单宁作为家禽中抗菌生长促进因子的替代物

LeandroM.Redondo^1,2，PabloA.Chacana¹，JohanaE.Dominguez¹和MarianoE.FernandezMiyakawa^1,2*

• ¹阿根廷布宜诺斯艾利斯国家农业技术研究所兽医与农学科学研究中心病理生物学研究所
• ²国家科学技术研究理事会，阿根廷布宜诺斯艾利斯

已有40多年的历史，抗生素已被纳入畜牧业饲料配方中，以此作为提高饲料转化率和降低成本的策略。长期在亚治疗剂量中使用抗菌素作为生长促进因子（AGP）对于选择抗菌素耐药微生物特别有利。近年来，全球对抗菌素耐药性的发展以及耐药基因从动物到人类品系的转移的关注日益增加。从动物饮食中去除AGP会对牲畜和家禽养殖户造成巨大压力，主要后果之一是感染性疾病的发生率显着增加，同时抗生素治疗的使用量随之增加，随之而来的是经济成本。因此，迫切需要AGP的替代产品。面临的挑战是在不影响牲畜的生产性能和避免增加抗微生物微生物的情况下实施新的替代方法。从植物提取物和纯化的衍生物质的功效以及从经济角度来看，它们都显示出对动物营养的良好前景。单宁是植物衍生的化合物，已成功用作家禽饲料的添加剂，以控制疾病并改善动物的生长性能。成功地将这些提取物中的任何一种用作饲料添加剂，必须确保产品质量稳定，数量足以满足家禽业的实际需求。栗（可水解）和饲料级单宁酸Quebracho（缩合）单宁可能是满足这些需求的最容易获得的商业产品。本报告旨在分析支持其使用的现有数据。

介绍

最初将抗微生物化合物以治疗剂量添加到饲料中，以治疗和预防感染性疾病，但很快就观察到了抗生素的生长促进作用。因此，自1950年代初以来，便已在饲料中添加了抗生素，以提高饲料利用率和农场动物的生长，从而降低了生产成本（Moore和Evenson，1946；Jukes等，1950）。应将抗生素作为生长促进因子（AGP）的使用与以较高剂量和短期施用的抗生素的治疗和预防使用相区别。

AGP的作用方式尚未完全了解。已经提出了不同的潜在机制来解释AGP介导的生长增强（Gaskins等，2002；Dibner和Richards，2005；Page，2006）。最普遍接受的机制是通过调节肠道菌群，这在维持宿主健康中起着至关重要的作用（Tuohy等，2005）。微生物群的组成会影响肠道环境以及宿主免疫系统针对病原性和非病原性抗原的发育和应答（Cebra，1999；Kelly和Conway，2005）。

家禽业已大量采用AGP，但相对而言，很少进行研究来系统地评估抗生素可能对鸡的整体肠道菌群动态的潜在影响。因此，进行研究以阐明对细菌群落的影响是必不可少的，包括在喂饲AGP的鸡的共生细菌中选择和分布抗生素抗性基因（Diarra等，2007；daCosta等，2013）。

AGP在牲畜中的使用及其在选择抗药性细菌中的作用已得到了广泛的综述（Butaye等，2003；Wegener，2003；Kazimierczak等，2006；Landers等，2012）。重要的是要指出，AGP长期用于亚治疗剂量，这对选择抗微生物耐药的微生物特别有利。在过去的几年中，全球对抗菌素耐药性的发展以及耐药基因从动物到人类品系转移的关注日益增加（Salyers等，2004；Mathur和Singh，2005；Devirgiliis等，2013）。）。自2006年以来，耐药性产生和传播的潜在风险导致欧盟禁止使用抗生素作为生长促进剂。尽管尚不清楚食源性传播对人类抗药性的相对贡献，但确实存在，而且很可能比目前的评价更重要（Collignon和Angulo，2006年）。一些研究表明，人们携带的大多数抗药性大肠杆菌菌株可能起源于食用动物，尤其是家禽（Johnson等，2006）。

在这种情况下，为了保持重要的人类药物的有效性（Casewell等，2003年），美国食品和药物管理局基于在家禽中使用这些抗微生物剂引起耐药性发展的证据，禁止在美国的鸡和火鸡中使用氟喹诺酮类药物。热丝弯曲菌的种类。这些抗药性菌株可以传播给人类，对公共健康产生影响（Nelson等，2007）。在非致病性细菌中选择抗药性是另一个潜在的风险。一些抗性基因可能存在于非致病性细菌中，然后可以转移到病原微生物中。Fairchild等。（2005年）结果表明，口服四环素不会引起鸡盲肠细菌群落的显着变化，但他们发现肠球菌属。药敏试验表明四环素MICs增加。这些细菌的抗性基因tet（M），tet（L），tet（K）和tet（O）呈阳性，可将其转移至空肠弯曲杆菌，赋予四环素抗性。作者认为，复杂的生态和遗传因素可能会导致鸡肉生产环境中抗生素抗性基因的流行和转移。

尽管在饲料中添加AGP带来不便，但人们普遍认为，现代家禽生产的集约化和相关应激源的增加（例如饲料变化或饮食失衡）可能对动物健康产生不同的负面影响，例如免疫功能降低，暴露的易感人群（Pinchasov和Noy，1993年）。这可能会使肉鸡容易被细菌病原体定居在胃肠道，从而威胁到鸟类的健康和食品安全。从动物饮食中去除抗生素AGP意味着给畜禽养殖者带来巨大压力，主要后果之一是感染性疾病的发生率显着增加，同时伴随着抗生素治疗的增加（Inborr，2001;Casewell等，2003；Grave等，2006）。沙门氏菌，空肠弯曲杆菌和产气荚膜梭状芽胞杆菌被认为是对家禽和人类健康的最重要的新兴和日益严重的威胁（VanImmerseel等，2004；Humphrey等，2007）。面临的挑战是在不影响牲畜生产性能的情况下实施新的替代方法，同时还要避免增加抗菌素耐药性。

替代的AGP有它的公共卫生项目的起源，其中的营养干预措施，如益生菌和益生元是用来改善人类慢性疾病如炎症性肠病（瓜内尔等人，2002;Damaskos和Kolios，2008）和肠易激综合症（Fooks和Gibson，2002年）。在单胃动物工业中，着重于对肠道健康的特定影响的饮食配方已成为现实，因为在饲料中不允许使用抗生素时，维持或增强肠道健康对动物的福利和生产力至关重要。在这种情况下，原始植物提取物和衍生的单宁在食用动物生产中显示出令人鼓舞的结果（Huyghebaert等，2011）。

植物提取物和单宁

植物合成许多芳香物质，其中大部分是次生代谢产物。在许多情况下，这些物质可作为植物抵御捕食的防御机制。有些，如萜类，使植物闻起来有气味。其他（醌和单宁酸）负责植物色素，其他负责植物风味（例如辣椒中的萜类辣椒素）。单宁是在自然界中大量发现的具有可变分子量的水溶性多酚化合物，具有使蛋白质沉淀的能力（Spencer等，1988；Cowan，1999）。单宁可分为冷凝型和可水解型（Scalbert，1991；Haslam，1996）。）。可水解的单宁酸基于没食子酸，通常是与D-葡萄糖的多种酯，而更多的缩合单宁酸（通常称为原花色素）则来自类黄酮单体。当前的科学证据表明，单宁具有显着的潜力来增强营养和动物健康，特别是对于反刍动物，例如牛（Frutos等，2004）。）。近年来，对酚类化合物（白藜芦醇，槲皮素，芦丁，儿茶素，原花青素）进行了许多研究，其中大多数研究旨在改善人体健康，并且它们表明单宁具有多种生物学活性，包括心脏保护，抗衰老。-炎症，抗癌，抗病毒和抗菌特性主要归因于其抗氧化和抗自由基活性（Frankel等，1993；Teissedre等，1996；Santos-Buelga和Scalbert，2000）。兽医学的最新研究提到，这些影响反映在不同种类的粮食生产动物的更好生长性能上。单宁还能够以可持续和环境友好的方式降低牲畜疾病和人畜共患病原体传播的风险。最近在家禽中使用单宁的报道显示出令人鼓舞的结果（VanParys等，2010；Anderson等，2012；Redondo等，2013b；Tosi等，2013）。

单宁酸作为抗营养因子的历史思考

家禽营养的传统观念认为单宁酸是抗营养因子。与对反刍动物的影响相反，在反刍动物中，日粮中的丹宁酸可能具有相当大的营养益处，而通常认为在单口气动物饲料中，丹宁酸是不可取的。在单胃动物中，饮食中的单宁酸会降低其消化率（尤其是粗蛋白），从而降低其生长性能（Treviño等，1992；Smulikowska等，2001）。）。在家禽中，相当多的出版物显示了丹宁酸在鸡饲喂中的抗营养作用。这些物质会降低自愿采食量和有机物消化率，尤其是蛋白质成分，从而导致生产性能下降（Barroga等，1985；Longstaff和McNab，1991；Garcia等，2004；Longstaff和McNab，2007）。

有关单宁酸抗营养作用的报道主要基于饲料中单宁浓度相对较高的测定，主要是使用纯化的缩合单宁酸或单宁酸含量较高的植物，因为高粱籽粒中的单宁酸可能是这样。这些实验显示出不良影响，例如营养物质利用减少，动物生产力下降以及某些动物死亡。这种有限的实验信息以及单宁酸在植物中对抗草食动物的防御机制这一事实已成为单宁酸对动物不利的广泛观念的起源。但是，现在知道，它们的有益或有害特性取决于其化学结构（通常与植物来源有关）和剂量，此外还取决于其他因素，例如动物种类，动物的生理状态和饮食组成。最近的证据表明，适度的单宁水平能够改善单胃动物的营养和健康状况。

对家禽生产性能的影响

尽管单宁在传统上被认为是抗营养因子，但现在知道这些物质对家禽可能是有益的。但是，如前所述，必须考虑和评估几个因素，例如饲料中的最终浓度，化合物的结构，饲料制备过程中的应用过程以及植物因素，这些因素可能会影响最终单宁对鸟类消化功能和健康的影响。全球卫生（Hagerman和Butler，1980年）。用不同的纯化单宁进行的研究证实，饲用单宁酸单宁提取物中的化学特性（如涩味和蛋白质结合）是可变的（Hofmann等，2006）。Schiavone等。（2008年）表明家禽饲养中使用栗子提取物不会影响饲料的消化率，car体品质或氮平衡。实际上，如果在饮食中添加0.2％（对干物质），它对生长性能有积极影响。类似地，Marzoni等。（2005年）研究了quebracho丹宁酸在生长中的野鸡中的饮食效果，并证明了在饲料中添加2％不会影响生长性能。此外，一些作者提到栗子单宁的施用可能会改变粪便的稠度，从而导致处理组的粪便更坚硬，从而积极影响垫料状况，从而改善集约化生产系统中鸡的整体健康状况和福利。此外，板栗果实中酚类物质（没食子酸和鞣花酸）的含量与对人体健康的各种积极作用有关，例如抗氧化活性，降低心血管疾病的风险，抗癌机制和抗炎特性（deVasconcelos等，2010）。单宁还可以与其他AGP替代品（如益生菌）结合使用，在促进肠道健康方面显示出增效作用。最近的一项工作报道，栗子提取物在提高乳酸杆菌对胃运输的耐受性方面表现出令人惊讶的效果，而栗子纤维主要提高了对胆汁的耐受性（Blaiotta等，2013）。

尽管饲料级单宁可以在消化过程中产生有益的消化作用，从而对动物的行为产生有益的影响，但人们对它们的主要作用方式通常还不了解，无法解释最终的体内作用。一些作者认为，低浓度的单宁酸可以通过刺激采食量来改善饲料的适口性并提高单胃的性能（Windisch和Kroismayr，2006）。其他人则认为刺激消化分泌通常被认为是一种核心作用方式（例如Lee等，2003）。）。然而，抗菌性能似乎是最相关的作用方式，尤其是在幼小的动物中。一般而言，像AGP一样，植物衍生的化合物将参与微生物群与胃肠道之间高度复杂的相互作用的调节。动物宿主从微生物活动及其不想要的产物中获得的缓解可能是降低免疫防御成本的原因（Windisch和Kroismayr，2006；Kroismayr等，2008）。然而，肠道菌群相互作用和动力学的复杂性使得很难以定量的方式定义这种影响。

对家禽健康的影响

在过去的几年中，饲料级单宁在饮食中的作用越来越受到关注，因为它们可能减少哺乳动物中胃肠道寄生虫的数量（Athanasiadou等，2000；Butter等，2002；Min等，2005）。（Marzoni等，2005）。单宁酸，例如绿茶或quebracho中浓缩的单宁酸，已被证明具有抗菌活性（Sakanaka等人，2000；Elizondo等人，2010），并影响鸡和猪的胃肠道细菌定殖（Hara等人，1995；Harry等人，1995）。Hara，1997）。多个报告表明，单宁或植物提取物在控制人畜共患病病原体方面的功效弯曲菌和沙门氏菌。

弯曲杆菌属。乙型肝炎是全世界人类细菌性腹泻的主要来源之一，空肠弯曲菌和大肠弯曲菌是最常涉及的物种（Adak等，1995；Kapperud等，2003）。感染的主要来源之一被认为是家禽来源的食物，单个鸡群内的肠道运输率通常超过80％（Anderson等，2012）。在确定的国家禁止AGP之前，在这种食源性病原体中观察到了抗菌素耐药性的发生率上升（Desmonts等，2004）。各种可水解和浓缩的饲料级单宁提取物的抗微生物活性空肠弯曲杆菌揭示了两种类型的饲料级单宁都抑制该细菌的生长（Nohynek等，2006；Gutierrez-Banuelos等，2011；Anderson等，2012）。已经观察到，当存在高浓度的氨基酸和可溶性蛋白时，浓缩的单宁在控制空肠弯曲杆菌中可能不如可水解的单宁有效（安德森等，2012）。需要评估在禽类饲料中添加选定的单宁以减少弯曲杆菌属菌体内发生率的功效。

沙门氏菌血清型肠炎是最常见的家禽产品消费相关的食源性致病菌之一。人类疾病的控制策略是基于减少禽类屠宰和肠炎沙门氏菌负荷期间的污染。这是通过使用AGP实现的，AGP可在肉和蛋中产生残留物，并有助于选择沙门氏菌和其他病原体的多抗性菌株。VanParys等。（2010）发现板栗（栗栗）鞣质能够抑制鼠伤寒沙门氏菌的体外生长，但对猪感染模型中细菌的排泄没有影响。Quebracho（Schinopsislorentzii）原始提取物在体外对肠炎沙门氏菌具有抑菌作用，当在肉鸡的实验感染模型中使用时，它能够减少细菌的排泄（Redondo等，2013a）。同样，Prosdócimo等。（2010）中找到对克夫的抗菌活性沙门氏菌肠炎和沙门氏菌鸡沙门氏菌体外。

产气荚膜梭菌被认为是重要的家禽病原体，是坏死性肠炎和亚临床疾病的病原体（FickenandWages，1997）。两种疾病的表现都对家禽生产产生重要的经济影响。该细菌是抗菌禁止后果的重要例子。长期以来，AGP一直有效地预防了家禽的坏死性肠炎，而AGP撤出后，坏死性肠炎的发生率显着增加（VanImmerseel等，2004）。已经证明了不同来源的单宁酸的抑制作用。先前的报告显示，源自栗子和栎类的饲料级单宁具单宁体外的抗菌和抗毒素活性产气荚膜梭状芽孢杆菌及其毒素以及两种单宁的混合物均保持各自的活性（Elizondo等，2010）。该研究小组的后续结果证实了板栗和quebracho单宁在肉鸡坏死性肠炎模型中的体内作用降低了总病变的发生率和严重程度，并改善了肉鸡的生产性能（Redondo等，2013b）。其他作者在艾美尔球菌/产气荚膜梭状芽胞杆菌共感染模型中添加板栗单宁的结果进一步证实了这一发现（Tosi等人，2013）。尽管板栗单宁具有较强的杀菌活性产气荚膜梭菌（Clostridiumperfringens），大多数摄入的单宁不残留在粪便中，因为它在肠道中水解并降解。相反，quebracho丹宁酸主要以较低的抗菌能力浓缩，但是大部分施用的丹宁酸保留在粪便中。因此，这些不同的功能可用于轻松减少栗子对肠道产气荚膜梭菌的负荷，并通过控制quebracho丹宁酸控制环境污染（即粪便和被褥）来避免再次感染。

不同的著作报道了某些单宁酸对动物病毒的抗病毒活性。上田等。（2013年）测试了来自不同来源的缩合和可水解单宁对选定的病原性动物病毒家族的影响，结果表明这些化合物对包膜病毒具有非特异性的中和作用。同一小组报道了单宁与蛋白质的结合诱导了纯化病毒粒子或BSA的聚集。在使用人类病毒（例如疱疹病毒）的作品中还报道了另一个潜在的机制（Lin等人，2011年）和人类免疫缺陷病毒（HIV-1），同一作者认为，病毒活性降低可能是由于单宁分别结合了糖蛋白或CD4等细胞受体。尽管它们很少，但与禽病毒的研究表明，含有特定单宁的天然提取物可能有助于控制病毒感染。Lupini等。（2009年）结果表明，板栗和栎木提取物在病毒被细胞吸收之前均对禽呼肠孤病毒（逆转录病毒）和禽偏肺病毒（副粘病毒）具有抑制作用。在这项工作中，作者报道了栗子和quebracho提取物降低了细胞外病毒活性，这表明细胞外作用可能是由于单宁酸和病毒蛋白之间的相互作用导致了病毒附着和细胞膜渗透的抑制，如前所述。其他病毒。在同一工作中，他们报告仅克雷伯乔提取物会降低细胞内病毒活性，并提出主要机制是抑制病毒酶。Moreira等。（2005）。

尽管单宁或植物提取物具有抗病毒活性（Lupini等，2009），细菌（Tosi等，2013）和原生动物疾病（Cejas等，2011），但对于这些化合物的作用机制知之甚少关于抗菌作用和促进生长。某些解释的抗菌药物作用方式可能有助于确定单宁的主要机制。代谢抑制是一种可能的机制。Bae等。（1993年）表明，从鸟足三叶（莲花角）中浓缩的单宁酸可抑制纤维素消化的琥珀酸纤维素酶的内切葡聚糖酶活性。S85在瘤胃中。如Elizondo提出的产气荚膜梭状芽胞杆菌毒素（2010年）所述，这可能适用于毒力因子。另一方面，一些作者提出了铁的剥夺（Scalbert，1991；Haslam，1996；Mila等，1996）。单宁酸就像铁载体一样，从培养基中螯合铁，使微生物无法利用。铁是大多数致病菌必不可少的元素，单宁酸对铁的亲和力是大肠杆菌铁载体的三倍（Chung等，1998）。

动物饮食中某些植物组织的作用机理之一是肠道微生物群组成的改变。根据不同人群的报道，革兰氏阳性细菌似乎对单宁含量高的植物提取物更为敏感（Nohynek等，2006；Engels等，2011）。重要的是要指出，由于微生物群的不断发展，微生物群的变化对年轻动物的影响更大。人们认为直到第六周龄才能获得成熟的菌群（Barnes等，1972）。）。不管作用方式如何，单宁的化学特性都是高度可变的，并且一种植物提取物中可以存在不同类型的单宁。因此，添加到饲料中的植物提取物的来源将决定对微生物群和动物生长的最终影响。

经济上的考虑

与使用抗菌药物或AGP的任何可用替代品无关，生产性能和动物福利的提高取决于肉鸡的整体健康状况。必须考虑对鸡群健康状况和生产情况的完整而连续的观察。它需要定期进行尸检，取样和病原体鉴定，并定期监测生产参数，如采食量和增重，鸡群均匀度和其他条件。这应该提供生产成本的概述，并可以衡量疾病的经济影响，并选择具有成本效益的治疗或预防策略。AGP替代品的投资回报将取决于生物影响和市场价格动态。从鸡群中撤出AGP可能会导致生长速度下降，发病率和死亡率增加；但由于肉和衍生产品中的残留物，连续使用可能导致定罪的增加。在仍然允许使用AGP的国家中，必须考虑用不对公共健康构成威胁并且在肉类和衍生产品中不残留的替代产品替代它们的净经济影响。这将取决于几个因素，包括对生产绩效水平的影响以及为补偿AGP使用终止而采用的任何替代性潜在技术的成本，并且可能会因诸如进入更具挑战性的市场或差异化营销等收益而被抵消。有机食品。在禁止AGP家禽生产的国家，负面影响可以通过使用离子载体抗球虫剂来暂时补偿，由于缺乏关于这些物质与其他抗微生物剂之间关系的报道，因此被排除在监管范围之外。考虑到最近的现场调查表明，畜牧业使用抗菌剂会增加家畜细菌对批准用于人类医学的药物产生耐药性或交叉耐药性的可能性（Diarra等，2007；daCosta等人，2013年），与其他类别的抗菌剂的经验表明，出于与AGP相同的原因，这些化学物质应迅速从动物饲料中清除，因此，开发出单独使用或与其他控制措施结合使用的适当替代品非常重要改善肠道健康的措施。在产品类型，供应商识别，家禽反应标准，监管状况和兽医定义方面，还需要进一步工作来确定家禽中抗生素化合物的替代标准（Rosen，2003）。

结论

使用植物提取物似乎是使用抗微生物生长促进因子的一种有吸引力的替代方法。这些天然产品不会在禽类产品中留下残留物。同样，植物提取物是具有许多生物活性原理的复杂物质，因此具有较少的诱导微生物抗性的机会。

这些提取物中的任何一种作为饲料添加剂的成功应用，必须确保产品质量稳定，数量足够，以提高AGPs水平的家禽产量并满足家禽衍生产品消费者的实际需求。如果产品有效并且可以获取足够数量以满足家禽业的需求，那么成功应用的决定性因素将是成本，并且至少应与AGP相似。尽管已证明市场上有许多可用的产品在该领域都是有效的（Graziani等人，2006；Lupini等人，2009；Elizondo等人，2010；Redondo等人，2013b），但许多潜力却不那么明显。栗（可水解的）和Quebracho（浓缩的）单宁可能是最容易获得的商业产品，正在使用并满足这些需求，并且有大量数据支持其使用。

在不同论文中提出的结果的多样性表明，阐明植物提取物对不同动物宿主中确定的微生物或疾病的影响的复杂性。为了描述植物提取物对病原微生物以及共生微生物的影响及其在动物生产中的影响，需要做进一步的研究。这些知识将有助于开发适用于动物饲料的新产品和创新产品，从而在不损害公共卫生的情况下提高动物的产量。

利益冲突声明

作者宣称，这项研究是在没有任何商业或金融关系的情况下进行的，这可以解释为潜在的利益冲突。