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饲用植物及其提取物在饲料替抗中的应用

导读:饲用植物是指农业农村部相关文件批准可以用于商品饲料生产的有一定应用功能的植物,收录于《饲料原料目录》7.6其他可饲用天然植物,具体产品表现形式有以干燥粉或粗提物为基础的饲料原料和以精提取物为基础的饲料添加剂。饲用植物及其提取物含多种功能活性成分,具有抗微生物、抗炎、抗氧化、促生长、防治腹泻、增强免疫力、改善肠道健康等作用,是饲料替抗产品和替抗技术开发的重要来源。文章综述饲用植物及其提取物在饲用替抗方面的研究与应用,以期为饲用植物及其提取物相关替抗产品开发和技术应用提供参考。全文已在《饲料工业》2020年第12期刊出。
抗生素是指经微生物培养或化学合成而得到的具有特异性杀灭微生物作用的物质。1928年,英国科学家亚历山大·弗莱明首次发现青霉素,人类进入抗生素时代。1946年,美国科学家Moore等[1]首次发现在肉鸡饲料中添加抗生素具有促生长作用,自此全球畜牧业进入抗生素促生长时代。抗生素作为添加剂广泛应用于猪、禽、牛、羊、水产动物等动物饲料中。在动物饲料中添加低于治疗剂量的抗生素可以促进动物生长、提高饲料转换效率、降低畜禽发病率和死亡率[2-3]。虽然饲用抗生素为养殖业的发展做出了重要贡献,但是长期添加使用,导致了细菌耐药性、环境污染、动物源食品药物残留、公共健康安全隐患等问题[4-5]。禁止将饲用抗生素用于动物生产已成为世界各国的共识和必然趋势。欧盟于2006年全面禁止抗生素作为饲料添加剂使用。我国农业农村部于2019年9月发布194号公告,“自2020年1月1日起,退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种”[6],自此,我国畜牧养殖业进入饲料无抗时代。随着全球饲用禁抗进程深入,寻找安全有效的饲用抗生素替代品成为全球研究的热点,市场迫切需求安全、高效的饲用抗生素替代产品[7-8]。饲用植物及添加剂具有资源丰富、来源天然、功能全面、安全性高、低毒副作用、不易产生耐药性、无(低)残留等优势,是动物生产中饲用抗生素的理想替代品之一。本文综述饲用植物及其提取物在饲用替抗方面的研究与应用,以期为饲用植物及其提取物替抗产品开发及在动物生产过程中饲用替抗方面的应用提供参考。
1 饲用植物及其提取物概况
饲用植物即可饲用天然植物,是指农业农村部相关文件批准可以用于商品饲料(或基质)生产的有一定应用功能的植物,具体表现形式有饲用植物粉和饲用植物提取物,其中产品形式为饲料原料,如饲料原料甘草粉、饲料原料甘草粗提物。2018年国家颁布了《天然植物饲料原料通用要求国家标准(GB/T 19424—2018)》[9],对天然植物饲料原料的质量安全和规范使用进行了约束,对饲用植物相关产品的开发和应用具有规范性意义。饲用植物提取物根据其提取分离工艺和产品质控标准区分为饲用植物粗提物和饲用植物精提物。饲用植物粗提取物是指经水或醇提取,未加分离单元流程的简单提取物,产品表现形式为饲料原料,如饲料原料——甘草粗提物。饲用植物精提取物是指在粗提后,通过分离纯化工艺过程,对标识成分有量化质控要求或功能组分乃至纯化提取物,一般按注册程序被批准为饲料添加剂,如杜仲叶提取物。植物提取物饲料添加剂是指以植物提取物(活性成分)为主要有效成分,按照饲料添加剂注册程序开发的饲料添加剂产品,如杜仲叶提取物、淫羊藿提取物、迷迭香提取物等。饲料原料目录收录及批准的饲用植物有117种,多为药食同源的中草药,但是中草药绝不等同于饲用植物。目前期刊杂志上,常见有以“中(草)药饲料添加剂”等相关表述,且市场上常见有“中(草)药饲料添加剂”、“中(草)药提取物”等形式的产品,并被厂商利用相关概念进行宣传炒作。笔者认为“中(草)药饲料添加剂”的概念是不科学的,至少是不严谨的,我国经饲料添加剂注册程序被批准的饲料添加剂中并没有“中(草)药饲料添加剂”的品类;中(草)药和饲料添加剂是两个独立的概念,中(草)药代表其药物属性,而饲料添加剂一般具有功能属性。目前动物生产中应用的植物源产品合乎法规的分类为:①天然植物饲料原料即可饲用植物,包括《饲料原料目录》7.6其他可饲用天然植物中收录的117种药食同源植物;②植物提取物饲料添加剂,即以植物提取物为主要有效成分,按照饲料添加剂注册程序开发的饲料添加剂产品,包括收录于《饲料添加剂目录》、食品用香料及农业农村部批准暂未列入《饲料添加剂目录》的新饲料添加剂产品;③中兽药,即以中药材为原料,按照兽药注册程序注册批准的用于临床疾病治疗,或预防动物疾病并达到改善或提高生产性能的药物;④中兽药药物饲料添加剂,即收录于《药物饲料添加剂目录》的中兽药产品,可在饲料和养殖过程中长期添加使用,值得注意的是农业农村部194号公告宣布“退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种”及“改变中药类药物饲料添加剂管理方式,不再核发‘兽药添字’批准文号,改为‘兽药字’批准文号”,即取消药物饲料添加剂品类,在药品质量标准和标签说明书上通过“兽用非处方药”的标示及“可在饲料和养殖过程中长期添加使用,无休药期”的使用说明,来与治疗用兽药进行区分。

饲用植物的主要功能活性成分为植物自然生长过程中合成的次级代谢产物,如生物碱类、多酚类、挥发油类、黄酮类、植物多糖类、有机酸类、皂苷类等[10]。不同的植物品种,其活性成分存在差异,且饲用植物中功能活性成分并不是单一的化合物,往往表现为一类功能活性组分(或类组分物质),因此饲用植物一般具有多种功能特性,但根据其主要活性物质含量,某种饲用植物及其提取物应具有某一种主要功能特性。植物提取物是饲用植物开发添加剂产品的主要形式,根据功能活性成分组成一般具有抗微生物、抗氧化、促生长、防治腹泻、增强免疫力、改善肠道健康等作用[11]。

2 饲用植物及其提取物在饲料替抗中的应用
饲用植物及其提取物开发的相关产品富含植物功能活性成分,在改善动物健康、预防动物疾病、促进动物生长方面具有积极效果,可以作为饲用抗生素替代品在动物生产中应用。2.1 “整肠、抗炎、促生长”饲用抗生素替代技术笔者根据多年的植物提取物研究和博落回系列饲用替抗产品开发的经验总结了“整肠、抗炎、促生长”的饲用抗生素替代技术,即通过调控肠道微生物,维护肠道完整性,降低肠道炎症,最终达到促进动物生长的目的。“整肠”,指调控肠道菌群和维护肠道(小肠绒毛)完整性。可通过宏基因组技术开展靶标类组分与肠道菌群互作和影响菌群代谢的研究,诠释菌群调控机制。同时研究目标物质对受损小肠绒毛修复或促进绒毛生长,促进免疫因子的大量释放,从而提高机体的抗病能力。“抗炎”,即降低机体炎症。炎症将导致动物大量能量的无效消耗,进而影响生长和发育[12-13],通过降低机体炎症可以提高机体能量利用效率,促进动物合成代谢。基于食品源养殖动物生存时间相对较短,只要能在屠宰前防止炎症发生,从而保障动物生长性能不受影响。“促生长”指通过改善消化及营养吸收器官肠道的健康,降低炎症发生率,从而保证达到“促生长”的目标,往往通过饲料转化率(FCR)来表征。基于“整肠、抗炎、促生长”的饲用抗生素替代技术设计开发新的饲用抗生素替代产品或复配组合技术,重点从富含精油和酚酸类化合物中寻找具有抗氧化应激和调节肠道菌群的功能物质,从富含生物碱类化合物中寻找具有抗炎和调控肠道完整性的功能物质,开发为具有减少疾病,促进生长,提高饲料报酬功效的新兽药或饲料添加剂,也可利用饲用植物提取物进行复配达到饲料无抗。

2.2 饲用植物及其提取物在饲用替抗中应用

随着全球饲料禁抗浪潮的推进及我国饲料禁抗时间点的迫近,饲用替抗技术和饲用替抗产品开发和研究成为动物生产领域的重点课题,欧盟自2006年饲料禁抗以来积累了一些饲用替抗经验,其中植物提取物就是很重要的饲用替抗产品和技术的来源[14]。近年来,学术期刊报道了大量关于植物精油、杜仲、桑叶、金银花、迷迭香等饲用植物及其提取物在饲用替抗方面的应用研究。

2.2.1 植物精油(Essential oil,EO)

植物精油是植物自然生长过程中合成的一类次生代谢产物,有特殊芳香味,常温下多为油状液体,具有一定的挥发性。植物精油成分复杂,多为几十种物质的混合物,主要包括萜烯类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫化合物4类基本成分。植物精油一般具有诱食、抗氧化、抗微生物、提高免疫力、改善消化等作用,作为饲用替抗产品在畜禽生产中被广泛应用于促进动物生长和改善动物健康[15-16]。燕磊等[17]研究表明肉鸡日粮中添加不同植物精油(100~300 mg/kg)可达到与维吉尼亚霉素(20 mg/kg)同等生长性能,且可促进肉鸡十二指肠绒毛发育。宋军帅等[18]研究表明断奶仔猪日粮添加由3%桉树精油、2%香芹精油、0.5%百里香精油、0.1%柠檬精油、0.1%大蒜精油、5%薄荷精油组成的复合植物精油(200 mg/kg),与添加饲用抗生素(96 mg/kg延胡索酸泰妙菌素+75 mg/kg金霉素+200 mg/kg吉他霉素)日粮相比,仔猪平均日增重显著提高,采食量增加,料肉比降低,腹泻率和死淘率降低。Mathlouthi等[19]研究表明肉鸡日粮中添加牛至精油(100 mg/kg)或迷迭香精油(100 mg/kg)或牛至迷迭香混合精油(100 mg/kg)与添加阿维拉霉素(44 mg/kg)对肉仔鸡生长性能无明显差异。Hernandez等[20]研究表明肉仔鸡日粮中添加200 mg/kg牛至、肉桂、胡椒复合植物精油与10 mg/kg的硫酸黏杆菌素具有同等的生长性能。肉鸡日粮中添加125 mg/kg牛至、茴香和柑橘皮复合植物精油与添加100 mg/kg土霉素相比,肉鸡增重和采食量无明显差异,全期料肉比显著降低[21]。

2.2.2 杜仲(Eucommia ulmoides)

杜仲是我国传统药食同源的中药材,在《饲料原料目录》可饲用天然植物类中收录了杜仲(7.6.23)和杜仲叶(7.6.24),其主要应用部位为树叶和树皮。杜仲叶富含丰富的天然活性成分,如绿原酸、杜仲黄酮、杜仲多糖等,杜仲叶及其提取物具有抗氧化、抗微生物、抗炎、抗应激、增强免疫等功能[22],是饲用替抗研究和应用较多的饲用植物,并成功开发了杜仲叶提取物饲料添加剂产品。吕武兴等[23]研究表明,三黄鸡日粮添加杜仲提取物(粗提物2 500 mg/kg)与黄霉素(50 mg/kg)相比,试验鸡全期增重显著提高,料肉比显著降低。陈鹏等[24]研究表明,断奶仔猪日粮中添加杜仲叶提取物(250 mg/kg),与金霉素(50 mg/kg)可以达到同等的生长性能,且杜仲叶提取物可以提高仔猪肝脏的抗炎症和抗氧化应激能力。彭密军等[25]研究表明,断奶仔猪饲料中添加杜仲叶提取物(0.5%)可以与金霉素(75 mg/kg)获得相当的生长性能,且其效果优于杜仲叶干粉和发酵杜仲叶。Fu等[26]研究表明,白羽肉鸡日粮分别添加0.1%的杜仲叶粉和莫能菌素预混剂,饲养全期肉鸡生长性能无明显差异,且杜仲叶粉改善肉鸡免疫能力,降低肉鸡全期死淘率。猪禽日粮中添加杜仲叶提取物不仅可以促进动物生长,还可以提高动物抗应激能力,改善肉质[27-28]。

2.2.3 桑叶(Mulberry Leaf)

桑叶是桑科桑属植物桑(Morus alba L.)的叶,我国桑叶资源丰富,种植面积世界第一。《饲料原料目录》可饲用天然植物类收录了桑白皮(7.6.75)、桑椹(7.6.76)、桑叶(7.6.77)、桑枝(7.6.78),其应用部位主要是叶和嫩枝。桑叶粗蛋白含量高,氨基酸组成较平衡,可作为蛋白饲料原料。桑叶及其提取物中也含有丰富的功能活性成分,如黄酮类、多糖类、生物碱类、多酚类化合物,因此,桑叶具有营养和保健的双重功效[29]。近年来桑叶及其提取物在饲用替抗、促进动物生长、改善肉质等方面表现出新的饲用价值[30]。早期断奶仔猪日粮添加桑叶多糖提取物(600 mg/kg)与金霉素(150 mg/kg)相比仔猪生长性能无明显差异,桑叶多糖提取物组仔猪腹泻率和血清尿素氮浓度显著降低,肠道大肠杆菌数量减少,乳酸杆菌和双歧杆菌增多[31]。Serpunja等[32]研究表明,断奶仔猪日粮中添加桑叶中提取的β-葡聚糖(5 g/kg)与泰妙菌素(39 mg/kg)相比,试验42 d断奶仔猪生长性能及日粮养分消化率无明显差异。日粮中添加适宜剂量的桑叶粉及桑叶提取物,可以促进动物生长,提高机体抗氧化能力,增强抗病力,改善肉质等[33-34]。

2.2.4 金银花(Lonicera japonica Thunb)

金银花又名忍冬,是忍冬科忍冬属植物干燥的花蕾或带初开的花,被《饲料原料目录》可饲用天然植物类收录(7.6.51),其主要应用部位为花。金银花富含有机酸类、黄酮类、挥发油类、三萜皂苷类、环烯醚萜苷类多种功能活性成分,主要成分有木犀草素、异绿草酸、绿原酸,具有解热、抗氧化、抗炎、抑菌、增强免疫等多种功效[35-36]。日粮中添加金银花绿原酸提取物可以改善支原体感染肉鸡的生长性能,其效果与酒石酸泰乐菌素相当[37]。日粮中添加金银花提取物可提高蛋鸡产蛋性能,改善蛋品质[38]。日粮中添加金银花和黄芩提取物提高育肥猪的生长性能和养分消化率,增加屠宰后肌肉大理石花纹[39]。

2.2.5 迷迭香(Rosmarinus officinalis L)

迷迭香是唇形科迷迭香属植物,长期作为香辛香料和草药应用,《饲料原料目录》可饲用天然植物类收录(7.6.117),其主要应用部位为干燥茎叶或花,迷迭香提取物已成功开发食品和饲料添加剂产品。迷迭香富含精油类、酚酸类、黄酮类、萜类化合物,其含量较高的活性物质有鼠尾草酸、鼠尾草酚、迷迭香酚等,具有抗氧化、抗炎、抑菌、代谢调控等功效[40]。Mathlouthi等[19]研究表明,肉鸡日粮中添加迷迭香精油(100 mg/kg)与添加阿维拉霉素(44 mg/kg)对肉仔鸡生长性能无明显差异。Yesilbag等[41]研究表明,肉鸡日粮添加迷迭香叶(5.7~11.5 g/kg)降低了肉鸡的生长性能,但添加迷迭香精油(100~200 mg/kg)对生长性能没有影响,并提高宰后鸡肉抗氧化能力,显著降低盲肠大肠杆菌数。肉鸡日粮中添加迷迭香提取物(150~250 mg/kg)可以提高机体抗氧化能力,改善肉品质[42-43]。

饲用植物及其提取物组合替抗是指利用饲用植物及其提取物中活性成分和功效的互补特性,将其复配后用于饲用替抗。不同饲用植物的活性成分组成差异大,其生物学功能有侧重,因此利用不同饲用植物及其提取物的互补特性来进行组合替抗也是一种高效的饲用替抗技术。陶新等[44]研究表明,断奶仔猪日粮中添加石榴皮、艾叶、五味子、吴茱萸复合提取物(0.1%)与添加饲用抗生素(107 mg/kg金霉素+40 mg/kg黄霉素)相比,提高了仔猪的生长性能、抗应激和抗氧化能力。Jamroz等[45]研究表明,肉鸡日粮中添加牛至、肉桂、辣椒复合提取物(150~300 mg/kg)显著提高肉鸡的生长性能和养分消化率,其促生长效果与阿维拉菌素(10 mg/kg)相当,且复合植物精油表现为更好的肉质评分。

3 小结
饲用抗生素的应用导致了细菌耐药性、食品安全隐患、环境污染等问题,全球饲用禁抗和畜牧业减抗已是大势所趋。随着我国饲用禁抗日期的临近,饲用替抗产品开发和饲用替抗技术应用研究成为动物生产领域的重要课题,市场迫切需要安全、有效、低成本的饲用替抗产品。饲用植物大多数为药食同源的中药材,历史上长期应用已经证明其安全性,具有中国特色和丰富的资源优势,且来源广泛,功能多样,是饲用替抗产品开发的重要资源。根据饲用植物及其提取物功能活性成分的特性,基于“整肠、抗炎、促生长”的饲用替抗理论,选择合适的饲用植物及其提取物进行替抗产品和饲用替抗技术开发已有成功案例,可用于技术推广和市场应用。饲用植物及其提取物产品目前主要存在产品标准欠缺、有效添加剂量和应用数据缺乏、功能机制研究较少等问题。在饲用替抗产品市场急需的前提下,通过加强法律监管和行业自律,制定和完善产品标准,增加靶动物有效性应用研究,对主要功能成分进行深入机制研究后,饲用植物及其提取物相关产品开发和应用必将迎来爆发期,为国家饲用无抗战略提供强有力的支撑。
参考文献及更多内容详见:饲料工业,2020,41(12):20-24
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