将单宁酸在家禽中替代抗生素促生长剂的使用前景

抗生素作为一种提高饲料转化率和降低成本的策略，40多年来一直被列入畜牧生产用饲料配方中。抗生素作为促进生长因子（AGP）长期使用亚治疗剂量的抗生素，特别有利于抗生素耐药微生物的选择。近年来，全球对抗菌素耐药性的发展和耐药基因从动物菌株向人类转移的关注度不断上升。从动物日粮中去除AGP会给畜禽养殖户带来巨大的压力，其主要后果之一是传染病的发病率大幅增加，同时也会增加抗生素治疗的使用量，随之而来的是经济成本。因此，迫切需要AGP的替代品。目前的挑战是如何在不影响家畜生产性能和避免抗生素耐药微生物增加的情况下实施新的替代品。植物提取物和纯化后的衍生物质在动物营养方面显示出了良好的效果，无论是从功效还是从经济角度来看，都是很有希望的。单宁酸是一种植物性化合物，已被成功地用作家禽饲料中的添加剂，用于控制疾病和提高动物性能。成功地使用这些提取物作为饲料添加剂，必须确保产品的质量稳定，数量足够，以满足家禽业的实际需求。板栗（可水解）和魁拔（缩合）单宁可能是最容易获得的商业化产品，可以满足这些需求。本报告打算分析支持其使用的现有数据。

关键词：单宁；抗生素；家禽；生长促进因子；坏死性肠炎；植物提取物；动物保健

介绍

抗生素化合物最初是以治疗性剂量添加到饲料中，用于治疗和预防传染病，但很快就发现了抗生素的促进生长作用。因此，从20世纪50年代初开始，在饲料中添加抗生素，以提高饲料利用率和养殖动物的生长，降低生产成本（Moore和Evenson，1946；Jukes等，1950）。抗生素作为促进生长因子(AGP)的使用应与治疗性和预防性使用的抗生素区别开来，抗生素的给药剂量大、时间短。

AGPs的作用模式尚不完全清楚。有人提出了不同的潜在机制来解释AGP介导的生长增强（Gaskins等人，2002年；Dibner和Richards，2005年；Page，2006年）。最为人所接受的机制是通过调节肠道微生物群，而肠道微生物群在维持宿主健康方面发挥着关键作用（Tuohy等人，2005年）。微生物群的组成影响肠道环境和宿主免疫系统对病原性和非病原性抗原的发展和反应(Cebra, 1999; Kelly and Conway, 2005)。

家禽业大量采用AGPs，但相对而言，系统地评价抗生素可能对鸡的整体肠道微生物群的动态影响的研究较少。因此，为了阐明对细菌群落的影响，包括AGP饲喂的鸡的共生菌中抗生素耐药性基因的选择和分布，研究是必不可少的（Diarra等人，2007；da Costa等人，2013）。

关于AGP在家畜中的使用及其在选择抗生素耐药性细菌中的作用已经被广泛回顾（Butaye等人，2003；Wegener，2003；Kazimierczak等人，2006；Landers等人，2012）。值得注意的是，AGP在亚治疗剂量下长期使用，这种情况对选择耐药微生物特别有利。在过去几年中，全球对抗菌素耐药性的发展和耐药基因从动物菌株向人类转移的关注度不断上升（Salyers等人，2004；Mathur和Singh，2005；Devirgiliis等人，2013）。耐药性的产生和传播的潜在风险导致欧盟自2006年起禁止使用抗生素作为生长促进剂。尽管食源性传播对人类抗生素耐药性的相对贡献仍是未知数，但它确实存在，而且可能比目前所认识到的更多（Collignon和Angulo，2006）。一些研究表明，人类携带的大多数抗生素耐药性大肠杆菌菌菌株可能起源于食用动物，特别是家禽（Johnson等人，2006年）。

在这种情况下，为了保护重要的人类药物的有效性（Casewell等人，2003年），美国食品和药物管理局禁止在美国的鸡和火鸡中使用氟喹诺酮类药物，因为有证据表明，在家禽中使用这些抗菌剂会导致弯曲杆菌产生抗药性。这些抗药性菌株可以传播给人类，对公共健康造成影响（Nelson等，2007年）。在非致病菌中选择抗药性是另一个潜在风险。一些抗药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）研究表明，口服四环素并没有诱导鸡粪细菌群落发生显著变化，但他们发现肠球菌易感性试验显示，肠球菌MICs增加。这些细菌的抗性基因，四环素(M)、四环素(L)、四环素(K)和四环素(O)均呈阳性，这些基因可以转移到弯曲杆菌Jejuni上，赋予四环素抗性。作者提出，复杂的生态和遗传因素可能导致抗生素抗性基因在鸡生产环境中的流行和转移。

尽管在饲料中添加AGP有诸多不便，但人们普遍认为，现代家禽生产的集约化和相关应激因素的增加，如饲料变化或日粮不平衡，可能会对动物健康产生不同的负面影响，如免疫功能降低、高暴露易感群体（Pinchasov和Noy，1993）。这可能会使肉鸡的胃肠道容易被细菌病原体定植，对禽类的健康和食品安全造成威胁。从动物日粮中去除抗生素AGP意味着给畜禽养殖户带来巨大的压力，其主要后果之一是传染性疾病的发病率大幅增加，同时增加了抗生素的使用量(Inborr, 2001；Casewell等人，2003；Grave等人，2006)。沙门氏菌、弯曲杆菌和产气荚膜梭状芽孢杆菌被认为是对家禽和人类健康的最重要的新出现和日益增长的威胁（Van Immerseel等人，2004年；Humphrey等人，2007年）。目前的挑战是如何在不影响牲畜生产性能的前提下实施新的替代品，同时避免抗生素耐药性的增加。

AGPs的替代品起源于公共卫生项目，其中营养干预，如益生菌和益生元等用于改善人类慢性病症，如炎症性肠病（Guarner等人，2002年；Damaskos和Kolios，2008年）和肠易激综合征（Fooks和Gibson，2002年）。注重对肠道健康的特殊作用的日粮配方正在成为单胃动物工业中的现实，因为当饲料中不允许使用抗生素时，维持或提高肠道健康对动物的福利和生产力至关重要。在这种情况下，未加工的植物提取物和衍生的单宁酸在食用动物生产中显示出了良好的效果（Huyghebaert等人，2011年）。

植物提取物和单宁

植物会合成许多芳香族物质，其中大部分是次生代谢物。在许多情况下，这些物质作为植物的防御机制来抵御天敌的侵袭。有些物质，如萜类物质，赋予植物以气味；另一些物质（醌类和单宁）负责植物色素，另一些物质负责植物风味（如辣椒中的萜类辣椒素）。单宁是水溶性的多酚类化合物，分子量可变，在自然界中大量存在，具有沉淀蛋白质的能力（Spencer等人，1988年；Cowan，1999年）。单宁可分为缩合型和水解型（Scalbert, 1991; Haslam, 1996）。可水解的单宁酸以没食子酸为基础，通常是以D-葡萄糖的多酯形式存在，而数量较多的缩合型单宁（通常称为原花青素）来自黄酮类单体。目前的科学证据表明，利用单宁酸来提高营养和动物健康有很大的潜力，特别是对反刍动物如牛等反刍动物（Frutos等，2004）。最近几年，许多关于酚类化合物（白藜芦醇、槲皮素、芦丁、儿茶素、原花青素）的研究层出不穷，这些研究大多是针对改善人类健康的，它们证明单宁具有多种生物活性，包括心脏保护、抗炎、抗癌、抗病毒和抗菌等，主要归因于其抗氧化和抗病毒活性（Frankel等人，1993；Teissedre等人，2004；Frutos等人，2004）。1993；Teissedre等人，1996；Santos-Buelga和Scalbert，2000）。) 最近在兽药领域的研究中提到，这些作用体现在不同品种的产粮动物的生长性能较好。单宁酸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的风险和人畜共患病病原体的传播。最近关于单宁在家禽中使用的报告显示出了良好的效果（Van Parys等人，2010；Anderson等人，2012；Redondo等人，2013b；Tosi等人，2013）。

历史上视单宁为抗营养因子

传统的家禽营养学概念认为单宁酸是反营养因素。与反刍动物的影响相反，日粮中的单宁酸可能具有相当大的营养效益，而单宁在单胃动物饲料中通常被认为是不可取的。在单胃动物中，普遍认为日粮中的单宁酸会降低消化率（尤其是粗蛋白），从而降低生长性能（Trevino等人，1992年；Smulikowska等人，2001年）。在家禽中，相当多的出版物表明，单宁酸在鸡饲料中的抗营养作用；这些物质会导致生产性能恶化，因为自愿采食量和有机物消化率下降，特别是蛋白质成分的下降（Barroga等人，1985年；Longstaff和McNab，1991年；Garcia等人，2004年；Longstaff和McNab，2007年）。

关于单宁的抗营养作用的报道大多是基于饲料中相对较高浓度的单宁的测定，主要使用纯化的缩合单宁或可能是高粱粒中的单宁酸过量的植物进行的测定。这些实验表明，在某些动物中出现了营养物质利用率下降、动物生产性能下降和死亡等不良影响。这种有限的实验信息以及单宁作为植物中的一种防御机制对食草动物起着防御作用的事实，使得人们普遍认为单宁对动物是负面的。然而，现在已经知道，除了动物种类、动物的生理状态和击打物的组成等其他因素外，其有益或有害的特性还取决于其化学结构(一般与植物的来源有关)和用量。较新的证据表明，适度的单宁含量能够改善单胃动物的营养和健康状况。

对家禽生产性能的作用

尽管单宁素传统上被认为是抗营养因子，但现在人们知道这些物质对家禽是有益的。然而，如前所述，必须考虑和评估几个因素，如饲料中的最终浓度、化合物的结构、饲料配制过程中的应用过程和植物因素，这些因素可能会影响到最终单宁对禽类消化功能和全局健康的影响（Hagerman和Butler，1980）。不同纯化单宁的研究证实，单宁提取物的化学性质，如收敛味和蛋白质结合等化学性质在不同的单宁提取物中是可变的（Hofmann等，2006）。Schiavone等(2008)表明，板栗提取物在家禽饲养中的使用不影响饲料消化率、胴体质量或氮平衡。事实上，如果在日粮中添加高达0.2%（以干物质计），对生长性能有积极影响。同样，Marzoni等人（2005年）研究了在生长中的山鸡中添加槲皮单宁的日粮影响，结果表明，在饲料中添加2%的槲皮单宁不会影响生长性能。此外，一些作者提到，板栗果单宁的施用可能会改变粪便的一致性，使处理后的鸡群的粪便更加结实，从而对集约化生产系统中的鸡的整体健康状况和福利产生积极影响。此外，板栗果中含有酚类物质（没食子酸和鞣花酸），这些物质对人体健康有多种积极的影响，如抗氧化活性、降低心血管疾病风险、抗癌机制和抗炎特性（de Vasconcelos等，2010年）。单宁酸还可以与其他AGPs替代品结合使用，如益生菌，在促进肠道健康方面显示出协同作用。最近的一项工作报道，板栗提取物在改善乳酸菌的胃肠转运耐受性方面表现出惊人的效果，而板栗纤维主要是改善了胆汁的耐受性（Blaiotta etal.，2013）。

尽管单宁酸在加入动物日粮中时可对动物的消化系统产生有益的影响，从而提高动物的消化能力，但其主要作用模式往往不足以解释最终的体内效应。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，提高单胃动物的性能（Windisch和Kroismayr，2006）。其他学者认为，刺激消化道分泌物通常被认为是其核心作用模式（如Lee等人，2003年）。然而，抗菌特性似乎是最相关的作用模式，特别是在幼龄动物中。一般来说，像AGPs一样，植物衍生的化合物会参与调节微生物群和胃肠道之间高度复杂的相互作用。由此产生的动物宿主对微生物活动及其不需要的产物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，由于肠道微生物群的相互作用和动态的复杂性，很难定量地定义这种影响。

对家禽健康的作用

在过去几年中，单宁的饮食作用越来越受到关注，因为它们可能会减少哺乳动物的胃肠道寄生虫数量（Athanasiadou等人，2000年；Butter等人，2002年；Min等人，2005年）和鸟类（Marzoni等人，2005年）。单宁酸，如来自绿茶或魁拔草的浓缩单宁，已被证明具有抗菌活性(Sakanaka等人，2000年；Elizondo等人，2010年)，并影响鸡和猪的胃肠道细菌定植(Hara等人，1995年；Hara，1997年)。多个报告表明，单宁或植物提取物在控制人畜共患病的病原体（如弯曲杆菌和沙门氏菌）方面的功效。

弯曲杆菌是世界范围内人类细菌性腹泻的主要来源之一，其中空肠弯曲杆菌和大肠弯曲杆菌是最常见的菌种（Adak等人，1995；Kapperud等人，2003）。主要的感染源之一被认为是禽类来源的食物，个别鸡群内的肠道携带率往往超过80%（Anderson等人，2012）。在确定的国家禁用AGP之前，这种食源性病原体的抗生素耐药性的发生率增加（Desmonts等人，2004）。各种可水解和缩合单宁的富含单宁的提取物对空肠弯曲杆菌的抗菌活性显示，这两种类型的单宁都能抑制这种细菌的生长(Nohynek等人，2006年；Gutierrez-Banuelos等人，2011年；Anderson等人，2012年)。据观察，当存在高浓度的氨基酸和可溶性蛋白时，缩合单宁可能比水解单宁在控制空肠弯曲杆菌方面的效率低(Anderson等人，2012年)。在家禽饲料中添加特定的单宁酸以降低弯曲杆菌的体内发病率的效果有待评估。

肠道沙门氏菌是最常与食用家禽产品有关的食源性病原体之一。人类对该病的控制策略是以减少屠宰过程中的污染和禽类中的肠道沙门氏菌载量为基础。这是通过使用AGP来实现的，AGP在肉和蛋中产生残留物，有利于沙门氏菌和其他病原体的多抗性菌株的选择。Van Parys等(2010)发现，板栗(Castanea sativa)衍生的单宁酸能够抑制鼠伤寒沙门氏菌的体外生长，但对猪的感染模型中的沙门氏菌排泄没有影响。Quebracho(Schinopsis lorentzii)原提取物在体外显示出对肠道沙门氏菌的抑菌作用，在肉鸡实验性感染模型中使用时，能够减少该菌的排泄量(Redondo等，2013a)。同样，Prosdocimo等人（2010年）也发现，在肉鸡中使用它可以减少细菌的排泄（Redondo等人，2013a）。(2010)发现，在体外实验中，喹布拉乔对肠道沙门氏菌和沙门氏菌具有抗菌活性。

Clostridium perfringens被认为是一种重要的家禽病原体，是坏死性肠炎和亚临床击病的致病菌（Ficken和Wages，1997）。该病的两种表现形式都对家禽生产有重要的经济影响。该菌是抗菌素禁用后果的重要范例。长期以来，AGPs对禽群中的坏死性肠炎的预防效果良好，停用AGPs后，坏死性肠炎的发病率明显增加（Van Immerseel等，2004）。不同来源的单宁酸的抑制作用已经得到证实。先前的报告显示，从板栗和槲皮酸中提取的单宁具有体外抗菌和抗毒素的活性，对梭状芽孢杆菌及其毒素有一定的抗菌和抗毒素作用，而且这两种单宁的混合物能保持单独的活性（Elizondo等人，2010）。该研究小组随后的研究结果证实了板栗单宁和槲寄生单宁在肉鸡坏死性肠炎模型中的体内作用，降低了肉鸡毛状病变的发生率和严重程度，提高了肉鸡的生产性能(Redondo等，2013b)。在Eime-ria spp./Clostridium perfringens共感染模型中，其他作者在日粮中添加板栗单宁的研究结果强化了这一发现(Tosi等，2013)。虽然板栗单宁对产气荚膜梭状芽孢杆菌有很强的杀菌活性，但大部分摄入的板栗单宁不会留在粪便中，因为它在肠道中被水解和降解。相比之下，曲霉单宁主要是凝结的单宁，其抗菌能力较低，但大部分被摄取的单宁会留在粪便中。因此，这些不同的能力可以用来降低板栗的肠道产气荚膜梭状芽孢杆菌的负荷，并通过控制环境污染（即粪便和被褥），避免了板栗单宁的再感染。

不同的研究报告了一些单宁对动物病毒的抗病毒活性。Ueda等（2013）测试了不同来源的缩合型和水解型单宁对选定的致病性动物病毒家族的抗病毒活性，结果表明这些化合物对包膜病毒具有非特异性中和作用。同一研究小组报告了通过单宁酸与蛋白质的结合诱导纯化病毒或BSA的聚集。另一个潜在的机制是在使用人类病毒，如疱疹病毒（Lin等，2011年）和人类免疫缺陷病毒（HIV-1）的研究中，作者认为单宁酸分别与细胞受体如糖蛋白或CD4结合，降低了病毒活性。虽然他们是少数，但与禽类病毒的工作表明，含有特定的单宁酸的天然提取物可能有助于控制病毒感染。Lupini等(2009)研究表明，板栗和槲寄生木提取物在病毒吸收到细胞前，对禽病毒(逆转录病毒)和禽偏肺病毒(副流感病毒)都有抑制作用。在这项工作中，作者报告了板栗和槲寄生木提取物降低了细胞外病毒的活性，提出细胞外效应可能是由于单宁酸和病毒蛋白之间的相互作用，导致病毒附着和穿透细胞膜的抑制，这一点在其他病毒中也有提及。在相同的工作中，他们报告了仅通过槲寄生提取物降低细胞内病毒活性，并提出主要机制是抑制病毒酶。正如Moreira等(2005)所提出的那样，槲寄生提取物的细胞内活性较高，可能是由于从这种植物中提取的单宁酸能穿透细胞的尺寸较小。

尽管单宁或植物提取物对病毒性疾病(Lupini等人，2009年)、细菌性疾病(Tosi等人，2013年)和原生动物性疾病(Cejas等人，2011年)表现出活性，但对这些化合物的抗菌作用和促进生长的机制知之甚少。一些解释的抗菌剂的作用模式可能有助于定义单宁的主要机制。代谢抑制是一种可能的机制；Bae等(1993)表明，来自鸟脚树叶(Lotus cornic-ulatus L.)的缩合单宁对瘤胃中的纤维素消化菌S85的内聚糖酶活性有抑制作用。这可能适用于毒力因子，如Elizondo建议的梭菌毒素（2010年）。另一方面，一些作者提出了铁的剥夺（Scalbert，1991；Haslam，1996；Mila等人，1996）。单宁酸的作用就像一种螯合剂，将铁从培养基中螯合，使微生物无法利用。铁对大多数致病菌来说是必需的，而单宁酸对铁的亲和力比大肠杆菌的sididerophores高出3倍（Chung等人，1998）。

一些植物组织在动物日粮中的作用机制之一是肠道微生物群组成的转变，这是最被接受的作用机制。正如不同群体的报道，革兰氏阳性菌似乎对单宁酸含量高的植物提取物更敏感（Nohynek等人，2006；Engels等人，2011）。值得注意的是，由于微生物群的不断发展，微生物群的变化对幼龄动物的影响更大。人们认为要到第6周龄才会有成熟的微生物群（Barnes等人，1972）。无论作用方式如何，单宁的化学特性都有很大的变化，不同类型的单宁可以存在于一种植物提取物中。因此，添加到饲料中的植物提取物的来源将决定着对微生物群和动物性能的最终影响。

经济上的考量

与使用抗菌剂或任何可用的AGP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性能进行全面、持续的观察。这需要定期进行尸检、取样和病原体鉴定，同时定期监测生产性参数，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总体情况，并能衡量疾病的经济影响，选择具有成本效益的治疗或预防策略。AGPs替代品的投资回报率将取决于生物学影响和市场价格的动态变化。从鸡群中撤出AGP可能会导致鸡群的生长速度下降，发病率和死亡率升高；但持续使用可能会导致肉品和衍生产品中的残留物增加。在仍允许使用AGP的国家，必须考虑用不威胁公众健康且不在肉类及衍生产品中留下任何残留物的替代产品取代AGP的净经济效果。这将取决于若干因素，包括对生产性能水平的影响，以及为补偿停止使用AGPs而采用的任何潜在替代技术的成本，并可能被进入更高要求的市场或差别化销售等好处所抵消，如有机食品的情况。在禁止在家禽生产中使用AGP的国家，由于缺乏关于这些物质与其他抗菌剂之间的关系的报告，离子型抗球菌剂的使用可以暂时弥补其负面影响。考虑到最近的田间调查表明，畜牧业使用抗菌剂会增加国内动物细菌对批准用于人类用药的药物产生抗药性或交叉抗药性的可能性（Diarra等人，2007；da Costa等人，2013），与其他组抗菌剂的经验表明，这些化学物质与AGPs一样，都是出于同样的原因而被及时从动物饲料中去除，因此，开发出足够的替代品单独使用或与其他控制措施相结合以改善肠道健康的重要性。还需要进一步的工作，从产品类型、供应商的确定、家禽的反应标准、监管状况和兽医的定义等方面界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抗菌生长促进因子的一种有吸引力的替代品。这些天然产品不会在禽用产品中留下残留物。而且，植物提取物是一种复杂的物质，具有许多生物活性原理，在微生物中诱发抗药性的机会较少。

要成功应用任何一种植物提取物作为饲料添加剂，必须确保产品的质量稳定、数量足够多，以提高家禽的AGPs水平，并满足家禽衍生产品消费者的实际需求。如果产品有效，并且能够获得足够的数量来供应家禽行业的需求，那么成功应用的决定性因素就是成本，而且至少应该与AGPs的成本相近。尽管市场上的许多产品已经被证明是有效的(Graziani等人，2006；Lupini等人，2009；Elizondo等人，2010；Redondo等人，2013b)，但许多产品的潜力并不明显。板栗(可水解)和Quebracho(凝结)单宁可能是最容易获得的商业化产品，这些产品正在被使用，并且涵盖了这些需求，因为有大量的数据支持其使用。

在不同的论文中提出的结果的多样性显示了阐明植物提取物在不同动物宿主中对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的影响，以及在共生微生物群和在动物生产中使用的影响，需要做进一步的调查。这些知识将使我们能够开发出适合在动物饲料中添加的新的创新产品，以便在不损害公众健康的情况下改善动物生产。