■張 博 盧麗枝 谷 旭 李 俊*
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所,北京 100081;2.廣西壯族自治區(qū)畜牧站,廣西南寧 530022)
20 世紀(jì)50 年代起,抗生素在飼料工業(yè)和畜牧業(yè) 中發(fā)揮著舉足輕重的作用,可抗病、促生長(zhǎng),而且價(jià)格低廉,為養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展節(jié)本增效。但越來(lái)越多的研究表明,抗生素持續(xù)、大量的使用給動(dòng)物性產(chǎn)品質(zhì)量安全、生態(tài)環(huán)境乃至人類(lèi)健康造成隱患。“飼料質(zhì)量安全—?jiǎng)游锝】怠h(huán)境友好—?jiǎng)游镄援a(chǎn)品質(zhì)量安全—食品安全—人類(lèi)健康”是一個(gè)完整生態(tài)鏈,也是一種大食品觀,所以需要從源頭——飼料質(zhì)量安全抓起,杜絕抗生素可能會(huì)給食品和環(huán)境帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),保障人類(lèi)健康。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布第194號(hào)公告,“飼料無(wú)抗”在政策上得到保障。飼料“無(wú)抗”后可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)物生長(zhǎng)減緩、死淘率上升等問(wèn)題,加之消費(fèi)者對(duì)動(dòng)物性產(chǎn)品質(zhì)量安全和食品安全的新要求,促使積極研究與開(kāi)發(fā)綠色、環(huán)保、安全、高效的抗生素替代品成為飼料端和養(yǎng)殖端的重要工作。我國(guó)幅員遼闊,天然植物資源豐富且綠色安全無(wú)殘留,是替抗的理想產(chǎn)品之一。文章就天然植物飼料的定義、分類(lèi)、生物學(xué)功能及應(yīng)用等方面進(jìn)行綜述,并對(duì)天然植物飼料在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行梳理,以期為天然植物飼料原料的研究和應(yīng)用提供參考。
天然植物飼料分為二部分,一是指來(lái)自《飼料原料目錄》的117 種藥食同源天然植物,即植物或植物的特定部位經(jīng)干燥或粗提或粉碎獲得的產(chǎn)品;二是指以植物提取物為有效成分的植物飼料添加劑,包括來(lái)自《飼料添加劑品種目錄》和暫未列入《飼料添加劑品種目錄》(已過(guò)監(jiān)測(cè)期和在監(jiān)測(cè)期內(nèi))的飼料添加劑。需要注意的是,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部194 號(hào)公告發(fā)布后,一些可以在飼料中長(zhǎng)期添加使用的具有促生長(zhǎng)功能的中藥類(lèi)(如博落回散、山花黃芩提取物散、裸花紫珠末、女貞子提取物散等)不再歸為藥物飼料添加劑,而是作為中獸藥使用。一些天然植物具有一定的生物學(xué)功能,其中的活性物質(zhì)可提升動(dòng)物腸道健康指數(shù),促進(jìn)生長(zhǎng)、消除炎癥、抗病,是綠色、安全、環(huán)保、高效的抗生素替代品。
我國(guó)天然植物資源豐富、來(lái)源廣泛、組成成分復(fù)雜。按照其來(lái)源不同,分為農(nóng)作物類(lèi)、果蔬類(lèi)、中藥類(lèi)、茶葉類(lèi)和香辛料類(lèi)等;天然植物飼料原料中的活性物質(zhì)因植物的產(chǎn)地、品種、使用部位、收獲季節(jié)、加工工藝不同而存在差異。按照活性物質(zhì)的差異,分為生物堿、黃酮、多糖類(lèi)、多酚類(lèi)、萜類(lèi)、揮發(fā)油及有機(jī)酸和色素類(lèi)等;按照功能的不同,分為促生長(zhǎng)類(lèi)、免疫調(diào)節(jié)類(lèi)、抗氧化類(lèi)、調(diào)味類(lèi)、防霉類(lèi)、產(chǎn)品品質(zhì)和環(huán)境改良類(lèi)等。按照產(chǎn)品形態(tài)差異,則分為經(jīng)干燥后的植物原始狀態(tài)、粉末狀、膏狀、固態(tài)及液態(tài)等。
天然植物飼料作為綠色、安全、環(huán)保、高效的抗生素替代品,主要是植物自然或人工栽培生長(zhǎng)過(guò)程中合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物,如生物堿、黃酮、多糖、多酚、萜類(lèi)、揮發(fā)精油及有機(jī)酸和色素等發(fā)揮作用。天然植物飼料活性物質(zhì)多樣復(fù)雜,不同品種的植物,活性物質(zhì)存在差異,同一品種植物,也受產(chǎn)地、部位、加工方式等因素的影響,活性物質(zhì)不盡相同。不同天然植物飼料的主要功能則取決于某一種或幾種活性物質(zhì)的含量。植物提取物,從天然植物中提取的活性物質(zhì),有抗氧化、改善胃腸、促生長(zhǎng)、抗菌抑菌、提高動(dòng)物免疫功能、減少環(huán)境污染等作用。
動(dòng)物細(xì)胞因?yàn)榄h(huán)境變化、感染性疾病等在機(jī)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的自由基,而自由基過(guò)量則會(huì)給動(dòng)物細(xì)胞功能造成破壞,從而損害機(jī)體,降低動(dòng)物的生產(chǎn)性能。某些植物提取物能清除自由基,防止氧化應(yīng)激所造成的機(jī)體損傷,還能夠提高血清抗氧化狀態(tài)和細(xì)胞抗氧化能力。大量研究表明,迷迭香、大蒜、山銀花、黃芩、牛至草等多種植物的提取物均有抗氧化能力,相比之下迷迭香具有更強(qiáng)的抗氧化能力??寡趸挠行Щ钚晕镔|(zhì)為多酚類(lèi)、黃酮類(lèi)、萜類(lèi)、維生素類(lèi)、多肽類(lèi)與有機(jī)酸等。陳祥宇等(2021)研究表明,以大蒜素和菊粉為主要成分的復(fù)合植物提取物可提高蛋雞的抗氧化能力。楊敏等(2017)試驗(yàn)結(jié)果表明,在雛雞日糧中添加3%的老蒜提取物,能有效減少蛋雛雞血清中自由基產(chǎn)生,且效果優(yōu)于抗生素對(duì)照組,同時(shí)使血液中過(guò)氧化氫酶含量和超氧化物歧化酶活性有所增長(zhǎng);添加2%時(shí),谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性體現(xiàn)出增強(qiáng)趨勢(shì),說(shuō)明添加老蒜提取物可以提高抗氧化能力。具有抗氧化作用的天然植物飼料原料種類(lèi)較多,需要結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源優(yōu)勢(shì),針對(duì)特定動(dòng)物及不同生長(zhǎng)階段開(kāi)展應(yīng)用研究。
腸道的好壞關(guān)乎動(dòng)物對(duì)食物的消化與吸收率,也決定了動(dòng)物機(jī)體抵御病原微生物侵害的能力;腸道還是動(dòng)物機(jī)體非常重要的免疫器官,構(gòu)建了機(jī)體免疫的第一道防線,腸道特異性免疫及黏膜屏障組成了腸道免疫系統(tǒng)。植物提取物中的多糖、多酚、皂苷、精油及醇類(lèi)等通過(guò)改變腸道內(nèi)環(huán)境、形態(tài)結(jié)構(gòu)、微生物菌群、腸道上皮防御功能等方面調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道健康。改善腸道環(huán)境:刺激消化酶的分泌,增強(qiáng)消化酶活性,改善動(dòng)物腸道消化機(jī)能。改變動(dòng)物腸道的形態(tài)結(jié)構(gòu):增加腸道絨毛高度,減少隱窩深度,提高二者比率,調(diào)整和改善機(jī)體小腸壁黏膜形態(tài)。平衡動(dòng)物腸道內(nèi)各種菌群:增加有益菌的定植,阻抑有害菌的增殖,保持腸道菌群的均衡,進(jìn)而促進(jìn)腸道健康。維持腸道特異性自我免疫:提高自我免疫反應(yīng)的靈活性和敏感程度,加強(qiáng)腸道上皮細(xì)胞防御疾病能力,清除腸道由于氧化應(yīng)激造成的損傷,提高受損腸道的自我修復(fù)功能。周瑞(2019)研究發(fā)現(xiàn),在羔羊飼糧中加入牛至精油,可有效促進(jìn)羔羊的胃和腸道生長(zhǎng)發(fā)育,均衡胃腸道內(nèi)菌群。王志宏等(2016)研究表明,杜仲黃酮可促進(jìn)刀豆球蛋白、LPS 刺激下的小鼠脾淋巴細(xì)胞的增殖,并且有助于推進(jìn)免疫細(xì)胞因子IL-2 與IFN-γ的分泌。研究報(bào)道,金銀花提取物能顯著促進(jìn)有益菌定植,抑制有害菌繁殖。
研究表明,植物提取物有促生長(zhǎng)的功能。其中所含有的香味物質(zhì),可以提高適口性進(jìn)而增加動(dòng)物的采食量;植物提取物通過(guò)優(yōu)化腸道菌群平衡,提高飼料轉(zhuǎn)化效率,促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng);植物提取物可以促使影響動(dòng)物生長(zhǎng)的激素分泌,進(jìn)而提高生產(chǎn)性能。宋軍帥等(2019)研究報(bào)道,在斷奶的母豬日糧中加入200 mg/kg的大蒜、薄荷等6 種不同濃度比例的復(fù)合植物精油,與加入抗生素延胡索酸泰妙菌素(96 mg/kg)+金霉素(75 mg/kg)+吉他霉素(200 mg/kg)的日糧相比,料肉比下降,仔豬采食量與平均日增重(ADG)都得到顯著提升。Long 等(2021)在飼糧中添加1 g/kg 刺五加提取物能增加肉雞的體重和飼料轉(zhuǎn)化率,對(duì)肉雞的生長(zhǎng)性能產(chǎn)生有益影響。在斷奶仔豬日糧中添加1%的杜仲黃酮,在第35 天體重增加了21%,在0~15 d 和0~35 d 仔豬腹瀉率分別降低了64.3%和59.3%,證明杜仲黃酮可以促進(jìn)斷奶仔豬的生長(zhǎng)。在尼羅羅非魚(yú)的飼料中添加綠茶可以有效改善飼料轉(zhuǎn)化效率,促進(jìn)生長(zhǎng),添加量為0.5 g/kg 時(shí)效果最好。也有一些研究使用了《飼料原料目錄》以外的植物原料。
抗生素在治療動(dòng)物由細(xì)菌和病毒造成的疾病中發(fā)揮了重要作用,減少了動(dòng)物死淘率,降低了養(yǎng)殖損失??股卦诎l(fā)揮良好作用的同時(shí)又反向危害動(dòng)物、環(huán)境和人的安全與健康,相比之下,植物提取物規(guī)避了抗生素易產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性和動(dòng)物性產(chǎn)品藥物殘留的兩大弊端。近年來(lái)在植物提取物抗菌殺菌方面做了大量研究。植物提取物中的生物堿、揮發(fā)油、黃酮、有機(jī)酸等均能抑菌。植物提取物的抑菌機(jī)理:①抑制細(xì)菌肽聚糖的合成,破壞其形態(tài)結(jié)構(gòu),進(jìn)而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng);②改善細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性和通透性,削弱質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)能力,使細(xì)菌失活;③阻抑細(xì)胞內(nèi)脫氫酶的活性,進(jìn)而減慢細(xì)菌細(xì)胞新陳代謝的速度;④提高動(dòng)物機(jī)體免疫力,增強(qiáng)抵御細(xì)菌能力。植物提取物受種類(lèi)和成分等多因素的限制,抑菌機(jī)理紛繁復(fù)雜,對(duì)不同菌類(lèi)的抑制程度存在差異,要明確植物提取物起作用成因,還要對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行更深入研究。趙露露等(2017)用牛津杯法對(duì)10種植物提取物以單一或復(fù)配形式抑制雞大腸桿菌和沙門(mén)氏菌的有效性進(jìn)行比較研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)單一肉桂精油對(duì)大腸桿菌的抑制有效性最高。鐘華晨等(2020)研究表明,蒲公英、金銀花、益母草等對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌存在不同程度的抑制作用。孫琦(2016)研究表明,肉桂醛能降低黃曲霉菌絲細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝水平和減弱氧化應(yīng)激反應(yīng)的程度,并加劇菌絲細(xì)胞氧化損傷程度,說(shuō)明其對(duì)黃曲霉菌生長(zhǎng)和產(chǎn)毒有抑制作用??傮w上看生物堿的研究相對(duì)較少,揮發(fā)油或精油類(lèi)產(chǎn)品的成分較為復(fù)雜,且有的成分是人工合成的。
研究報(bào)道,植物提取物中的多糖、皂苷、生物堿、精油和有機(jī)酸等活性物質(zhì)能有效增強(qiáng)奶牛的免疫功能。曹楠等(2022)研究表明,在嶺南黃雞飼糧中添加白術(shù)多糖,可以增加肝臟雙核細(xì)胞、胸腺中的成熟胸腺細(xì)胞以及法氏囊中大淋巴濾泡數(shù)量,促進(jìn)免疫器官的正常生長(zhǎng)發(fā)育。Ayeka 等(2017)研究發(fā)現(xiàn),甘草多糖在攜帶CT 26 腫瘤的荷瘤小鼠中表現(xiàn)出明顯的免疫調(diào)節(jié)活性,通過(guò)增加荷瘤小鼠的胸腺、脾臟指數(shù)與T 淋巴細(xì)胞的數(shù)量,提高血清抗腫瘤細(xì)胞因子IL-2、IL-6和IL-7的水平,同時(shí)降低促腫瘤細(xì)胞因子TNFα來(lái)抑制腫瘤生長(zhǎng)。
植物提取物能抑制炎癥因子分泌,降低機(jī)體抗炎反應(yīng),從而增強(qiáng)動(dòng)物免疫功能。宋潔等(2020)在患有乳腺炎的奶牛日糧中添加益母草、連翹、金銀花、蒲公英等復(fù)合植物提取物,第15 天時(shí),出現(xiàn)明顯抗炎效果,抗炎因子IL-4含量提升至試驗(yàn)期最高值,30 d時(shí)奶中的體細(xì)胞數(shù)(主要由98%~99%的免疫細(xì)胞和1%~2%的乳腺上皮細(xì)胞組成)顯著減少,表明炎性介質(zhì)對(duì)乳腺的損傷減弱,奶牛15~45 d的產(chǎn)乳量、采食量和乳成分在不同程度上得到改善,表明飼糧中添加由金銀花、益母草、連翹、蒲公英復(fù)配物能增強(qiáng)機(jī)體對(duì)炎癥的抵御能力。但連翹不在《飼料原料目錄》中。此外,值得注意的是,植物提取物的免疫調(diào)節(jié)有多面性,機(jī)體自身因素也會(huì)影響植物提取物的免疫調(diào)節(jié)功能。
3.1.1 產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊,部分產(chǎn)品重金屬污染較為嚴(yán)重
飼用天然植物受不同品種、部位等內(nèi)因與收運(yùn)環(huán)境、加工方式等外因影響較大,幾種因素相互制約,活性物質(zhì)組分復(fù)雜、差異明顯,質(zhì)量不穩(wěn)定。從產(chǎn)品標(biāo)簽或說(shuō)明書(shū)上看,一些產(chǎn)品使用了《飼料原料目錄》以外的植物。目前對(duì)飼用天然植物的有效活性物質(zhì)測(cè)定沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量控制來(lái)說(shuō),更是雪上加霜。于治芹等(2020)對(duì)來(lái)自全國(guó)10個(gè)省份100份天然植物飼料樣品進(jìn)行重金屬檢測(cè),發(fā)現(xiàn)鉻污染問(wèn)題比較突出,鉻含量大于5 mg/kg 的樣品占比為24%,有1 個(gè)樣品的鉻含量達(dá)到927.63 mg/kg。盧瑩瑩等(2019)對(duì)5 個(gè)省份的27 批次姜黃樣品進(jìn)行重金屬檢測(cè),發(fā)現(xiàn)鎘的超標(biāo)率較高,37.04%的樣品存在中度或重度污染。
3.1.2 作用機(jī)制和有效添加量不明確
目前,對(duì)天然植物飼料的研究以體外試驗(yàn)和單一原料為主,主要集中在使用效果上,缺乏對(duì)其長(zhǎng)期使用及不同植物原料間相互作用的研究,對(duì)其作用機(jī)理、代謝規(guī)律、有效或推薦添加量還不是十分明確。對(duì)于不同復(fù)配型天然植物飼料是否存在協(xié)同或頡頏作用,不同產(chǎn)地的同種產(chǎn)品對(duì)不同動(dòng)物、不同生長(zhǎng)階段的生長(zhǎng)性能影響研究也比較缺乏。如姜黃素在飼料中的應(yīng)用主要集中在幼魚(yú)上,可促進(jìn)幼魚(yú)生長(zhǎng)和提高其抗氧化能力,且能起到保護(hù)肝臟的作用。姜黃素在不同重量、不同種類(lèi)的幼魚(yú)飼料中添加量存在差異,在個(gè)體重約12.3 g 的美洲鰻鱺飼料中添加229.58~235.50 mg/kg的姜黃素,從美洲鰻鱺的增重率和飼料效率角度考慮,為最宜添加量。在個(gè)體重為2.5 g的尼羅羅非魚(yú)飼糧中添加50 mg/kg姜黃素時(shí),能夠有效促進(jìn)其生長(zhǎng);在金魚(yú)養(yǎng)殖中姜黃素的最大有效添加量為5 000 mg/kg,生長(zhǎng)效果最佳,可見(jiàn),姜黃素在不同種類(lèi)幼魚(yú)中有效添加量相差懸殊。這可能與動(dòng)物的生理功能、姜黃素純度與安全范圍等因素有關(guān),對(duì)姜黃素的有效添加量還要進(jìn)一步研究。
3.1.3 產(chǎn)品信息標(biāo)識(shí)較為混亂,部分產(chǎn)品夸大宣傳
根據(jù)近3 年對(duì)飼用天然植物提取物生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)目前天然植物提取物產(chǎn)品形態(tài)多樣,有的使用植物超微粉作為植物飼料原料,有的使用植物提取物作為獨(dú)立的產(chǎn)品,有的作為混合型飼料添加劑的載體。多樣化的形態(tài),對(duì)天然植物飼料產(chǎn)品來(lái)說(shuō),其特點(diǎn)也存在弊端。對(duì)產(chǎn)品類(lèi)型定位和分類(lèi)不清晰,容易造成天然植物飼料原料和天然植物飼料添加劑的混淆,給使用帶來(lái)困擾,也造成政府監(jiān)管的困難。部分產(chǎn)品夸大其功能,標(biāo)示具有預(yù)防或者治療動(dòng)物疾病作用的內(nèi)容,有“假獸藥”之嫌。一些天然植物飼料生產(chǎn)企業(yè)也同時(shí)是獸藥生產(chǎn)企業(yè),存在飼料與獸藥的交叉污染風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)天然植物飼料產(chǎn)品的藥物篩查的結(jié)果也證實(shí),部分飼料產(chǎn)品受到乙酰甲喹、喹烯酮、對(duì)乙酰氨基酚、磺胺類(lèi)獸藥的污染,也不排除人為添加獸藥或違禁物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn),一些標(biāo)稱有特定功能的產(chǎn)品真正起作用的可能是違規(guī)添加的獸藥或人用藥。
3.2.1 制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)
目前處于快速發(fā)展階段的天然植物飼料原料及添加劑產(chǎn)品,面臨嚴(yán)重的標(biāo)準(zhǔn)缺乏問(wèn)題,天然植物飼料原料中沒(méi)有強(qiáng)制性標(biāo)識(shí)要求,只有少數(shù)的天然植物提取物有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),這也限制了天然植物飼料的推廣應(yīng)用,所以亟需開(kāi)展天然植物飼料標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)的制修訂及宣貫工作,來(lái)規(guī)范天然植物飼料的生產(chǎn)、流通和使用等環(huán)節(jié)。
3.2.2 完善風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和執(zhí)法聯(lián)動(dòng)機(jī)制
采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、風(fēng)險(xiǎn)排查、監(jiān)督抽查等方式相結(jié)合,對(duì)天然植物飼料摻假售假、非法添加、標(biāo)簽不規(guī)范的行為加大處罰力度,對(duì)違法行為起到威懾作用??梢詮臉?biāo)簽檢查入手,有效規(guī)范天然植物飼料界定不明、虛假夸大宣傳等亂象。不斷完善天然植物飼料中非法添加物篩查數(shù)據(jù)庫(kù),提高篩查技術(shù)水平,讓非法添加物無(wú)處遁形。同時(shí),天然植物飼料生產(chǎn)、流通和使用環(huán)節(jié)責(zé)任主體的法律意識(shí)要不斷增強(qiáng)。
3.2.3 深入研究天然植物飼料的作用機(jī)理
天然植物及其提取物由于其自身的復(fù)雜性,對(duì)其作用機(jī)理和有效添加量的研究是一項(xiàng)漫長(zhǎng)而耗力的工程,應(yīng)加大天然植物飼料相關(guān)科研投入,深入研究天然植物飼料的作用機(jī)理,特別是替代抗生素的作用機(jī)理,從安全性和經(jīng)濟(jì)性的角度提出適宜添加量。
天然植物飼料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,可以提高動(dòng)物抗氧化能力、改善動(dòng)物胃腸健康、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫力,在一定程度上可以替代飼糧中添加的抗生素。也可以改善動(dòng)物性產(chǎn)品品質(zhì),滿足市場(chǎng)消費(fèi)的剛性需求。但由于天然植物及其提取物本身的復(fù)雜性,需要在應(yīng)用基礎(chǔ)研究、標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建、政府監(jiān)管和行業(yè)自律等方面同時(shí)發(fā)力,才能充分發(fā)揮我國(guó)天然植物資源的優(yōu)勢(shì),促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。