姚文教授：生物發(fā)酵飼料應(yīng)用與腸道微生物健康及抗生素替代

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《生物發(fā)酵飼料應(yīng)用與腸道微生物健康的關(guān)系》

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院姚文教授

　　專家簡介：姚文，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)動物科學(xué)（動物營養(yǎng)學(xué)）博士學(xué)位；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院動物營養(yǎng)與飼料系教授；研究方向為仔豬腸道微生物區(qū)系功能和調(diào)控，豬脂質(zhì)代謝和肌肉生長過程中脂肪形成的微生物研究。

　　發(fā)酵飼料概況

　　1、發(fā)酵飼料源于人類發(fā)酵食品

　　2、發(fā)酵食品定義：利用單一或組合的有益微生物發(fā)酵食品原料，是現(xiàn)代殺菌技術(shù)之前，人類食品加工保藏的主導(dǎo)方式，其種類、形式等各具特點（如圖）

　　3、發(fā)酵食品的特點：
　　1）產(chǎn)生特殊風(fēng)味和口感、促進食欲，如：奶酪、醬油、醋等
　　2）有益人體健康，如：酸奶（乳糖不耐癥）
　　3）提高營養(yǎng)價值，如：納豆（肽、氨基酸）
　　4）保質(zhì)保鮮，如使用在奶酪和泡菜等

　　4、發(fā)酵飼料定義 (Fermented Feed)：  單一或復(fù)合菌群發(fā)酵一切可發(fā)酵的原料并能飼喂動物的飼料 。
　　1）菌種的選擇大多參照同類發(fā)酵食品的理念
　　2）蛋白原料發(fā)酵多選擇芽孢桿菌、一些霉菌和乳酸菌
　　3）淀粉、纖維原料發(fā)酵多選擇酵母、和乳酸菌
　　4）原料的選擇比發(fā)酵食品復(fù)雜多樣，工藝上少產(chǎn)酒精、多產(chǎn)有機酸
　　5）根據(jù)原料特性、目標動物、產(chǎn)品形式（固態(tài)、液態(tài)）選擇適宜的菌種

　　5、發(fā)酵飼料的特點：兼具益生菌、有機酸、寡糖、酶等的功效 ——降低飼養(yǎng)成本、促進飼料高效利用。
　　1）加工過程能耗低：水+發(fā)酵熱+微生物侵蝕=粉碎+膨化+高溫熟化
　　2）減少添加劑使用：微生物發(fā)酵產(chǎn)維生素、乳酸、微生物酶
　　3）減少礦物質(zhì)添加：發(fā)酵形成氨基酸、肽等螯合礦物質(zhì)，植酸↓
　　4）減少藥物添加：益生菌及其代謝產(chǎn)物促進腸道健康
　　5） 提高飼料消化率：預(yù)消化養(yǎng)分、消除抗營養(yǎng)因子
　　（小肽(<15 kD) 、氨基酸↑  多糖簡單化， TI、水蘇糖、棉籽糖等↓）
　　6） 擴大飼料原料范圍：非常規(guī)飼料原料( 廢渣、高纖維素、雜粕類等 ) ↑

　　6、市場上發(fā)酵飼料的形式有兩種
　　1）液態(tài)發(fā)酵飼料
　　發(fā)酵全價料或飼料主要成分、益生活菌 ；
　　歐洲豬飼養(yǎng)中普遍采用 液態(tài)飼喂系統(tǒng)（河南瑞昂液態(tài)飼喂系統(tǒng)）。
　　2） 烘干發(fā)酵飼料
　　發(fā)酵單一原料為主 ，活菌數(shù)較少 ；
　　國內(nèi)市場的主要形式：發(fā)酵豆粕、棉籽粕等  （消除抗營養(yǎng)因子、破解植物細胞壁、蛋白分子降解）； 發(fā)酵麥麩、豆渣、米糠等（破解植物細胞壁、適口性、能量利用↑ ） 。

　　豬的生產(chǎn)特點與發(fā)酵飼料應(yīng)用相關(guān)概況

　　1、經(jīng)微生物預(yù)消化的發(fā)酵飼料可否提供飼料轉(zhuǎn)化率？

　　實驗證明：飼料低效率轉(zhuǎn)化！

　　綜述：液態(tài)發(fā)酵飼料可提高斷奶仔豬日增重以及改善生長育肥豬飼料轉(zhuǎn)化效率

　　2、液態(tài)發(fā)酵飼料的特點：

　　優(yōu)勢：
　　1）有利于斷奶仔豬的飼料轉(zhuǎn)換，采食量↑ ；
　　2）高溫條件下采食量↑ ；
　　3）養(yǎng)分消化率↑ ；
　　4）豬胃pH↓、腸道病原菌數(shù)量↓；
　　5）生長性能改善 ；
　　6）豬舍粉塵↓環(huán)境、健康、福利水平↑ 。

　　劣勢：
　　1）部分必需養(yǎng)分損失（AA、維生素）（只發(fā)酵谷物） ；
　　2）飼料浪費比干料多 ；
　　3）可能因采食量升高使蛋白攝入量過多，引起腹瀉 ；
　　4）胃腸脹氣、胃腸潰瘍(Plumed-Ferrer et al. 2005; Brooks 2008) ；
　　5）無自動化設(shè)備時，工作量大 。

　　抗生素健康風(fēng)險與發(fā)酵飼料應(yīng)用

　　1、抗生素的作用 ：抑菌、殺菌
　　1928年發(fā)現(xiàn)青霉素 --1940年青霉素被提純 --1950年亞治療劑量抗生素防病、促生長。
　　隨著抗生素的使用，豬生產(chǎn)水平持續(xù)提高

　　2、動物用抗生素的人類健康風(fēng)險
　　動物產(chǎn)品抗生素殘留 ；食源耐藥病原菌與人類感染 。

　　其中，細菌耐藥性（AMR）的人類健康風(fēng)險數(shù)據(jù)顯示 ：
　　目前全球耐藥菌感染死亡70萬人/年 ；耐藥結(jié)核桿菌，20萬；印度6萬/年新生兒；無所作為，2050年上升至一千萬（6個耐藥病原菌）

　　現(xiàn)今全球得出共識：抗生素回歸臨床治療、處方管理。
　　丹麥、瑞典等國家的最先立法禁止抗生素用于動物促生長，禁止將對人類健康有重要意義的抗生素用于獸醫(yī)臨床！

　　3、丹麥豬抗生素年用量變化
　　1）禁用抗生素促生長 ；
　　2）獸醫(yī)處方量↑ ；
　　3）豬處方量2010年后↓；
　　4）豬數(shù)量↑ ；
　　5）每公斤肉抗生素用量↓ ；
　　40mg/PCU。

　　4、中國抗生素用量
　　動物養(yǎng)殖總量全球第一， 我國抗生素用量全球第一， 預(yù)計2030年用量增加近一倍 ！
　　每公斤肉抗生素用量美國，300mg/kg，中國約是丹麥的15-20倍，美國的2-3倍 。

　　丹麥豬抗生素年用量變化

　　保育仔豬用量最多      胃腸道>>呼吸道>關(guān)節(jié)、皮膚、中樞神經(jīng)等

　　政策驅(qū)動下的抗生素規(guī)范使用——丹麥

　　1998年禁止抗生素使用，大環(huán)內(nèi)脂使用量↓，腸球菌紅霉素耐藥率↓ ，空腸彎曲桿菌的紅霉素耐藥變化類似 。

　　氟苯尼考：很多豬場粉劑添加于飼料，防治秋冬季豬的腸道、呼吸道感染

　　1）1999年我國批準用于治療牛、豬、雞和魚類的細菌感染 ；
　　2）動物源大腸桿菌對氟苯尼考的敏感性逐年下降，09年后耐藥率>50%；
　　3）歐洲地區(qū)大腸桿菌對氟苯尼考的敏感性明顯高于我國 1-2倍；MIC（MIC4ug/ml）抑菌，4-8倍MIC殺菌
　　4）氟苯尼考粉劑治療耐藥大腸桿菌（MIC16ug/ml）感染的最佳給藥劑量131.3mg/kg，現(xiàn)有粉劑給藥達不到要求 ；
　　5）氟苯尼考耐藥基因cfr存在于細菌質(zhì)粒上，傳播風(fēng)險大（人的健康風(fēng)險大）。

　　2016年農(nóng)業(yè)部禁止硫酸黏菌素用于動物促生長，2015年國際首次發(fā)現(xiàn)黏菌素耐藥質(zhì)粒，Mcr-1可沿食物鏈傳播到人 ，我國動物源大腸桿菌Mcr-1基因的檢出率和黏菌素耐藥率，2009年開始快速上升 。

　　5、酵母培養(yǎng)物替代飼料抗生素和高銅對哺乳仔豬
　　豬的生長性能以及糞便大腸桿菌耐藥性的影響系列試驗數(shù)據(jù)：

哺乳仔豬生長性能和糞便細菌定量分析

　　合生元對仔豬糞便大腸桿菌耐藥水平的影響

　　仔豬飼料中撤除喹乙醇后，顯著降低其耐藥大腸桿菌比例

　　6、發(fā)酵飼料的作用機制 ：酵母培養(yǎng)物 XPC
　　沒有直接的抑菌作用 ；改善腸道菌群結(jié)構(gòu) ；提高機體的免疫應(yīng)答 。

酵母培養(yǎng)物有效降低沙門氏菌的毒性和抗生素耐藥性

　　發(fā)酵飼料應(yīng)用與豬腸道健康

　　1、腸道基本功能：消化吸收
　　2、腸道生理功能 ：屏障——完整粘膜抵御抗原、病原入侵
　　產(chǎn)生激素，調(diào)控腸道和整體功能
　　3、腸道共生菌群：養(yǎng)分搶救、合成VB
　　競爭排斥、抑制病原菌生長；天然物質(zhì)活性轉(zhuǎn)化，失活、更強；解毒，水解藥物、添加劑。
　　4、腸道免疫功能 ：適應(yīng)無害抗原（食物、共生菌）
　　對病原體、有害抗原適度反應(yīng) 。

　　出生后豬腸道的生長發(fā)育

　　腸道發(fā)育：年齡、日糧結(jié)構(gòu)變化

　　不同階段對飼料可消化性的要求不同

　　短鏈有機酸是腸道發(fā)育的能量來源

　　小腸粘膜發(fā)育：年齡、日糧結(jié)構(gòu)變化 ；上皮完整性：消化、吸收、屏障；短鏈有機酸為首要能量（丁酸等）。

　　胃腸道共生菌群發(fā)酵未消化養(yǎng)分產(chǎn)短鏈脂肪酸 ：豬8-26%的日糧CHO進入后腸發(fā)酵，提供10-30%能量，腸道共生菌群與宿主的能量供應(yīng)、腸道上皮功能密不可分 。

　　4、可發(fā)酵碳水化合物：
　　未消化吸收的碳水化合物：淀粉及降解物
　　不消化碳水化合物（飼料原料中存在和添加）
　　–  果聚糖    Fructans，F(xiàn)OS
　　–  半乳聚糖  Galacto-OS，GOS
　　–  β葡聚糖     β-Glucans
　　內(nèi)源性碳水化合物：消化液、粘液

　　5、發(fā)酵豆粕（根霉、曲霉、芽孢桿菌、植物乳桿菌）
　　1）蛋白降解 ；
　　2）抗營養(yǎng)因子降解、碳水化合物↓ ；
　　3） 抗氧化能力↑ ；
　　4）CP、EE↑ ；
　　5） 綜合調(diào)控腸道健康 。

　　發(fā)酵豆粕對斷奶仔豬生長性能和腸道微生物的影響

　　發(fā)酵豆粕對斷奶仔豬生長性能和腸道微生物的影響：對大豆蛋白的預(yù)降解程度直接影響FSBM的質(zhì)量和飼喂效果

　　6、發(fā)酵谷物（酵母、乳酸菌）
　　酵母培養(yǎng)物：酵母厭氧發(fā)酵谷物的產(chǎn)物
　　酵母代謝產(chǎn)物、酵母細胞壁和內(nèi)容物、發(fā)酵后的谷物、有機酸、寡糖、多肽、氨基酸、酶等、經(jīng)濟的腸道健康綜合調(diào)控產(chǎn)品。

酵母培養(yǎng)物用于夏季生長育肥豬飼養(yǎng)

　　酵母培養(yǎng)物對豬生長性能和養(yǎng)分消化率的影響；數(shù)據(jù)顯示：日增重、體重的整齊性有一定改善；粗纖維的消化利用率有所提高 ；可能為豬提供更多的能量 。

　　酵母培養(yǎng)物降低了血清、肝臟 和肌肉中丙二醛的含量

　　有利于肉保質(zhì)期

　　酵母培養(yǎng)物對腸道食糜中短鏈脂肪酸水平的影響
　　1）降低了回腸食糜中乳酸的含量；
　　2）短鏈脂肪酸的產(chǎn)生伴隨著吸收；
　　3）丁酸是腸上皮能源優(yōu)先吸收；
　　4）體外發(fā)酵表明乳酸主要轉(zhuǎn)化為丁酸；
　　5）結(jié)腸產(chǎn)丁酸菌數(shù)量↑ 。

　　酵母培養(yǎng)物對妊娠后期母豬生產(chǎn)性能和新生仔豬腸道發(fā)育的影響

　　48頭母豬（長×大）分兩組，妊娠85天開始，2g/kg酵母培養(yǎng)物
　　哺乳期母豬飼料轉(zhuǎn)化率=仔豬斷奶窩增重/哺乳期母豬總采食量

　　酵母培養(yǎng)物能緩解母豬圍產(chǎn)期的能量負平衡

　　母豬日糧添加酵母培養(yǎng)物使新生仔豬腸絨毛更粗壯、均勻，杯狀細胞數(shù)量增加

　　豬腸道菌群的演替與調(diào)控窗口期：斷奶、不同階段飼料轉(zhuǎn)換、藥物治療、母豬圍產(chǎn)期等均能引起菌群失衡

　　菌群失衡時期也即是調(diào)控的窗口期

　　總結(jié)：生物發(fā)酵飼料作為新型飼料資源和生態(tài)健康型產(chǎn)品已引起國內(nèi)外廣泛的關(guān)注和重視，目前在養(yǎng)豬業(yè)中,正逐步被推廣應(yīng)用。發(fā)酵飼料的特點，它兼具益生菌、有機酸、寡糖、酶等的功效，不僅降低飼養(yǎng)成本還促進飼料高效利用，是一種經(jīng)濟的抗生素替代措施。但菌株和發(fā)酵工藝的差異決定產(chǎn)品的特點和質(zhì)量，在飼喂方面要結(jié)合動物發(fā)育特點和生產(chǎn)目的，合理應(yīng)用，注意揚長避短。大量實驗研究表明，在生長育肥豬日糧中添加發(fā)酵飼料具有改善營養(yǎng)水平、提高飼料利用率、促進豬生長、維持豬腸道微生態(tài)平衡、增強機體免疫力、提高豬酮體形狀和改善豬肉品質(zhì)的作用。

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