姚文教授：生物发酵饲料应用与肠道微生物健康及抗生素替代

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《生物发酵饲料应用与肠道微生物健康的关系》

南京农业大学动物科技学院姚文教授

　　专家简介：姚文，荷兰瓦赫宁根大学动物科学（动物营养学）博士学位；南京农业大学动物科技学院动物营养与饲料系教授；研究方向为仔猪肠道微生物区系功能和调控，猪脂质代谢和肌肉生长过程中脂肪形成的微生物研究。

　　发酵饲料概况

　　1、发酵饲料源于人类发酵食品

　　2、发酵食品定义：利用单一或组合的有益微生物发酵食品原料，是现代杀菌技术之前，人类食品加工保藏的主导方式，其种类、形式等各具特点（如图）

　　3、发酵食品的特点：
　　1）产生特殊风味和口感、促进食欲，如：奶酪、酱油、醋等
　　2）有益人体健康，如：酸奶（乳糖不耐症）
　　3）提高营养价值，如：纳豆（肽、氨基酸）
　　4）保质保鲜，如使用在奶酪和泡菜等

　　4、发酵饲料定义 (Fermented Feed)：  单一或复合菌群发酵一切可发酵的原料并能饲喂动物的饲料 。
　　1）菌种的选择大多参照同类发酵食品的理念
　　2）蛋白原料发酵多选择芽孢杆菌、一些霉菌和乳酸菌
　　3）淀粉、纤维原料发酵多选择酵母、和乳酸菌
　　4）原料的选择比发酵食品复杂多样，工艺上少产酒精、多产有机酸
　　5）根据原料特性、目标动物、产品形式（固态、液态）选择适宜的菌种

　　5、发酵饲料的特点：兼具益生菌、有机酸、寡糖、酶等的功效 ——降低饲养成本、促进饲料高效利用。
　　1）加工过程能耗低：水+发酵热+微生物侵蚀=粉碎+膨化+高温熟化
　　2）减少添加剂使用：微生物发酵产维生素、乳酸、微生物酶
　　3）减少矿物质添加：发酵形成氨基酸、肽等螯合矿物质，植酸↓
　　4）减少药物添加：益生菌及其代谢产物促进肠道健康
　　5） 提高饲料消化率：预消化养分、消除抗营养因子
　　（小肽(<15 kD) 、氨基酸↑  多糖简单化， TI、水苏糖、棉籽糖等↓）
　　6） 扩大饲料原料范围：非常规饲料原料( 废渣、高纤维素、杂粕类等 ) ↑

　　6、市场上发酵饲料的形式有两种
　　1）液态发酵饲料
　　发酵全价料或饲料主要成分、益生活菌 ；
　　欧洲猪饲养中普遍采用 液态饲喂系统（河南瑞昂液态饲喂系统）。
　　2） 烘干发酵饲料
　　发酵单一原料为主 ，活菌数较少 ；
　　国内市场的主要形式：发酵豆粕、棉籽粕等  （消除抗营养因子、破解植物细胞壁、蛋白分子降解）； 发酵麦麸、豆渣、米糠等（破解植物细胞壁、适口性、能量利用↑ ） 。

　　猪的生产特点与发酵饲料应用相关概况

　　1、经微生物预消化的发酵饲料可否提供饲料转化率？

　　实验证明：饲料低效率转化！

　　综述：液态发酵饲料可提高断奶仔猪日增重以及改善生长育肥猪饲料转化效率

　　2、液态发酵饲料的特点：

　　优势：
　　1）有利于断奶仔猪的饲料转换，采食量↑ ；
　　2）高温条件下采食量↑ ；
　　3）养分消化率↑ ；
　　4）猪胃pH↓、肠道病原菌数量↓；
　　5）生长性能改善 ；
　　6）猪舍粉尘↓环境、健康、福利水平↑ 。

　　劣势：
　　1）部分必需养分损失（AA、维生素）（只发酵谷物） ；
　　2）饲料浪费比干料多 ；
　　3）可能因采食量升高使蛋白摄入量过多，引起腹泻 ；
　　4）胃肠胀气、胃肠溃疡(Plumed-Ferrer et al. 2005; Brooks 2008) ；
　　5）无自动化设备时，工作量大 。

　　抗生素健康风险与发酵饲料应用

　　1、抗生素的作用 ：抑菌、杀菌
　　1928年发现青霉素 --1940年青霉素被提纯 --1950年亚治疗剂量抗生素防病、促生长。
　　随着抗生素的使用，猪生产水平持续提高

　　2、动物用抗生素的人类健康风险
　　动物产品抗生素残留 ；食源耐药病原菌与人类感染 。

　　其中，细菌耐药性（AMR）的人类健康风险数据显示 ：
　　目前全球耐药菌感染死亡70万人/年 ；耐药结核杆菌，20万；印度6万/年新生儿；无所作为，2050年上升至一千万（6个耐药病原菌）

　　现今全球得出共识：抗生素回归临床治疗、处方管理。
　　丹麦、瑞典等国家的最先立法禁止抗生素用于动物促生长，禁止将对人类健康有重要意义的抗生素用于兽医临床！

　　3、丹麦猪抗生素年用量变化
　　1）禁用抗生素促生长 ；
　　2）兽医处方量↑ ；
　　3）猪处方量2010年后↓；
　　4）猪数量↑ ；
　　5）每公斤肉抗生素用量↓ ；
　　40mg/PCU。

　　4、中国抗生素用量
　　动物养殖总量全球第一， 我国抗生素用量全球第一， 预计2030年用量增加近一倍 ！
　　每公斤肉抗生素用量美国，300mg/kg，中国约是丹麦的15-20倍，美国的2-3倍 。

　　丹麦猪抗生素年用量变化

　　保育仔猪用量最多      胃肠道>>呼吸道>关节、皮肤、中枢神经等

　　政策驱动下的抗生素规范使用——丹麦

　　1998年禁止抗生素使用，大环内脂使用量↓，肠球菌红霉素耐药率↓ ，空肠弯曲杆菌的红霉素耐药变化类似 。

　　氟苯尼考：很多猪场粉剂添加于饲料，防治秋冬季猪的肠道、呼吸道感染

　　1）1999年我国批准用于治疗牛、猪、鸡和鱼类的细菌感染 ；
　　2）动物源大肠杆菌对氟苯尼考的敏感性逐年下降，09年后耐药率>50%；
　　3）欧洲地区大肠杆菌对氟苯尼考的敏感性明显高于我国 1-2倍；MIC（MIC4ug/ml）抑菌，4-8倍MIC杀菌
　　4）氟苯尼考粉剂治疗耐药大肠杆菌（MIC16ug/ml）感染的最佳给药剂量131.3mg/kg，现有粉剂给药达不到要求 ；
　　5）氟苯尼考耐药基因cfr存在于细菌质粒上，传播风险大（人的健康风险大）。

　　2016年农业部禁止硫酸黏菌素用于动物促生长，2015年国际首次发现黏菌素耐药质粒，Mcr-1可沿食物链传播到人 ，我国动物源大肠杆菌Mcr-1基因的检出率和黏菌素耐药率，2009年开始快速上升 。

　　5、酵母培养物替代饲料抗生素和高铜对哺乳仔猪
　　猪的生长性能以及粪便大肠杆菌耐药性的影响系列试验数据：

哺乳仔猪生长性能和粪便细菌定量分析

　　合生元对仔猪粪便大肠杆菌耐药水平的影响

　　仔猪饲料中撤除喹乙醇后，显著降低其耐药大肠杆菌比例

　　6、发酵饲料的作用机制 ：酵母培养物 XPC
　　没有直接的抑菌作用 ；改善肠道菌群结构 ；提高机体的免疫应答 。

酵母培养物有效降低沙门氏菌的毒性和抗生素耐药性

　　发酵饲料应用与猪肠道健康

　　1、肠道基本功能：消化吸收
　　2、肠道生理功能 ：屏障——完整粘膜抵御抗原、病原入侵
　　产生激素，调控肠道和整体功能
　　3、肠道共生菌群：养分抢救、合成VB
　　竞争排斥、抑制病原菌生长；天然物质活性转化，失活、更强；解毒，水解药物、添加剂。
　　4、肠道免疫功能 ：适应无害抗原（食物、共生菌）
　　对病原体、有害抗原适度反应 。

　　出生后猪肠道的生长发育

　　肠道发育：年龄、日粮结构变化

　　不同阶段对饲料可消化性的要求不同

　　短链有机酸是肠道发育的能量来源

　　小肠粘膜发育：年龄、日粮结构变化 ；上皮完整性：消化、吸收、屏障；短链有机酸为首要能量（丁酸等）。

　　胃肠道共生菌群发酵未消化养分产短链脂肪酸 ：猪8-26%的日粮CHO进入后肠发酵，提供10-30%能量，肠道共生菌群与宿主的能量供应、肠道上皮功能密不可分 。

　　4、可发酵碳水化合物：
　　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（饲料原料中存在和添加）
　　–  果聚糖    Fructans，FOS
　　–  半乳聚糖  Galacto-OS，GOS
　　–  β葡聚糖     β-Glucans
　　内源性碳水化合物：消化液、粘液

　　5、发酵豆粕（根霉、曲霉、芽孢杆菌、植物乳杆菌）
　　1）蛋白降解 ；
　　2）抗营养因子降解、碳水化合物↓ ；
　　3） 抗氧化能力↑ ；
　　4）CP、EE↑ ；
　　5） 综合调控肠道健康 。

　　发酵豆粕对断奶仔猪生长性能和肠道微生物的影响

　　发酵豆粕对断奶仔猪生长性能和肠道微生物的影响：对大豆蛋白的预降解程度直接影响FSBM的质量和饲喂效果

　　6、发酵谷物（酵母、乳酸菌）
　　酵母培养物：酵母厌氧发酵谷物的产物
　　酵母代谢产物、酵母细胞壁和内容物、发酵后的谷物、有机酸、寡糖、多肽、氨基酸、酶等、经济的肠道健康综合调控产品。

酵母培养物用于夏季生长育肥猪饲养

　　酵母培养物对猪生长性能和养分消化率的影响；数据显示：日增重、体重的整齐性有一定改善；粗纤维的消化利用率有所提高 ；可能为猪提供更多的能量 。

　　酵母培养物降低了血清、肝脏 和肌肉中丙二醛的含量

　　有利于肉保质期

　　酵母培养物对肠道食糜中短链脂肪酸水平的影响
　　1）降低了回肠食糜中乳酸的含量；
　　2）短链脂肪酸的产生伴随着吸收；
　　3）丁酸是肠上皮能源优先吸收；
　　4）体外发酵表明乳酸主要转化为丁酸；
　　5）结肠产丁酸菌数量↑ 。

　　酵母培养物对妊娠后期母猪生产性能和新生仔猪肠道发育的影响

　　48头母猪（长×大）分两组，妊娠85天开始，2g/kg酵母培养物
　　哺乳期母猪饲料转化率=仔猪断奶窝增重/哺乳期母猪总采食量

　　酵母培养物能缓解母猪围产期的能量负平衡

　　母猪日粮添加酵母培养物使新生仔猪肠绒毛更粗壮、均匀，杯状细胞数量增加

　　猪肠道菌群的演替与调控窗口期：断奶、不同阶段饲料转换、药物治疗、母猪围产期等均能引起菌群失衡

　　菌群失衡时期也即是调控的窗口期

　　总结：生物发酵饲料作为新型饲料资源和生态健康型产品已引起国内外广泛的关注和重视，目前在养猪业中,正逐步被推广应用。发酵饲料的特点，它兼具益生菌、有机酸、寡糖、酶等的功效，不仅降低饲养成本还促进饲料高效利用，是一种经济的抗生素替代措施。但菌株和发酵工艺的差异决定产品的特点和质量，在饲喂方面要结合动物发育特点和生产目的，合理应用，注意扬长避短。大量实验研究表明，在生长育肥猪日粮中添加发酵饲料具有改善营养水平、提高饲料利用率、促进猪生长、维持猪肠道微生态平衡、增强机体免疫力、提高猪酮体形状和改善猪肉品质的作用。

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