葡萄糖氧化酶及其配伍控制仔猪肠道损伤及腹泻的作用

◆作者：谢瑞炎 洪耿辉 李转见 万博 职爱民 陈丹 左建军

◆单位：1.华南农业大学动物科学学院；2.河南农业大学动物科技学院；3.河南农业大学动物医学院；4.郑州工程技术学院化工食品学院；5.温氏食品集团股份有限公司

根据国家统计局数据显示，我国2023 年生猪出栏72662 万头，同比增长3.8%。这表明我国生猪养殖业正在稳定恢复因非洲猪瘟带来的猪肉产能下降的影响。生猪养殖过程中，有效预防和治疗断奶仔猪腹泻是实现高效养殖生产的关键之一，研究数据表明，我国仔猪腹泻发病率普遍达30%～50%、死亡率达10%～15%，仔猪腹泻造成了巨大的经济损失（Wu 等, 2015；王磊等，2020）。引起仔猪腹泻的原因有多种，其中包括病毒和细菌性感染；营养消化不良导致肠腔内外体液失衡；应激因素，尤其是环境应激致肠道氧化损伤；仔猪断奶后，母源抗体急剧下降，造成仔猪抵抗力下降；给料量不当，如过度限制仔猪采食或者仔猪过度采食都会引起仔猪腹泻等（Smith 等,2010；姜玲玲等，2014；刘智慧，2020；孙逊，2019）。

1 抗生素及高锌控制仔猪腹泻的作用

长久以来，控制仔猪腹泻最为成熟有效且生产上依赖性比较强的手段是在日粮中添加抗生素（马有录，2019）或高剂量氧化锌（2500～4000 mg/kg）（Hahn等,1993；王磊等，2020）。虽然抗生素的使用很大程度上缓解了仔猪的断奶应激，降低了腹泻率，提高了仔猪生长性能并降低了死亡率（Ma 等,2021；张莹等，2021），但在畜牧生产中抗生素滥用还会带来病原菌耐药性产生、机体免疫力和抗病力降低、药物残留等弊端，所以早在1986年瑞典就已经开始禁止使用促生长型抗生素，欧盟也于2006年禁止饲喂类似促进动物生长的相关抗生素和药物，2017 年美国畜牧业宣布全面禁抗（陈双明等，2021）。此外，锌是动物生长发育过程所必需的一种元素，常以氧化锌的形式添加到仔猪日粮中。研究表明，机体内多种重要酶在锌作用下合成，所以添加适量的氧化锌可以促进动物体内蛋白水解酶的合成，进而提高机体对蛋白质的消化吸收，从而降低仔猪腹泻率，提高仔猪的生长性能（宋佳纯等，2021）。但是，氧化锌的过量添加也会存在各种弊端，例如在仔猪体内残留大量重金属，并对环境造成污染，所以2017 年欧盟宣布，在2022年前要完成全面禁止高剂量氧化锌在仔猪养殖上的应用（Hedegaard 等,2017）。

近年来，我国也出台了一系列政策，以规范畜禽养殖过程中抗生素的安全使用，其中农业农村部发布了第194 号公告，公告要求自2020 年7 月1 日起，饲料企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的商品饲料。我国农业部2625号公告也明确规定：基于高氧化锌条件下，造成的营养素互作、重金属污染、锌的毒性、锌和微生物抗性、环境问题等方面因素考虑，仔猪（≤25 kg）配合饲料中锌元素的最高添加量不能超过110 mg/kg，除非在仔猪断奶后前两周这个时间段，才被允许使用氧化锌或碱式氯化锌至1600 mg/kg。在此背景下，“替抗减锌”腹泻控制的饲料创新技术研发已经迫在眉睫。

2 酸化剂控制仔猪腹泻的作用

按照成分不同可以把酸化剂分为单一型和复合型，单一型酸化剂又可以分为有机酸型和无机酸型，其中有机酸化剂能作为饲料添加剂是因为含有羧基官能团（-COOH），有机酸又可以分为简单的单羧酸（甲酸、乙酸和丙酸）或带有羟基的羧酸（乳酸、苹果酸、柠檬酸和酒石酸）或含有双键的短链羧酸（延胡索酸和山梨酸）；许多有机酸往往以钠、钾或钙盐形式存在，其优点是气味更小，在饲料制造过程中易于处理，腐蚀性更小，与游离酸相比更易溶于水等。无机酸化剂有盐酸、硫酸和磷酸，无机酸成本比有机酸低，但无机酸因其挥发性和腐蚀性在实际应用中有很大的局限性（严欣茹等，2020）。复合型酸化剂是指将两种或两种以上的单一酸化剂或者其盐类按照一定比例组合而成的酸化剂。与单一型酸化剂相比，复合型酸化剂具有更大的酸度阈值和抑菌系区，且复合酸化剂各成分之间的协同互补效应能使酸化剂的作用效果最大化，复合型酸化剂较单一型酸化剂饲料成本更低，在市场上有更大的竞争优势（陈历，2019）。

酸化剂在畜禽养殖中应用广泛，包括：①降低畜禽胃肠内pH，提高体内各种消化酶活性。研究表明，畜禽体内存在各种不同的消化酶，而消化酶的活性往往与胃肠道pH 相关，比如胃蛋白酶适宜pH 为2.0～3.5，酶活性随pH 升高而降低，而在饲料中添加适量的酸化剂能够有效提高胃内蛋白酶活性，提高机体对蛋白质的消化吸收，减少日粮中的抗原蛋白引起的仔猪过敏反应，从而降低仔猪腹泻率（董子诚，2019）。②促进畜禽肠道内有益菌的生长，抑制致病菌生长。研究表明，畜禽胃肠道中适宜有益菌生长的pH 在5 左右，而致病菌生长的适宜pH 大多在6 以上（Ravindran 等, 1993），所以在饲料中添加适量的酸化剂能够改善畜禽肠道的菌群结构，促进有益菌的生长繁殖，抑制致病菌的生长繁殖，从而减少动物疾病的发生。③酸化剂能够增强畜禽的免疫力和抵抗外来应激的能力。比如柠檬酸、富马酸能够直接参与三羧酸循环，其形成能量的速度比葡萄糖分解快，当畜禽发生应激反应时，可快速在体内合成ATP，促进机体新陈代谢，从而增强机体的抗应激能力（罗佳捷等，2011）。

综合而言，酸化剂作为抗生素的替代品，具有相对比较稳定的替代效果和较低的替代成本等特点。

3 植物精油控制仔猪腹泻的作用

植物精油（Essential oil，EO）指的是植物在生长发育中产生的一种油状次生代谢产物。按其结构的差异，EO 主要分为脂肪族、芳香族、萜类及其含氧衍生物和含硫、氮化合物这几种类型（周选武，2018）。研究表明，EO对于革兰氏阴性菌的抑制效果要小于对革兰氏阳性菌的抑菌效果（Vaara, 1992）。EO 中的香芹酚和百里香酚可使细菌细胞壁（包括细胞膜）致敏，并造成细胞质膜损伤，导致细菌细胞内容物泄漏，从而造成细菌细胞死亡（Ultee 等,2002）；此外，百里香酚具有使其容易进入到脂肪酸链里面的细菌膜上的亲脂性结构，导致细菌细胞膜膨胀而变得更具流动性。正是因为具有这些特性，香芹酚和百里香酚被认为是养殖业中有前景的替抗产品之一（Omonijo 等,2018）。

以肉桂醛等醛类物质为主要成分的精油的抗菌能力仅次于酚类物质。肉桂醛的抗菌活性与膜效应和能量产生有关（Gill等,2004）。据报道，肉桂醛的羰基能够与蛋白质结合，抑制细菌中氨基酸脱羧酶的活性，从而达到抑菌杀菌的目的（Wendakoon等,1995）。

EO 除了有比较好的抑菌性能外，还具有提高畜禽生长性能、抗氧化、抗炎作用、提高饲料适口性以及改善肠道健康等功能（张玥，2021），因此被认为是一种理想的替代抗生素的添加剂，成为行业研究的热点之一。

4 单宁酸控制仔猪腹泻的作用

单宁酸是一种具有较强生物学特性和药理活性的多酚类天然化合物，根据结构不同分为水解单宁酸、缩合单宁酸和复合单宁酸，广泛存在于五倍子、栗木、漆树叶、黄栌、高粱和咖啡等植物的组织器官中（唐青松等，2021）。长久以来缩合单宁酸都被认为是饲料中的一种抗营养因子，具有降低采食量和适口性等负面效应，但随着深入研究发现水解单宁酸具有杀菌、收敛、抗病毒等生物活性（农斯伟等，2020），因此水解单宁酸作为一种新型的绿色添加剂应用到畜禽饲料中可有效替代饲料中氧化锌和抗生素的使用。

目前水解单宁酸在畜禽上的作用主要表现为以下几方面：①抗病毒。单宁可与寄主的细胞膜或病毒体的蛋白质外壳相结合，阻止病毒附着在寄主细胞上，从而导致病毒失去侵袭力；或者通过某些结合位点进入到病毒里面，抑制病毒的糖蛋白复制，导致病毒死亡（唐青松等，2021）。②抗氧化。单宁中的多酚羟基结构，能够提供活性氧，使自由基灭活。通过络合钙、铜、铁等多种金属离子，消除产生自由基的催化剂；或者抑制脂质过氧化反应，从而阻止该反应产生的脂自由基在体内传播（刘汉锁等，2019）。③抑菌。单宁酸的多酚羟基结构可与细菌外膜稳定性相关的二价阳离子相螯合，进而破坏细菌的细胞壁与细胞膜，当多酚进入细菌细胞后，可抑制致病菌遗传物质生物大分子的合成，从而影响细菌的遗传表达，导致细菌细胞形态发生改变（Darvin 等,2017）。④抗腹泻。由于水解单宁酸具有收敛特性，可以降低食糜在肠道移动速度，使水分和营养物质能够与肠道绒毛接触更长时间，从而促进水分和营养物质吸收，达到有效降低断奶仔猪腹泻率的作用（李建光等，2021）。

5 葡萄糖氧化酶及其配伍控制仔猪腹泻的作用

5.1 葡萄糖氧化酶的作用及其机制

葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，GOD）作为一种广泛应用于食品工业的酶，其应用到养殖业具有能够替代抗生素的作用，例如能够改善动物生产性能，增强动物免疫力和维持肠道稳态等（Tang 等,2016）。

GOD 的作用机制是：GOD进入动物肠道后，消耗葡萄糖，反应生成葡萄糖酸和过氧化氢。首先GOD 反应会消耗氧气形成厌氧环境，而厌氧条件不利于有害菌的生长，反而促进有益菌生长使其成为肠道优势菌群，从而改善肠道健康（王鑫等，2021）；生成的葡萄糖酸具有类似于酸化剂的作用，降低胃肠道pH，促进机体产生更多的短链脂肪酸（Tsukahara 等,2002）；生成的过氧化氢同样具有广谱杀菌的功效，能够有效抑制产气荚膜梭菌、大肠杆菌等多种致病菌的生长繁殖（罗同阳等，2021）。此外，GOD 还具有一定的抗氧化能力，研究表明，畜禽受到应激会产生过量自由基，同时导致机体自身的清除自由基能力下降，造成机体肠道上皮细胞损伤，而在饲料中添加适量的GOD 能够有效清除这些自由基，防止肠道上皮细胞的完整性被破坏，提高机体免疫水平，进而提高畜禽的生长性能（吕进宏等，2004）。

5.2 葡萄糖氧化酶及其配伍的应用

陈嘉铭（2019）在无抗饲料中添加适量的GOD 可有效降低仔猪肠道pH、减少腹泻，同时还能增强仔猪的抗氧化能力和免疫力。侯振平等（2017）也报道了，在基础日粮中添加0.1%的GOD，显著提高了仔猪末重和平均日增重，提高程度分别是9.85%和16.25%，同时也显著降低了仔猪腹泻率。Su 等（2018）研究发现在基础日粮中添加100mg/kg 的植物精油（主要活性成分是百里香酚和肉桂醛）可以改善断奶猪的生长性能、缓解断奶应激等；李建光等（2021）发现添加800 g/t 的五倍子单宁酸能够显著提高仔猪平均日增重，降低料重比，并且因其收敛性能够明显降低食糜在肠道蠕动的速度和频率，从而减少粪便的含水量，降低腹泻率；姚继明等（2017）研究结果表明，日粮中添加10 kg/t 柠檬酸后仔猪日增重显著增加了6.67%，料重比显著降低了2.74%，腹泻率也显著降低了65.87%。以上这些结果说明了GOD、百里香酚、五倍子单宁酸和柠檬酸均具有改善仔猪生长性能，降低仔猪腹泻的作用。但是单一的抗生素替代品往往不能等效代替饲料中的抗生素，而且有研究表明，与单一抗生素替代品相比，使用不同的抗生素替代品组合对断奶仔猪的生长性能和肠道健康有更好的促进作用（陈一中等，2019）。

但是，目前GOD 和其他替抗产品的配伍研究较少。谢瑞炎（2022）发现，葡萄糖氧化酶和百里香酚联合使用对金黄色葡萄球菌有协同抑菌作用；葡萄糖氧化酶和五倍子单宁酸、葡萄糖氧化酶和柠檬酸联合使用对金黄色葡萄球菌和肠炎沙门氏菌有相加抑菌作用。仔猪感染模型的饲养试验结果发现，与产肠毒素大肠杆菌（ETEC）感染仔猪模型组相比，抗生素处理组和其他添加剂处理组ADG 均有提高的趋势，提高的幅度分别是20.15%、17.10%、21.61%、7.32%、29.51%，其中GOD 和柠檬酸配伍协同效果最为显著；能够反映仔猪腹泻程度的粪便评分也均有不同程度的降低、其中40 g/t 硫酸粘杆菌素、2000U/t GOD 和2000U/t GOD +1000 g/t 五倍子单宁酸组达到显著水平；并且，通过肠道形态与物理结构、炎性因子、盲肠微生物等分析，充分说明GOD和柠檬酸、百里香酚、五倍子单宁酸在提高仔猪免疫功能、改善肠道健康、控制腹泻方面具有很好的配伍使用的组合效应。

6 小结

目前，“替抗减锌”产品主要集中在单一成分的应用上，但是单一添加剂往往存在功效单一、成本高等问题，无法等效替代抗生素或高锌，研究不同抗生素替代品的组合效益对实际生产具有重要意义。立足于生产，通过体外法评估各添加剂协同杀菌抑菌效果，并建立感染仔猪模型以分析“抗菌酶”配伍植物精油、酸化剂、益生菌等的协同增效作用、筛选配伍方案，可为饲料“替抗减锌”方案的探讨提供新思路和研究方法。