植物提取物對豬腸道健康的影響

江慧青，李 寧

（天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，天津 西青 300384）

英國科學(xué)家Fleming在1929年發(fā)現(xiàn)了青霉素，之后的1946年，Moore等第一次報道了在飼料中添加抗生素能顯著提升肉雞的日增重[1]，這一研究成果的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了人們對其它動物飼養(yǎng)過程中添加抗生素試驗的研究[2]?？股卦Q為抗菌素，在促進(jìn)動物生長、疾病的預(yù)防和治療以及提高飼料轉(zhuǎn)化率方面作用效果顯著，在過去的幾十年里，對畜牧業(yè)的發(fā)展起到巨大的推動作用。但是抗生素不易被動物機(jī)體吸收，進(jìn)入動物機(jī)體的抗生素大部分會隨著糞便和尿液進(jìn)入環(huán)境[3-4]。隨著在畜禽飼料中長期添加抗生素和濫用抗生素的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，各種生產(chǎn)和安全問題日益嚴(yán)峻，比如破壞畜禽腸道內(nèi)的微生態(tài)平衡和造成畜產(chǎn)品中抗生素藥物殘留及引發(fā)細(xì)菌耐藥性，導(dǎo)致耐藥菌或超級菌在環(huán)境中比例增加，給人類身體健康和環(huán)境安全帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響[5]。為此我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《全國遏制動物源細(xì)菌耐藥行動2017—2020》，從2020年7月1日起，飼料生產(chǎn)企業(yè)需停止生產(chǎn)含有促生長類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的商品飼料。在生豬養(yǎng)殖中，仔豬健康是保證出欄率的重要環(huán)節(jié)，仔豬斷奶相當(dāng)于離開了母源抗體的保護(hù)，自身抵抗力弱，斷奶仔豬易受到各種斷奶應(yīng)激因素的影響，引發(fā)病原微生物的侵襲，出現(xiàn)腸道功能紊亂、腹瀉、生長緩慢，甚至死亡等問題。因此，在養(yǎng)豬生產(chǎn)上，抗生素的主要作用是用來治療或預(yù)防各種細(xì)菌感染引起的疾病，提高斷奶仔豬生長性能和母豬繁殖性能[6]，但由于飼料生產(chǎn)禁用抗生素的規(guī)定，探尋具有類抗生素作用、天然、無殘留、低成本的飼料添加劑來調(diào)節(jié)畜禽腸道微生物區(qū)系和維持腸道健康迫在眉睫。植物提取物（Plant extracts,PE）就是在當(dāng)前背景下成為替代抗生素的一個熱點研究方向。其主要原因源于植物提取物中的生物活性成分可選擇性抑制部分細(xì)菌從而維持消化道菌群的微生態(tài)平衡，有益菌的增多有利于促進(jìn)腸道黏膜發(fā)育、腸道免疫增強和消化酶分泌等方面，對調(diào)節(jié)畜禽健康生長有顯著影響[7]。在人們對畜產(chǎn)品品質(zhì)要求日益嚴(yán)格的情況下，植物提取物以其安全、無殘留、不產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)勢[8-9]，成為抗生素替代品中的一種理想選擇之一。文章借鑒了近年來國內(nèi)外關(guān)于植物提取物在豬生產(chǎn)調(diào)控方面的研究成果，簡述了常見的植物提取物，并綜述了不同種類的植物提取物對豬腸道屏障和腸道微生物的影響，為今后合理使用植物提取物提供理論依據(jù)，以期達(dá)到改善豬腸道健康和提高生產(chǎn)性能的目的。

1 植物提取物概述

天然植物提取物作為香料或藥用價值的研究和使用在人類社會已有悠久的歷史，但是在2000年以后才開始將其作為飼料添加劑進(jìn)行深入研究[10]。我國根據(jù)GB/T 19424—2003《天然植物飼料添加劑通則》，將其定義為以一種或多種天然植物全株或其部分為原料，經(jīng)物理提取或生物發(fā)酵法加工獲得的飼料添加劑。植物提取物有液體和固體兩種物理形態(tài)，含有多種活性成分和營養(yǎng)成分，化學(xué)成分包含60多種。這些活性成分添加在飼料中具有抗菌、抗氧化、抗應(yīng)激、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、提高飼料轉(zhuǎn)化率、增強免疫力、改善腸道健康及預(yù)防某些畜禽疾病等多種生物特性[11-13]。

2 常見植物提取物

植物提取物中具有生物活性的物質(zhì)有植物精油、多糖、生物堿、皂苷、黃酮類、白藜蘆醇和植物單寧等，作為替代抗生素飼料添加劑在養(yǎng)豬生產(chǎn)應(yīng)用中效果顯著，在畜牧業(yè)中的應(yīng)用日漸廣泛。其中植物精油是目前應(yīng)用較多的植物提取物[14]。牛至草、百里香、金銀花、丁香、黃芪、肉桂、茶樹及大蒜等植物，均已證明具有較好的抑制、殺滅細(xì)菌及改善腸道健康等作用。以下是常見的植物提取物的活性成分，見表1。

表1 植物提取物的活性成分

2.1 丁香與丁香油

桃金娘科蒲桃屬的丁香是藥食同源的一種熱帶植物，主產(chǎn)于坦桑尼亞、印度尼西亞等地，在我國廣東少數(shù)產(chǎn)出[15]。干燥花蕾提取出丁香揮發(fā)油，丁香油主要成分是丁香酚。丁香酚也叫丁子香酚、丁香油酚，是一種在常溫下為無色至淡黃色、空氣中易變棕色且有強烈丁香氣息的黏稠液體，幾乎不溶于水，可溶于乙醇、氯、乙醚及油等有機(jī)溶劑，具有抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛以及保護(hù)消化系統(tǒng)等作用。丁香酚主要是通過抑制致病菌遷移、黏附、毒力因子表達(dá)和生物膜等形成達(dá)到抑菌作用[16]。

2.2 牛至與牛至油

唇形科牛至屬的牛至是一種對寒冷敏感的多年生香草，又名止痢草、野荊芥。牛至草中提取出帶有甜松和甜橘芳香味的牛至油，其主要生物活性成分為百里香酚、百里香素和香芹酚，具有抑菌活性。其中香芹酚和百里香酚二者的主要作用模式是膜穿孔和膜黏合，細(xì)胞膜通透性改變和胞內(nèi)物質(zhì)外泄，導(dǎo)致重要的酶系統(tǒng)受到損害，從而引起微生物死亡[17]。

2.3 肉桂與肉桂精油

樟科樟屬的肉桂是一種喜溫暖潮濕氣候的常綠喬木。肉桂的提取物是帶有芳香味的肉桂精油，為黃色黏稠液體，主要活性成分為肉桂醛，具有抗菌活性，可有效抑制細(xì)菌、真菌和曲霉菌等。研究表明，肉桂醛分子中存在一個親水基團(tuán)的醛基，易被細(xì)菌表面的親水基吸附而穿入細(xì)胞壁，破壞細(xì)菌、真菌的細(xì)胞壁多糖結(jié)構(gòu)，菌體細(xì)胞膜形態(tài)、通透性和完整性遭到破壞，使之出現(xiàn)形變，影響細(xì)胞的代謝活動從而抑制細(xì)菌生長[18-19]。

3 植物提取物抑菌機(jī)理

植物提取物來源廣泛，其活性成分種類繁多復(fù)雜，其抗菌作用可能有多種機(jī)制[20]，活性成分之間可能作用單一或相互影響。植物提取物的抗菌作用機(jī)制主要包括通過自身所含的酸性物質(zhì)降低pH，以及膜穿孔及膜黏合[21]，最主要的是具有疏水性的特點，使植物提取物能將細(xì)菌細(xì)胞膜和線粒體上的磷脂結(jié)構(gòu)分開，破壞或降解細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)膜及其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)使細(xì)胞內(nèi)容物外泄、凝聚細(xì)胞質(zhì)、減弱質(zhì)子運動力等[22-23]，從而抑制有害微生物的生長。

4 植物提取物對豬腸道健康的影響

4.1 植物提取物對腸道屏障的影響

腸道黏膜是動物機(jī)體吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要部位，腸黏膜屏障結(jié)構(gòu)完整是維護(hù)腸道屏障功能完整的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，主要包含兩大屏障，分別是：1）腸上皮細(xì)胞及其緊密連接組成的物理屏障；2）上皮淋巴細(xì)胞及sIgA構(gòu)成的免疫屏障。一般情況下，腸道屏障能防止有毒有害物質(zhì)透過腸壁進(jìn)入組織，維持機(jī)體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。在調(diào)控腸道健康方面，植物精油通過增強屏障與抗氧化功能、改善腸道組織形態(tài)和消化吸收功能、調(diào)節(jié)免疫與菌群結(jié)構(gòu)等途徑維護(hù)仔豬腸道健康。Andrew等[24]研究表明，植物精油能調(diào)控許多類似的免疫反應(yīng)，促進(jìn)腸道黏膜抗體和抗菌肽的產(chǎn)生，對炎性細(xì)胞因子和活性氧有強烈抑制作用；林廈菁等[25]通過在飼糧中添加大豆異黃酮飼喂仔豬42 d 后，發(fā)現(xiàn)添加量為40 mg/kg的大豆異黃酮能提高斷奶后仔豬空腸超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性，有效改善腸黏膜絨毛結(jié)構(gòu)；Wang 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，香菇多糖對促炎細(xì)胞因子和炎性信號通路有強烈的抑制作用；李成等[27]報道，黨參多糖可有效提高斷奶仔豬小腸免疫蛋白及基因表達(dá)水平；張露瀠等[28]研究表明，植物多酚可以有效調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞內(nèi)的信號分子，顯著抑制炎性信號通路和炎癥因子的表達(dá)，從而增強腸黏膜屏障功能，降低腸道通透性；張永勝[29]發(fā)現(xiàn)茶樹油添加量在0.05%以下水平時，在一定程度上具有緩解脂多糖（LPS）引起的豬回腸上皮細(xì)胞（IPI-2I）細(xì)胞免疫應(yīng)激，從而增強腸道免疫功能。

4.2 植物提取物對腸道微生物的影響

豬屬于脊索動物門中的哺乳動物，其在母體內(nèi)是處于無菌環(huán)境的，出生后，環(huán)境中的微生物能在動物體內(nèi)尤其是腸道迅速繁衍定殖，且只有形成穩(wěn)定的微生態(tài)區(qū)系，才有利于仔豬健康生長。動物腸道黏膜上有大量的微生物定植 ，腸道微生物在腸道中屬于正常菌群，且被視為宿主機(jī)體最大的共生微生物棲息地。腸道菌群有助于發(fā)揮營養(yǎng)物質(zhì)代謝調(diào)控和修復(fù)腸道上皮細(xì)胞增強抵抗力，也可調(diào)控機(jī)體對病原菌的免疫應(yīng)答、阻止病原菌在腸道的附著，抵抗病原微生物入侵，有利于維持腸道穩(wěn)態(tài)[30]。因此腸道菌群一旦失調(diào)易引起動物腹瀉、免疫力降低，嚴(yán)重可引起全身炎性反應(yīng)綜合征、甚至死亡。Cui等[31]研究發(fā)現(xiàn)，植物精油的有效成分能通過有害微生物的細(xì)胞膜，造成細(xì)胞膜的通透性改變和細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的破壞，從而有效抑制細(xì)胞內(nèi)酶的活力，而酶活力被抑制可干擾三羧酸循環(huán)，最終通過影響有害微生物的呼吸代謝抑制有害菌群的生長繁殖；體外試驗發(fā)現(xiàn)，牛至油、肉桂油和百里香油對豬源產(chǎn)腸毒素大腸桿菌和霍亂沙門菌都有極其明顯的抑制作用[32]；鄧奇風(fēng)等[33]報道牛至油對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均有抑制作用，從而可改善腸道對養(yǎng)分消化吸收的效率；楊晉[34]報道在飼糧中添加400 mg/kg海藻多糖能增加仔豬盲腸有益菌數(shù)量，降低有害菌數(shù)量，即用海藻多糖替代抗生素可有效促進(jìn)腸道微生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定；陳慶菊[35]發(fā)現(xiàn)柑橘黃酮添加量為80 mg/kg時，可提高斷奶仔豬的結(jié)腸微生物區(qū)系的多樣性和相對豐度，有效改善腸道微生物區(qū)系。

4.3 植物提取物對斷奶仔豬生長性能的影響

仔豬斷奶是養(yǎng)豬生產(chǎn)過程中非常重要的一部分，比如斷奶應(yīng)激、進(jìn)食環(huán)境改變及免疫力下降等因素都可能影響仔豬的生長性能。而腸道不僅是食物消化和吸收場所，也是機(jī)體重要的免疫器官，腸道健康與否也嚴(yán)重影響動物生產(chǎn)性能。因此要想提高動物的生產(chǎn)性能，關(guān)注動物機(jī)體健康至關(guān)重要。張永勝[29]報道茶樹油可促進(jìn)斷奶仔豬的腸道健康發(fā)育和增強免疫功能，從而降低腹瀉率，能在一定程度上提高斷奶仔豬的生長性能；陳慶菊[35]研究表明，柑橘黃酮可降低斷奶仔豬腹瀉率，有效提高斷奶仔豬的生長性能；曾子悠[36]發(fā)現(xiàn)在飼糧中添加白藜蘆醇對斷奶仔豬的生長性能沒有影響；戴欣蕊[37]研究表明，柚皮粉能提高斷奶仔豬的小腸消化吸收能力，降低腹瀉率，促進(jìn)動物的生長發(fā)育；李自鵬[38]報道在飼糧中添加1 000 mg/kg紫蘇籽提取物可以有效提高28日齡斷奶體重相對較小的仔豬的生長性能；盧亞飛等[39]分別用山銀花、黃芩、連翹、山茱萸、黃連、黃芪等按不同比例分別配制3組復(fù)方天然植物提取物，飼喂斷奶仔豬16 d的結(jié)果表明，復(fù)方Ⅱ組在降低斷奶仔豬腹瀉率和緩解斷奶應(yīng)激方面的效果最佳，有效提高了仔豬的生長性能。

5 總結(jié)

腸道健康是影響豬生產(chǎn)性能的重要因素，維護(hù)豬腸道健康是后抗生素時代豬養(yǎng)殖業(yè)的重要使命。植物提取物具有天然、環(huán)保、多效、低成本及易提取等優(yōu)點，其活性成分具有可改善豬腸道組織形態(tài)和消化吸收能力，增強腸道屏障、抗氧化和調(diào)控免疫應(yīng)答，進(jìn)而維護(hù)腸道健康等功能，這些功能使其成為了飼用抗生素的理想替代品。但由于植物提取物有效活性成分復(fù)雜導(dǎo)致測定和評價困難，對腸道功能的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚，因此在以后的生產(chǎn)中需結(jié)合豬的消化生理及物質(zhì)代謝等因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著植物提取物添加劑的進(jìn)一步研究開發(fā)，不可忽視其存在的安全風(fēng)險問題，應(yīng)加強研究力度，確定其作用機(jī)制；建立安全可靠的原料基地，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展；完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系并加強市場監(jiān)管力度，為其健康、快速發(fā)展提供強大推力。