豬飼料中酸化劑替代抗生素的前景分析

孟俊英，賈 驥，羅長(zhǎng)輝

（1.廣州智特奇生物科技有限公司，廣州 510663；2.遼寧省重大動(dòng)物疫病應(yīng)急中心，沈陽(yáng) 110161）

抗生素作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑用于豬禽飼料已有50多年的歷史。但由于抗生素大范圍應(yīng)用而引起的藥物殘留和耐藥性，可能導(dǎo)致人類自身的健康受到威脅。所以，2006年歐盟頒布在飼料中全面禁用抗生素的法令，日本和韓國(guó)也分別在2008年和2011年宣布禁止在畜禽飼料中使用抗生素。在此期間，對(duì)于畜禽飼料中抗生素替代品的研究就成為飼料科研人員的工作重點(diǎn)。研究表明，抗生素的促生長(zhǎng)作用完全歸因于其抗菌活性和由此帶來(lái)的動(dòng)物生理效應(yīng)。因此，尋找抗生素替代物更加重視具有抗菌活性的天然分子物質(zhì)。在歐盟所推薦的產(chǎn)品中，有酸化劑、甜味劑、香味劑、微生態(tài)制劑、酶制劑、植物提取物等。本文就酸化劑替代抗生素的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景作一分析。

1 酸化劑的概念、種類和作用機(jī)理

酸化劑從最初的以降低飼料pH為目的到目前的以提高動(dòng)物腸道健康水平、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)為目的，是與人們對(duì)幼齡動(dòng)物腸道發(fā)育的理解逐漸深入分不開的。最初，酸化劑大多以無(wú)機(jī)酸為主，曾經(jīng)認(rèn)為無(wú)機(jī)酸的主要作用是降低pH，有機(jī)酸的功能是抑菌和抗菌。而斷奶仔豬首要解決的問(wèn)題是降低胃內(nèi)pH。但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)酸的抗菌作用是pH依賴型的，其抗菌作用與其在腸道的解離狀態(tài)密切相關(guān)。這些有機(jī)酸是由結(jié)構(gòu)為R-COOH組成的簡(jiǎn)單羧酸類，包括脂肪酸和氨基酸。但是，并非所有這些有機(jī)酸都對(duì)腸道微生物區(qū)系有作用。事實(shí)上，與特定抗菌活性有關(guān)的有機(jī)酸都是短鏈酸（C1-C7），它們或是簡(jiǎn)單的一元羧酸如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸，或是帶有一個(gè)羥基（通常在a -碳原子上）的羧酸如乳酸、蘋果酸、酒石酸和檸檬酸。這些酸的部分鹽類也顯示有促進(jìn)生長(zhǎng)的作用。與抗生素相比，有機(jī)酸的抗菌功能主要是：

1.1 殺菌防霉作用

由于有機(jī)酸在低pH環(huán)境下是親脂的，并且可以自由擴(kuò)散到細(xì)菌或真菌細(xì)胞中。一旦進(jìn)入細(xì)胞，pH的變化就會(huì)引起這些弱酸的離解。有機(jī)酸的多重作用就是由于這種細(xì)胞內(nèi)的離解和由此引起的細(xì)胞反應(yīng)。抗菌活性是在腸道腸腔中，有機(jī)酸解離出的自由質(zhì)子（或許還有陰離子）對(duì)細(xì)菌或真菌細(xì)胞的損害作用的結(jié)果。低pH對(duì)有機(jī)酸抗菌活性的重要性，可以解釋為其對(duì)酸的離解的影響。在低pH條件下，大多數(shù)有機(jī)酸以非離解形式存在。非離解有機(jī)酸是親脂的，并能擴(kuò)散到細(xì)胞膜中，包括細(xì)菌和霉菌的細(xì)胞膜。一旦在細(xì)菌胞質(zhì)中pH較高，就會(huì)引起酸的離解，造成細(xì)胞內(nèi)容物pH降低，從而對(duì)酶學(xué)反應(yīng)和營(yíng)養(yǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)體系產(chǎn)生破壞性作用。另外，將H+轉(zhuǎn)移到胞外是耗能過(guò)程，這將降低用于擴(kuò)散的可利用能量，達(dá)到一定程度的殺菌作用。這種直接抗菌活性可促成有機(jī)酸作為防腐劑的使用。

抗生素的主要作用是抗菌；其對(duì)消化率和生產(chǎn)性能的改善作用，可以解釋為對(duì)胃腸道微生物區(qū)系的影響及隨之免疫刺激的減少。有機(jī)酸具有抗菌活性，但同時(shí)還顯示出抗菌活性以外的效果。某些細(xì)菌品種的減少與飼喂有機(jī)酸有關(guān)，對(duì)于一些耐酸品種如大腸桿菌、沙門氏菌和彎曲桿菌尤為有效。

1.2 提高動(dòng)物對(duì)飼料中蛋白質(zhì)和能量的消化率

抗生素和有機(jī)酸都能提高動(dòng)物對(duì)飼料中蛋白質(zhì)和能量的消化率。其作用方式是降低動(dòng)物的基礎(chǔ)免疫應(yīng)答水平，通過(guò)降低氨、抑制細(xì)菌生長(zhǎng)或代謝、或降低有害微生物總量的方式，促進(jìn)機(jī)體免疫介質(zhì)的合成與分泌。Eckel等（1992）和Eidelsburger 等（1992）曾描述斷奶仔豬飼喂1.25%甲酸時(shí)，胃、小腸和盲腸中氨的濃度顯著降低的情形，這可能由于氨基酸的微生物脫氨減少，氨基酸的吸收增強(qiáng)所致，最終的觀察結(jié)果是飼喂有機(jī)酸的豬，氮的消化率提高，氨的排出減少。

與抗生素不同，有機(jī)酸的抗菌活性依賴于pH。在胃內(nèi)，當(dāng)pH的降低到更有利于胃蛋白酶活性的最佳值時(shí)，在胃蛋白酶原被激活的同時(shí)，也激活了和蛋白消化有關(guān)的其他酶原。低pH的另一個(gè)作用是提高微生物植酸酶的活性。微生物植酸酶有2個(gè)最適pH，即pH 2.5和pH 4.5～4.7，而且植酸在較低pH條件下易溶解得多，這些作用結(jié)合起來(lái)，表現(xiàn)為動(dòng)物對(duì)飼料中磷的消化率和存留量均有改善。

1.3 調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)環(huán)境

有機(jī)酸具有改變腸道微生物區(qū)系的作用，包括與酸化有關(guān)的其他作用，消化酶和微生物植酸酶活性的提高以及胰腺分泌的增加。還有證據(jù)表明，有機(jī)酸的存在，可以促進(jìn)胃腸黏膜的生長(zhǎng)，尤其是一元脂肪羧酸如丁酸。有機(jī)酸能降低豬腸腔里消化物的pH，特別是在前腸。

1.4 促進(jìn)生長(zhǎng)

研究證實(shí)，有機(jī)酸對(duì)生長(zhǎng)豬生產(chǎn)性能有影響，尤其是早期斷奶仔豬。Partanen（2001）綜述此前這方面的文獻(xiàn)，在只考慮單個(gè)酸的存在而不考慮抗生素和銅的情況下的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。在對(duì)46頭斷奶仔豬和23頭育肥豬的試驗(yàn)中，添加甲酸、延胡索酸、檸檬酸和二甲酸鉀使飼料報(bào)酬顯著改善。

2 酸化劑與抗生素作用比較

酸化劑在抗菌性能方面與抗生素有共同之處，但作為抗生素的替代性產(chǎn)品，酸化劑還具有如下優(yōu)勢(shì)：

2.1 直接營(yíng)養(yǎng)作用

現(xiàn)今以乳酸、檸檬酸、富馬酸、蘋果酸等有機(jī)酸為主要成分的酸化劑，在動(dòng)物胃腸道中除了殺菌抑菌之外，大都可以進(jìn)入腸道上皮細(xì)胞，氧化供能，因而不存在殘留，污染動(dòng)物體外環(huán)境。而抗生素大多為細(xì)菌或霉菌發(fā)酵、純化而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，殺菌譜廣，部分經(jīng)機(jī)體吸收入血，經(jīng)肝、腎降解后排出體外（如紅霉素），部分不被吸收而直接排入體外環(huán)境（如黃霉素），大多不能為機(jī)體吸收利用。

2.2 無(wú)抗性

細(xì)菌對(duì)于一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是具有適應(yīng)性的，而有機(jī)酸如乳酸，是一些細(xì)菌代謝的終產(chǎn)物，不能被細(xì)菌利用；而部分抗生素可進(jìn)入到細(xì)菌的細(xì)胞之內(nèi)，通過(guò)抑制或干擾細(xì)菌DNA的復(fù)制達(dá)到抑菌目的，如此則一旦細(xì)菌的DNA出現(xiàn)耐性質(zhì)粒，則該抗生素的效果即消失，這也正是歐盟在飼料中禁用抗生素的初衷。并且試驗(yàn)證實(shí)，耐藥性細(xì)菌在經(jīng)過(guò)數(shù)十代的脫敏培養(yǎng)之后，又重新對(duì)該抗生素藥物敏感。所以與抗生素相比，酸化劑在此方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.3 經(jīng)濟(jì)性

酸化劑和抗生素單就添加的經(jīng)濟(jì)性而言，是略遜于后者的。添加抗生素的收益能達(dá)到1∶8～10，而添加酸化劑的收益一般在1∶5～8。我們知道，抗生素的添加效果在環(huán)境比較差的飼養(yǎng)場(chǎng)效果更明顯，而在環(huán)境良好的養(yǎng)殖場(chǎng)則效果不明顯甚至有負(fù)作用。酸化劑則不同，它的作用效果相對(duì)溫和，對(duì)機(jī)體腸道內(nèi)環(huán)境只起到調(diào)節(jié)作用，因而長(zhǎng)期效益更為突出。不過(guò)考慮到飼料的適口性提高、貯存期延長(zhǎng)等附加價(jià)值，則在飼料中應(yīng)用酸化劑，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

3 酸化劑替代抗生素的前景

現(xiàn)今國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)形勢(shì)下，資源與環(huán)境的矛盾日益突出，養(yǎng)殖業(yè)逐漸向?qū)I(yè)化、規(guī)?；⒓瘓F(tuán)化的方向發(fā)展。與此同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)食品安全的關(guān)注度也越來(lái)越高。最近5年來(lái)，國(guó)內(nèi)飼料業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)遭遇的一系列事件，已經(jīng)使業(yè)內(nèi)人士越來(lái)越重視飼料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。飼料原料及添加劑產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，是首要考慮的問(wèn)題。

3.1 禁用抗生素得到業(yè)內(nèi)更多認(rèn)可

近年來(lái)的一些報(bào)告顯示，在丹麥、瑞典等養(yǎng)豬業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，禁用抗生素之后并沒(méi)有造成豬只的疫病泛濫和大批死亡，反而豬只的生產(chǎn)性能穩(wěn)步提高。如今1頭母豬年提供商品仔豬數(shù)在20頭以上，而我國(guó)目前1頭母豬年提供商品仔豬數(shù)僅能達(dá)到13～14頭，要知道我國(guó)每年要花去大量的外匯購(gòu)買最好的種豬，就豬種而言，差異并沒(méi)有那么大。那么差異就在于養(yǎng)豬業(yè)的規(guī)范化程度。在過(guò)去的很長(zhǎng)時(shí)間里，國(guó)內(nèi)養(yǎng)豬業(yè)主要靠廣大的散養(yǎng)戶支撐的，養(yǎng)豬條件簡(jiǎn)陋，基本沒(méi)有相應(yīng)的疫病防治措施。在2003—2006年這幾年中，大多飼養(yǎng)者仍是單單增加了圈欄數(shù)量，而沒(méi)有后續(xù)的防疫措施；大量非農(nóng)企業(yè)和個(gè)人的介入又為這一現(xiàn)象推波助瀾，結(jié)果導(dǎo)致2006年下半年疫病的大暴發(fā)。

其實(shí)，2010年是一個(gè)契機(jī)，當(dāng)時(shí)玉米價(jià)格一路攀升，一些中小型養(yǎng)豬戶由于資金缺乏，或是改用配合料，或是棄養(yǎng)，配合飼料市場(chǎng)份額開始迅速擴(kuò)大，這為抗生素的規(guī)范使用創(chuàng)造了很好的機(jī)會(huì)，畢竟飼料環(huán)節(jié)的工業(yè)化程度高于養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。農(nóng)業(yè)部適時(shí)出臺(tái)了1224號(hào)文件，以及《飼料原料目錄》、《飼料添加劑目錄》，加上之前的168公告，這樣真正能在飼料中應(yīng)用的藥物飼料添加劑（包括抗生素）的品種就十分有限。2008年和2011年，日本和韓國(guó)先后宣布在飼料中禁用抗生素。因此，國(guó)內(nèi)禁用抗生素的呼聲也日益高漲。

3.2 消費(fèi)者對(duì)健康和環(huán)保的意識(shí)增強(qiáng)

現(xiàn)今，人們對(duì)豬肉的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，對(duì)風(fēng)味、口感、外觀等更為“挑剔”，這就使得生產(chǎn)企業(yè)愿意把更多的投入用于保持豬的健康方面。為了保證生豬質(zhì)量，屠宰產(chǎn)業(yè)鏈向上、飼料企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈向下延伸到養(yǎng)豬環(huán)節(jié)上來(lái)。不過(guò)，之前的養(yǎng)豬小區(qū)由于門檻低，一直給人以臭氣熏天、蒼蠅亂飛的景象。所以，新建的養(yǎng)豬場(chǎng)特別是規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)由于技術(shù)、資金、管理等原因，并不如人意，并且在環(huán)保和生物安全方面，規(guī)?；i場(chǎng)欠缺的很多，但總體的環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)。

3.3 酸化劑研發(fā)方面的不斷革新

在酸化劑研發(fā)方面，從最初的無(wú)機(jī)酸為主到有機(jī)酸與無(wú)機(jī)酸復(fù)合，再到有機(jī)酸為主，并且開發(fā)針對(duì)仔豬特定生理階段的包膜型酸化劑，用了不到15年時(shí)間。正如動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)界蛋白質(zhì)研究不斷聚焦低分子功能肽一樣，短鏈脂肪酸研究也是目前脂肪酸研究的熱點(diǎn)。雖然丙酸、乙酸等酸化劑的功能早在20世紀(jì)80年代已開始受到人們的重視。由于短鏈脂肪酸本身?yè)]發(fā)性較強(qiáng)，且對(duì)人體有一定的刺激性。因此，酸化劑的載體處理就成了很關(guān)鍵的一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。有報(bào)道稱，使用經(jīng)包被的某酸化劑斷奶仔豬的腸道較對(duì)照組增加1.6 m。為了滿足飼料混合均勻度的要求，流散性也成為酸化劑應(yīng)用的一個(gè)考察方面。總之，對(duì)酸化劑研究的深入能幫助飼料配方設(shè)計(jì)人員更好地應(yīng)用酸化劑。如調(diào)整飼料組分，選擇酸結(jié)合力較低的飼料原料，控制飼料中石粉、磷酸氫鈣及藥物用量等。

從以上分析來(lái)看，酸化劑作為抗生素替代物，在豬飼料中的應(yīng)用前景十分令人看好。