無抗時代的營養策略 | 抗生素替代品存在嗎？

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　　無抗時代來了。

　　于是今天的動物營養學家們面臨著前所未有的挑戰 —— 抗生素不能用在飼料里了，那我們的工具箱里，還有什么東西能夠達到抗生素的功效，既能讓動物健康高效地發揮遺傳潛能，又免卻了耐藥性的擔憂呢？

　　今天我們就來聊聊飼料添加劑中的「抗生素替代品」。

　　插句題外話，飼料添加劑這個在普通消費者中常常談之色變的東西到底是什么？在學術上，它的定義是：添加到飼料中的、能保護營養物質、促進營養物質消化吸收、調節機體代謝、增進動物健康，從而提高動物生產水平和產品質量，減少環境污染的物質的總稱。所以，添加劑必須是好東西。同時，它必須是安全的東西。一個飼料添加劑的研發、審批和使用，需要經過層層嚴格試驗，以保證其對動物和人的安全?？梢哉f，無論從生產成本、動物健康、產品質量、環境保護、亦或是可持續發展的層面，現代畜牧業都早已離不開添加劑。

現代畜牧業已離不開飼料添加劑

　　回到正題，要尋找抗生素替代品的第一步是明白它的作用機理。這件事情我們已經弄明白了。在上一篇文章「為什么無抗養殖是必然趨勢」中我們聊到，抗生素作促生長劑(AGP)的主要作用包括：1. 殺菌、預防疾??；2.調整腸道微生物結構；3. 促進養分消化吸收。 這些作用互相關聯，而它們都與腸道健康直接相關，通過提高腸道免疫和營養吸收來達到目的。

　　所以不論是以什么作用方式，抗生素替代品的終極目標非常清晰，那就是保障動物的腸道健康。

動物腸道健康的重要性 （圖片引自Feedstuffs)

　　那么如若腸道健康受損，會發生什么呢？

　　首先會出現的，是動物對飼料的消化不良。腸道是營養物質消化吸收的主要場所。沒有強大的腸道功能支撐，飼料的消化率必然不能達到最佳，尤其是在原料選擇有限、或含有抗營養因子的情況下。這就會造成兩個后果：第一，供機體利用的營養物質減少，動物的生長和生產將無法發揮出最佳遺傳潛能，白白可惜了遺傳育種學家的心血成果；第二，小腸內未被消化吸收的營養物質轉移到后腸，給嗷嗷待哺的數億微生物提供生長的基質。 這樣一來，微生物的種類和數量增加，微生物菌群結構很有可能就會失調。在消化不良間接導致微生物失調的同時，腸道健康受損常常伴隨著腸道屏障功能 (gut barrier)的異常，進而腸道免疫作用不能完美發揮，增加了致病菌入侵體內的概率；同時，上皮細胞的受損又會反過來影響消化吸收功能。而腸道的逆蠕動，可能又將后腸道的有害細菌帶到整個消化道，從而加重腸道疾病。接下來，氧化應激、腸道炎癥、乃至系統性疾病等后果就會接踵而至。

腸道的消化功能和屏障功能對動物健康及其重要

（引自Dilger, 2016)

　　這么看來，一個抗生素替代品產品要達到保障腸道健康的目的，有三個主要途徑：1. 提高營養物質消化吸收；2.調節腸道微生物菌群結構；3. 提高腸道免疫功能 。

　　目前在市場上活躍著幾類大家稱之為抗生素替代品的添加劑。如果按照上述三個直接功能來分類，它們大約可以分為：

　　1.    提高營養物質消化吸收：
　　酶制劑 (enzymes) | 酸化劑 (acidifier)

　　2.  調節腸道微生物菌群結構：
　　益生菌 (probiotics)| 益生素 (prebiotics)| 酸化劑

　　3.   提高腸道免疫功能：
　　植物提取物 (phytobiotics) |
　　酵母衍生物 (yeast products)

　　首先來看第一類 --- 酶制劑 | 有機酸

　　高中生物課上我們就學過，營養物質的消化需要酶的參與。通常來說，動物消化道所分泌的各種酶能夠滿足日常需求。但當動物受生理因素（幼齡|老齡|高產）或病理因素（應激|疾病）的影響時，自身產生的酶（內源酶）的種類或數量則可能不足。這個時候，在飼料中添加額外的酶（外源酶）就可以提高動物對飼料的消化，提高飼料利用率。

　　這樣一來，不被消化的營養物質減少，還會間接調節后腸道微生物。舉個例子，動物自身不能分泌一種酶，叫做「非淀粉多糖酶」（non-starchpolysaccharidase, 簡稱NSPase），但常用飼料原料中往往又含有相當部分的NSP，這些能量不能被釋放出來，就只能被白白浪費掉。而飼料中加入非淀粉多糖酶時，本來不能被動物消化而被轉移到后腸道的非淀粉多糖，就可以在小腸階段被部分消化，消化道內食糜粘度就會降低，食糜通過速度就會加快。于是在后腸的微生物可利用的營養基質就會減少，病原菌的繁殖就可能隨之減少。

非淀粉多糖酶和植酸酶提高家禽生長性能的作用機制

（圖片引自ABVista)

　　生產中常用的非淀粉多糖酶又可分為纖維素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果膠酶等等。除此之外，常用酶還包括植酸酶、蛋白酶，脂肪酶，淀粉酶。通常植酸酶是單一酶制劑產品，其他酶制劑大多是包含多種酶的復合制劑。復合酶制劑有一個好處，那就是不同的酶能夠相互幫忙，進一步提高底物消化率。

阿拉伯糖苷酶和木聚糖酶互相協作，釋放底物

（圖片引自WATTAgNet)

　　酶制劑在畜牧生產中的使用相對已經比較成熟，并不是無抗轉型下催生的產物。但在無抗養殖的大環境中，它的作用更顯突出。可是，我們知道，酶是有底物特異性的化學物質。所以，使用哪種酶制劑、使用多少、復合酶應該如何組成，都受飼料配方影響。換句話說，就是酶制劑的使用是有日糧特異性的。同時，酶制劑的活性程度、在飼料加工過程中的穩定性，都在一定程度上還有待提高。所以，不同的酶制劑產品在不同的動物、不同的飼料類型中的用法和效果，還需要很多評估工作。

　　與酶一樣，酸化劑(acidifier) 也可以提高飼料養分消化率; 但與酶不同，酸化劑是通過降低消化道pH來刺激消化酶的活性，從而達到同樣的目的?，F在的酸化劑多以有機酸和無機酸配合使用為主。有一些常用有機酸，比如檸檬酸(Citric acid)和延胡索酸(Fumaric acid)，還能夠直接參與機體代謝，從而直接供能。#三羧酸循環還能背不？#背了真的有用哦！

營養學必考內容: 三羧酸循環

（圖片來自網絡）

　　2.    調節腸道微生物結構 --- 益生菌|益生素|酸化劑

　　雙歧桿菌、乳酸菌...這些伴隨著酸奶廣告被廣大消費者所熟知的“菌”，在營養學中被稱為益生菌（probiotics）。這個詞語是從希臘語’for life’的意思里衍生出來的，最早用以表示由一種微生物所分泌的、對其它微生物具有促進生長作用的物質（Lilly and Stilwell, 1965）；與抗生素(antibiotics)的定義恰恰相反。后來益生菌的定義經過多番修正，直至2009年，聯合國糧食與農業組織FAO將probiotics正式定義為「Live microorganisms which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host」（足量攝取后對宿主有益的活菌）。 在行業內，它們又被稱為Direct-fed Microbial (DFM).

　　和職場一樣，腸道內的各類菌群必需通過「競爭上崗」。它們需要搶位置（粘附位點），還需要搶資源（營養底物），才能得以生存。而當從飼料中攝入益生菌后，這些有益菌種可以和病原菌相競爭，在人多力量大的原則下就能一定程度地搶走營養物質，趕走病原菌(competitive exclusion)，抑制其在消化道的增殖，從而預防疾病。同時，益生菌自己也可以產生抑制病原菌生長的物質， 如細菌素(bacterin)、溶菌酶(lysozyme)等, 從而進一步抑制病原菌的生長。

益生菌在腸道的作用機制

（引自Zorriehzahra et al., 2016)

　　但作為live organisms, 益生菌產品要發揮其作用, 首先必須得耐受住飼料加工和儲存得過程中。被動物攝取后，它還必須能夠不被胃酸所消滅，得經過萬里長征到達小腸，并在此繁殖； 而且還要有足夠數量的活菌以及很高的生長率，才能夠建立優勢、維持腸道微生物平衡。因此，如何篩選高效穩定的益生菌菌株，如何通過生產工藝使其能夠發揮最佳作用，都還是有待進一步研究的內容。

　　同益生菌不同，益生素（prebiotics）不是live organisms，但卻是可被益生菌所利用的營養物質，因此可以選擇性地促進有益菌的增殖。目前的益生素類產品主要是功能性纖維(functional fibers)或低聚糖 (oligosaccharides)。它們不能被單胃動物自身的消化酶所分解，因而可以進入消化道后端被微生物所利用。同時，益生素還可以直接吸附腸道內病原菌，直接參與腸道微生態的調節。

低聚糖直接參與腸道微生物的調節

(圖片來自網絡）

　　人類的母乳中就含有大量的低聚糖，這也是為什么母乳可以提高嬰兒免疫力的部分原因。2016年，美國奶粉生產商Abbott首次在其旗下Similac (雅培)嬰兒奶粉中加入低聚糖,  成為宣傳的熱點。殊不知，飼料用益生素的研究和使用已經早已開展了多年了。 #豬比人吃得好系列

雅培奶粉對低聚糖的宣傳

（圖片來自Similac)

　　與益生菌相比，益生素因為不是活物，自然更佳穩定，對飼料加工、儲存等環境的耐受性更高，并且不會被胃酸所滅。但是目前它的生產效率還較低，在實際生產中的使用仍然算不上普及。

　　至于酸化劑 --- 沒錯它又出現了 --- 除了提高消化功能外，酸化劑在調節微生物結構上的作用，表現在直接抑制飼料儲存過程中的微生物生長，并且抑制消化道中的有害菌生長，從而促進菌群健康。近年來熱門的短鏈脂肪酸類產品，比如丁酸 (butyric acid)，就具有殺菌抗菌，同時維護腸道屏障健康的功能。

酸化劑對豬腸道的作用機制

（圖片引自Addcon.com)

　　3.     提高腸道免疫功能---植物提取物 | 酵母衍生物

　　植物提取物 (phytobiotics) 是這幾年大熱的產品。2015年，歐盟首次批準的家禽飼用植物提取物產品，來自瑞士Pancosma公司 --- 一個由香芹酚(carvacrol)、肉桂醛(cinnamaldehyde)、和辣椒油樹脂(capsicumoleoresin)結合制成的產品。其宣傳的產品功能包括保護腸道屏障、增加消化酶分泌，還能提高營養物質消化吸收。隨后這些年，一大批植物提取物產品涌進市場，大量的動物實驗都顯現出它們對腸道免疫、動物生長性能的有益效果。有的研究結果看起來，你甚至會覺得它就是萬能選手 -- 消化吸收、抗菌消炎、腸道屏障、調節微生物結構，啥都能干好厲害。

Biomin公司對其植物提取物產品「Digestarom」的宣傳

（圖片來自Biomin)

　　同樣的，酵母及其衍生物類產品(yeast products)在眾多動物實驗中也初顯提升免疫功能和生長性能的優勢。這類產品的生產雖然也需利用活菌（酵母菌），但與益生菌不同，它并不能直接提供有益菌群， 而是由發酵產生的眾多活性物質的共同體，來發揮其作用。根據發酵工藝的不同，這類產品有的可能含有live organisms, 有的卻不含。前不久剛被嘉吉收購的Diamond V公司的主打產品XPC， 就是不含活菌的酵母發酵產品 --- 據稱XPC中含有300多種活性物質?？梢韵胂?，這么復雜的成分和作用，如何給產品定位是一個難題；而Diamond V最終將它定位為「Immune modulator」, 即免疫調控產品。

　　可以看出，植物提取物和酵母衍生物這一類產品的來源、成分之廣，活性物質含量不一，使大家很難進行科學比較。同時，因為這眾多的活性物質，我們對它們的作用機制還并不完全了解。目前只能依靠生長實驗的數據來指導實際生產，這就要求對每一種產品、每一種用法進行實地評估，因而難以避免地耗費大量時間與成本。而且，這些天然產品的成分是否穩定、它與飼料中其他營養成分或添加劑是否存在協同或抵抗效應、怎么用才是最經濟有效的，都是營養師們在實際使用時心中的一絲疑慮。

眼花繚亂嗎？這是不同植物提取物對家禽的可能作用機制

（引自Dhama et al., 2015)

　　除了上述幾種市場上最常見的抗生素替代品產品，還有許多正在研發推廣階段的新型產品，如卵黃抗體（IgY）、免疫球蛋白、噬菌體及其裂解酶、細菌致病力抑制劑等。這些產品在理論上都頗具潛力，比如有特異性免疫功能的卵黃抗體、具有抗菌作用的噬菌體等。但這些產品至少在目前實際生產中應用還極少，今天就暫且按下不表。

其它具有潛力的抗生素替代品：卵黃抗體、噬菌體等

（圖片引自Sharma et al., 2018)

　　你可能注意到了，這篇文章里，我沒有引用一點具體的研究數據。這是因為今天所討論的每一類產品都積攢了大量的科研進展，每一個細方向都是無數碩士博士專家的論文課題，值得花上更多功夫展開深入探討。所以今天的討論，僅從它們的定義和直接功能出發，但越來越多的研究發現，這些產品往往可以給動物帶來諸多間接益處。越往后，了解得越清楚，我們也許就越無法對之分類啦。可以肯定，這些產品都具備著提高動物健康的潛力，它們必然會在無抗時代占有自己的一席之地。

　　只是至今為止，還沒有一個產品可以完完全全地替代抗生素。如果回到開頭所講的抗生素的三大作用，我們就能發現，這些替代品產品都存在著局限性、不穩定性與未知性。

不同抗生素替代品產品在不同動物中的使用效果不一

（圖片引自pewtrusts.org)

　　如果抗生素替代品真的存在，那我們也無需談論營養策略了。策略之所以為策略，是因為我們不得不利用有限、非全能的資源來制定行動方針和斗爭方法，從而找到可以實現目標的方案集合。

　　如若從抗生素的作用機理出發，無抗思路其實很簡單，無非是做到以下三點：

　　1.    改善環境、加強管理；防疫、抗應激
　　2.    微生態平衡，腸道健康
　　3.    日糧結構，提高消化率

　　可是這三點看似簡單，要真正做到實屬不易。而這幾點恰恰屬于抗病營養理念范疇，提醒我們必須著眼于宿主和微生物的整體需求，從營養素、營養源、營養水平、添加劑這四大營養要素著手，以構建系統的抗病營養技術。

　　可以看出，這個過程需要動物營養學、環境學、微生物學、免疫學、細胞生物學、作物學等多學科以及實際生產的交叉融合。所以，科學家和生產者們必需打破信息繭房，共面挑戰，共享進展，共同推動養殖業在無抗時代朝可持續的方向健康發展。

-End-

　　來源：曦曦博士

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