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保護腸道類功能性飼料添加劑在蛋雞上的應用研究進展

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【摘要】:
摘要:隨著蛋雞養殖周期的不斷延長,產蛋后期蛋雞的生產性能和蛋品質受到了嚴重挑戰。飼料“禁抗”以后,保護腸道類功能性飼料添加劑的使用越來越普遍。如何篩選有效的功能性添加劑對于蛋雞的健康養殖生產至關重要。本文簡述了近幾年酶制劑、益生菌、植物精油和酸化劑在改善蛋雞腸道健康方面的應用研究進展。

本文已發表于《中國飼料添加劑》2021年第1期,全文如下:

 

保護腸道類功能性飼料添加劑

在蛋雞上的應用研究進展

劉偉  劉曉輝  廖玉雪  解慶柱

【安池(山東)動物營養研究院有限公司,山東 濟南 250013

 

摘要:隨著蛋雞養殖周期的不斷延長,產蛋后期蛋雞的生產性能和蛋品質受到了嚴重挑戰。飼料“禁抗”以后,保護腸道類功能性飼料添加劑的使用越來越普遍。如何篩選有效的功能性添加劑對于蛋雞的健康養殖生產至關重要。本文簡述了近幾年酶制劑、益生菌、植物精油和酸化劑在改善蛋雞腸道健康方面的應用研究進展。

關鍵詞:蛋雞、腸道健康、酶制劑、益生菌、植物精油、酸化劑

近幾年蛋雞的養殖周期不斷延長,市場行情好的情況下普遍超過500天。蛋雞在經過產蛋高峰期的高強度代謝之后進入產蛋后期,機體逐漸衰老,生產性能和蛋品質快速下降,脂肪肝、骨質疏松癥等代謝疾病凸顯加劇(周建民等,2019)。這其中一個重要原因是蛋雞腸道健康狀態隨養殖周期的延長而快速下降。腸道不僅是動物消化吸收營養物質的消化器官,也是保護機體健康的免疫器官。腸道通過腸上皮細胞形成的物理屏障,消化液、消化酶等物質形成的化學屏障,腸道微生物菌群形成的微生物屏障以及腸道免疫系統形成的免疫屏障來保護機體免受外源有害微生物的侵害。因此,腸道健康是蛋雞機體健康、發揮正常產蛋性能以及保證雞蛋品質的重要基礎 。

我國蛋雞養殖家庭農場的用料方式主要是自購玉米、豆粕、麩皮、石粉和預混料進行自拌料。在保證玉米 、豆粕等大原料品控的前提下,預混料的質量決定了蛋雞的生產性能和雞蛋品質。預混料主要為動物提供鈣、磷、鈉等常量元素,鐵、鋅、銅、錳、硒、碘等微量元素,脂溶性和水溶性維生素以及部分限制性氨基酸等基礎營養物質。這些營養物質的來源形式、使用量及不同元素之間的比例平衡對保障動物發揮正常生產性能至關重要 。除此之外 ,功能性飼料添加劑的使用是體現預混料產品品質高低的重要影響因素。長期以來,飼用抗生素一直作為一種最廉價有效的方案來解決畜禽腸道問題。自202071日飼用抗生素禁用以后 ,具有保護腸道健康功能的綠色安全型飼料添加劑成為替代抗生素的重要選擇。本文就酶制劑、益生菌、植物精油和酸化劑在改善蛋雞腸道健康方面的應用研究進展進行綜述。

  1. 酶制劑

根據改善畜禽腸道健康作用方式的不同,可將酶制劑分為主要的兩大類。第一類酶制劑的主要作用是降低飼料中的抗營養因子,提高飼料的消化吸收率,減少蛋白質、碳水化合物、鈣和磷等未消化營養物質隨糞便排出體外,減少未消化有機營養物質在腸道發酵產生氨、尿素 、吲哚等有害物質(BedfordSchulze1998),進而減輕腸道消化負擔,減少抗營養因子對腸道的損害,如植酸酶、蛋白酶、β-甘露聚糖酶、非淀粉多糖酶等。第二類是能夠間接或直接殺菌 ,調節腸道菌群平衡,如葡萄糖氧化酶和溶菌酶。近幾年科研和生產關注比較多是β-甘露聚糖酶和葡萄糖氧化酶。

1.1 β-甘露聚糖酶

我國養殖業使用的飼料配方結構以玉米-豆粕型為主。雖然豆粕為優質的植物源蛋白原料,但也含有很多抗營養因子。除了傳統的胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白等蛋白類抗營養因子,豆粕中還含有一些碳水化合物類抗營養因子,如β-甘露聚糖,在豆粕中約含有1.3%Dierick, 1989)。β-甘露聚糖是豆科植物細胞壁半纖維素的一部分,由D-甘露糖以β-14糖苷鍵連接而成的同聚多糖。單胃動物腸道可以分泌能夠水解α-14糖苷鍵同聚多糖(如淀粉)的消化酶,但不能分泌水解β-14糖苷鍵的消化酶。因此,未消化的β-甘露聚糖對單胃動物產生不利影響。β-甘露聚糖的抗營養作用主要表現在兩個方面。第一,和傳統的非淀粉多糖一樣,β-甘露聚糖在單胃動物腸道內溶于水后形成凝膠狀,增加了消化道食糜的粘性,減少食糜和消化酶接觸,降低營養物質的消化吸收率(李富偉等,2007);未消化的營養物質在腸道發酵利于有害微生物滋生,影響腸道健康 。Wu等(2005)研究報道,甘露聚糖具有增加動物消化道食糜黏度,影響IGF-1、胰島素和胰高血糖素的分泌,抑制血糖吸收等抗營養作用。第二 ,飼料中的β-甘露聚糖是分子免疫學中一類典型的病原相關分子模式,能被腸道免疫系統的特異受體識別,引發相應的免疫反應,加重炎癥(Stahl等,1998)。β-甘露聚糖酶是由遲緩芽孢桿菌發酵產生的一種內切酶 ,能夠自由切斷由半乳甘露聚糖、半乳葡甘露聚糖和甘露聚糖之間的β-14糖苷鍵。Wu等(2005)研究表明,在蛋雞日糧中添加β-甘露聚糖酶可以提高蛋雞的生產性能和玉米-豆粕型日糧的能量利用率。Lee 等(2013)等研究表明,β-甘露聚糖酶可以提高產蛋后期蛋雞的生產性能。Ryu 等(2017)等研究指出,無論日糧中甘露聚糖的含量高低,β-甘露聚糖酶對蛋雞的生產性能和營養物質的消化率都有正向作用。

    1. 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶國家農業農村部1999年認定的新型飼料添加劑。葡萄糖氧化酶是一種需氧脫氫酶,在動物胃腸道內催化葡萄糖和氧氣反應產生葡萄糖酸和過氧化氫(Maurizio 等,1995)。該反應消耗氧氣使腸道形成厭氧環境,可促進腸道內乳酸桿菌、雙歧桿菌等厭氧類有益微生物在腸道內增長繁殖,反應產生的過氧化氫能夠抑制霉菌 、大腸桿菌 、沙門氏菌等有害微生物,從而能夠調節腸道菌群結構(張曉云, 2006);該反應產生的葡萄糖酸可以降低畜禽腸道的pH,偏酸的環境有利于腸道內的消化酶保持活性,促進營養物質的消化吸收(馬可為等,2009)。因此,葡萄糖能夠從多角度改善動物的腸道健康。另外,葡萄糖氧化酶還具有一定的抗氧化作用。王前光等(2020)研究表明,在日糧中添加葡萄糖氧化酶可以提高試驗鴨血清谷胱甘肽過氧化物酶的含量,降低血清丙二醛的含量,表明葡萄糖氧化酶在動物體內能通過消耗分子氧或原子氧氧化葡萄糖,表現出增強機體抗氧化能力的作用。宋海彬等(2008)也發現,葡萄糖氧化酶不同程度地提高了肉雞血清谷胱甘肽過氧化物酶活性,降低了血清丙二醛含量,具有一定抗氧化和抗應激作用。

  1. 益生菌

益生菌是一類對宿主有益的活性微生物總稱。益生菌共有的功能是促進腸道內有益菌的生長,抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌的生長,保護腸道的微生態平衡 。另外 ,益生菌的一些代謝產物也有一定的益生功能。目前,商業飼料常用的益生菌添加劑主要有乳酸菌、芽孢桿菌和丁酸梭菌3類。

2.1 乳酸菌

乳酸菌是一類能利用可發酵碳水化合物產生乳酸的革蘭氏陽性細菌通稱(Gosalbes 等,2000)。我國農業農村部公布允許使用的微生物飼料添加劑有34種,其中有22種屬于乳酸菌。美國食品藥品監督管理局批準飼料中可以使用的微生物有42種,其中有30種屬于乳酸菌。乳酸菌在動物腸道內通過與病原菌爭奪營養物質來抑制病原菌的生長繁殖,同時,也通過與病原菌爭奪腸上皮細胞的定植位點競爭性排斥有害菌在腸上皮細胞上的黏附和定植,起到改善腸道菌群平衡的作用(譙仕彥等,2014)。乳酸菌的耐溫性、耐酸性和耐膽鹽能力都較差,高溫制粒、胃腸低pH或高鹽環境很容易破壞乳酸菌的細胞膜致其死亡失去活性。因此,飼用乳酸菌添加劑產品大都制成微膠囊或通過包埋、包衣等技術處理,提高抵抗胃腸道消化液的能力,保障活的乳酸菌進入腸道發揮益生功能。受菌種不同和包被技術不同等因素的影響,市場不同飼用乳酸菌類產品在畜禽生產中的應用效果差異較大,產品的價格差異也很大,效果表現優秀的乳酸菌類添加劑產品市場價格相對較高。

目前,常用的飼用乳酸菌添加劑主要有采用包被技術處理的屎腸球菌和糞腸球菌。這兩種菌在乳酸菌中屬于抗逆性相對較好的菌種,經包被處理可進一步提高其耐受性。Taras等(2007)和Simon2010)都證實,微膠囊化的屎腸球菌可以在豬的胃、空腸和結腸中定植,并在糞便中也可以檢測到 。Wu等(20182019)和Yuan等(2018)發現屎腸球菌可以增強腸黏膜屏障功能、調節腸道菌群平衡和增強腸黏膜免疫應答,緩解產氣莢膜梭菌誘導的腸道損傷。曹廣添等(2018)研究發現,在日糧中添加屎腸球菌可以顯著提高大腸桿菌感染肉雞的生長性能,提高免疫相關指數,改善盲腸內菌群多樣性。關靜姝和韓霞(2013)研究表明,在蛋雞日糧中添加250mg/kg屎腸球菌能夠改善產蛋后期蛋雞的生產性能。劉松等(2017)研究表明,在蛋雞日糧添加糞腸球菌能提高蛋雞的哈夫單位、蛋白高度和蛋黃顏色,降低血清和蛋黃的總膽固醇含量,調節腸道微生物數量。

2.2 芽孢桿菌

芽孢桿菌是一類自然界較為常見的細菌,其產生的芽孢可在多種極端環境中生存,具有較強的抗逆性(Abbas2019)。常用的飼用芽孢桿菌添加劑有枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌。枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌為芽孢桿菌屬的一種,需氧型,呈革蘭氏陽性 ,具有耐高溫 、耐胃酸的特性 ,可以經受高溫制粒,不易受到胃腸道中各種酶的影響;能夠有效地定植于腸道內,消耗腸道內的氧氣形成厭氧環境,促進有益厭氧菌的生長,抑制需氧有害菌的生長,維護腸道菌群平衡,同時還能分泌蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多種消化酶(Rozs 等,2001),促進營養物質的消化吸收,激活體液免疫,提高免疫功能,改善動物機體健康(Lei等,2013)。Lei等(2013)研究表明,在蛋雞日糧中添加地衣芽孢桿菌能夠提高產蛋量,提高蛋殼厚度和蛋殼強度,增加腸絨毛高度,降低隱窩深度,提高腸道健康。Chen等(2020)等研究發現,枯草芽孢桿菌能增強蛋雞腸道的抗氧化能力和腸道免疫屏障功能,有助于提高蛋雞的產蛋性能。Guo等(2018)等通過生物信息學分析顯示,添加枯草桿菌引起的上調基因通過參與過氧化物酶體增殖劑激活受體信號通路,淀粉和蔗糖代謝途徑,甘氨酸/絲氨酸/蘇氨酸代謝途徑和半乳糖代謝途徑,來促進營養物質吸收,為枯草桿菌對蛋雞的益生機制提供了新的認識。

2.3 丁酸梭菌

丁酸梭菌在生物學分類上屬于厚壁菌門梭菌屬,屬于專性厭氧芽孢桿菌,菌體可以產生芽孢,抗逆性較強,具有較好的耐高溫、耐酸和耐膽鹽等特性,對飼料加工過程中的高溫高壓制粒以及消化道環境具較好的抵抗力,在動物腸道中停留的時間長(孔青, 2006)。和其它益生菌一樣,丁酸梭菌也可以促進腸道內有益菌的生長,抑制有害菌生長,保護腸道內的微生態平衡。除此之外,丁酸梭菌比較特殊的作用就是能在畜禽腸道內產生乙酸、丁酸及乳酸等小分子代謝物(鄭愛娟等,2019),其中丁酸是腸道上皮細胞的主要供能物質,為上皮細胞的增殖提供能量,對腸道上皮組織的修復和再生有重要作用(趙敏孟等,2018)。另外,丁酸梭菌還能夠通過誘導腸道上皮細胞中炎癥因子和抗炎因子的表達來提高腸道免疫功能(王騰浩,2015),能增強腸道黏膜中谷胱甘肽轉硫酶的活性和增加谷胱甘肽的含量,降低丙二醛的含量,提高動物腸道的抗氧化性能(廖秀冬,2015)。因此,丁酸梭菌對于維持產蛋后期蛋雞腸道上皮細胞的完整性和腸道健康具有重要意義。Zhan等(2018)等研究發現,日糧中添加丁酸梭菌能夠提高產蛋后期蛋雞的免疫功能、增強抗氧化能力,改善產盲腸菌群結構,提高產蛋后期蛋雞的生產性能和蛋品質。Wang等(2020)研究表明,丁酸梭菌能夠改善產蛋后期蛋雞的腸道吸收功能,提高產蛋后期蛋雞對飼料的利用效率和蛋黃顏色。

  1. 植物精油

植物精油是植物根、莖、葉、花、種子、果實或樹皮等部位分泌出的芳香氣味分子,含有萜烯、醇、酚、醛、酮、酯和其他復雜的碳氫化合物(Gema, 2020)。植物精油的主要成分有4類。第一類為萜烯類化合物,如沉香醇和香葉醇等;第二類為芳香族化合物,如百里香酚和香芹酚等;第三類為脂肪族化合物,如異戊醛和芳樟醇等;第四類為含氮和含硫類化合物,如具大蒜中的大蒜素和洋蔥中的三硫化物等(馮棟梁等,2018)。

植物精油可以降解細菌的細胞壁和破壞細胞膜的蛋白質結構,對沙門氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、彎曲桿菌等20種致病性具有很強的抗菌作用(Crandall等,2015)。植物精油含有多種抗氧化活性成分,具有一定的抗氧化功能,具體機制包括:酚類成分結合過氧自由基,降低或將清除氧自由基的活性;酚羥基與Fe2+Cu2+等金屬離子螯合,阻斷生物氧化過程,減少金屬離子誘導的自由基的生成;萜烯類化學物質提高體內抗氧化酶的活性,促進其發揮抗氧化活性(馮棟梁,2018)。良好的抗氧化功能可以緩解蛋雞腸道、輸卵管和機體遭受氧化損傷的程度,有助于產蛋后期蛋雞維持穩定的產蛋性能和較好的蛋品質。植物精油可以改善畜禽腸道健康,增強腸道吸收能力,提高動物機體免疫力(Mour等,2006)。Mitsch等(2004)研究表明,植物精油混合物(百里香酚和香芹酚)可以抑制產氣莢膜梭菌在肉仔雞腸道中的定植和增殖,有助于預防壞死性腸炎的發生。張文靜(2007)等研究表明,植物精油可以通過改善機體的抗氧化性、抑制腸道有害菌以及刺激食欲來改善畜禽的生產性能,提高免疫功能。楊建平等(2020)研究表明,在日糧中添加150 mg/kg復合植物精油(八角茴香精油和百里香精油) 能夠改善58周齡海蘭褐蛋雞的生產性能,加深蛋黃顏色,提高盲腸擬桿菌門的相對豐度,降低盲腸厚壁菌門和梭桿菌門的相對豐度,改善盲腸腸道菌群結構。Abdel-Wareth等(2016)研究表明,在飼料中添加百里香酚能夠提高24 ~ 36周齡蛋雞的蛋重、產蛋量、飼料轉化率和蛋殼質量。Wang 等(2020)研究發現,在飼料中添加富含精油的薄荷葉能夠提高64-76周齡產蛋后期蛋雞的產蛋率、飼料轉化率和蛋殼質量。

  1. 酸化劑

飼用酸化劑是一種無殘留、無抗藥性、無毒害作用的環保型綠色添加劑。我國農業農村部發布的《飼料添加劑品種目錄(2013)》中允許使用的酸化劑種類較多,主要是有機酸化劑及有機酸鹽,包括甲酸、甲酸銨、二甲酸鉀、乙酸、雙乙酸鈉、丙酸、丙酸銨、乳酸、苯甲酸、山梨酸、蘋果酸、酒石酸、富馬酸和檸檬酸等。酸化劑的研究和應用主要在斷奶仔豬階段,用于降低飼料系酸力,降低并穩定腸道pH、抑制腸道有害菌繁殖、促進日糧中營養物質消化、提高腸道消化酶活性等多種生物學作用(何榮香等,2020)。

在蛋雞養殖生產中,水溶性酸化劑可用于飲水,也可用于定期清理飲水線,既能改善飲水衛生,又能改善腸道健康。周嶺等(2016)研究發現,由甲酸、乳酸、丙酸、丁酸和乳酸組成的復合酸化劑能夠提高蛋雞抗氧化能力和免疫力,降低臟蛋率,減輕機體和雞蛋的沙門氏菌感染。楊建平等(2020)等研究發現,在蛋雞日糧添加苯甲酸可以降低破殼蛋率和暗斑蛋的發生率。劉艷利等(2015)研究發現,在蛋雞飼料中添加酸化劑(丁酸甘油酯、丁香油、肉桂油和牛至油)可以提高蛋雞腸道淀粉酶和胰蛋白酶的活性,降低消化道大腸桿菌的數量,能夠改善蛋雞飼料轉化效率和蛋品質。Gong等(2020)研究表明,在日糧中添加苯甲酸對蛋雞的產蛋性能沒有影響,但能顯著提高蛋品質,能夠改善腸道形態結構和豐富腸道微生物組成,對腸道健康有積極的調節作用。Yang等(2019)等研究發現,有機酸和精油組合(山梨酸、富馬酸和百里香酚)能夠提高蛋雞腸道絨毛高度,能夠通過提高腸道營養物質轉運蛋白的表達量來改善腸道的消化吸收能力和屏障功能。

在飼料端禁抗,養殖端嚴格限抗以及人類對安全優質畜產品的需求越來越高的背景下,飼料企業需要在可控的成本之內不斷地對配方技術進行升級。因此,新型綠色飼料添加劑對于養殖業的可持續發展將發揮愈來愈重要的作用。然而,單一飼料添加劑在抑菌效果以及改善畜禽生產性能上與飼用抗生素仍有較大的差距,不同類型添加劑組合使用成為新趨勢。目前市場飼料添加劑種類繁多,不同添加劑的種類、來源、組合方式、配方結構以及加工工藝等因素都會對其使用效果造成影響。而且添加劑所占有的配方成本遠遠高于抗生素。因此,具有雄厚的研發實力和規模化動物實驗場的飼料企業對功能性添加劑的評估將更加嚴格和科學,對添加劑的組合使用效果將更加清晰,未來飼料企業的研發實力對提高產品品質和推動企業發展所起的作用越來越重要。

 

 

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