摘要
全球范围内对新兴的抗药性超级细菌的关注日益增强，并且缺乏治疗人类和动物疾病的新型抗生素。对于农业产业而言，迫切需要制定战略来替代食品生产动物，尤其是家禽和牲畜的抗生素。在2 次2016年12月12日至15日在法国巴黎的世界动物卫生组织举行了国际抗生素替代品专题讨论会，讨论了无抗生素战略管理计划的最新科学进展，以评估减少抗生素政策方面的区域差异在动物农业中开发抗生素替代品以应对全球抗生素耐药性的增长。来自超过25个国家的学术界，政府研究机构，监管机构和私有动物产业的270多名与会者聚集在一起，讨论了最新研究和有希望的新技术，这些新技术可以为动物健康和生产中的抗生素提供替代品；评估与其商业化相关的挑战；并制定可行的策略，以促进抗生素生长促进剂（AGP）替代品的开发，而不会影响动物的生产。为期三天的会议包括四个科学会议，包括疫苗，微生物产品，植物化学药品，免疫相关产品以及创新药物，化学药品和酶，最后是关于监管和资金的会议。每次会议之后都有专家小组讨论，其中包括行业代表和会议发言人。关于植物化学制品的会议包括描述最近研究成果的演讲，并举例说明了农业上成功使用各种植物化学制品作为抗生素替代品及其在主要农业动物（家禽，猪和反刍动物中）的作用方式的例子。
介绍
自从1920年代发现抗生素以来，抗生素在作为亚治疗剂量的饲料补充剂，改善生长和饲料转化效率以及防止感染方面，对提高动物生产的经济效益发挥了关键作用[ 1 ]。饲料中的抗生素（IFA）是动物工业中一种常见且行之有效的做法，它促进了现代牲畜生产的集约化。但是，随着动物农业的发展，人们担心使用IFA会导致抗菌素耐药性的发展，对人类健康构成潜在威胁[ 2]。尽管关于将抗生素抗性基因从动物病原体转移到人类的抗药性的观点仍然存在分歧，但研究表明，使用亚治疗剂量的抗生素的实践与微生物群之间抗药性的发展之间存在潜在的联系。
在美国，由于消费者意识的增强以及无抗生素生产系统对畜产品的需求，正在对牲畜和家禽饲料中的抗生素使用进行严格审查。2013年，美国食品药品监督管理局（FDA）呼吁具有重要医学意义的动物药物的主要制造商自愿停止对其进行动物生长促进的标签[ 3 ]，并于2015年发布了其《动物饲料指令》（VFD）的最终规则。近年来，随着对抗生素生长促进剂（AGP）的使用法规的增加以及“无抗生素饲养”或“无抗生素饲养”对家禽产品的消费者需求增加，对替代产品的需求明显增加了[ 2 ]。
在最近的有关抗生素替代品和饲料添加剂的文献中，科学论文已大大增加，以促进生长和增强肠道健康，并减少动物生产中抗生素的使用。可用于提高动物生产率并帮助家禽和猪在现有商业条件下发挥其遗传潜能的抗生素替代品包括益生菌，有机酸，植物生长素，益生元，合生元，酶，抗菌肽，超免疫卵抗体，噬菌体，黏土和金属[ 2]。尽管已开发出许多替代品的有益效果已得到充分证明，但仍缺乏有关其作用机理，功效以及其在该领域应用的优缺点的信息。此外，普遍的共识是，这些产品缺乏一致性，并且其效率在农场和地区之间有所不同。因此，需要更好地定义其作用方式。各种替代品的最佳组合，再加上良好的管理和饲养管理规范，将是在我们前进的过程中最大化性能并保持动物生产力的关键，其最终目标是减少动物行业的抗生素使用量。
随着AGP使用量的下降和消费者对超级细菌的关注，寻求新型替代替代物以减轻动物农业中抗生素的使用的需求在未来几年将大大增加。在本次植物化学会议中，我们回顾了科学证据，认为植物化学物质可作为有效的抗生素替代品来促进家畜的生长，从而刺激先天免疫细胞，减少氧化应激，维持肠道完整性，促进有益细菌的生长并减少由肠道感染引起的炎症的负面影响。家禽，猪以及牛肉和奶制品的生产。
植物来源的植物化学物质作为抗生素的替代品
植物化学物质，也称为植物生物素或植物形成素，是天然的生物活性化合物，其衍生自植物，并掺入动物饲料中以提高生产率[ 2 ]。理想的抗生素替代品应具有与AGP相同的有益作用，确保最佳的动物生长性能，并增加营养供应。考虑在调节肠道微生物和免疫的AGP的作用提出的机制，一个实用的替代应该施加饲料转化率和/或生长[产生积极的影响2，4]。植物化学物质可以固体，干燥和研磨形式使用，也可以作为提取物（粗制或浓缩形式）使用，也可以分为精油（EOs；通过冷提取或蒸汽/酒精蒸馏制得的挥发性亲脂性物质）和油性树脂（提取自非水溶剂）取决于用于衍生活性成分的工艺[ 2 ]。植物化学物质的主要生物活性化合物是多酚，其组成和浓度根据植物，植物部位，地理来源，收获季节，环境因素，储存条件和加工技术而变化[ 2 ]。
近年来，植物化学物质已在反刍动物，猪和家禽业中用作自然生长促进剂。家禽中已经使用了多种草药和香料（例如百里香，牛至，迷迭香，马郁兰，欧y草，大蒜，姜，绿茶，黑孜然，香菜和肉桂）作为AGP替代品的潜在应用[ 2 ]。相比之下，其他几种植物化学物质，例如葡萄渣，酸果蔓提取物，Macleaya cordata提取物，大蒜粉，葡萄籽提取物和丝兰提取物，在作为生长促进剂测试时，对性能参数没有任何影响[ 2]。除草药和香料外，还单独或混合使用了各种EO（百里香酚，香芹酚，肉桂醛和丁子香酚，香菜，八角茴香，姜，大蒜，迷迭香，姜黄，罗勒，香菜，柠檬和鼠尾草）。健康与表现[ 2 ]。变化的结果，已报告有在家禽饲料中使用的EOS，一些包括肉桂醛[ 5，6，7 ]，和百里酚和肉桂醛改善身体增益肉鸡重量的共混物，而另一些象百里酚和EOS从八角改善饲料从降低的饲料转化率（FCR）可以看出。莪单独或与辣椒[姜黄7，8]增强了对球虫病和坏死性肠炎等肠道疾病的抵抗力。结果的差异可能归因于所使用的EO的组成，类型和来源，纳入水平和试验环境条件的差异[ 2 ]。尽管如此，一个商业共混物的植物营养素（含有香芹酚，肉桂醛和辣椒油树脂），这增强先天免疫和减少肠道病原体[负面影响9，10 ]，在欧盟被批准为第一植物饲料添加剂，用于肉仔鸡提高性能和牲畜。使用这种商业混合物进行的多项试验表明，其生长和饲料效率得到了持续改善[ 9，10，11 ]。对涉及使用该商业混合物的13个肉鸡研究的荟萃分析表明，将其包含在日粮中可增加体重增加，并降低饲料转化率和死亡率[ 12 ]。
植物化学物质的作用机理尚不清楚，但可能取决于所用产品中活性成分的组成。植物化学物质的有益作用归因于它们的抗微生物和抗氧化特性。此外，由于它们对各种病原菌具有直接的抗菌特性，因此在日粮中添加植物化学物质可以改变和稳定肠道菌群，并减少肠道中的微生物有毒代谢产物，从而减轻肠道挑战和免疫压力，从而改善性能[ 13 ]。饮食中包含植物化学物质的另一个重要有益作用是减少各种组织的氧化应激并增加抗氧化活性，从而改善健康状况[ 14]。植物化学物质也发挥通过免疫调节作用它们的作用如免疫细胞，细胞因子的调制的增加的增殖和增加的抗体滴度[ 5，6，7，8，15，16，17，18 ]。此外，葱属植物中的植物化学物质改善了肠屏障功能，如脂多糖（LPS）处理的雏鸡的粘膜中肠紧密连接蛋白的表达增加所证明的[ 18 ]。
家禽和家畜生产中植物化学抗生素替代品的实例
膳食植物化学物质增强家禽的先天免疫力
科学证据越来越多的身体已经表明，许多植物化学物质的健康促进活动，通过它们来实现提高对微生物感染[宿主的防御能力介导的4，19 ]。药用植物如蒲公英（免疫激活特性西洋蒲公英），芥菜（芥菜）和红花（红花）已在体外用禽类淋巴细胞和巨噬细胞[了评价9 ]。这三种提取物均能抑制肿瘤细胞生长，刺激先天免疫力并在家禽中发挥抗氧化作用[ 9 ]。肉桂醛的有益作用（（2 E）-3-苯基丙-2-烯醛）（肉桂（Cinnamomum cassia）的一种成分）已被研究，肉桂是传统上用于治疗人类疾病的一种广泛使用的调味剂。肉桂醛刺激体外原代鸡脾淋巴细胞增殖和活化的巨噬细胞产生高的一氧化氮（NO）[ 6，9 ]。
由于家禽生产中对AGP的调控增加，传统上由饲料中抗生素控制的坏死性肠炎（NE）和球虫病等肠道疾病[ 2 ]的控制需要无抗生素的疾病控制策略。虽然具有有效药性植物衍生的化学品是目前用于治疗多种人类疾病的临床试验中，只有有限的研究记录上禽类疾病[植物化学物质的有益效果4，19]。在1日龄的鸡中，以14.4 mg / kg的肉桂醛补充膳食后，其白细胞介素（IL）-1β，IL-6，IL-15和干扰素（IFN）-γ的基因转录水平提高了47倍。肠淋巴细胞，与给定的标准饮食[鸡相比15，19 ]。用肉桂醛喂养的鸡分别显示出艾美球虫和极大大肠杆菌感染后分别增加了17％和42％的体重增加，40％的降低了小肠埃希氏菌卵囊脱落和高2.2倍的大肠杆菌与对照相比，刺激的寄生虫抗体反应。饮食中肉桂醛治疗诱导的最可靠的遗传网络与抗原呈递，体液免疫和炎性疾病有关。与对照组相比，从孵化场连续喂入15 mg / kg茴香脑并口服活的小肠埃希氏菌卵囊的鸡显示出体重增加，粪便卵囊排泄减少，抗寄生虫血清抗体反应增强。通过微阵列杂交对用茴香脑喂养的鸟类的肠道淋巴细胞进行的全球基因表达分析表明，许多与炎症反应相关的基因都发生了改变[ 17]。与采用标准饮食的对照鸡相比，采用含茴香脑的饮食的肠道感染的鸡肠道淋巴细胞中编码IL-6，IL-8，IL-10和TNF超家族成员15（TNFSF15）的转录水平升高。
大蒜代谢产物也已经在家禽中使用硫代亚磺酸丙酯（PTS）和硫代亚丙基硫氧化物（PTSO）进行了测试[ 16 ]。10补充毫克/公斤PTS / PTSO增加体重增加和针对profilin的血清抗体滴度，的免疫原性蛋白的艾美球虫，和降低的粪便卵囊排泄在堆型艾美球虫的鸡相比-challenged鸡饲喂对照饮食[ 16 ]。肉鸡日粮中添加PTS / PTSO可以改变许多与先天免疫相关的基因，包括TLR3，TLR5和NF-κB[ 16与对照饮食相比，IL-10的表达下调。在未感染的鸡中，日粮中添加PTS / PTSO会增加编码IFN-γ，IL-4和抗氧化酶对氧磷酶2的转录水平，但会降低过氧化物酶6的转录水平[ 16 ]。
多种植物化学物质的组合发挥协同作用，以减少肠感染的负面影响。与刚孵出的肉鸡相比，用姜黄，辣椒（辣椒）和香菇的混合物补充新孵化的肉鸡，可以改善体重增加和针对蛋白纤溶酶的血清抗体滴度，并减少经大肠杆菌感染的禽类的粪便卵囊脱落。喂饲对照饮食或含辣椒加香菇的饮食的鸟类[ 5 ]。香芹酚，肉桂醛和辣椒的作用使用高通量微阵列分析技术已经研究了鸡油树脂对免疫，生理和代谢相关基因表达的调控[ 15 ]。转录物对IL-1β在肠淋巴细胞水平，IL-6，IL-15和IFN-γ水平在也越大莪 / 辣椒 / 香菇喂食的鸟，与供给的标准相比，莪术或辣椒 / 香菇饮食。在一项后续研究中，香芹酚，肉桂醛和辣椒油树脂的混合物，或辣椒和姜黄的混合物与未经处理和免疫的对照相比，油蛋白在免疫后用profilin 增强了针对实验性大肠杆菌的感染的保护性免疫[ 10 ]。免疫鸡供给的香芹酚/肉桂醛/ 辣椒 -supplemented在肠中，饮食显示了增加的巨噬细胞的数量，而那些给出的辣椒/莪与未治疗的对照组相比，补充油性树脂的饮食增加了肠道T细胞的数量。尽管许多研究表明植物化学物质具有预防疾病或增强免疫力的作用，但很少研究涉及的潜在机制。一些植物化学物质通过靶向病原体模式识别受体或其下游信号分子来抑制先天免疫反应[ 20 ]。
该梭状芽孢杆菌 -相关禽病如NE导致在全球范围内[可观的经济损失21 ]。有人建议饮食中的植物营养素可用于预防NE。的混合物的补充辣椒和姜黄含油树脂（XTRACT ®）从舱口增加体重和减少肠道损伤评分在NE-患病鸟，与给定的未补充的膳食[受感染的鸟类相比7 ]。该XTRACT ®与之相比，饲喂的家禽肠道中的血清α-毒素水平较低，IL-8，脂多糖诱导的TNF因子（LITAF），IL-17A和IL-17F的mRNA表达降低，但脾细胞中的细胞因子/趋化因子水平升高鸟类喂食控制饮食。这项研究记录了在饮食中添加辣椒和姜黄提取物后分子和细胞免疫力的变化可能与针对禽类NE的保护性免疫有关[ 7 ]。需要进一步的研究来确定这种植物化学组合的分子和细胞作用方式，以控制该领域的NE。
膳食植物化学物质对断奶仔猪健康的影响
植物化学物质已用于人类营养和健康的改善，由于其潜在的生物学功能，例如，抗病毒，抗微生物剂，抗氧化剂和抗炎作用[ 2，5，22 ]。各种植物化学物质对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌具有广泛的抗菌活性[ 23 ]，具有几种不同的作用方式。首先，植物化学物质由于其疏水性而直接杀死细菌，这使它们能够分配到细菌细胞膜和线粒体的脂质中，导致重要的细胞内物质泄漏[ 24]]。其次，植物化学物质含有高百分比的酚类化合物，它们具有很强的抗菌性能[ 25 ]。第三，植物化学物质中的活性成分干扰细菌的酶系统并阻断其毒力[ 26 ]。第四，植物化学物质中的某些生物活性成分可能会阻止细菌中的毒力结构的发展，例如鞭毛，这对于细菌的粘附至关重要[ 27 ]。
还建议使用植物化学物质作为动物饲料中的抗氧化剂，以保护动物免受自由基造成的氧化损害。牛至的提取物的抗氧化性质，百里香，丁香，胡椒，薰衣草和紫苏已被许多研究在体外评估[ 28，29 ]。我们最近的体外试验还显示，从薄荷和留兰香中提取的EOs通过增加H 2 O 2刺激的肠上皮细胞中的细胞内谷胱甘肽浓度而具有细胞抗氧化活性（未发表的数据）。Frankič等。[ 30]表明向猪补充植物化学物质可减少淋巴细胞中的DNA损伤，这表明它们在日粮诱导的氧化应激下对免疫系统具有潜在的有益作用。植物化学物质的抗氧化活性与其化学成分高度相关[ 31 ]。百里香酚，香芹酚和其他植物化学物质中的酚羟基作为脂质氧化第一步中产生的过氧自由基的氢供体，从而阻碍了H 2 O 2的形成[ 32 ]。
在体外细胞培养模型中已广泛报道了植物化学物质的抗炎作用。丁香，茶，大蒜，肉桂等中的EO具有潜在的抗炎活性，并抑制LPS诱导的小鼠巨噬细胞中TNF-α，IL-1β和NO的产生[ 33 ]。我们先前在猪肺泡巨噬细胞中进行的体外研究表明，香芹酚，辣椒油树脂，肉桂醛，大蒜，丁子香酚，茴香脑和姜黄油树脂抑制了LPS刺激的巨噬细胞产生促炎性细胞因子（TNF-α和IL-1β）[ 22]，表明所有这些植物化学物质均具有抗炎作用。植物化学物质的抗炎活性的作用方式尚不清楚，但证据表明，这些作用部分是通过阻断核因子（NF）-κB激活途径来介导的[ 34 ]。例如，姜黄素可以阻断细胞因子诱导的NF-κBDNA结合活性，RelA核易位，IκBα降解，IκB丝氨酸32磷酸化和IκB激酶活性[ 34 ]。
断奶是养猪生产中最具挑战性和关键性的阶段之一。它的影响是多方面的，包括行为，环境，疾病，免疫力和营养。在此期间，仔猪会立即受到一系列应激因素的刺激，使他们容易腹泻，这会对早期和最脆弱的阶段的生存产生不利影响[ 35 ]。不同研究小组已经报道了植物化学物质对断奶猪的有益作用。Manzanilla等。[ 36 ]和Nofrarías等。[ 37 ]提出植物化学物质可以改善肠道健康。他们报道了植物化学物质的（XTRACT混合物®）标准化至5％（重量/重量）香芹酚，3％肉桂醛，和2％辣椒油脂树脂（牛至，肉桂和墨西哥胡椒）会增加胃内容物，提示胃保留时间增加。此外，XTRACT ®降低回肠总微生物质量和增加乳杆菌：肠杆菌比。Michiels等。[ 38 ]还表明，补充500 ppm香芹酚和百里酚可减少上皮内淋巴细胞的数量，并增加远端小肠的绒毛高度/隐窝深度。
断奶后大肠杆菌是断奶仔猪的常见死亡原因。这种腹泻是造成死亡率，发病率，生长性能下降和药物治疗成本的经济损失的原因[ 39 ]。产肠毒素的大肠杆菌是引起断奶前和断奶仔猪腹泻的致病性大肠杆菌的最主要类型[ 40 ]。辣椒油树脂，大蒜油和姜黄油树脂已在体内致病性大肠杆菌挑战研究中进行了测试，以确定各种植物化学物质对断奶猪腹泻和肠道健康的影响[ 41]。猪在21天大时断奶，运到实验设施，并立即给予实验饮食。经过5天的适应期后，连续3天每天服用10 10 10 个菌落形成单位/ 3 mL 具有F18 菌落的溶血大肠杆菌，对它们进行攻击。实验饮食是基于玉米和大豆粉的对照饮食，以及另外三种包含10 mg / kg每种植物提取物的饮食。该大肠杆菌感染会增加腹泻评分，腹泻频率，并降低小肠的生长速度，饲料效率和绒毛高度。但是，补充个别植物化学物质可降低猪的腹泻总频率，这表明饲喂植物化学物质可增强猪的抗病能力。补充植物化学物质还可以改善回肠绒毛高度和MUC – 2基因的mRNA表达上调，这表明减少的腹泻评分可能是由于改善了肠屏障功能和完整性所致。猪被大肠杆菌感染显示回肠中白细胞，血清促炎细胞因子（TNF-α）和急性期蛋白（触珠蛋白）的数量增加，巨噬细胞和中性粒细胞的募集增加。与对照饮食相比，膳食中添加植物化学物质可减少白细胞，嗜中性粒细胞，血清TNF-α和触觉珠蛋白以及回肠中巨噬细胞和嗜中性粒细胞的数量。这些观察结果表明，饲喂低剂量的植物化学物质可减少大肠杆菌感染引起的全身和局部炎症。
为了解释饲喂植物化学物质的益处背后的潜在机制，已经进行了微阵列分析以表征实验性感染大肠杆菌的猪回肠粘膜中的基因表达。微阵列结果表明，饲喂植物化学物质可增强膜的完整性，尤其是几种紧密连接蛋白。补充植物化学物质会下调与抗原加工和呈递以及其他与免疫反应相关的通路相关的基因的表达，表明这些植物化学物质减弱了由大肠杆菌感染引起的免疫反应[ 42 ]。
另一项关于猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）的体内研究[ 43 ]表明，给断奶的猪饲喂辣椒油树脂，大蒜油和姜黄油树脂可以增强对PRRSV攻击的免疫反应，并可能有助于减轻感染的负面影响，如所示通过减少病毒载量和炎性介质的血清浓度，以及缩短发烧时间。总之，植物化学物质是替代抗生素以改善猪的生长性能和健康的强有力的候选者。由于植物提取物成分的巨大差异，植物提取物的潜在益处可能会有所不同。这种多样性促使我们选择最佳的饲料添加剂，以评估其在猪生产中作为抗生素替代品的可能作用。
反刍动物中植物营养素的使用
在反刍动物中，宿主和瘤胃微生物建立共生关系，动物通过这种共生关系提供营养和适当的发酵条件，微生物降解纤维并合成微生物蛋白，分别作为宿主的能量和蛋白质供应。碳水化合物在瘤胃中发酵成丙酮酸，从而产生代谢氢。挥发性脂肪酸（VFA）是天然的氢沉，有助于维持氢的平衡和活跃的发酵过程。葡萄糖的能量保留率在丙酸酯中最高（109％），在丁酸酯中居中（78％），而乙酸盐最低（62.5％）。尽管甲烷可以有效地保留氢，但保留下来的能量会因引力而损失掉，并且无法被主体吸收。44 ]。蛋白质降解对于瘤胃微生物生长所需要的氮也很重要，但是过量的氨氮会通过瘤胃壁吸收，在肝脏中转化为尿素，并通过尿液排出。在大多数生产系统中，瘤胃中产生的氨氮超过了瘤胃微生物使用氨的能力，导致大量生产成本并增加了向环境中释放的氮[ 45 ]。因此，在瘤胃发酵的调节中，控制蛋白水解，石化和脱氨也应被视为关注的目标[ 44 ]。实际上，在最近的一项研究中，范德阿等人。[ 46]指出，提高反刍动物消化过程的效率仍然是提高动物生产性能的最有效策略。
AGP是在朝着更有效的能量和氮利用途径[移瘤胃发酵高效47 ]，在奶牛和肉牛饲料提高生产率[ 48，49 ]。因此，工业界正在寻找替代的进料策略和/或添加剂，以使其能够维持当前的生产水平而不增加成本。
植物营养素是存在于植物中的一组小有机分子，它们通过调节消化道中营养素的消化或其他系统性代谢途径来改变饲料的营养价值。一些植物营养素具有很强的抗菌活性[ 50 ]。但是，这些分子不适合用于反刍动物，因为瘤胃细菌的活性对于瘤胃的正常功能至关重要。牛饲料补充剂中抗生素替代品的研究应侧重于能够在微生物代谢中产生细微变化并改变其生长速率的分子和剂量[ 51]]。在瘤胃中持续流动的情况下，生长速率的变化导致瘤胃细菌种群比例的变化，从而导致发酵曲线的变化。例如，Patra和Yu [ 52 ]能够证明不同的植物营养素在改变瘤胃微生物种群结构方面具有不同的能力。这些变化在牛至油（百里香酚和香芹酚是主要活性成分）和薄荷油（其中薄荷醇和薄荷酮是主要活性成分）油中较大，但在丁香芽（丁香酚是主要活性成分）中更小，更充分。 ）和大蒜油。Ferme等。[ 53]还表明，通过改变普氏杆菌属菌种的总量可以减少蛋白质降解和氨的产生。在瘤胃中 与氨基酸脱氨有关的一大类细菌。这些发现对于在寻找AGP替代品时设定明确的目标非常重要，AGP的替代品应确定可以改变瘤胃中VFA比例和蛋白质降解而又不影响营养物质降解和瘤胃正常功能的植物营养素。
动物饲养中大多数感兴趣的植物营养素可分为三大类：皂素，饲用单宁酸单宁和EOs。皂苷和sarsaponin是几种植物化学物质的主要活性成分，其中包括丝兰，基拉拉，苜蓿和胡芦巴。皂苷具有抗菌[ 54 ]和抗原生动物[ 54，55 ]活性，导致在氨氮浓度的降低。饲用单宁酸单宁是几乎在植物的每个部分中发现的酚类化合物，分为可水解和缩合饲用单宁酸单宁两类。缩合的饲用单宁酸单宁具有结合和沉淀蛋白质的能力，可用于控制反刍动物对蛋白质的利用[ 56]，但含量过高可能会干扰干物质（DM）的摄入和养分的消化率[ 56 ]，并可能降低腹胀的发生率[ 55 ]。EOs是许多植物中存在的植物次生代谢产物，可能具有多种作用。在本节中，我们回顾了最近在反刍动物中使用EOs作为饲料添加剂的研究。
精油作为瘤胃发酵的改良剂
在体外发酵系统中，丙酸的增加和甲烷，乙酸盐和氨氮的减少表明瘤胃发酵的增加，而总VFA却没有降低[ 57 ]。当测试植物化学物质时，由于这些提取物中活性化合物的含量，观察到了不同提取物在发酵中的显着变化[ 58 ]。因此，有必要报告植物化学物质中这些活性化合物的浓度，或使用活性成分以明确的形式定义活性，剂量和作用机理。
例如，大蒜油减少乙酸酯和支链的VFA的比例，并提高丙酸和丁酸的比例在体外[ 57，59 ]，发酵轮廓符合当甲烷抑制剂被提供给反刍动物观察到变化。大蒜及其有效成分的抗甲烷生成作用是通过抑制羟甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶直接抑制瘤胃中古生细菌的结果。为古细菌[的膜稳定性的特异性途径至关重要57，59 ]。米勒和沃林[ 60]，他报道了他汀类药物在抑制HMG-CoA还原酶方面的类似作用。然而，益处往往不一致，和大蒜油VFA生产的强烈抑制已在某些情况下[已报道59，61，62 ]。大蒜油对VFA总产量的不同影响可能是由于适当剂量和毒性水平之间剂量的安全性差所致。
肉桂醛和丁子香酚也减少乙酸的摩尔比例，并提高丙酸和丁酸[的摩尔比例59，61 ]。这些观察结果与那些植物化学物质改善的能量保留是一致的，并且可能是由于甲烷生成的抑制[ 63 ]。肉桂醛也降低氨氮和增加的游离氨基酸，这表明氨基酸的脱氨作用在瘤胃[被抑制59，61 ]。Ferme等。[ 53 ]报道肉桂醛可降低普氏菌spp。，一种在体外瘤胃模拟系统中参与脱氨的细菌。然而，丁子香酚抑制大肽分解为氨基酸和小肽[ 59 ]。丁子香酚和肉桂醛的组合可以协同作用抑制肽水解和脱氨基作用，然后改善氨基酸和小肽对微生物和宿主的总体供应。因此，通过组合在同一代谢途径中以不同水平起作用的特定植物营养素，可以预期产生协同增效。
关于植物化学物质对反刍动物性能影响的报道报道有限。单独摄入肉桂醛或与丁子香酚组合使用可使牛奶产量增加1.7-2.7％[ 64 ]。当将肉桂醛，丁子香酚和辣椒的混合物饲喂奶牛时，据报告会有更好的反应，能量校正的牛奶产量增加了5.2％[ 65 ]和3.2％[ 66 ]。但是，由于研究规模小，在大多数情况下均未观察到差异。Bravo等。[ 67 ]通过荟萃分析总结了一系列使用肉桂醛和丁香酚的体内试验，并报告了奶牛产奶量提高了3.0％。
精油作为代谢活动的调节剂
许多植物营养素有不相关的活动在瘤胃[代谢的影响68，69 ]。初步体外瘤胃奶牛发酵研究并未发现辣椒作为瘤胃函数[潜在改性剂61，70 ]。辣椒增加肉牛DM及水摄入从9.2％至14％[ 70，71，72 ]，而在奶牛[没有观察到这些效果73，74]。当摄入量受到限制时，例如当牛到达饲养场时或在热应激期间，好处可能会更加显着。DM摄入模式的增加也可能与瘤胃pH值更稳定有关[ 75 ]。
据报道，辣椒能调节免疫功能[ 42 ]。哦，等。[ 76 ]报告说，当给牛饲喂瘤胃保护的辣椒时，免疫指标得到改善，嗜中性粒细胞增加，淋巴细胞减少。据报道，饲喂瘤胃保护的辣椒可以改善牛奶的产量。Stelwagen等。[ 77 ]和Wall等。[ 78 ]报道牧场和集约化生产系统的牛奶产量分别增长了6.6％和9.1％。另外三项研究还报告说，补充瘤胃保护的辣椒使牛奶产量提高了6.2％[ 76 ]，10％[ 79 ]和4.4％[ 80]]， 分别。在那些研究中，牛奶产量的平均增加高于瘤胃发酵调节的影响。哦，等。[ 80]观察到在葡萄糖耐量试验后补充瘤胃保护的辣椒导致较低的胰岛素浓度。这些结果表明，辣椒改变了葡萄糖的代谢，使葡萄糖从周围组织转移到乳腺，从而增加了牛奶的产量。实际上，尽管生长机理不同，但牛生长激素（bST）可使牛奶的产量平均增加13％，从而使葡萄糖重新定向至乳腺。这是令人振奋的植物营养素新应用，不仅减少了抗生素的使用，而且为某些激素的使用提供了替代方法，从而为提高产量提供了机会。瘤胃改良剂（如莫能菌素，酵母或某些植物营养素）的平均作用通常会使牛奶产量增加2-4％，
植物化学物质和消化菌群
哺乳动物的胃肠道拥有一个密集而多样的微生物群落，主要由细菌组成，但也包括真菌，古细菌和病毒。这些被统称为肠道菌群。这些微生物是环境获得的，它们的代谢功能可以影响宿主生理。许多脊椎动物的饮食中富含复杂的营养素，这些营养素依靠它们自身的肠道酶无法消化，这取决于微生物群的多种生化分解代谢活动。现有证据有力地表明，肠道菌群对机体的能量收集，存储和支出，以及整体营养状况[重要作用81，82，83，84]。必须强调的是，缺少任何微生物群的无菌动物比常规动物的体重更轻，脂肪更少[ 85 ]，指出了微生物群在增重中的关键作用。肠道菌群可能通过调节营养提取，调节免疫系统和代谢信号通路来影响体重增加[ 82 ]。
对动物的生长促进有效的许多具有抗生素活性的物质在胃肠道微生物群上表现出多种作用方式和活性谱。很难预测哪些微生物的变化会导致体重增加，饲料效率提高或促进健康。使用下一代DNA测序的与文化无关的方法为研究人员提供了一种革命性的工具，可用于研究以前无法实现的微生物组，并已开始改变我们对与肠道相关的动物生产生物多样性的看法。增进对微生物群和宿主代谢的了解将有助于为动物生产和福利，食品安全和公共卫生开发更好的策略和产品。选择有助于营养提取的微生物，83 ]。
肠道菌群在人类和动物的炎症性肠病中起着至关重要的作用[ 86 ]。使用16S rRNA基因的下一代测序技术的最新发展和应用，使得人们能够研究微生物群在胃肠道疾病中的重要作用，并促进了NE中宿主-病原体相互作用的研究[ 86 ]。在三只主要饲喂辣椒和长果油树脂的商品肉鸡中，研究了日粮植物化学物质对肠道微生物的影响[ 13]。在Cobb，Hubbard和Ross这三个鸡品种中，补充油性树脂与肠道菌群的改变有关。结果表明，通过辣椒和长毛油松脂的饮食喂养减少了NE的负面影响，部分是通过改变肠道微生物组来实现的。尽管这些是膳食植物化学物质对肠道菌群的影响的初步表征，但已证明膳食辣椒和长毛油松脂树脂通过改变商业肉鸡的肠道菌群来调节疾病对NE的易感性。
最近的一项研究[ 13 ]表明，在所有肉鸡品种和所有治疗组的回肠中，硬毛菌是最主要的门，乳杆菌是最主要的菌种。这些结果与以前的研究一致，后者显示乳酸杆菌是未感染常规肉鸡胃肠道中的主要微生物[ 87 ]。由于Firmicutes是爱好脂肪的革兰氏阳性细菌[ 88 ]，因此该结果表明，这些细菌与遗传选择之间存在相互关系，行业对这些肉鸡的快速生长特性进行了选择。在最近的比较研究中[ 13]，观察到三种商业肉鸡品种之间肠道乳酸菌比例的变化以及操作分类单位的总数。假丝酵母菌是一组不可培养的，与孢子形成的，梭状芽孢杆菌相关的，共生节段性丝状细菌（SFB），它们定居在动物物种的消化道中，并且已经在三种商品肉鸡品种中得到鉴定[ 89 ]。作为核心的OTU，在Cobb和Hubbard肉鸡的所有三组中都鉴定出了C. Arthromitus [ 13]。SFB最引人入胜的特征是它们与回肠末端上皮细胞的紧密相互作用以及与宿主免疫系统的亲密串扰。C.节肢动物属于内源性梭状芽胞杆菌，可诱导免疫调节性T（Treg）细胞。肠Treg细胞表达T细胞受体，该受体识别源自肠道菌群的抗原[ 90 ]。SFB发送信号来控制维持粘膜免疫力的产生IL-17的T辅助（Th17）细胞与肠中的叉头盒p3之间的平衡[ 90 ]。我们以往的研究也已经报道了鸡IL-17A成绩单在十二指肠和空肠增加艾美球虫感染的鸡[ 13，91 ]，早期炎症反应在发展抗艾美球虫感染的保护中起着重要作用。喂食辣椒/ C中的油性树脂混合物后。Longa，所有带有NE的肉鸡品种的细菌群落都有不同的变化。因此，共感染与艾美球虫和产气荚膜梭菌可影响存在C. Arthromitus在罗斯鸡和宿主免疫系统。重要的是，开展进一步的研究以调查膳食植物营养素对节肢梭菌的功能性免疫调节作用将很重要。在遗传上不同的肉鸡品种中。总之，饮食中的植物营养素对肠道健康具有有益的作用，可减少NE的不良后果，而营养疗法的机制可能涉及改变肠道微生物群落。需要进一步研究膳食植物营养素对商业肉鸡品种肠道微生物群的影响，以开发减少或替代家禽疾病控制中抗生素的替代方法。未来有关肠道小肠微生物组在免疫调节和宿主-病原体相互作用中作用的研究有望为宿主对NE的反应提供新的认识，这对实用的家禽饲养业将是有益的。
在前肠发酵罐中，例如牛和羊，其能量的50％可以从包括VFA在内的微生物代谢物中获得[ 92 ]。相比之下，大多数发酵发生在盲肠和大肠中的后肠发酵罐（如猪和鸡），仅从微生物发酵产物中获得5-10％的能量需求[ 93 ]。尽管从功能的角度来看这些差异似乎很重要，但在反刍动物或单胃动物中，胃肠微生物群的组成对提高两组动物的生产能力同样至关重要，而植物化学物质对这些微生物群的影响可能是造成大多数积极影响的原因。观测到的。
植物的许多有益特性源于其特定的生物活性成分，这些成分也被合成为抗微生物感染的化学保护剂。具有抗菌活性的最重要的有用植物化学物质可分为几类，例如酚类/多酚类，萜类/精油，生物碱和凝集素/多肽[ 94 ]。已知这些类别中的某些化合物对于改善动物生产以及诱导广泛的健康促进作用非常重要。饲用单宁酸单宁和EO可以商业化地喂食几种家畜，作为生长促进剂，它们以不同的方式修饰肠道菌群。
饲用单宁酸单宁是在许多植物物种中发现的一组复杂的多酚化合物，其功能由它们对复杂的大分子（蛋白质和多糖）和金属离子（通常包括在反刍动物的饲料如高粱和高粱中）和金属离子的能力进行定义。饲用单宁酸单宁基于其化学结构被化学分类为可水解或缩合的，并被广泛用于改善畜牧业的多个方面。一些饲用单宁酸单宁酸是有效的抗菌剂，其作用例如是通过铁的剥夺或与重要蛋白质（例如酶）[ 95 ]或细菌细胞壁蛋白[ 96 ]的相互作用，表现出杀菌或抑菌活性[ 97 ]。革兰氏阳性细菌对饲用单宁酸单宁特别敏感[ 98]。
在反刍动物中，饲用单宁酸单宁酸不仅通过结合饮食蛋白（瘤胃旁路），而且还通过调节瘤胃微生物群和改善某些细菌种群的生长来改变消化过程[ 99 ]。饲用单宁酸单宁对瘤胃微生物群的影响可以取决于这些多酚[分子性质而变化99，100 ]。对瘤胃细菌和植物饲用单宁酸单宁来源之间的体内相互作用的理解是有限的。
牛瘤胃中大约90％的总菌群是由Firmicutes和Bacteroidetes组成，它们的相对丰度在个体间差异很大，并且两个门的丰度之间存在很强的逆相关性[ 101 ]。在饲喂高淀粉饮食的ste牛中，属于拟杆菌属的细菌种群在所有动物中最丰富（近50％），而纤毛虫约占总菌群的40％。但是，当向饲料中添加饲用单宁酸单宁酸混合物时，这种优势就被颠倒了，硬脂菌的百分比显着提高，而拟杆菌的数量减少了。。因此，补充有丹宁阉牛具有较高的厚壁菌门到拟杆菌（F / B）比率与对照组[比较101 ]。许多研究已经报道，F /时的身体质量指数的增加，和F / B比在肥胖比在稀薄的动物[更高B比增加102，103，104 ]。F / B比值与体重增加之间明显关系的合理基础是，硬毛菌类不如拟杆菌类能有效地从消化道中收集能量，从而使更多的能量被宿主吸收。
反刍动物微生物群的多样性是反刍动物的主要特征之一，它使牛具有适应各种饮食条件的能力[ 105]]。饮食中的quebracho和栗饲用单宁酸单宁减少了瘤胃的丰富度，但并没有显着影响细菌群落的复杂性（即细菌类群相对丰度之间的平衡）。饲喂高谷物饮食的奶牛后，瘤胃微生物群丰富度增加，但在多酚和EO的混合物中补充香农后，香农的多样性指数没有变化，这支持了多酚可以调节细菌丰富度而不破坏其整体结构的观点。瘤胃微生物群。同样，对栗子和斑马鱼饲喂的牛的瘤胃样品进行β-多样性分析，与对照组相比，细菌多样性无明显变化[ 101]。]。瘤胃中微生物含量低与奶牛较高的饲料效率密切相关[ 106 ]。作者认为，有效动物的瘤胃中较低的丰富度会导致更简单的代谢网络，从而导致用于支持宿主能量需求的特定代谢成分的浓度更高。多样性分析表明，饲用单宁酸单宁酸可降低细菌的丰富度，但栗子和栎类饲用单宁酸单宁的添加不会明显影响瘤胃的整体细菌复杂性。
几项研究发现，在饲料中添加栗子和栎类等几种饲用单宁酸单宁后，瘤胃pH值升高，氨浓度降低，甲烷排放降低，从而降低了蛋白质降解，从而提高了瘤胃中氮的利用率[ 107 ] 。饲用单宁酸单宁被认为是抗生素的替代剂，它们在抑制甲烷生成的同时改善了动物的健康和生产性能。这些观察结果可以通过瘤胃中微生物群的变化来解释。在饲用单宁酸单宁处理的公牛中，某些分类单元的丰度发生了显着变化。在拟杆菌属中，普勒沃氏菌是最丰富的属，占该门的> 40％。丰富的普雷沃氏菌补充饲用单宁酸单宁的动物低于对照组。相反，梭状芽胞杆菌是主要类别，其占全部硬毛的 90％以上，并且在饲用单宁酸单宁处理的动物中其显着增强。在梭状芽胞杆菌中，Ruminococcaceae是最丰富的科，并且在饲用单宁酸单宁补充动物中显示出明显更高的丰度。在Ruminococcaceae中，在未经处理的动物中获得的大多数序列属于未分类的成员和Ruminococcus属，并且在饲用单宁酸单宁处理的ste牛中两个分类单元均得到增强。鞣质菌门中的其他非梭菌细菌被饲用单宁酸单宁显着改变，包括Erysipelotrichi类成员。杆菌类成员（链球菌和乳酸杆菌（Bactobacillus））在饲用单宁酸单宁处理的动物中显示出适度的增加。纤维杆菌属受到饲用单宁酸单宁的显着影响，在对照动物中占总菌群的0.10％，在饲用单宁酸单宁处理动物中仅占0.005％。其他较小的纤溶细菌在饲用单宁酸单宁处理的公牛中含量更高，包括Blautia属和真细菌Anaerofustis属。饲用单宁酸单宁重塑瘤胃的细菌生态系统，尤其是纤维和淀粉降解的生态位以及产甲烷菌[ 108 ]。
饲用单宁酸单宁也减少了梅毒螺旋体。在Veillonellaceae成员中，专门从事将琥珀酸发酵成丙酸的Succiniclasticum ，将其饲用单宁酸单宁处理动物的水平提高了一倍。饲用单宁酸单宁能显着增强脂多糖类Anaerovibrio。补充饲用单宁酸单宁的动物中硒单胞菌也增加。在尿素分解细菌中，Butyrivibrio含量最高，并且受到饲用单宁酸单宁处理，梅毒螺旋体和琥珀酸弧菌的负面影响。补充饲用单宁酸单宁的ste中属于真叶门的产甲烷菌数量较少，其水平与瘤胃pH值成反比。甲烷菌饲用单宁酸单宁也减少了。当前的文献表明，可以通过减少甲烷排放和氮排泄，以及提高动物的性能来补充饲用单宁酸单宁，以提高奶牛和肉牛的可持续性。
在单胃动物（即肉鸡）中，从多种来源获得的饲用单宁酸单宁酸似乎可以改善生长性能，并减少诸如产气荚膜梭菌等病原细菌的有害作用[ 101 ]。稳定的微生物群的建立是一个复杂的过程，是由各种因素，包括基因谱系，年龄，饮食，使用的生长促进抗生素，益生菌，垫料组成，压力和疾病影响[ 86，109，110，111 ]。因此，肠道菌群的任何改变都可能对宿主的健康产生功能性后果，从而对生产力产生影响。
肉鸡胃肠道被致密的微生物群落定居，该微生物群落与寄主的整体健康和发育密切相关。盲肠拥有鸡肠道最高的微生物细胞密度，并为鸟类执行关键过程，例如纤维素，淀粉和其他抗性多糖的发酵[ 86 ]。进行了基于未加权UniFrac距离的主坐标分析（PCoA），以确定饲用单宁酸单宁处理与抗生素生长促进剂处理与未处理的禽类样品群之间的差异。PCoA图显示对应于每种饮食疗法的样品形成了不同的系列，表明饲用单宁酸单宁酸可差异性调节盲肠微生物群。
16S rRNA基因扩增子的高通量测序已用于鉴定肉鸡肠道中微生物组的功能多样性[ 112 ]或变异性[ 113 ]。在涉及饲用单宁酸单宁大多数研究中，在鸡盲肠微生物群是由主导硬壁菌门和拟杆菌 [ 114，115 ]，其包括>微生物群的80％。在盲肠内容物中检测到的最丰富的拟杆菌属属于拟杆菌属，是Barnesiellaceae科的未分类属。在坚定者之中，梭状芽胞杆菌和家球菌科是最丰富的分类单元。饲用单宁酸单宁喂养动物的F / B比明显高于对照组或抗生素生长促进剂组。
拟杆菌属是革兰氏阴性属，其利用植物聚糖作为其主要能源。拟杆菌属是参与产生短链脂肪酸（SCFA）的主要细菌之一[ 116 ]，并且在将复杂的分子分解为对宿主生长必不可少的简单化合物中起着重要作用[ 117 ]。SCFA被宿主吸收并用作能源，但也具有多种不同的生理作用。SCFA是由1-6个碳组成的饱和脂肪族有机酸，其中乙酸，丙酸酯和丁酸酯含量最高（≥95％）。虽然拟杆菌产生乙酸和丙酸，其产生丁酸的能力尚未见报道。梭状芽胞杆菌通常被认为是短链脂肪酸（SCFA）代谢的重要贡献者[ 86 ]，因为它包含多种细菌家族，其中Ruminococcaceae和Lachnospiraceae能够发酵各种底物以生成丁酸。鸡饲料中饲用单宁酸单宁的补充减少了拟杆菌的含量，这可能减少乙酸盐和丙酸盐的产生。但是，梭状芽孢杆菌，特别是Ruminococcaceae的增加，可以弥补丁酸盐产量的增加[ 96 ]。一致地，Masek等。[ 118]已经报告了用鞣酸处理的家禽的SCFA产量全球增加。
通常与增强肠道健康和生产力有关的乳酸菌很有趣。据报道，盲肠小型生物群的含有较低比例的乳杆菌在AGP喂养小鸡，与饲用单宁酸单宁组和对照组[鸡相比119，120，121 ]。乳酸菌，特别是乳杆菌属的菌株，已被视为在减少肠道疾病和维持健康的家禽[因为他们的活动的益生菌微生物122，123，124 ]。乳球菌的存在。已经与体重增加相关[ 125 ]。
饮食中包含不同的AGP会影响胃肠道微生物群的多样性。这些变化可能是导致动物生产效率提高的最重要的驱动力之一。同样，现有信息清楚地表明，家养动物肠道中某些植物化学物质对特定细菌种群的相对丰度有显着改变（13）。添加到饲料中的这些植物化学物质还具有更高的生产率参数。因此，这些天然化合物不仅能够直接改善动物的健康和福利，而且能够调节胃肠道微生物群，并增加对健康和生产的影响。我们才刚刚开始了解环境，宿主和微生物群之间高度复杂的连接之间的动态关系。
商业植物化学物质及其与其他饲料添加剂协同作用的例子
畜牧业中的饲用单宁酸单宁
饲用单宁酸单宁存在于许多饲料中，例如豆类饲料，树叶和果实。尽管饲用单宁酸单宁的结构在化学上是多种多样的，但它们具有一种统一的特性：饲用单宁酸单宁结合蛋白质。在过去的30年中，饲用单宁酸单宁酸已成功地用于动物生产中，以改善健康状况和生产力，并且开发了几种基于特定量的可水解（主要是栗子）和浓缩（主要是quebracho）饲用单宁酸单宁酸的混合物的产品，以利用这些好处。牲畜中每种饲用单宁酸单宁的含量 这些产品已在许多国家/地区用于提高牛奶，肉和蛋的质量和产量。在家禽中，可以以预混或直接添加到饲料中的最终浓度为0.5-1 kg /吨的饲用单宁酸单宁添加到饲料中，以获得多种益处，包括降低死亡率，改善饲料效率，体重增加和肠道健康，减少NE和脚垫病变，并增加商业场所的粪便稠度和垫料质量。添加到饲料中的选定饲用单宁酸单宁混合物可通过改变饲料配方来降低口味变化，从而稳定并增加饲料摄入量[126 ]，并通过改善调味特性来降低饲料压力。调节肠能动性[饲用单宁酸单宁的独特的解痉作用127，128 ]，其中在几个致病细菌物种和病毒强的抗菌作用[ 97，129 ]，以及它们的毒素[ 97 ]，用于预防和控制肠道疾病包括几种腹泻病[ 130 ]和NE [ 96 ]]。减少肠道疾病，肠蠕动和细菌负荷，同时提高饲料的消化率，可减少垫料中的湿度，直接影响动物的健康和福利。在商业农场中观察到脚掌不适时，饮食中的饲用单宁酸单宁减少了多达50％的有病变的动物，而减少了多达20％的具有最严重病变的动物，这已变得显而易见。
这些饲用单宁酸单宁混合物还被有效地用于减少亚临床NE的发生，并且略有不同的混合物能够强烈减少具有严重NE爆发史的农场的鸡的肠道损伤。在实验条件下，饲用单宁酸单宁混合物能够减少最严重的病变以及有病变的动物数量。在不同程度存在问题的欧洲，美洲和亚洲国家的商业农场中也观察到该结果。例如，巴西一家具有亚临床NE持续历史的综合公司于2015年开始使用饲用单宁酸单宁产品，并将有病变的动物数量减少了10％，生产率提高了近3％（Joao Battista Lancini博士，个人通讯）。
在约20万只家禽的家禽饲养场中，在阿根廷进行了为期13个月（5个周期）的商业试验，对AGP与饲料中饲用单宁酸单宁混合物的使用进行了比较分析。该农场按照常规商业饲料分为六个谷仓；三只饲料中添加了AGP，三只饲料中添加了0.1％饲用单宁酸单宁，但没有AGP。在饲用单宁酸单宁和抗生素治疗的动物中，观察到肠道健康，垫料的微生物质量和湿度，死亡率，未消化的饲料，脚垫病变和体重增加方面的更大改善。结果分析表明，饲用单宁酸单宁与饲料中AGP的掺混物的生产效率因子相差近10个百分点，这表明在全年不同天气条件下使用这些饲用单宁酸单宁掺合物的好处[131 ]。饲料中添加的饲用单宁酸单宁与其他产品（包括EOs，有机酸，益生菌和AGP）结合使用以提高生产率，在一些国家/地区已被不同公司频繁使用，并取得了明显的积极成果（Javier Quintar博士和Joao Battista Lancini博士，个人交流） 。
在牛中，世界上许多生产者已在饲料中使用了历史上低剂量的方柏木和栗饲用单宁酸单宁，以改善瘤胃降解所产生的旁路蛋白。瘤胃旁路蛋白是增加进入厌氧菌的蛋白量从而提高反刍动物生产率的策略之一。瘤胃中蛋白质降解的减少可能是由于瘤胃pH值中可逆饲用单宁酸单宁蛋白复合物的形成和/或瘤胃微生物群的调节所致。在饮食中添加此类饲用单宁酸单宁会降低瘤胃中蛋白质氮的发酵能力[ 132]]。因此，如果可以通过补充尿素或氨盐来满足微生物对氨氮的需求，则可以增加进入反刍动物十二指肠的膳食氨基酸流量，以及十二指肠总氨基酸流量。
此外，添加的饲用单宁酸单宁还用于预防酸中毒和腹胀[ 133 ]，调节瘤胃微生物组以提高饲料利用率[ 130 ]，并减少甲烷排放[ 134 ]和氮排泄[ 135 ]。在饲料中添加特定的饲用单宁酸单宁混合物可以使肉牛的肝脓肿减少80％以上[ 136 ]。补充饲用单宁酸单宁还可以减少粪便中的水分，从而改善粪便的稠度。
根据Rivera-Mendez等人的说法。[ 137 ]，在育肥场肥育阶段，在ste牛皮中添加多达0.2％的饲用单宁酸单宁混合物可使平均日增重增加6.5％。体重在幼龄动物在繁殖期[之前商业条件提高到7％107，138 ]。同样，DM的摄入量会随着饲用单宁酸单宁水平的增加而增加。饲用单宁酸单宁补充剂增加了增益效率（5.5％）和饮食净能量（3.2％）。在商业育肥场精整设置中也观察到了这些结果。对2010年至2013年间在北美进行的15项不同试验的分析，其中使用0.25％的饲用单宁酸单宁，饲料中有无抗生素或离子载体，与非饲用单宁酸单宁对照组相比，平均日增重9.2％，增效5.07％[139，140 ]。类似的结果在在世界的其他地方，包括巴西[大牛肉生产饲养场已经观察到141，142 ]和阿根廷[ 136 ]。
总之，在强化育肥中向反刍动物日粮中添加低剂量饲用单宁酸单宁是一种可通过不同的代谢机制来提高养分利用效率，改善日增重和饲料转化率的有效工具。据估计，2016年世界上补充有饲用单宁酸单宁的动物饲料水平为15亿吨，反映出饲用单宁酸单宁已被视为畜牧业的重要工具。有关作用机理，观察到的动物反应以及使用饲用单宁酸单宁作为饲料添加剂的累积经验的可用科学信息证实，饲用单宁酸单宁是在工业畜牧生产中补充或替代AGP的有价值的替代品。
植物化学物质与其他饲料添加剂抗生素对商业产品的协同作用
设计一种抗生素替代品来解决肠道健康的多个方面可能比使用单一方法来减少由复杂病因（例如引起NE等疾病的病因）引起的肠道损害的负面后果更好。产气荚膜梭菌产生几种外毒素，包括α毒素和毒素NE B（NetB）之前，破坏肠上皮，引起坏死性构成NE [的特征标志病变21，143 ]。
对于像NE这样的复杂疾病，需要采取多方面的方法来减少疾病对肠道健康的影响。例如，市售品Varium ®被设计为通过凝集除去病原体，通过吸附除去生物毒素，引发免疫发育，以及肠细胞[提供能量以提高屏障功能144 ]。Varium ®已经在体外测试其能力病原菌的结合生物毒素（即产气荚膜梭菌和大肠杆菌）如α毒素，毒素NetB的，脂多糖，不耐热毒素和志贺样2型毒素。这些毒素的结合是剂量依赖性的，NetB毒素除外，NetB毒素在整个测试剂量中的结合率均为100％。
已经进行了两项大型肉鸡试验，以检验CaMM或其与其他材料（例如可发酵纤维，有机酸和/或植物营养素）的混合物可改善肠道健康并减少禽类NE负面影响的假说。两项试验使用禽类NE的疾病激发模型评估了基于CaMM的日粮对雏鸡的生长性能，临床体征，免疫病理学和细胞因子反应的影响[ 144 ]。在无挑战的家禽中进行测试时，Varium对体重，饲料摄入量和FCR的作用类似于饲料中AGP。饲喂补充有CaMM，可发酵纤维和有机酸的日粮的鸡体重增加，肠道损伤减少，产气荚膜梭菌的血清抗体水平增加与仅饲喂基础饮食的鸡相比，α-毒素和NetB毒素比较。与未补充营养的对照相比，在补充有CaMM的鸡的肠和脾中，炎症细胞因子（如IL-1β，IL-6，诱导型NO合酶和TNFSF15）的转录水平显着改变了[ 144 ]。在试验2中，科布/科布鸡被喂以不补充饮食或补充CaMM的饮食；每种均带有可发酵的纤维和有机酸，并与大肠埃希菌和产气荚膜梭菌共同感染在亚临床感染条件下诱发NE。与未补充营养的对照相比，饲喂CaMM加上可发酵纤维和有机酸的肉鸡与未补充营养的鸡肉相比，增加了体重，降低了FCR，死亡率和肠道损害。
根据这两个肉鸡试验，建议在日粮中补充CaMM或CaMM加上可发酵纤维和有机酸有助于减少禽NE在田间的负面影响。需要进一步的研究来进一步表征CaMM调控的生理和免疫机制，这些机制会响应禽类NE激活。
抗生素替代品：行业观点
通常，对于“抗生素替代品”一词的含义缺乏共识。在现代畜牧生产中，使用AGP是一种常见的做法，已有65多年的历史了，至今仍未对其作用机理达成共识。然而，这里讨论的大多数技术已经提出了或已知的作用机理，涉及抑制，改变或杀死一种或多种细菌。总的来说，似乎大多数人将这一短语等同于一种不被称为抗生素的东西，它可以代替低水平饲喂的广谱抗生素来促进牲畜的生长。需要替代AGP的原因是认识到这种做法可能导致感染性细菌的发展，这种细菌对许多目前可用于人类医学的抗生素具有抗性。
不管在动物中使用AGP是否导致您对人类的抗药性细菌问题的争论的哪一方面，社会政治势头都为从据称在生产过程中从未接受过抗生素的动物出售肉类创造了销售机会。反过来，这为可以提供AGP益处但不能成为人类医学中使用的抗生素，有时甚至根本不是任何抗生素的产品创造了市场。抗生素市场的替代品正在迅速增长，并吸引了各种规模和能力的公司和组织的兴趣。从需要召开这样的会议以及有或没有可靠数据的市场上大量产品替代AGP的会议就可以明显看出这一点。尽管在过去几年中AGP的禁令有所加速，在寻找可靠替代品方面，最重要的发展是在人类和兽医学界日益认识到，胃肠道不仅仅是一种吸收营养的器官，但实际上对人类和动物的健康与发展至关重要。我们对肠道环境的重要性及其在健康中的屏障功能的理解方面的科学进步为开发可提供AGP益处而又不增加抗生素抗性细菌出现的产品提供了一种途径。这可以通过使用多种技术来维持或加强肠屏障功能来实现。科学原理应应用于产品开发，以便为目标动物提供可靠的积极收益。
在最近的一项调查中，超过70％的动物饲料公司表示愿意使用某种饲料添加剂作为抗生素替代品。但是，仍然存在许多挑战，其中最始终如一的问题是一致性，安全性和可靠的科学证明。当您考虑到当今市场上大多数流行的替代产品以某种方式修饰微生物以富集有益细菌时，这不足为奇。我们只是在了解理想的微生物群是什么，以及它如何在给定的动物中起作用，我们对不同动物之间的变异以及不同生态系统中正常的日常生活和终生变化的了解甚至更少。所以，能够提供一致结果的产品可能需要合并两个或多个具有互补和/或协同作用机制的组件。除微生物群外，有必要清楚地了解产品对肠粘膜的影响，肠粘膜包括粘液层，内皮细胞以及伴随的与肠壁相关的免疫细胞和结构。
这是一个相对较新的研究领域，随着时间的流逝，通过应用良好的科学，该行业将学到更多。这将是对肠道环境的基本了解，包括肠道菌群和肠道屏障的动态功能，以及如何在个体中（但作为种群的一部分）操纵这些结构。由于它是新产品并且有许多未知数，因此对这些产品的监管在世界不同地区带来了挑战。究竟什么构成可接受的功效以及可以支持哪种类型的权利要求，目前尚不清楚。但是，毫无疑问，今天使用FDA药品批准程序不是可行的选择。也许当科学定义了在多种作用机制中以一致的方式测量和测试功效的方法时，可以建立调节途径。这些产品的审批过程中需要有宽容和灵活性，否则市场将充斥没有效力或安全性证明的产品。这些产品至少应具有针对其销售的目标物种功效的科学证明。体外测试不足以使人们确信产品可以在动物中使用，更不用说在整个动物种群中提供一致的价值了。
结论和未来方向
越来越多的人担心超级细菌的增加，以及针对牲畜和人类的新药开发有限，因此必须及时开发AGP替代品。随着动物农业市场上许多不同类别的抗生素替代品的可用性越来越高，具有各种要求和功效，业界需要了解与不同类型的抗生素替代品相关的作用方式以及组合所能提供的协同作用。不同的抗生素替代品，特别是用于预防和治疗坏死性肠炎等复杂疾病。此外，应更好地定义抗生素替代品一词的定义，尽管此术语现在已成为公认的术语，是指可以代替低剂量饲喂促进牲畜生长的广谱抗生素的非抗生素物质。抗生素替代品将主要用于替代AGP，其主要功能是通过许多不同的作用方式来减少微生物种群并促进生长，包括改变和/或抑制微生物生长，减少炎症，增强先天免疫力，减少氧化性。压力，改善肠道完整性。声称从未接受过抗生素（不含抗生素，ABF；从未使用过抗生素，NAE）已经为无需使用人类医学治疗性抗生素的产品提供了AGP优势的产品市场。在寻找可靠的AGP替代品方面，最重要的发展是对人类和兽医动物的新认识，即包括人类在内的动物都是含有数万亿种细菌，数千种物种的“超生物”，而胃肠道是一种智能的感觉器官，不仅吸收营养，还与体内最大的神经内分泌系统进行通讯。在我们对肠道环境的重要性和健康中的屏障功能的理解中，这些新的科学知识应指导寻找未来的解决方案，以开发可带来AGP益处而又不增加耐药性出现的新型产品。例如，当我们考虑使用植物化学物质作为抗生素替代品时，我们需要考虑：（1）目标动物的免疫与抑菌/杀灭作用剂量；（2）植物和植物衍生产品中活性化合物的变化；（3）未开发的植物化学物质（抗病毒和抗肿瘤药）的并发作用；（4）受植物化学物质影响的目标器官/组织；（5）人体内植物化学残留物的安全性；（6）在动物中使用植物化学物质对抗药性的长期影响。由于在农畜中使用植物化学物质作为抗生素替代品是一个相对较新的研究领域，因此对这些产品的监管提出了挑战。迫切需要为植物化学制品的机理研究提供更多的公共资金，其中包括标准测量方法，以在多个监管途径中以一致的方式定义功效，防止虚假声明，同时在批准过程中灵活地证明功效或安全性商业化。由于消费者对ABF生产系统对家畜产品的需求增加，科学家，监管机构和商业伙伴需要共同努力，开发有效的抗生素替代品，以改善性能并保持食用动物的最佳健康。结合各种替代方案的最佳组合以及良好的管理和饲养管理规范，将是最大限度地提高性能和保持动物生产力的关键，同时我们朝着减少动物行业抗生素使用的最终目标前进。需要进一步的研究，以了解它们的作用机理，确定使作用标准化的手段，改进用于定点递送的递送方法（例如微囊化）以及提高其在农场中的体内功效。