植物酵素的生理功能及其在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進(jìn)展

簡華鋒，林世光，曹沛文，馬 馨，張雨琛，韓新燕*

（1.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東動(dòng)物營養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310058；2.寧波海曙區(qū)集士港鎮(zhèn)農(nóng)辦畜牧獸醫(yī)站，浙江寧波 315000）

抗生素在畜禽生產(chǎn)中常用于促進(jìn)畜禽生長和防治疫病，但抗生素的長期使用及濫用會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的耐藥性和畜產(chǎn)品殘留超標(biāo)等問題，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部已宣布于2020年7 月1 日起全面禁止促生長類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的生產(chǎn)、進(jìn)口、經(jīng)營和使用，因此尋找開發(fā)潛在的抗生素替代物成為動(dòng)物營養(yǎng)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

植物酵素也稱植物發(fā)酵液（Plant Fermented Extract，PFE），指以新鮮的蔬菜、水果、藥食同源中藥等植物為原料，加工處理后添加益生菌經(jīng)過深度發(fā)酵產(chǎn)生的一類含有多種生物酶、多酚類、益生菌、益生元、維生素、有機(jī)酸、膳食纖維和礦物質(zhì)等生物活性物質(zhì)的功能性復(fù)合物[1-4]。植物酵素依據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域不同劃分為食用酵素、環(huán)保酵素、農(nóng)用酵素、日化酵素、飼用酵素和其他酵素六大類[5]。在畜禽生產(chǎn)中，植物酵素可促進(jìn)畜禽生長，提高生產(chǎn)性能，能增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力[6]，緩解氧化應(yīng)激損傷[7]；抑制腫瘤增殖[8]，增強(qiáng)免疫應(yīng)答[8]，提高機(jī)體免疫功能[9-10]；抑制病原菌增殖、緩解炎癥[11]，促進(jìn)消化代謝、改善腸道菌群[12]；此外植物酵素還具有延緩衰老[13]、護(hù)肝降脂保健[14-15]等功能。本文就植物酵素的生理功能及其在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為開發(fā)植物酵素作為替代抗生素的新型飼料添加劑提供理論依據(jù)。

1 植物酵素的生理功能

1.1 抗氧化功能 生物體代謝產(chǎn)生的自由基（超氧自由基、羥基自由基、過氧化氫和超氧化物自由基等）具有很強(qiáng)的氧化性，導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞氧化損傷，進(jìn)而影響機(jī)體的生長發(fā)育甚至加快疾病進(jìn)程[16]。清除體內(nèi)自由基的過程稱為抗氧化，主要包括機(jī)體自身抗氧化修復(fù)系統(tǒng)和攝入抗氧化物質(zhì)以增強(qiáng)抗氧化作用保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激損傷[17]。胡蘿卜素通過使活性氧失活而清除自由基，從而延緩或阻止氧化應(yīng)激損傷。綠色菜葉經(jīng)過發(fā)酵處理后其β-胡蘿卜素和葉黃素含量可提高50%以上，具有良好的抗氧化功效[7]。乳酸菌發(fā)酵辣椒葉得到的辣椒葉酵素飲料中γ-氨基丁酸、總酚和黃酮類化合物的含量均顯著增加，能有效清除DPPH 自由基和超氧化物自由基，且抑制α-葡萄糖苷酶的能力增強(qiáng)[18]。大麥酵素[19]、藍(lán)莓酵素[20]、葡萄酵素[21]、刺梨酵素[22]等均能有效清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2,2`-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS）、超氧自由基和羥基自由基，其清除自由基能力的強(qiáng)弱與酚類等抗氧化物質(zhì)含量相關(guān)。

研究表明，敖東酵素（由66 種果蔬、菌菇、草本植物提取液經(jīng)深度發(fā)酵而成的健康飲品）可以顯著提高小鼠谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）活力，提高小鼠抗氧化能力[23]。在D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老模型小鼠中，灌胃1.5 mL/kg 植物發(fā)酵液能顯著提高模型小鼠血清和肝臟中SOD、過氧化氫酶（CAT）、GSH-Px 等抗氧化酶的活力，并降低丙二醛（MDA）含量，提高衰老小鼠抗氧化能力從而具有預(yù)防衰老的功效[13]。具有較強(qiáng)抗氧化活性的植物乳桿菌K25 發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵乳也對(duì)D-半乳糖誘導(dǎo)衰老模型小鼠表現(xiàn)出相似的抗氧化功能[6]。在畜禽生產(chǎn)中將植物酵素作為畜禽飼料添加劑探究其對(duì)環(huán)境應(yīng)激和人為應(yīng)激（如斷奶應(yīng)激）的抗氧化能力的相關(guān)報(bào)道較少，植物酵素緩解氧化應(yīng)激的分子機(jī)制值得深入探討。

1.2 抗炎抑菌功能 植物果蔬經(jīng)過益生菌發(fā)酵后產(chǎn)生的植物酵素含有豐富的抗菌活性成分，如有機(jī)酸、細(xì)菌素、過氧化氫、胞外多糖等，其抑菌作用的機(jī)理包括對(duì)細(xì)胞壁或細(xì)胞膜的破壞、抑制細(xì)胞呼吸、抑制蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)的合成等。研究表明，植物酵素不僅能誘導(dǎo)和強(qiáng)化白血球的抑菌作用，同時(shí)還能殺死病原菌促進(jìn)新生細(xì)胞的生成，緩解病原菌導(dǎo)致的胃腸道炎癥[24]。董銀卯等[11]研究表明，微生物發(fā)酵產(chǎn)生的酵素分別配制成濃度為5%的膏狀酵素和粉狀酵素（相對(duì)于對(duì)照組，酵素濃度為5%）均能有效抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和3 種痤瘡病菌的生長，表現(xiàn)出良好的消炎、抑菌作用。葡萄汁與紅茶經(jīng)酵母菌和醋酸桿菌共發(fā)酵后產(chǎn)生的發(fā)酵液具有良好的抑菌作用，其抑菌作用是通過發(fā)酵產(chǎn)生的乙酸和其他代謝物實(shí)現(xiàn)[25]。發(fā)酵米糠產(chǎn)生的酵素飲料可顯著抑制埃希氏大腸桿菌和綠膿桿菌的生長，而在發(fā)酵蔬菜中分離的乳酸菌能在低pH 條件下短暫存活并抑制腸道病原菌的生長[26-27]。紅茶酵素中的茶黃素對(duì)炎癥小鼠和炎癥細(xì)胞模型均表現(xiàn)出良好的抗炎能力，且茶黃素的抗炎活性強(qiáng)于茶紅素[28]。西蘭花經(jīng)植物乳桿菌MG208 發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液能有效抑制幽門螺桿菌的生長并降低其黏附活性，而成為預(yù)防幽門螺桿菌感染的功能性飲食[29]。Hashemi 等[30]研究表明，與對(duì)照組相比，植物乳桿菌LS5 發(fā)酵產(chǎn)生的甜檸檬發(fā)酵液對(duì)大腸桿菌O157:H7 和鼠傷寒沙門氏菌表現(xiàn)更高的抑菌活性，且對(duì)鼠傷寒沙門氏菌的抑菌作用更強(qiáng)。相似地，椰子液經(jīng)植物乳桿菌DW12 發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液能有效抑制食源性致病菌的生長[31]。以上研究結(jié)果表明，植物酵素可能通過益生菌和有機(jī)酸等多組分共同發(fā)揮抗炎抑菌功能。

1.3 增強(qiáng)機(jī)體免疫功能 植物酵素中的益生菌、益生元、有機(jī)酸等功能活性成分具有增強(qiáng)免疫功能的作用。研究表明，敖東酵素能顯著提高小鼠脾淋巴細(xì)胞的增殖能力，增加血清溶血素滴度水平，從而對(duì)小鼠的免疫力具有正向調(diào)節(jié)作用[9-10]。雙歧桿菌發(fā)酵果蔬汁可能通過雙歧桿菌以免疫佐劑的方式與腸道派伊爾結(jié)相互作用或誘導(dǎo)T細(xì)胞、B 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子顯著增強(qiáng)小鼠巨噬細(xì)胞的吞噬功能，增加血清溶血素抗體水平和遲發(fā)型超敏反應(yīng)（DTH）程度，且呈現(xiàn)劑量增長效應(yīng)[32]。李波清等[33]研究表明，紅茶酵素能顯著提高IL-1 和IL-2的活性，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬功能以及NK 細(xì)胞的殺傷活性，進(jìn)而提高小鼠的免疫力。乳酸菌、酵母菌和雙歧桿菌是植物酵素發(fā)酵常用的發(fā)酵菌株，尤其乳酸菌和雙歧桿菌是腸道中的有益菌，具有維持腸道微生態(tài)平衡、生物拮抗、免疫和營養(yǎng)等生理功能[34]。其通過競爭性黏附腸黏膜上皮，其菌體成分或分泌物（如生物素、抗菌物和菌體外多糖等）能通過胃腸道黏膜免疫系統(tǒng)的M細(xì)胞進(jìn)入集合淋巴結(jié)，激活T 和B 淋巴細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞因子（TNF-α和IL-6）產(chǎn)生，從而調(diào)節(jié)和增強(qiáng)機(jī)體免疫力[8,34]。

此外，植物酵素在抵抗腫瘤細(xì)胞增殖中也具有重要作用。研究表明，植物酵素可以促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖，T淋巴細(xì)胞在特異性免疫中發(fā)揮抗腫瘤的主導(dǎo)作用，其可以直接殺傷腫瘤細(xì)胞，產(chǎn)生多種淋巴細(xì)胞因子，抑制瘤細(xì)胞的代謝和分裂，從而起到抗腫瘤作用[30]。在肝癌模型小鼠中，植物酵素通過誘導(dǎo)小鼠細(xì)胞凋亡和延長小鼠壽命來抵抗肝癌的惡化[8]。綜上所述，植物酵素可能通過其益生菌、益生元和有機(jī)酸等生物活性物質(zhì)促進(jìn)機(jī)體特異性和非特異性免疫應(yīng)答，促進(jìn)免疫細(xì)胞的活化和細(xì)胞因子產(chǎn)生來增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能。

1.4 調(diào)節(jié)腸道菌群 植物酵素中豐富的氨基酸、維生素、低聚糖、益生菌、膳食纖維和有機(jī)酸等成分不僅能調(diào)節(jié)腸道內(nèi)的pH，抑制病原菌定植，而且還能被腸道菌群代謝降解生成大量的短鏈脂肪酸（SCFAs）作為腸上皮細(xì)胞的能量來源[35]。同時(shí)SCFAs 能通過NF-kB 信號(hào)通路和GPR 受體調(diào)控免疫應(yīng)答，包括增強(qiáng)巨噬細(xì)胞活化和樹突狀細(xì)胞（DC）分化、促進(jìn)細(xì)胞因子分泌、調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Treg）分化、增強(qiáng)腸道杯狀細(xì)胞分泌黏蛋白、炎癥介導(dǎo)因子IL-18 激活和中性粒細(xì)胞趨化等，從而增強(qiáng)腸道屏障功能[36]。此外，SCFAs 還能誘導(dǎo)CD4+T 細(xì)胞和CD8+T 細(xì)胞的分化和激活，調(diào)控免疫激活和免疫應(yīng)答，抑制機(jī)體炎癥反應(yīng)，促進(jìn)炎癥損傷修復(fù)[37-38]。植物酵素中的益生菌和有機(jī)酸等生物活性物質(zhì)能提高腸道菌群多樣性、增加有益菌的豐度，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，降低致病菌的豐度[37]。

研究表明，植物酵素能促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，縮短營養(yǎng)物質(zhì)在腸道內(nèi)的停留時(shí)間，促進(jìn)消化代謝[39]。敖東酵素（由66 種果蔬、菌菇、草本植物提取液經(jīng)深度發(fā)酵而成的健康飲品）中的低聚糖有利于雙歧桿菌的生長繁殖，平衡腸道菌群穩(wěn)態(tài)以及調(diào)節(jié)胃腸功能，顯著提高老鼠小腸的推進(jìn)功能，具有顯著的潤腸通便功效[6]。Wang 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，以新鮮水果、蔬菜、蘑菇、藻類、野生植物等多種原料發(fā)酵而成的長白山果蔬發(fā)酵飲料能改善小鼠盲腸菌群多樣性，增加擬桿菌門豐度，且擬桿菌門豐度的增加與攝入果蔬發(fā)酵飲料的攝入呈正相關(guān)。綜上所述，植物酵素能提高腸道菌群多樣性，增加有益菌豐度，促進(jìn)腸道微生態(tài)平衡。同時(shí)，腸道微生物代謝產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物（如SCFAs）能增強(qiáng)腸道屏障功能和免疫應(yīng)答，抑制病原菌侵襲和定植，共同調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)機(jī)體健康。

2 植物酵素在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，植物酵素在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用取得了一定進(jìn)展。日糧添加不同劑量的酸美酵素可提高仔豬的日增重、降低死亡率和耗料增重比，同時(shí)可明顯改善機(jī)體免疫功能且呈劑量依耐性關(guān)系[40]。斷奶仔豬日糧中添加發(fā)酵神曲（由紅豆、苦杏仁、沙蒿、蓼、蒼耳、麥麩和面粉自發(fā)發(fā)酵而成）能增加消化道SCFAs 含量，緩解斷奶應(yīng)激并改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，增加有益菌豐度[41]。同樣地，發(fā)酵金櫻子能顯著提高斷奶仔豬的平均日增重和平均日采食量、降低腹瀉率及提高免疫能力，還能提高血清免疫球蛋白含量[42]。黃建軍[43]使用復(fù)合酵素（主要成分為內(nèi)源益生菌、維生素、有機(jī)微量元素、氨基酸和殼寡糖等天然功能性微生態(tài)飼料添加劑）在不同生長階段豬的試驗(yàn)表明，復(fù)合酵素可有效提高生豬的生長性能，減少病患，降低糞便臭味。研究表明，“京福龍動(dòng)物酵素營養(yǎng)液” （主要成分為乳酸菌、酵母菌、生物活性蛋白、氨基酸和維生素等）能夠提高母豬的產(chǎn)仔數(shù)、仔豬成活率、初生重和斷奶重，降低仔豬腹瀉率，同時(shí)縮短母豬發(fā)情間隔，配種率和受胎率均顯著提高[44]。飼喂“京福龍動(dòng)物酵素營養(yǎng)液”的斷奶仔豬平均日增重較對(duì)照組高20%以上，顯著降低了仔豬腹瀉率和耗料增重比，能夠顯著提高仔豬的生產(chǎn)性能[45]。此外，“京福龍動(dòng)物酵素營養(yǎng)液”還能有效預(yù)防母豬便秘，顯著降低腹瀉發(fā)病率和仔豬死淘率，提高母豬的生產(chǎn)性能[46]。馮夢(mèng)等[47]研究表明，哺乳母豬和仔豬添加和美酵素（主要成分為β-甘露聚糖酶）可顯著提高哺乳仔豬的平均日增重，降低仔豬腹瀉率；和美酵素還能提高母豬初乳中免疫球蛋白的含量，表明和美酵素可提高哺乳仔豬生產(chǎn)性能和免疫力。黃愛霞[48]研究表明，斷奶仔豬日糧添加0.025%、0.05%和0.075%的和美酵素均能顯著提高仔豬的平均日增重、降低耗料增重比，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，同時(shí)和美酵素還能促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)沉積和增強(qiáng)抗氧化能力，改善腸道絨毛形態(tài)，促進(jìn)胃竇胃泌素基因表達(dá)和血清中的含量。

在家禽生產(chǎn)中，檸檬酸酵素能顯著提高肉仔雞的平均日增重和免疫器官指數(shù)[49]。在麻鴨中，檸檬酵素可提高麻鴨胸腺指數(shù)和法氏囊指數(shù)等免疫器官指數(shù)，還可提高麻鴨的抗氧化能力[50]。而在蛋雞日糧中添加1%和2%的植物源發(fā)酵型飼料均能提高產(chǎn)蛋性能、蛋重、蛋殼強(qiáng)度、蛋白含量、哈氏單位，并改善盲腸微生物群落[51]。在植物酵素發(fā)酵第2 階段添加凝結(jié)芽孢桿菌L12 發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵飼料與未添加相比，能有效提高肉雞的生長性能[52]。國內(nèi)外研究表明，和美酵素在畜禽生產(chǎn)中具有良好的運(yùn)用效果，不僅能改善畜禽生產(chǎn)性能（顯著提高斷奶仔豬平均日增重、生長育肥豬和肉鴨的瘦肉率）、提高家禽產(chǎn)蛋性能（顯著提高產(chǎn)蛋量和平均蛋重，降低破蛋率）和體重均勻度，還能提高機(jī)體免疫力和降低畜產(chǎn)品抗生素殘留，具有替代抗生素的功效[53]。使用常見藥用植物（艾葉、魚腥草、千里光、青蒿）分別制作的單品酵素及復(fù)合酵素均可顯著提高肉雞體重和成活率，肉品質(zhì)也得到顯著改善。同時(shí)還能減少雞舍有害氣體，降低呼吸道疾病發(fā)病率，提高肉雞的生產(chǎn)性能[54]。此外，斷奶獺兔日糧添加耐得酵素（主要成分為纖維素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、淀粉酶及植酸酶等的復(fù)合酶）能顯著提高斷奶獺兔的平均日增重和飼料報(bào)酬[55]。以上研究表明，植物酵素在畜禽生產(chǎn)中能在一定程度上提高生產(chǎn)性能、改善腸道菌群、增強(qiáng)機(jī)體抗氧化和免疫力，表明植物酵素在畜禽生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用效果，有望成為替代抗生素的新型飼料添加劑。

3 總結(jié)與展望

在畜禽生產(chǎn)中，植物酵素可能通過以下途徑發(fā)揮替代抗生素的功能作用：一是增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力緩解環(huán)境應(yīng)激導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷（如斷奶應(yīng)激和高溫），促進(jìn)機(jī)體修復(fù)進(jìn)而促進(jìn)畜禽生長和提高生產(chǎn)性能；二是植物酵素中的益生菌、益生元和次級(jí)代謝產(chǎn)物抑制病原菌定植和侵襲腸上皮屏障，同時(shí)刺激腸道黏膜免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)免疫應(yīng)答，促進(jìn)免疫細(xì)胞分泌抗炎因子，從而阻止炎癥進(jìn)程，增強(qiáng)腸道功能；三是植物酵素中的益生菌、益生元、膳食纖維和有機(jī)酸等能調(diào)控腸道菌群穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)SCFAs 生成，而SCFAs 通過激活GPR 受體和CD4+T 細(xì)胞和CD8+T 細(xì)胞增強(qiáng)機(jī)體免疫應(yīng)答。綜上所述，植物酵素具有多種生理功能，在畜禽生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，未來需要深入探討植物酵素在不同環(huán)境條件下、不同畜禽飼料中不同生長階段的最適添加劑量，從而為其作為潛在的抗生素替代物提供科學(xué)依據(jù)。