有机家禽生产中抗生素替代品...以及对家禽健康和生产的影响_韩浩月_.pdf
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1、|2023年第43卷第3期 总第302期|1 猪 业 篇专 栏有机家禽生产中抗生素替代品种类、作用机制以及对家禽健康和生产的影响韩浩月 译自韩浩月 译自Poultry SciencePoultry Science,Vol.101(2022),4:101696 101716,Vol.101(2022),4:101696 101716范美红 王范美红 王祎祎汀 校 孟祥光 复校 孟祥光 制图汀 校 孟祥光 复校 孟祥光 制图中图分类号:S859.79+6 文献标志码:A 文章编号:1001-0769(2023)03-0001-18摘 要:在许多国家,养禽业为弥补人类营养缺口做出了巨大的贡献,因为禽
2、肉和禽蛋制品富含蛋白质,且营养价值高,价格却低于其他动物所产的肉类产品。继抗生素生长促进剂(antibiotic growth promoters,AGPs)被禁止用于饲料中后,养禽业中常见的天然抗生素替代品,如益生菌、益生元、共生菌、有机酸、酶制剂、免疫刺激剂和植物源性产品 中草药、植物提取物、精油和油树脂,因具有独特的特性和对家禽生产的积极作用而在世界范围内被广泛使用。抗生素替代品容易与其他饲料成分混合,不会在动物组织器官中残留,可改善家禽的采食量、饲料利用率,提高它们的免疫力,改善消化能力,提高营养物质的消化率和利用率,具有抗菌作用,不会影响胴体性状,可以减少抗生素的使用,充当抗氧化剂,
3、产生消炎和抗应激的作用,为人类的消费提供健康的有机产品。因此,本综述重点概述抗生素生长促进剂的多种天然替代品、它们的作用机制及对家禽生产的影响。关键词:抗生素;有机添加剂;家禽;生产性能;健康有机农业是美国农业领域中发展最快的板块之一。自 20 世纪 90 年代以来,美国消费者对包括动物产品在内的有机农产品的需求不断增加,推动了有机农产品市场的发展。据预测,2014 年美国有机食品的销售金额超过了 350 亿 美 元,高 于 2012 年 的 284 亿 美 元(USDA-ERS,2009、2014;Greene,2013;Salim 等,2018)。过去几年美国消费市场对有机食品的需求量超出
4、了供应量,美国零售商进口了价值数十亿美元的有机食品,投放美 国 市 场(Crandall 等,2009)。在 有 机 动物产品中,有机禽肉和禽蛋在美国国内供应广泛,并被消费者所接受(农业营销资源,2013;Ponnampalam 等,2019)。美国农业统计 局(National Agricultural Statistics Service,NASS)在 2010 年 的 报 告 中 指 出,2008 年美国有机禽肉和禽蛋的销售金额达到3.5 亿美元(NASS,2010)。然而,即使该行业拥有 900 万羽合格肉鸡、550 万羽合格蛋鸡和 40 万羽合格有机火鸡(NASS,2010;农业营销
5、资源,2013),仍无法满足消费者对有机家禽产品日益增长的需求。Greene(2013)和禽业篇“有机家禽生产中抗生素替代品研究”专栏禽 业 篇2|2023 年第 43 卷第3期 总第302期|猪 业 篇专 栏Wan 等(2019)指出,正如有机贸易协会预测的那样,这凸显了未来几年有机家禽行业发展的巨大机遇。Mogelonsky(2008)和 El Jeni等(2021)指出,尽管有机家禽行业发展空间巨大,但有机肉类和鸡蛋被食源性病原体污染而引发的食品安全问题可能会限制这种机遇。El-Nagar 等(2021)和 Salem 等(2021)指出,肉鸡饲养是埃及家禽生产的重要组成部分。El-Sh
6、all 等(2022)强调,在此种情况下家禽业需要迅速做出反应,以确保在有机家禽生产中找到可替代且适用的控制有害菌的抗菌干预方法。Fanatio(2008)和 Zhang 等(2021)发现,美国的国家有机计划(National Organic Program,NOP)限制有机农业在生产活动中使用抗生素、激素、除草剂和农药,以保护环境、人和动物,尽可能地促进可持续发展。此外,饲料的终端用户通常认为有机饲料中少添加或不添加防腐剂或化学制品会更加安全,因此会为他们的养殖场选购这些产品。为了符合 NOP 的要求,天然来源的酶制剂、抗氧化剂和植物提取物可用于有机家禽的饲养,用以抗感染,改善家禽的生长性
7、能,提高产品质量。Setta 等(2018)、Marouf 等(2020、2021)、El-Naggar 等(2022)指出,疫苗可用于预防多种不同的疾病,如鸡马立克病、鸡新城疫、鸡传染性支气管炎、支原体肺炎和球虫病。益生菌是一种有益的细菌,可以抑制鸡胃肠道中的有害菌,也可以改善鸡的总体健康和疾病预防。Fanatico(2008)、Yang 等(2009)指出,若家禽发生严重感染,用抗生素进行治疗,那么它们生产出的禽肉或禽蛋不能作为有机产品出售。然而,有关上文所述提高有机饲养的家禽中微生物质量的方法,缺乏充分可靠的研究数据,这是一个阻碍因素。此外,现有技术缺乏足够的科学支持,Sato 等(20
8、04)、Cui 等(2005)、Stone 等(2013)、Noormohamed 等(2014)证明,有机家禽产品在病原体的污染水平上与商业家禽产品的相似。这种情况给有机农业提出了一种特殊挑战,即如何向利益相关者(包括生产商和加工商)提供潜在的抗菌剂,保证他们的产品免受有害菌的影响。此外,Abd El-Hack 等(2021a)、Salem 等(2021)指出,依照 NOP 的标准,有机家禽饲养必须有室外场所,而室外环境可能存在致病微生物,如沙门菌、梭状芽孢杆菌和弯曲杆菌。Cui 等(2005)证明,对有机家禽的安全生产构成挑战的类似因素还包括饲养生长速度缓慢的品种和屠宰设施极少 两者都可能
9、存在增加产品中病原体污染的倾向。本文重点阐述了不同种类的抗生素生长促进剂(antibiotic growth promoters,AGPs)的有机替代品、作用机制及其对家禽业的影响。1 饲料添加剂Reda 等(2020)、Sheiha 等(2020)、Abd El-Ghany 等(2021)、El-Saadony 等(2021a、2021b、2021c)、Reda 等(2021a)分别证明,不同的饲料添加剂,包括生物合成的纳米微粒、益生菌、益生元、合生元、中药提取物、香精油、有机酸、酶制剂、必需氨基酸等,在动物生产中已被广泛用于替代 AGPs。Wenk(2000)、Abd El-Hack 等(
10、2021b)证明,抗生素、益生菌、益生元和酶制剂已成为畜牧生产中常见的饲料添加剂。Dibner 等(2005)指出,与其他所有饲料添加剂一样,抗生素有望提高动物的健康水平和生产性能。Dibner 等(2005)和 Krysik 等(2021)证明,虽然尚不清楚饲料添加剂的准确生理机制,但其对动物健康的作用主要集中在肠道。Wenk(2000)、禽 业 篇|2023年第43卷第3期 总第302期|3 猪 业 篇专 栏Kulshreshtha 等(2014)、Murate 等(2015)的研究表明,益生菌是一类有价值的微生物,可定植于动物的肠道,而益生元是一类不能被动物消化的低聚糖,但可以被动物肠道
11、中的有益微生物利用。Wenk(2000)、Sharma 等(2005)证明,内源性酶制剂,如碳水化合物酶和蛋白酶,可用于提高动物对饲料的消化率。Abdelnour 等(2020a、2020b)、Ogbuewu等(2020)的研究表明,植物源性饲料添加剂(phytogenic feed additives,PFA)是另一种新兴的抗生素替代品,可分为四个主要类别:中草药、植物萃取物、香精油和有机酸。Yakhkeshi等(2011)、Abd El-Hack等(2021c、2021d)证明,中草药产品,如肉桂、生姜、胡椒、姜黄等,由于具有抗菌、抗氧化、增强免疫力和调节肠道的特性,可对家禽的生长性能和健
12、康产生积极影响。1.1 抗生素添加剂Abd El Hamid 等(2019)、Salem 等(2019)、Morsy 等(2020)、Yousry 等(2020)、Attia 等(2022)等 证 明,病 毒、细 菌、寄生虫和真菌等病原体,威胁着动物生产。Hashemi 等(2010)证 明,20 世 纪 40 年 代,研究人员在非反刍动物日粮中发现了金色链霉菌的生长反应,抗生素开始作为动物的生长促进剂使用。Hashemi 等(2010)指出,抗生素作为饲料添加剂被加入日粮中时,一般采用低剂量的添加水平,为 2.5 50 mg/kg。Tajodini 等(2015)证实,在过去的 50 年中,
13、由于在日粮中添加了抗生素,肉鸡的生长速度和总的生产力有所提高。由于某些 AGPs 并不会被动物机体吸收,抗生素的作用机制很可能是在肠道中与微生物相互作用。Dibner 等(2005)证明,使用AGPs 会导致家禽肠壁绒毛变少、肠壁变薄,还会通过竞争性排斥减少条件性有害菌的数量。Miles 等(2006)在一项针对抗生素进行的比较研究中,将雄性肉鸡和雌性肉鸡分成试验 1 组、试验 2 组和对照组,试验 1 组和试验 2 组的日粮中分别添加亚甲基双水杨酸杆菌肽和维吉尼霉素,对照组的日粮不添加,各组的基础日粮相同。结果发现,在第 7 周,试验 1 组和试验 2 组肉鸡的体重较对照组肉鸡的更重,十二指
14、肠内衬的肌层更薄。在试验的第 3 周和第 7 周,试验 1 组和试验 2 组肉鸡的胃 肠 道(gastrointestinal tract,GIT)重量比对照组肉鸡的更轻。由于耐药性和药物残留问题,消费者对在动物日粮中添加促生长类抗生素的负面看法激增。Hoffman Pennesi等(2010)开展了一项针对抗生素耐药性的研究,检测了 58 株肠道沙门菌血清型海德堡分离株,结果发现 72的分离株至少对一种抗生素产生了耐药性,24的分离株对 8 种或更多种抗生素产生了耐药性。1997 年,世界卫生组织(World Health Organization,WHO)宣布,抗生素耐药性是一个全球公共卫
15、生问题(Tajodini 等,2015)。WHO 提倡采取积极主动的方法,减少动物对 AGPs 的需要和在动物生产中 AGPs 的使用,特别是人医上用的药物种类(Dibner 等,2005)。越来越多的证据表明,作为促生长类饲料添加剂使用的抗生素与人医和兽医上用的抗生素耐药性之间存在关联性。然而,2009年,美国兽医医学协会在相关文件中指出,动物生产中使用的抗菌药与随后在人医上发现的抗生素耐药性之间并无直接联系(Hoffman Pennesi 等,2010)。Khan 等(2013)证 明,在饲料中添加抗生素,除了会使细菌产生耐药性外,抗生素也会在动物产品中残留。1986 年,瑞典成为第一个禁
16、止在动物生产中使用 AGPs 的国家(Dibner 等,2005;Wenk,禽 业 篇4|2023 年第 43 卷第3期 总第302期|猪 业 篇专 栏2000)。2006 年 1 月 1 日,欧盟禁止在动物生产中使用促生长类抗生素(Kulshreshtha 等,2014;Hafeez 等,2016)。由于使用促生长类抗生素和消费者压力所带来的潜在的和现实的问题,抗生素替代品的需求对家禽业的可持续发展至关重要。1.2 AGPs 的天然替代品降低动物对抗生素的依赖主要通过研究抗生素的替代品,提高饲料利用率促进动物生长来实现。Adams(1999)证明,在大多数情况下,很难通过采用合理的饲养管理改
17、善动物的体况。Prescott 等(2000)、Chervo-nova(2021)证实,在最糟糕的情况下,如动物的健康状况不佳,且饲养环境肮脏不堪,生长促进剂才能发挥出最佳效应。若通过降低饲养密度并加强传染病的防控措施,改善饲养环境,则可能会减弱动物对生长促进剂的需求。AGPs 和耐药性菌株的出现有千丝万缕的联系。Langout(2000)、Abou-Kassem 等(2021a)、Arif 等(2021)对酶制剂、益生菌、益生元、中草药、氨基酸、免疫刺激剂、有机酸、细菌素和药用植物作为 AGPs 的替代品进行了研究(图 1)。人们越来越担心由于细菌暴露于低剂量的抗生素下而产生耐药性菌株。2
18、益生元和益生菌添加剂Murate 等(2015)、Peralta-Sanchez 等(2019)证明,益生元、益生菌和共生菌 益生元和益生菌的组合(图 2),是抑制家禽肠道中的有害菌、提高家禽生产性能的替代饲料添加剂。益生元是宿主动物无法消化的低聚糖,但可被动物肠道微生物中的特定菌群利用。Wenk(2000)、Kulshreshtha 等(2014)、Murate 等(2015)、Mazanko 等(2018)的 研究表明,益生元能够增加动物肠道中现存细菌的数量,减少有害菌,提高消化能力,增加矿物质和维生素的吸收,保持肠道内容物的 pH 处于最佳水平,并最大限度地利用营养物质(图 3)。Neu
19、pane 等(2019)、Abd El-Hack 等(2021c、2021d)、Yaqoob 等(2021)证明,益生元可通过多种方式影响家禽的健康,如生成乳酸等代谢产物,改变微生物代谢,以及增强肠上皮细胞的完整性。Wenk(2000)、Khan 等(2013)、Murate 等(2015)发现,与益生元不禽 业 篇|2023年第43卷第3期 总第302期|5 猪 业 篇专 栏同,益生菌是一类有益菌,可定植于动物胃肠道中,提供更平衡的肠道微生物菌群,进而影响动物的健康。Khan 等(2013)的研究表明,与抗生素不同,益生菌以酵母、细菌或真菌为基础,不会在动物产品中残留。Londero 等(2
20、014)证明,乳酸菌是能够产生抗真菌代谢产物的常见益生菌。益生菌,也称为直接饲喂微生物(direct-fed microbial,DFM),被 FAO/WHO(2001)归类为活的微生物,当摄入足量时,有利于动物健康。Kabir(2009)证明,肉鸡专用的益生菌包括乳酸杆菌属、链球菌属、芽孢杆菌属、双歧杆菌属、肠球菌属、曲霉属、念珠菌属和酵母菌属的细菌或真菌。Alagawany 等(2021a)、El-Saadony 等(2021d)证明,益生菌的有利影响包括改善动物的生长性能,调节肠道微生物群组成,抑制有害菌,改善肠道完整性,进行免疫调节,改善鸡肉的微生物指标和感官特性(图 4 和图 5)。
21、Steczny 等(2020)指出,益生菌对胆汁和酸具有抵抗力,属于特种菌种,无副作用,可以降低肉鸡肠道有害菌的数量,并能经受饲料加工过程中的高温等工艺的影响。Khan 等(2013)、Al Fatah(2020)研究发现,益生菌常见的作用模式是在益生菌产品分解过程中产生挥发性脂肪酸和有机酸,从而降低肠道内容 物 的 pH。Wenk(2000)、Khan 等(2013)、Hidayat 等(2019)、Sweum 等(2021)证 明,有害菌,如沙门菌和大肠杆菌无法在低于特定pH 的环境中生长。此外,益生菌竞争性占据动物肠道内衬的黏附区域,可有效地控制肠道中有害菌的水平。Khan 等(2013
22、)发现,益生菌抵抗有害菌的其他作用机制还包括刺激动物机体的免疫系统,与有害菌竞争营养物质,以及降低肠道和粪便中-葡萄糖苷酶和-葡萄糖醛酸酶的浓度。禽 业 篇6|2023 年第 43 卷第3期 总第302期|猪 业 篇专 栏海藻中的多糖不能被宿主分泌的消化酶消化,并且对益生菌具有菌种特异性,因此将海藻多糖作为益生元添加剂的研究似乎很有前景。Kulshreshtha 等(2014)证明,日粮中添加海藻会显著增加产蛋母鸡盲肠中乙酸、丙酸、正丁酸和异丁酸的含量,同时会降低产气荚膜梭菌的浓度。Murate 等(2015)在一项针对益生菌、益生元和共生菌添加剂的试验中,用肠炎沙门菌对肉鸡和蛋鸡进行攻毒,结
23、果发现,益生元组的感染蛋鸡数显著减少,而对照组的感染蛋鸡数则无显著变化。用沙门菌进行攻毒时,益生菌组、益生元组和共生菌组的感染肉鸡数没有显著差异。在感染早期,与对照组肉鸡和蛋鸡相比,益生元组肉鸡和蛋鸡肠道内沙门菌数量显著减 少。然 而,Murate 等(2015)、Michel 等(2019)研究发现,在攻毒的第14天和第21天,肉鸡和蛋鸡肠道内沙门菌数未发生显著变化。Dalloul 等(2016)证明,数十年来,人们习惯在家禽饲料中添加抗球虫药来控制球虫病。消费者对家禽产品中药物残留的担忧,以及对寄生虫和细菌产生多重耐药性的担忧,促使现代研究机构寻找替代方法。疫苗在控制家禽球虫病上非常有效,
24、且不会产生不必要的害处,但价格昂贵,必须谨慎使用,才能起到有效的预防作用。Dalloul 等(2016)指出,益生菌等免疫调节剂一直处于全球研究的前沿。2.1 益生菌的作用机制Dalloul(2017)、Abd El-Hack 等(2020)证明,益生菌有助于家禽维持肠道健康平衡,以促进机体健康,提高生产性能,抵御肠道疾病。Ohimain 等(2012)证明,益生菌可通过三种重要机制发挥作用:竞争性排斥、细菌拮抗和免疫系统激活。Timmerman 等(2006)研究发现,雏鸡一旦出壳,会在数小时内开始组建肠道菌群,因此早期摄入益生菌更有助于改善肠道菌群组成。Kabir(2009)证明,雏鸡通常
25、通过接触成年鸡的粪便建立自身的肠道菌群。然而,孵化场中刚出壳的雏鸡无法接触到成年鸡,因此给它们饲喂益生菌有利于其形成良好的肠道菌群。益生菌可以通过在家禽肠道中定植,占领消化道的空间和营养物质,从而竞争性地排斥有害菌,否则有害菌将占领这些空间,并利用营养物质进行增殖。Hume(2011)发现,许多种类的益生菌通过产生抗菌物质和分泌物对抗细菌性病原体,从而降低肠道内容物的 pH,进而抑制有害菌的生长。Sunkara 等(2011,2012)证明,鸡肠道有益菌产生的短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)会 促 进宿主防御肽基因的表达。在高浓度的 SCFA 下,当微小的
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