充分利用功能性飼料添加劑

研究發現，飼料添加劑對豬和家禽除了具有營養價值外，還具有其他功效。它們如何作用仍是許多研究的主題。本文聚焦于丁酸和植物性產品的作用方式。在過去的二十年中，畜牧業生產中最重要的變化之一是已認識到腸道健康是動物生產性能的關鍵驅動力。這種現象在人們提高了對良好畜牧管理盈利能力影響和疾病預防重要性的認識，以及尋找減少抗生素使用方法后得到了提速。

因此，毫不奇怪，許多功能性飼料添加劑，如以低濃度加入飼料中以引發超出其營養價值以外反應的成分已經進行了開發，以便以積極的方式特異性地影響這些因素的結果。能夠特異性維持腸道健康的添加劑包括有機酸（及其鹽）、酵母和酵母細胞壁產品、植物性成分、益生素和益生菌等（圖1）。在有關腸道功能和健康的科學知識不斷涌現的同時，飼料添加劑研究人員正利用最新的科學發現和方法，以便盡力優化其產品的功效。本文將重點介紹兩類功能性飼料添加劑——丁酸和植物性產品。

1 丁酸：運送到胃腸道的什么部位

丁酸鈉是短鏈脂肪酸丁酸的一種鹽，它是后腸中的厭氧菌對碳水化合物發酵后產生的終產物。眾所周知，它是一種能夠在多種組織中的細胞或微生物水平上產生許多效應的分子。例如，其可以作為腸道上皮細胞的能量來源，并已知可以減少促炎性細胞因子的產生，誘導腸道激素的分泌，加強腸上皮細胞間的細胞連接，僅舉幾個反應的例子。整個胃腸道上的多種不同的細胞類型和細菌對丁酸有應答。關于在這種范圍廣泛的丁酸依賴型效應中哪個部分將被激發，很大程度上取決于丁酸口服后被運送到達的腸道位置。

例如，丁酸在未采用包被技術時將很容易在消化道的前段——胃中吸收和代謝。不容易被胃黏膜代謝的部分將通過門靜脈運送到肝臟，之后到肝靜脈。由于動物也能從更直接運送到腸黏膜的丁酸中獲益（例如，結合腸內分泌細胞的腔受體，從而刺激腸道激素的釋放），飼料添加劑生產商已嘗試生產出丁酸受到保護不能被胃吸收的產品。

2 丁酸的包被

要做到這一點，它們通常利用兩種方法中的一種：丁酸的包被和丁酸衍生物（如三丁酸甘油酯）。包被產品通常由一些珠子組成，它們含有嵌入植物油保護性基質內的丁酸。僅含少量油（通常30%左右）的產品對丁酸沒有明顯的保護作用，不過它們的刺激性氣味比未包被的丁酸少得多。對油脂含量約70%的產品來說，大部分的丁酸成分才可能在分泌脂肪酶的十二指腸中被釋放，通過分解保護性脂質基質，從而使丁酸在整個腸道較緩慢地釋放，這種釋放方式通常被稱為“靶向釋放”或“緩慢釋放”。另一方面，單、雙和三丁酸甘油酯是由1個甘油主鏈分別結合1個、2個或3個丁酸分子組成。

可以假設，這些分子，如短鏈甘油三酯，將不會在胃中被吸收，但在甘油外端的鍵會被胰脂肪酶裂解，從而在小腸近端釋放出丁酸。關于丁酸釋放動力學的這些假說在體內和體外進行了驗證。體外評估主要是通過將產品在模擬胃或腸道環境的溶液中進行孵育。胃部模擬試驗是在低pH和胃蛋白酶存在的情況下進行的，而腸道模擬試驗在較高pH和有胰酶或脂肪酶存在的情況下進行。

然后，從產品中釋放出的丁酸量按投放后的時間進行測量，是該產品在體內釋放狀態的一種模擬。基于這些體外分析，可以總結不同類型的丁酸產品釋放丁酸的胃腸道區域。結果發現，一些油脂（50%～70%）包被的丁酸（50%～30%）產品早在胃部階段就已經釋放出其含有的丁酸，沒有提供任何靶向釋放保護（圖2）。這些釋放曲線隨后通過分析飼喂這些丁酸產品的動物不同胃腸道區域中的丁酸濃度來進行體內驗證。

3 植物性飼料添加劑

與丁酸相比，對植物性飼料添加劑的研究甚至更復雜，因為此類產品通常由幾種成分混合組成。大量作為干草藥、植物提取物或精油的植物化學物質被認為對許多參數有積極影響，如消化、血壓、抗炎和護肝。因此，合理開發一種植物性飼料添加劑是一項挑戰：如何從大量的植物性成分中挑選原料？每種成分都能觸發幾個生理反應，如何能盡可能多地促進動物健康與生產性能為目的？因此，一些旨在促進家畜腸道健康與生產性能的植物性飼料添加劑嘗試以腸道微生物群的組成與活性為作用目標。

這可以通過以下事實來說明：近年來，越來越多的證據表明腸道微生物群在維護一些器官和組織（包括胃腸道）的健康狀況上發揮著關鍵的作用。在選擇影響腸道細菌的成分時，如植物性物質，很多飼料添加劑生產商依靠體外試驗證明其抑菌效果。但是，這些植物性藥物的活性成分將在生產動物的消化道以遠低于能夠抑制（致病性）細菌生長最低濃度的濃度結束。更可靠的方法可能是通過關注植物性成分在較低濃度時可能具有的效果來選擇飼料添加劑成分，而且這可能對控制細菌活性與改善腸道健康相關。列在圖片中的植物性飼料添加劑的潛在機制之一是它們對群體感應（Quorum Sensing，QS）的影響。細菌不斷分泌QS信號分子，這使它們的行為同步。更具體地說，當環境中某種細菌或菌群的數量（細菌密度）增加時，其分泌的QS信號分子濃度也將會升高（圖3）。

如果這些分子達到特定閾值，它將激活細菌內部QS相關的信號通路，導致通常與致病性相關的生化反應，如毒素的產生。

因此，由于能夠破壞QS的化合物在低濃度時的功效，以及對這些非致命性分子產生細菌耐藥性的低可能性，在人類醫學研究中其作為抗生素的潛在替代品的研究越來越多。但研究還表示，QS對獸醫和人畜共患病原體，包括產氣莢膜梭菌、假結核耶爾森菌、空腸彎曲菌和沙門氏菌腸炎亞種具有重要性。

鑒于植物性飼料添加劑作為增強腸道健康與動物生產性能的一種方法，已被農業部門接受，篩選能夠抑制QS的植物性化合物將很可能被添加至飼料添加劑生產商的工具箱，以開發在低濃度下的高活性產品。

4 小結

腸道健康對生產動物的健康與生產性能至關重要。因此，一些飼料添加劑，如丁酸與植物性產品，已被商品化以促進腸道發育和功能。對消化系統生理學、微生物學和免疫學的最近研究表明，一些細胞生物學機制可能會產生它們的一些有利影響。而且，這些研究提供了工具來評估這些產品在體外的生物活性。這些試驗可以用來證明這些飼料添加劑的未來發展，從而提高其在體內有效性的概率。

原題名：Getting more out of feed additives（英文）

原作者：Tim Goossens博士