出富含百里香酚和肉桂醛的精油能改善断奶仔猪干物质和粗蛋白的消化率,Ahmed等(2013)也指出由牛至、八角、橘皮和菊苣复配的产品可改善断奶仔猪对粗蛋白的消化率。Basmacioglu等(2010)指出在21d肉鸡小麦日粮中添加牛至精油(84%香芹酚、1.8%百里香酚)可显著提高胰腺凝乳蛋白酶的含量,但对淀粉酶的改善效果不明显。这些结果与日粮中是否添加木聚糖酶无关。而Cross等(2007)指出其研究的10种植物提取物种只有百里香油对28天肉鸡体重有积极影响,但对营养物质消化没有影响。这种结果有可能与它们试验所选用的英国来源的植物中有效成分含量低或者其使用的提取工艺差有关。由百里香酚、丁香酚和胡椒碱复配的植物类产品显著的改善了35日龄肉鸡的胰蛋白酶、淀粉酶和麦芽糖酶的活性。由百里香和八角精油组成的植物性饲料添加剂产品显著的改善了胰腺酶的活性进而增加了肉鸡对有机物、粗蛋白和粗脂肪的消化率。图2的数据为六组相关试验数据的汇总,其中Amad等(2011)在21,35,42天都做了代谢试验,其试验结果显示,这款植物性饲料添加剂产品对营养物质回肠消化率的改善与肉鸡日龄无关。

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图2 百里香和八角精油复配产品对肉鸡营养物质消化率影响的荟萃分析

  2.3抗氧化作用

  许多芳香性植物,尤其是唇形科的植物(如迷迭香、百里香、牛至和止痢草)其抗氧化功效早已得到了广泛研究(Brenes等,2010)。这一活性不仅仅与酚类物质有关(图3,左),非酚类结构物质也具有抗氧化功效(图3,右)。在肉鸡日粮中添加百里香酚可降低脂质氧化,进而降低十二指肠粘膜中MDA的浓度,改善了肠道屏障的完整性(十二指肠上皮电阻增高),十二指肠中IgA浓度及血液的噬菌活性也相应提高(Placha等,2014)。植物类成分的抗氧化作用可部分替代α-生育酚及其他日粮中的相关物质,也可通过改善超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的含量促进动物的脂质代谢(Franz等,2010)。除了上述众所周知的功效外,非酶类抗氧化剂对在细胞水平上也有重要作用,其在组织和细胞内的某些功能性信号通路中扮演者重要角色(Rubio等,2013),他还指出抗氧化酶的过量表达,可阻断应激激活蛋白激酶及细胞死亡,非酶抗氧剂可保护非典型的细胞增值及降低炎症反应。除此之外,日粮中添加牛至、迷迭香和止痢草可改善猪肉、禽肉和鸡蛋的货架期(Franz等,2010)。Karadas等(2014)指出肉鸡日粮中添加香芹酚、肉桂醛和辣椒油树脂不仅可改善肉鸡生产性能也可提高肝脏中抗氧化剂浓度。然而Botsoglu等(2002)指出肉鸡日粮中添加100mg/kg牛至油其抗氧化效果不如200mg/kg的α-生育酚,Simitzis等(2010)研究指出猪日粮中添加牛至油1ml/kg时,与对照组相(1500IuVE/kg)比,并未降低猪肉的脂质过氧化程度,这与Janz等(2007)的研究相反,其指出猪日粮中添加牛至油有降低氧化的趋势。

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图3 龙脑、百里香酚、香芹酚等抗氧化水平(左侧,TBARS),β-石竹烯、萜品烯、蒈烯(等抗氧化水平(右侧,TBARS),(Franz等,2010)

  2.4抑菌作用

  许多草本植物和香辛料的提取物在体外都表现出了较好的抑菌效果(Burt,2004),她还指出富含酚类结果的精油(如香芹酚、丁香酚、百里香酚等)具有最强的抑菌活性,这是由于酚类结构的疏水性可以进入细胞膜或线粒体中,增强细胞膜的通透性(通过降低细胞膜的电势),进而导致ATP合成受阻,细胞内容物流出,最终导致细胞死亡。但根据她的研究显示,纯天然植物精油或其天然等同物的最小抑菌浓度(MIC)要比实际日粮中添加的浓度高,但图4中数据显示,家禽日粮中添加精油(混合)可发挥抑菌作用,这可能与不同精油间的协同作用有关(Gutierrez等,2008)。除此之外,精油还可通过群体感应抑制作用,降低致病菌对肠道的危害(Khan等,2009;Szabo等,2010)。

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图4 植物精油对肉鸡空肠和盲肠韦氏梭菌相对浓度的影响(Mitsch等,2004;Franz等,2010)

  2.5改善肠黏膜

  诸多研究指出在猪和家禽日粮中添加植物性饲料添加剂对肠黏膜都有积极影响,可改善绒毛隐窝比(Amad等,2013;Li等2012),增加肉鸡十二指肠上皮电阻(Plancha等,2014)。目前关于植物性饲料添加剂改善肠黏膜的作用机制研究的不是很清楚,可能的作用机制有以下几种:1.通过直接抑菌或间接的群体感应抑制作用降低了致病菌对肠道的危害,2.增加了肠黏膜的抗氧化性,3.改善营养物质的消化吸收,进而促进了肠上皮的发育,4.促进肠上皮细胞的基因表达,促进肠上皮细胞的分化成熟。除此之外,诸如黑胡椒、辣椒和大蒜等辛辣物质可加快血液循环(Kochhar,1999)减少如热应激阶段仔猪因消化道局部缺血造成的肠道完整性下降(Niewold等,2004;Pearce等,2013)。

  2.6对球虫和坏死性肠炎的影响

  Wallace等(2010)指出,植物提取物具有抑制球虫、大肠杆菌及产气荚膜梭菌或者减缓其危害的功效。诸多试验也指出在球虫感染的日粮中添加植物精油不仅能减少体重损失改善饲料效率还能减少卵囊脱落(如牛至油和艾属植物提取物)。Lillehoj(2014)研究指出在球虫感染的家禽日粮中添加植物类添加剂不仅能增强细胞免疫,还能降低艾美球虫的生存能力。尽管许多试验已证明植物类产品在体外可抑制梭状芽孢杆菌,但相应的体内试验数据还很缺乏(Wallace等,2010),Franz等(2010)指出百里香酚、丁香酚、姜黄素和胡椒碱复配的组合及其和香芹酚复配的组合均可抑制肉鸡空肠和盲肠中产气荚膜梭菌的相对浓度。

  2.7对繁殖性能的影响

  在妊娠后期(d90)哺乳期母猪日粮中添加含有香芹、大蒜、辣椒碱及薄荷的植物性饲料添加剂,与对照组相比,可显著改善母猪哺乳期采食量并增加断奶窝重(P<0.05)(Zhong等,2011)。母猪妊娠后期添加此植物类产品,活仔数和活仔重也得到相应提高(Amrik等,2004)。Allen等(2005)指出,在经产母猪哺乳日粮中添加牛至提取物也可促进哺乳母猪采食量,其还指出牛至提取物可降低母猪的死淘率,增加分娩率及出生活仔数。

  3.展望

  上述关于植物类添加剂产品定义、分类的论述,为大家更好的了解植物类添加剂产品提供了参考,结合对作用功效的探讨,进一步为大家揭开了植物类添加剂产品的神秘面纱。随着中国政府对饲用抗生素使用的要求越来越严格,植物类添加剂产品必定会在中国的畜牧业发展中扮演起其应该扮演的重要角色。


来源:地绿康(中国)生物技术有限公司

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