精油作為抗生素生長促進劑替代物在豬上的研究進展

陳一中，敖 翔，周建川，王偉明，李元鳳，張立泰，周 婷，何 健（.四川省綿陽市三臺縣農(nóng)業(yè)局，四川 綿陽 600；.四川鐵騎力士集團馮光德實驗室，綿陽 6006；.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，綿陽 600）

仔豬斷奶時會經(jīng)歷斷奶應(yīng)激，包括細菌病原體、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致生長性能下降，死亡率和發(fā)病率高，動物福利受到損害。抗生素作為生長促進劑被廣泛應(yīng)用于斷奶仔豬飼料中，用于斷奶后腹瀉和提高生長性能。2010年全球用于動物生產(chǎn)的抗生素生長促進劑大約有6.3萬噸，且每年呈現(xiàn)遞增趨勢，而對于豬而言，每千克體重每年消耗148毫克的抗生素生長促進劑（Van Boeckel等，2015）。Yang等（2015）報道這種做法可能導(dǎo)致在豬和人身上傳播具有抗生素耐藥性的細菌病原體，對公共衛(wèi)生構(gòu)成重大威脅。歐盟已于2006年1月起在動物生產(chǎn)中全面禁用抗生素生長促進劑（Bengtsson等，2006）。美國食品和藥物管理局在2016年12月對動物使用抗生素生長促進劑進行了限制，加拿大衛(wèi)生部于2017年12月禁止在動物飼料中使用抗生素生長促進劑，預(yù)計將有更多國家效仿。抗生素生長促進劑在飼料中的禁用將帶來一系列的挑戰(zhàn)（Zhao等，2007）。因此，開發(fā)具有高性價比的抗生素生長促進劑替代品以確保豬生產(chǎn)的長期可持續(xù)性至關(guān)重要（Yang等，2015；Valenzuela-Grijalva等，2017）。目前，有機酸（Eckel等，1992；De Lange等，2010）、酶制劑（Bedford 等，2012；Kiarie等，2013）、益生菌（Heo等，2004，2013；Musa 等，2009）、抗菌肽（Choi等，2013）、中鏈脂肪酸（Boyen等，2008）和精油（Windisch等，2008；Randrianarivelo 等 ，2010；Gong 等 ，2013）被廣泛認為是飼料中抗生素生長促進劑的潛在替代品。

精油是從植物中提取的天然生物活性化合物，對動物的生長和健康有積極作用（Puvaca等，2013）。精油由于具有抗菌、抗炎、抗氧化等特性，被廣泛應(yīng)用于改善人體健康或治療疾病的傳統(tǒng)藥物中（Brenes等，2010；Kim 等，2008）。精油中的部分生物活性成分已被鑒定出來，并部分闡明了這些化合物在動物體內(nèi)的作用機制，這使得使用精油代替動物飼料中的抗生素生長促進劑的研究報道越來越多（Li等，2012）。然而，精油在飼料中的應(yīng)用主要是基于抗菌效果。此外，在性價比和飼料適口性方面，大多數(shù)精油的最低抑菌濃度遠遠高于動物養(yǎng)殖行業(yè)可接受的水平（Yang等，2015）。除了結(jié)果變異較大和尚不清楚的機制外，在動物飼料中使用精油還有其他一些挑戰(zhàn)，包括毒性作用、監(jiān)管方面的擔憂和較高的使用成本。因此，研究精油中各化合物的特異性作用和靶點（動物宿主或微生物）對于促進精油在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用至關(guān)重要。

1 精油介紹

精油是從植物中提取的芳香族、揮發(fā)性和油性的液體，如種子、花、葉、芽、嫩枝、草藥、樹皮、木材、水果和根莖（Brenes等，2010）。“精油”一詞是由帕拉塞爾蘇斯在“精油論”的理論中提出的，這意味著由于它的有效性，精油在醫(yī)學(xué)上是有用的（Oyen等，1999）。精油是一種復(fù)雜化合物的混合物，它們的個別化學(xué)成分和濃度變異較大。例如，百里香中主要成分百里香酚和香芹酚，研究人員發(fā)現(xiàn)它們在百里香中所占比例可能低至3%，也可能高達60%（Lawrence等，1983）。此外，還發(fā)現(xiàn)肉桂精油的主要成分肉桂醛占總油脂的60%至75%（Duke，1986）。這些精油如百里香中的香芹酚和百里香酚的成分對革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌、真菌和酵母有廣泛的抗菌活性（Roller等，2002；Abbaszadeh 等，2014）。精油對革蘭氏陽性菌的作用大于革蘭氏陰性菌的致病菌，因為疏水化合物由于它們的外膜覆蓋了細胞壁，所以通過革蘭氏菌脂多糖結(jié)構(gòu)的入口受到限制（Vaara，1992）。許多研究人員已經(jīng)證明精油可以替代抗生素生長促進劑，因為它們具有抗菌、抗炎、抗氧化和抗球蟲性。精油提高消化率（Chitprasert等，2014）和免疫力（Brenes等，2010），通過減少病原菌的影響促進腸道健康（Chitprasert等，2014），控制氣味和氨排放（Varel，2002）。精油有兩大類化合物：萜烯（如香芹酚和百里香酚）和苯丙烯（如肉桂醛和丁香酚）。萜烯被細分為5個被稱為異戊二烯單元的碳單元，它們分別是單體（C10H6）、三烯（C15H24）和二萜（C20H32）。有一些不同來源的萜烯，如是否存在環(huán)狀結(jié)構(gòu)、雙鍵、氧或立體結(jié)構(gòu)（Lee等，2004）。據(jù)各種研究人員估計，目前有超過1 000個單萜類化合物和3 000多個倍半萜類化合物（Cooke等，1998）。目前，只有50種苯丙烯被發(fā)現(xiàn)（Lee等，2004）。動物常用的精油有香芹酚、百里香酚、檸檬醛、丁香酚、肉桂醛等，其化學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性見表1和圖1。

表1 不同精油化學(xué)成分的性質(zhì)

圖1 不同精油的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 精油的抗菌作用

2.1 精油的作用方式

雖然香芹酚和百里香酚在細菌細胞中有幾個靶點，但是細菌細胞壁的生物合成機制是它們的主要靶點（Faleiro，2011；Yap 等，2014）。首先，香芹酚和百里香酚會對細胞壁（包括細胞膜）產(chǎn)生敏感性，造成明顯的細胞膜損傷，導(dǎo)致細菌細胞質(zhì)膜的完整性塌陷，細胞內(nèi)重要內(nèi)容物滲漏，最終導(dǎo)致細菌細胞死亡。滲漏往往通過細胞壁損傷、細胞質(zhì)膜損傷、細胞質(zhì)凝固和膜蛋白破壞等途徑發(fā)生（Conner等，1984；Cox等，1998；Helander等，1998；Ultee等，2002）以及質(zhì)子動力的降低（Nazzaro等，2013）。其次，香芹酚和百里香酚具有親脂性結(jié)構(gòu)，容易進入脂肪酸鏈中的細菌膜，使細胞膜膨脹，流動性增強。利用這些特性，香芹酚和百里香酚被認為是豬生產(chǎn)上很有前途的抗生素替代品（Kim等，1995；Lambert等，2001；Delaquis等，2002）。精油中官能團（如羥基或烷基）的位置在精油的抗菌活性中起著非常重要的作用。雖然百里香酚和香芹酚具有相似的抗菌作用，但根據(jù)百里香酚和香芹酚中一個或多個官能團的位置，它們對G+或G-細菌的抗菌作用不同。它們的抗菌作用很大程度上取決于酚類萜烯的羥基和離域電子的存在 （Lambert等，2001；Ultee等，2002），這經(jīng)常決定它們對不同細菌的抗菌活性。百里香酚和香芹酚對傷寒沙門氏菌和大腸桿菌O157∶H7外膜有較強的釋放脂多糖和致敏膜的能力（Helander等，1998）。與其他精油相比，百里香酚和香芹酚都具有釋放脂多糖的特性，使它們對某些G-細菌具有較好的抗菌性能。另一種假設(shè)是質(zhì)子交換模型，香芹酚可以作為一個跨膜載體，將羥基質(zhì)子交換成鉀離子，導(dǎo)致pH梯度和膜上電位的消散，質(zhì)子動力降低，細胞內(nèi)三磷酸腺苷池耗盡。鉀的損失也會引起問題，因為鉀在激活許多細胞質(zhì)酶、維持滲透壓和調(diào)節(jié)細胞內(nèi)pH中起著非常重要的作用。一般來說，細菌可以使用離子泵來對抗這些影響，細胞的死亡并不總是發(fā)生，但這種功能需要大量的能量，細菌的生長受到了損害（Ultee等，1999和2002）。丁香酚和肉桂醛也有酚官能基團，其抗菌活性與膜效應(yīng)和能量生成有關(guān)（Gill等，2004和2006）。有研究報道，肉桂醛和丁香酚能有效抑制亞致死水平的腸球菌脫羧酶活性（Wendakoon等，1995）。丁香酚的羥基和肉桂醛的羰基被認為與蛋白質(zhì)結(jié)合，抑制了E.aerogenes病毒中氨基酸脫羧酶的作用。因此，百里香酚、香芹酚、丁香酚、肉桂醛的主要作用機制與它們對細胞質(zhì)膜和能量代謝的影響有關(guān)。

2.2 精油的最小抑菌濃度

最小抑菌濃度的定義是抗菌藥物抑制微生物生長的化合物最低濃度。抗菌化合物的最小抑菌濃度已被廣泛應(yīng)用于實驗室測定抗菌化合物的活性微生物。單獨精油的最小抑菌濃度可能因不同的細菌和不同的菌株而不同。檢測的實驗室條件也可能影響結(jié)果。

2.3 精油與有機酸的聯(lián)用

大多數(shù)G+細菌細胞壁（約90%～95%）是由肽聚糖組成。這種特性使得疏水化合物能夠很容易地穿透細胞，然后作用于細胞壁和細胞質(zhì)（Karatzas等，2001；Trombetta 等，2005）。這些化合物進入細胞后，不僅能影響低濃度下參與能量產(chǎn)生的幾種酶，而且還能使高濃度的蛋白質(zhì)變性。G-細菌只有2～3毫米肽聚糖層，包括細菌細胞干重的20%左右，外膜位于這個肽聚糖層外層，外膜由雙層磷脂，并與內(nèi)膜布勞恩的脂蛋白緊密結(jié)合。基本上，與G+相比，G-細菌對精油耐受性更強。G-細菌的厚外膜降低滲透性，并提供額外的一層來保護細胞免受精油的傷害。

有機酸對G-菌的殺滅效果比精油好（Zhou等，2007；Souza 等，2009；Mahmoud，2014）。一項研究表明，與檸檬酸（5 mg/mL）和乳酸（1 mg/mL）相比，對副溶血性弧菌，葡萄籽提取物有更高的最小抑菌濃度（10 mg/mL）。小親水性有機酸被認為是能通過孔蛋白而穿過細胞膜，但不能是疏水多酚化合物。有幾個因素有助于有機酸對微生物的抑制，包括pH的降低、非分離形式有機酸的比例，鏈的長度，分支水平和細胞生理/新陳代謝（Booth，1985）。弱有機的親脂性酸使它們很容易進入質(zhì)膜降低細胞內(nèi)部的pH，最終導(dǎo)致細胞死亡（Wang等，2013）。

有些研究證明了某些精油和有機酸具有加性作用（Zhou等，2007；Souza等，2009；Hulankova等，2011）。Zhou等（2007）報道，一種精油（百里香酚和香芹酚）與乙酸或檸檬酸聯(lián)合使用，與單獨使用一種精油或有機酸相比，對G-細菌（S.typhimurium）有更好的效果。這之間潛在的協(xié)同作用機制尚不清楚。但眾所周知，精油中的酚類物質(zhì)會改變細菌細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致細胞膜腫脹，從而增加細胞膜的通透性。所觀察到的受損細胞膜可能解釋了協(xié)同作用，因為酚類化合物可能會對細胞膜造成顯著損害，增加細菌對有機酸的敏感性。此外，精油的疏水性在低pH下會增加，使其更容易通過細菌細胞膜的脂質(zhì)（Karatzas等，2001）。在最近的研究中，這些結(jié)果已經(jīng)在豬和家禽體內(nèi)清楚地顯示了這種協(xié)同效應(yīng)的有效性（Diao等，2015；Balasubramanian等，2016；Walia 等，2017；Liu 等，2017）。在屠宰前，在豬的飼料中加入與有機酸混合的精油可以防止沙門氏菌感染和血清陽性率（Noirrit等，2016；Walia等，2017）。

2.4 精油與中鏈脂肪酸的聯(lián)用

中鏈脂肪酸包括月桂酸（C12）、辣椒酸（C10）、辣椒酸（C8）、羧酸（C7和 C9）和己酸（C6）及其衍生物也是斷奶仔豬抗生素的另一種替代品（Boyen等，2008；Zentek 等，2011 和 2012；Hanczakowska 等，2013；Zentek 等，2013；De Smet等，2016）。中鏈脂肪酸具有對抗沙門氏菌和大腸桿菌微生物活性的能力（Dierick 等，2002；Rossi等，2010）。Han 等（2011）的研究表明，豬飼喂含中鏈脂肪酸的飼料所表現(xiàn)出的生長性能與抗生素促進劑組無顯著差異。中鏈脂肪酸對G+菌和G-菌均有良好的抑制作用。中鏈脂肪酸對某些細菌的抑菌效果因其鏈的長度而異（Rossi等，2010），辛酸可能與短鏈脂肪酸有相似的作用方式，因為中鏈脂肪酸可能通過創(chuàng)造酸性環(huán)境或直接影響沙門氏菌定植所必需的毒性因子的表達來滅活細菌。在較低的飼糧水平下，中鏈脂肪酸可被認為是斷奶仔豬胃微生物群的調(diào)節(jié)劑。用牛至油和辛酸聯(lián)合處理的沙門氏菌、單核增生李斯特菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等多個菌株，觀察到了加性效應(yīng)（Hulankova等，2011）。在體外試驗中觀察到肉桂醛和月桂酸對豬痢疾的病原菌有作用（Maele等，2016）。中鏈脂肪酸被食品和藥物管理局普遍認為是安全的（de Los Santos等，2008）。一些中鏈脂肪酸及其衍生物具有強烈而刺鼻的氣味，可能降低飼料適口性和豬的飼料采食量（Zentek等，2011）。這些可以通過使用精油和中鏈脂肪酸的組合來克服。然而，目前還沒有關(guān)于精油和中鏈脂肪酸在豬生產(chǎn)中的體內(nèi)應(yīng)用的報道。

3 精油的抗炎作用

腸道具有各種重要功能，包括吸收營養(yǎng)物質(zhì)、電解質(zhì)和水、分泌水、電解質(zhì)、免疫球蛋白、細胞因子和黏蛋白，以及對有害抗原、毒素和病原體的選擇性屏障保護（Lalles等，2004）。然而，一般認為腸道除了具有吸收、分泌和屏障功能外，還在器官完整性、免疫和身體防御等方面發(fā)揮著積極的作用（Eckmann等，1995；Pitman等，2000）。腸道上皮細胞作為“觀察犬”在免疫系統(tǒng)中扮演著重要的角色，它們可以通過細胞因子檢測免疫反應(yīng)或炎癥的發(fā)生。這些細胞因子對于中性粒細胞、巨噬細胞、T和B細胞以及樹突細胞等不同類型的免疫細胞的召集和激活至關(guān)重要（Eckmann等，1995；Pitman等，2000）。腸道免疫系統(tǒng)與其他免疫系統(tǒng)有很大的不同。腸道免疫系統(tǒng)必須平衡兩種相反的功能：不僅要對病原體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，還要保持對共生細菌和飼料中化合物產(chǎn)生抗原的耐受性（Pitman等，2000）。這兩種相反功能的平衡可能導(dǎo)致飼料采食量低、炎癥和疾病（Yang等，2015）。腸道炎癥與腸道發(fā)育和營養(yǎng)利用效率降低有關(guān)。據(jù)報道，腸道急慢性炎癥疾病常導(dǎo)致腸道形態(tài)學(xué)改變、黏膜損傷、黏膜通透性增高、腸道發(fā)育不良、營養(yǎng)吸收能力低下（Waters等，1999；Nagura 等，2001；Podolsky，2002；Strober等，2002）。豬腸道炎癥一般有 3 種類型，分別與病原體、營養(yǎng)和管理有關(guān)，分別為病原體感染相關(guān)、飲食過敏原相關(guān)和斷奶相關(guān)（Yang等，2015）。雖然炎癥并沒有引起全面的臨床癥狀，但會導(dǎo)致豬生長性能的顯著下降，并造成較大的經(jīng)濟損失。

當免疫反應(yīng)開始時，巨噬細胞在組織中被召集來產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，然后在免疫反應(yīng)的后期T細胞也參與炎癥反應(yīng)。核因子kB（NF-kB）是一個轉(zhuǎn)錄因子，在上述過程中起著非常重要的作用（Rogler等，1998）。NF-kB被促炎性細胞因子、活性氧、脂多糖等多種誘導(dǎo)物激活后，從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞核，誘導(dǎo)多種促炎性蛋白表達，包括參與炎癥、細胞凋亡和增殖的細胞因子、趨化因子、黏附分子和酶（Barnes等，1997）。有研究表明，核因子-紅細胞相關(guān)因子-2（Nrf2）和NF-kB通路之間存在潛在的交叉對話，Nrf2基因功能障礙可能導(dǎo)致炎癥應(yīng)激敏感性增加（Khor等，2006）。考慮到豬的腸道炎癥不僅會損害腸道的功能和完整性，而且還會影響生長性能，因此有必要在飼料上采取措施來抑制腸道內(nèi)的炎癥過程。精油被證明可以調(diào)控Nrf2和NF-kB轉(zhuǎn)錄因子來抑制炎癥（Kroismayr等，2008；Wondrak等，2010；Zou 等，2016；Fang 等，2017）。精油和阿維拉米霉素顯著降低了斷奶仔豬腸內(nèi)NF-kB、腫瘤壞死因子-a（TNF-a）和派爾集合淋巴結(jié)大小，以及結(jié)腸、腸系膜淋巴結(jié)和脾臟的cyclin D1的表達（Kroismayr等，2008）。

多項研究表明，肉桂醛（Wondrak等，2010）和牛至油（Zou等，2016）等精油增加了Nrf2的表達和易位，阻止了NF-kB的活化。這些結(jié)果表明，這些精油可以減少炎癥，最終通過改變Nrf2和NF-kB通路，改善豬的健康和生長性能。在飼料中添加肉桂油可減輕脂多糖引起的炎癥反應(yīng)（Wang等，2015）。有試驗表明，口服精油可顯著降低和限制試驗性自身免疫性腦脊髓炎的嚴重程度和發(fā)展，主要通過調(diào)節(jié)Th1/Treg免疫平衡（Alberti等，2014）。由此可見，精油可以通過不同的細胞信號通路調(diào)節(jié)豬的免疫反應(yīng)，增強豬的健康。

4 精油的抗氧化作用

氧化應(yīng)激是導(dǎo)致生物損傷的重要化學(xué)機制，它反過來又會影響豬的生長性能和健康，特別是在現(xiàn)代高性能的豬生產(chǎn)系統(tǒng)中。豬經(jīng)常接觸多種應(yīng)激源，包括斷奶、營養(yǎng)不良、疾病挑戰(zhàn)、熱應(yīng)激、飼料中霉菌毒素污染、運輸和擁擠。這些應(yīng)激源會增加活性氧的產(chǎn)生，當抗氧化系統(tǒng)被活性氧的產(chǎn)生壓倒時，就會發(fā)生氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激可能與豬的生產(chǎn)性能下降、免疫力下降、肌肉退化、中風(fēng)風(fēng)險增加、心臟類病、食欲下降、腹瀉、肝組織破壞以及妊娠母豬流產(chǎn)風(fēng)險增加有關(guān)。Nrf2作為NF-kB的重要對應(yīng)物，是氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子，在正常條件下可被Kelch-like ECH-associated protein 1（Keap1）隔離在細胞質(zhì)中。核因子-紅血球2相關(guān)因子-2可以從Keap1分離并轉(zhuǎn)移到細胞核，激活含有抗氧化反應(yīng)元素的基因的表達（Nair等，2008）。Nrf2-ARE通路調(diào)節(jié)細胞內(nèi)抗氧化和解毒酶的表達，如谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽（GSH）、谷胱甘肽還原酶（GR）、超氧化物歧化酶（SOD）、NADH（P）HQuinone-Oxidoreductase 1（NQO1）、血紅素加氧酶（HO1）及谷胱甘肽（GSH）前體γ-半胱氨酸合成酶（g-GCS），這些酶可以幫助重建細胞氧化還原內(nèi)穩(wěn)態(tài)（Dhakshinamoorthy等，2001；Lee等，2004；Nguyen等，2009；Mine 等，2015）。

合成抗氧化劑，如乙氧基奎琳，丁基羥基茴香醚（BHA）和丁基羥基甲苯（BHT）是豬飼料中常用的有效飼料添加劑，以提高飼料的穩(wěn)定性和保護營養(yǎng)素（如脂肪和維生素）的氧化。然而，這種合成的抗氧化劑在體內(nèi)沒有生物效應(yīng)，其毒物和安全性也是一個值得關(guān)注的問題。這推動了對天然化合物的研究，這種化合物不僅可以取代豬飼料中人工合成的抗氧化劑，還能提供額外的動物效益（Yang等，2015）。眾所周知，精油和植物提取物具有抗氧化作用（Baschieri等，2017），并已成功應(yīng)用于動物飼料中（Mueller 等 ，2012；Akbarian 等 ，2014；Placha 等 ，2014；Tan 等，2015；Zou 等，2016；Liu 等，2017）。Zou等（2016）研究牛至精油對豬小腸上皮細胞（IPECJ2）的抗氧化作用，通過誘導(dǎo)Nrf2和幾種抗氧化酶（超氧化物歧化酶和g-谷氨酸半胱氨酸連接酶），牛至精油顯著抑制H2O2誘導(dǎo)的ROS和丙二醛（MDA）。Kang等（2015）也發(fā)現(xiàn)五味子精油通過上調(diào)Nrf2介導(dǎo)的HO-1，減弱了C2C12小鼠骨骼肌細胞氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞損傷。另一項體外研究也表明，檸檬草精油減少了人類胚胎肺成纖維細胞中苯并芘誘導(dǎo)的DNA損傷和氧化應(yīng)激。Zeng等（2015）的研究表明，與對照組相比，飼喂精油組的豬有較高的白蛋白、IgA、IgG、總抗氧化能力和較低糞便評分。最近的一項豬體內(nèi)研究表明，飼糧中添加100 mg/kg的百里香酚和香芹酚混合物（1∶1）可以通過降低TNF-a mRNA來降低斷奶相關(guān)的腸道氧化應(yīng)激（Wei等，2017）。

氧化應(yīng)激的增加導(dǎo)致母豬產(chǎn)奶量、繁殖性能和使用年限下降（Berchieri-Ronchi等，2011；Zhao等，2013）。產(chǎn)奶量不足會直接影響哺乳仔豬的健康和生長。它對豬的健康和生長也有長期的影響。在妊娠晚期和哺乳期觀察到系統(tǒng)性氧化應(yīng)激的增加，補充牛至精油通過減少氧化應(yīng)激改善了仔豬的性能（Tan等，2015；Tan，2015）。因此，在現(xiàn)代高性能養(yǎng)豬生產(chǎn)系統(tǒng)中，補充精油是改善不同應(yīng)激源引起的氧化應(yīng)激不良影響的一種很有潛力的方法。

5 精油對腸道菌群的影響

豬的腸道通常被認為在出生之前是無菌的，但很快就被環(huán)境和飼料中的微生物所定植（Jensen，1998；Kim等，2015）。這些微生物隨后發(fā)展成為一種高度多樣化的微生物群，在不同的腸道隔間中具有不同的微生物密度和組成。隨著分子和“組學(xué)”方法的應(yīng)用，以及生物信息學(xué)和統(tǒng)計工具的應(yīng)用，我們對腸道菌群組成和功能的理解有了顯著的提高。例如，無論日齡大小，厚壁菌門和擬桿菌門是豬中最主要的菌門，其次是變形菌門、放線菌門和螺旋體門（Kim 等 ，2012 和 2015；Lu 等 ，2014；Slifierz 等 ，2015；Zhao等，2015）。盡管如此，隨著日齡的增長，腸道菌群的組成仍然有一些動態(tài)變化。在斷奶前，豬腸道中變形菌門較多（Zhao等，2015）。一般來說，腸道微生物群在動物生長過程中變得越來越穩(wěn)定，因此它對飼料干擾的抵抗力也越來越強（Kim等，2015）。這就解釋了為什么小豬比成年豬更容易感染病原體。這也證明了調(diào)節(jié)幼小動物的腸道微生物群的重要性，以便有一個健康的微生物群發(fā)揮其更好的生長性能。

一些體內(nèi)研究表明，精油增加了乳酸菌群，降低了仔豬大腸桿菌或總大腸菌群（Namkung等，2004；Castillo 等，2006；Li 等，2012；Zeng 等 ，2015；Wei等，2017）。這些結(jié)果與一些家禽研究中添加精油的結(jié)果一致（Oviedo-Rondon等，2006；Tiihonen等，2010；Amerah 等，2011；Basmacioglu-Malayoglu 等，2016；Cetin 等，2016；Liu 等，2017），提示精油可以導(dǎo)致腸道菌群發(fā)生一些基本變化，主要是乳酸菌種類的數(shù)量。然而，為了全面監(jiān)測微生物群的組成和功能的轉(zhuǎn)變，需要用集成的方法（例如各種分子和“組學(xué)”技術(shù)以及生物信息學(xué)和統(tǒng)計分析）研究精油在豬的腸道微生物調(diào)控的效果。

6 精油對飼料適口性、消化率和養(yǎng)分代謝的影響

精油能通過提高風(fēng)味和氣味來增加飼料的適口性和采食量（Kroismayr等，2006）。然而，目前研究得出添加精油對豬飼料采食量的影響并不一致（Neill等，2006；Stelter等，2013；Zeng 等，2015）。添加精油增加飼料適口性可能是由于它們的抗氧化特性，可以保持飼料的質(zhì)量，防止飼料中不良氣味的釋放（Franz等，2010；Sola-Oriol等，2011）。因此，用足夠數(shù)量的精油（天然抗氧化劑）代替動物飼料中常用的化學(xué)抗氧化劑（如乙氧基奎琳和丁基羥基甲苯）可能會很有潛力，尤其是在禁止化學(xué)抗氧化劑的情況下（Yang等，2015）。胃腸道在體內(nèi)表面積最大且最脆弱，它不僅吸收營養(yǎng)物質(zhì)，而且通過具有許多神經(jīng)和受體的化學(xué)感覺系統(tǒng)感知腔內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)和微生物（Furness等，2013）。近年來，腸道化學(xué)感覺系統(tǒng)因其具有調(diào)節(jié)消化、吸收和代謝的功能而受到廣泛關(guān)注，具有潛在的營養(yǎng)和藥理作用，可促進腸道的生長發(fā)育和健康（Mace等，2013）。腸道上皮細胞中約90%是吸收性上皮細胞，細胞表達各種營養(yǎng)轉(zhuǎn)運體（Henning等，1994）。腸上皮也含有少量的腸內(nèi)分泌細胞，可以分泌腸激素肽，如葡萄糖胰島素多肽，胰高血糖素樣肽1和2（GLP-1和2）和肽YY（PYY）（Murphy 等，2006）。據(jù)報道，甜味素受體T1R1 t T1R2、鮮味受體T1R1 t T1R3、苦味素感受型2受體（T2Rs）等味覺受體不僅在味蕾中表達，而且位于腸道內(nèi)（Jeon 等，2011；Daly等，2013；Shirazi-Beechey等，2014）。此外，還有其他營養(yǎng)受體，包括鈣感應(yīng)受體（CaSR），也被稱為厚味受體和脂質(zhì)受體（Reimann 等，2012；Huang等，2016）。所有這些受體都被認為屬于一組G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）（Reimann等，2012；Huang等，2016）。營養(yǎng)轉(zhuǎn)運體的主要功能是吸收腔內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)。然而，有報道稱，營養(yǎng)轉(zhuǎn)運體也有助于檢測腔內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)作為轉(zhuǎn)異構(gòu)體（Hundal等，2009）。因此，這些化學(xué)傳感器可以檢測到氨基酸、肽、葡萄糖和脂質(zhì)。可以假設(shè)飼料中其他化學(xué)物質(zhì)（如精油）還可能被腸道化學(xué)傳感器檢測到，但尚未被識別。研究表明，空腹、復(fù)食和高蛋白質(zhì)飼料可影響豬胃腸道中味覺信號分子a-轉(zhuǎn)導(dǎo)的表達，進一步支持味覺受體促進腸道腔內(nèi)化學(xué)傳感的觀點（Mazzoni等，2013；De Giorgio等，2016）。化學(xué)傳感器傳遞有關(guān)營養(yǎng)成分和內(nèi)腔濃度的信息，以調(diào)節(jié)腸道基因表達（如轉(zhuǎn)運蛋白）、消化酶和腸肽的分泌，最終控制飼料的攝入、消化、吸收和代謝。多項研究表明，植物源化合物可以調(diào)控回腸黏膜的基因表達譜（Liu等，2013和2014）和刺激消化分泌物，提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率（Janz等，2007；Maenner等，2011；Li等，2012；Ahmed等，2013）。然而，與免疫和消化功能相關(guān)的基因表達調(diào)控機制仍不完全清楚。識別精油的特定受體是非常重要的，這將幫助我們理解潛在的機制。

7 精油在豬上的應(yīng)用前景

在飼料中使用抗生素的可行替代品應(yīng)該具有以下幾個特點：對公眾安全、在養(yǎng)豬生產(chǎn)中具有高性價比和環(huán)境友好性（Gong等，2013）。由于這些多重需求，到目前為止還沒有一個單一的替代品可以完全替代飼料中的抗生素。使用全面和系統(tǒng)的研究來評估精油在豬生產(chǎn)中的有效性、性價比和安全性也是一個挑戰(zhàn)。此外，使用精油作為抗生素替代品的其他挑戰(zhàn)還包括一些潛在的副作用（例如，難聞的氣味/味道和有毒物質(zhì)），監(jiān)管方面的擔憂，以及可能與其他飼料成分（如脂肪）的相互作用（Lambert等，2001；Friedman 等，2002）。飼料和豬組織中精油的可追溯性和可行的分析方法也很重要。在這些化合物廣泛應(yīng)用于豬飼料之前，還需要對精油的毒性和安全性進行全面評估（如體外細胞和體內(nèi)動物模型）。

首先，充分了解抗生素促進動物生長的機制是非常重要的，這將有助于開發(fā)飼料中抗生素的有效替代品。對其潛在機制提出了幾種假設(shè)：1）抑制病原菌減少感染；2）通過減少腸道總細菌負擔，為動物提供更多的能量和營養(yǎng)；3）腸道黏膜層變薄，增加養(yǎng)分吸收；4）通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)來減少炎癥（Niewold，2007；Allen 等，2013；Yang等，2015）。盡管上述假設(shè)得到了一些研究的支持，但其背后的機制仍未被完全理解。這限制了我們開發(fā)包括精油在內(nèi)的有效抗生素替代品的努力。

胃腸道是一個組織良好、復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)和器官。它主要由上皮細胞、黏膜免疫系統(tǒng)和微生物組成。腸道菌群既有有益菌群，也有有害菌群。生態(tài)系統(tǒng)通常處于內(nèi)穩(wěn)態(tài)，內(nèi)穩(wěn)態(tài)的破壞會影響腸道功能，從而損害腸道健康、動物生長和健康。精油作為一個整體具有多種功能，包括抗菌、抗炎、抗氧化，并增強消化和免疫力。確定精油中各個成分的具體作用和靶點（動物宿主或微生物群）是非常關(guān)鍵的，這將有助于精油在飼料中的應(yīng)用。

在動物生產(chǎn)中，精油作為抗生素的替代品被研究。然而，以往的研究結(jié)果并不一致。有3個潛在的原因與矛盾：1）劑量可能不是有效的（Cross等，2007）；2）不同試驗條件（例如，環(huán)境、動物年齡、遺傳、飼糧和健康狀況）；3）沒有確定使用的精油活性化合物和其性質(zhì)的研究。此外，從性價比來看，大多數(shù)精油的最小抑菌濃度值明顯高于養(yǎng)豬生產(chǎn)中可接受的水平。使用抗生素替代品來提高動物的生長性能和健康水平也取決于替代品的成本。

由于其親脂特性，精油化合物可能引起人們對其潛在毒性和對動物健康可能的負面影響的關(guān)注（Ambrosio等，2017）。大多數(shù)精油也非常易揮發(fā)，在飼料加工和儲存過程中會迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致在飼料中能被動物攝入的精油量變異較大（Lambert等，2001）。結(jié)果表明，口服或注射百里香酚、香芹酚、丁香酚、反式肉桂醛大部分或全部會在仔豬胃及小腸上部消失（Michiels等，2008）。此外，精油可能與飼料中的其他成分相互作用，導(dǎo)致抗菌素活性下降（Si等，2006）。因此，如果得不到適當?shù)谋Ｗo，大部分的精油會在飼料加工、儲存和運送到動物腸道的過程中丟失，從而無法到達大多數(shù)病原體所在的動物小腸。這將最終影響到飼料廠和養(yǎng)殖戶的盈利能力，并成為在豬生產(chǎn)中應(yīng)用精油的主要障礙之一。

不同抗生素替代品的組合可能是動物飼料中替代抗生素最有潛力的方法。主要原因有三：1）一種抗生素的替代品不能覆蓋抗生素所有的性能提升特性；2）不同替代品之間存在協(xié)同效應(yīng)，減少對抗病原體（如有機酸和精油）所需的有效劑量；3）應(yīng)采取綜合的方法取代抗生素，包括營養(yǎng)、生物安全和管理，而不是單獨補充抗生素替代品（Yang等，2015）。最近發(fā)表的幾項研究表明，與單一化合物相比，使用不同的抗生素替代品對斷奶仔豬的性能和健康有更好的影響（Zeng 等，2015；Walia等，2017）。了解各種替代品的作用效果和作用機理，將有助于設(shè)計更有效的精油產(chǎn)品，促進動物生長，提高豬生產(chǎn)飼料效率。一種有效、實用的精油使用方法，對于豬生產(chǎn)中精油的使用具有重要意義。腸內(nèi)保護（如微膠囊和涂層）已成為解決這一問題最有前途的方法（Gauthier，2012）。一種廣泛使用的方法是在脂質(zhì)基質(zhì)中微膠囊化精油，當精油沿著小腸通過時，脂質(zhì)基質(zhì)可以釋放精油（Gauthier，2012）。研究還發(fā)現(xiàn)，海藻酸乳清蛋白微粒是提高豬腸道中香芹酚含量的良好載體（Zhang等，2016）。因此，適當?shù)谋Ｗo技術(shù)可以降低飼料中精油的有效用量，降低養(yǎng)豬生產(chǎn)成本。研究微粒子的物理化學(xué)和分子特性將是非常有必要的，這將有助于研究關(guān)于精油穩(wěn)定性或釋放現(xiàn)象背后的機理，然后幫助優(yōu)化微膠囊技術(shù)，以更好地保護和使用精油。在這方面，生物可降解聚合物封裝的精油納米顆粒的優(yōu)勢使納米技術(shù)成為一種有前景的動物腸道精油通過方法（Aytac等，2017，Manukumar等，2017）。

8 結(jié)論

自2006年起，歐盟就開始禁止豬使用抗生素生長促進劑。預(yù)計未來幾年還會有更多國家效仿。飼料中停用抗生素將帶來很大挑戰(zhàn)（如腸內(nèi)感染和生長性能下降）。開發(fā)具有高性價比的抗生素替代品是最大的挑戰(zhàn)，這對養(yǎng)豬生產(chǎn)的長期可持續(xù)性和盈利能力至關(guān)重要。精油有許多活性成分，因此是最有前途的抗生素替代品之一。然而，精油在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用增加緩慢，主要是由于結(jié)果不一致和不明確的作用機制。進一步了解精油的作用機制，包括對腸道生態(tài)系統(tǒng)的3個組成的影響：腸道菌群、腸道生理和免疫學(xué)，將使我們能夠在豬生產(chǎn)中充分利用精油。最后，微膠囊化和納米技術(shù)為有效地將精油送到動物腸道和提高精油在豬生產(chǎn)中的功效提供了有潛力的工具。