由氧化鋅與卡巴得減用與禁用看抗生素替代物大趨勢

2017/10/20

由氧化鋅與卡巴得減用與禁用看抗生素替代物大趨勢

宜蘭大學生物技術與動物科學系

鄭永祥教授

去年,即民國105年7月18日農委會公文,明令禁止飼料中添加卡巴得Carbadox。在此之前,離乳豬在國際與國內常規用來降低仔豬離乳後下痢添加之氧化鋅添加量由原先使用的3000ppm降為130ppm。這些法令修改主要針對環境與食品安全為考量,更揭示這波抗生素與氧化鋅替代物在畜禽養殖應用之大趨勢。

人類與動物的腸道健康是過去近十年研究的熱區。首先,人類小腸健康問題包括克隆氏症,潰瘍性大腸炎,大腸激躁症,小腸細菌過度生長都有增加的現象。這些疾病有可能會成為21世紀主要的流行疾病。腸道健康對於家畜也十分重要。因為家畜壽命跟人類比較相對較短,所以並不會受到慢性腸道健康問題如克隆氏症及潰瘍性大腸炎的影響。但是,發病時間較短的動物腸道疾病影響就會十分明顯。如在豬及家禽均會發生壞死性腸炎及腸道生態失衡。

畜禽腸道生態失衡指的是腸道共生菌與病原菌失去平衡,即一種腸道內微生物的變化。因為通常無臨床症狀,腸道生態失衡不會被視為畜禽疾病。雖然目前尚未了解確切造成腸道生態失衡的原因,不過自從抗生素在歐盟禁止作為生長促進劑後,豬及肉雞腸道的問題就逐漸增加。但因抗生素的禁止使用也許並非是唯一的原因。豬雞舍、飼料配方改善與肉雞依據生長率做基因選拔使得屠宰日齡提早,和獲較高比例雞胸肉等。為了達到上述目的,必須增加每日飼料攝取量,同時消化能力也須提升。當消化能力超過負荷或當飼料未被適當消化時,腸道微生物輪廓 ( Microbiota profile )就會變擾亂(dysbiosis)。動物腸道生態失衡是由許多原因所造成,不能單純視為一種疾病或症狀。

氧化鋅在腸道健康上的可能機轉

許多最近的研究,集中在腸道健康和最佳免疫功能。仔豬離乳時主要的改變之一是營養,即從母乳到固態飼料。教槽料通常從14日齡時提供,直到大約4週齡時,才能明顯的觀察到教槽料的攝取。當母乳供應突然停止時,消化道的結構與功能在幾小時內會開始變化。消化道的改變可能是長期下來,一週或數週的結果,可能導致小腸吸收營養物質變差,此與腸毒性細菌的增殖及或微生物營養物質發酵的增加有關。離乳仔豬經歷所謂的“生長抑制”,或離乳後生長速率下降,主因於飼料攝食減少及發生感染。而抑制生長的程度,取決於小豬應付挑戰及恢復體內平衡的速度,而如果失去平衡,結果為下痢,更嚴重的情況下可能是腸道發炎。

人們常用氧化鋅作為離乳豬生長促進化合物,由於鋅為豬隻必需性微量礦物質缺乏將導致生長遲緩及降低組織中酵素活性喪失,鋅也是含金屬酵素metallo enzymes的輔因子,如DNA及 RNA合成酶、轉移酶及許多消化酵素,再者鋅在脂質、蛋白質及碳水化合物代謝上扮演重要角色,雖然先前離乳豬日糧鋅推薦量為100 ppm (NRC 1998),但高量3000 ppm鋅的使用為有效工具以減輕與預防離乳後下痢。因此,作為離乳後之生長促進劑使用,但確切作用機轉仍不清楚,有報告提及可能增加小腸抗菌肽表現,同時對腸道菌相較穩定及維持歧異度有正向效果,特別是針對大腸桿菌群效果較明顯及增加小腸黏膜中類胰島素生長因子第一型、殺菌效果及降低腸細胞電解質分泌。Højberg et al. (2005)研究結果顯示使用2500 ppm氧化鋅給離乳仔豬比給與100 ppm仔豬,其食糜中細菌活力降低,高濃度氧化鋅可見乳酸菌及乳酸桿菌數目減少,但大腸菌及腸球菌增加,作者總結氧化鋅對腸道微生物菌群作用與抗生素相似是透過抑制革蘭氏陽性而非潛在致病性格蘭氏陰性菌。因此高量氧化鋅可以減少可消化營養份在近端胃腸道中為有害菌增殖利用,使得動物可獲得更多可利用能量以致有生長促進效果,同時可以降低仔豬離乳後下痢發生。

透過營養手段可能解決方案

有些飼料和飼料成分被認為有免疫調節及抗微生物的性質,在Sugiharto等人的綜述中,以乳製品為基礎的產品越來越受到興趣,作為潛力的營養工具,預防仔豬因腸毒型大腸桿菌ETEC而引起下痢。牛初乳,乳汁及乳汁部分如乳清及酪蛋白,含有抗微生物和免疫調節性質的生物活性成分。但是,乳製品為主的產品預防感染ETEC及離乳後下痢應用的資料有限。同樣地,微量營養如維他命(E、D和C)及一些微量元素(硒),因為它們有效的抗發炎及抗氧化能力,給予了腸道上皮細胞保護。此外植物萃取物及精油在動物營養中的使用,特別是利用它們抗微生物、抗發炎、抗氧化及抗寄生蟲的性質。添加以植生素為基礎的生物活性添加劑,亦作為抑制或減少胃腸道致病原生長的可能方法。

降低飼料中蛋白質水準

追朔到1950年及1960年有相當多的研究,討論到離乳後蛋白質水準及離乳後下痢的關聯性(Pluske, 2013),在文獻中粗蛋白是和豬消化失調相關性是很重要訊息,在仔豬採食日糧同時,胃中的pH值增加而促進大腸桿菌的增殖。此外,通常用於離乳仔豬飼料中的飼料成分,如大豆粕、魚粉及奶粉,也有高緩衝胃酸能力,增加胃pH值,從而抑制蛋白酶的活性。因此,離乳豬攝取過多的粗蛋白質,會導致增加微生物利用未消化蛋白質的增殖,為導致仔豬離乳後下痢原因之一。降低飼料蛋白在加上結晶胺基酸使用,如離胺酸、甲硫胺酸、蘇胺酸、色胺酸、異白胺酸和纈胺酸,來維持離乳豬所需胺基酸的平衡及仔豬生長性能。

飼料中有機酸使用

控制豬離乳後下痢的策略其中飼料添加有機酸也是相當重要手段。有機酸用於飼料保存中已數十年,防止飼料免於微生物和真菌的損壞,或增加發酵飼料的保存效果,例如青貯飼料。其中特別是甲酸及丙酸已經廣泛地用於此目的。

在許多離乳仔豬的研究顯示,幾種有機酸對生長性能有正面的影響。一些研究也顯示對離乳後下痢/糞便計分有正向影響 。由於離乳時的高下痢發生率可能由許多因素引發,其中鹽酸及消化酵素分泌不足,在加上餵飼離乳前仔豬高蛋白及酸結合力強的原料,為造成離乳後易下痢。建議利用混合的酸和/或其鹽的混合物於仔豬飼料中,如甲酸,乙酸,丙酸,丁酸,乳酸,山梨酸,富馬酸,蘋果酸,酒石酸,檸檬酸和苯甲酸。有機酸也可與其他添加劑如精油,中藥草或正磷酸一起使用。

各種有機酸的體外抗菌活性,其中各種有機酸對胃內容物中大腸桿菌生長/死亡的影響,觀察到按以下順序排列,即苯甲酸>富馬酸>乳酸>丁酸>甲酸>丙酸。另外在仔豬胃內容物中若含沙門氏桿菌時進行殺菌實驗,殺菌效果按此順序降低:苯甲酸>山梨酸>乳酸>丙酸>甲酸>乙酸。

芽孢桿菌發酵物的潛力

芽孢桿菌類被分類為公認安全(GRAS)的菌株,因此允許使用在食品工業,有許多商業產品可作為使用在人類的營養添加物和畜禽飼料添加物。透過芽孢桿菌營養細胞和孢子桿菌可在胃腸道刺激免疫系統。分泌類抗生素和蛋白酶,有抑制病原菌的作用,在控制離乳後下痢應用上具極大的潛力。綜合芽孢桿菌在畜禽飼料添加劑之應用具有三種機制,1.刺激免疫系統 2.抑制腸胃病原菌 3.分泌抗微生物的化合物。此外,報告指出接種 10%以上的芽孢桿菌,孢子會呈現出增殖性孢子與腸道定殖效果(Tam et al., 2006)。在家禽的對照實驗結果顯示,採食含枯草芽孢桿菌孢子可減少沙門氏菌、產氣莢膜芽孢梭菌、大腸桿菌O78:K80的感染,此類芽孢桿菌近年來在歐洲被大量應用於控制畜禽腸道問題。我們研究團隊最新研究也顯示,此類芽孢桿菌代謝物具有控制雞壞死性腸炎、豬赤痢及豬病毒性腸道性下痢之效果,極具替代腸道抗生素之效果。

鄭永祥
關鍵字: 氧化鋅   抗生素