王晶晶 譯自，Vol.6(2019)：1～13

孟祥光 審

到2050 年，全球人口預(yù)計將達(dá)到96 億。在此期間，肉雞產(chǎn)量預(yù)計將增長121%，以滿足人類對動物蛋白質(zhì)的需求。然而，動物蛋白質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)面臨著以符合道德、環(huán)境可持續(xù)性和健康的方式生產(chǎn)食品的壓力。例如，畜牧業(yè)使用大量的抗生素進(jìn)行治療、預(yù)防細(xì)菌性感染和促進(jìn)動物的生長。世界各地對抗生素濫用以及與抗生素耐藥性病原體有關(guān)的問題日益關(guān)注。這些擔(dān)憂迫使消費者和立法機構(gòu)要求在動物生產(chǎn)中停止和/或限制使用抗生素生長促進(jìn)劑(antibiotic growth promoter，AGP)。此外，消費者對采用有機、全植物型日糧和牧場飼養(yǎng)方式飼養(yǎng)的特色家禽產(chǎn)品的需求不斷增長。家禽生產(chǎn)方式的這些改變給生產(chǎn)者帶來了新的挑戰(zhàn)，并加劇了與雞健康、動物福利和法規(guī)相關(guān)的原有挑戰(zhàn)。在家禽健康和營養(yǎng)方面，主要問題是腸道疾病的發(fā)病率增加，如球蟲病、壞死性腸炎、營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收受損，最終導(dǎo)致飼料轉(zhuǎn)化效率低下，死亡率和屠宰加工廠的報廢率增加。所有這些都證明了有效控制和預(yù)防家禽腸道病原體的重要性，從而為日益增長的人口確保食品安全。

球蟲病由頂復(fù)門艾美耳屬的原生動物寄生蟲引起，與家禽生產(chǎn)的進(jìn)步和現(xiàn)代化有著莫名的聯(lián)系，全球每年因暴發(fā)球蟲病及由此引發(fā)死亡造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)30 多億美元。原生動物侵入家禽的腸道細(xì)胞是其生命周期的一部分，這會導(dǎo)致腸道的消化吸收和屏障功能受損以及繼發(fā)性細(xì)菌感染。這種寄生蟲在家禽腸道內(nèi)表現(xiàn)出明顯的物種特異性發(fā)育部位和病理病灶。堆型艾美耳球蟲、巨型艾美耳球蟲和柔嫩艾美耳球蟲是商用肉雞生產(chǎn)系統(tǒng)中最常見的球蟲。在這些生產(chǎn)系統(tǒng)中，高密度的飼養(yǎng)方式有利于艾美耳球蟲的傳播。感染艾美耳球蟲還會加快病原體在雞腸道中增殖，例如梭狀芽孢桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、鼠傷寒沙門菌和腸炎沙門菌。因此，球蟲病不僅會影響雞的健康，而且還會危及食品安全。

認(rèn)識到球蟲病對家禽生產(chǎn)的不良影響，家禽業(yè)長期以來一直在開發(fā)和采用抗球蟲藥或活蟲苗或這些措施的組合策略來控制球蟲病。然而，對艾美耳球蟲耐藥性的擔(dān)憂和公眾對動物生產(chǎn)中使用藥物后產(chǎn)生藥物殘留的擔(dān)憂限制了家禽業(yè)采用化學(xué)藥物來治療球蟲病。球蟲苗的接種效果取決于艾美耳球蟲在每個雞群的最佳循環(huán)，并且對野生型蟲株的交叉保護(hù)率不能達(dá)到100%。此外，球蟲苗的接種包括在雛雞出生的第1 天提供活的艾美耳球蟲，而這可能會增加腸道紊亂的風(fēng)險。傳統(tǒng)的球蟲病控制策略應(yīng)用了許多替代性飼料添加劑，據(jù)稱這些添加劑可以減輕或補救由球蟲病引起的雞腸道結(jié)構(gòu)和功能的損傷。本綜述的目的是評估已發(fā)表的關(guān)于飼用酶和酵母衍生物在調(diào)控雞球蟲病上所起功效的數(shù)據(jù)。

1 飼用酶

將外源性酶應(yīng)用于家禽營養(yǎng)的建議最初是在近100 年前提出的，然而，由于成本過高，直到此后的幾十年才在動物營養(yǎng)中應(yīng)用。木聚糖酶和β-葡聚糖酶是最早的商用飼用酶，用于處理大麥和小麥等有黏性問題的飼料。先前的研究表明，在富含黏性飼料的日糧中添加這些酶，可以提高飼料的消化率、動物的生長速度，降低飼料成本。這些研究幫助研究人員了解了酶的作用模式，并促進(jìn)了進(jìn)一步的研發(fā)工作，以改變針對特定底物的異?；钚?，提高酶的穩(wěn)定性來抵御苛刻的飼料加工條件和動物胃腸道環(huán)境。事實上，飼用酶在非反芻動物營養(yǎng)中的效用已受到廣泛的接受。飼用酶主要用于單胃動物的飼喂方案，前提是動物不能100%地消化日糧成分。例如，肉雞會將所攝入干物質(zhì)的25%～30%通過糞便排出。這是因為植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子，或胃腸道的條件和消化酶的組成導(dǎo)致日糧的部分組分不可消化。大多數(shù)商用飼用酶的開發(fā)和應(yīng)用都是針對此類抗?fàn)I養(yǎng)因子的。此外，在雛雞上應(yīng)用飼用酶是因為雛雞的胃腸道發(fā)育不全，主要是免疫系統(tǒng)不成熟、內(nèi)源性酶分泌能力有限以及腸道微生物群不穩(wěn)定。因此，最初在家禽營養(yǎng)中采用飼用酶技術(shù)是為了降解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，并補充受損家禽腸道中的內(nèi)源性酶，尤其是剛出殼的雛雞。

2 飼用酶在家禽營養(yǎng)中不斷變化的作用

不管是現(xiàn)在，還是將來，飼料成本的壓力都是影響家禽生產(chǎn)實現(xiàn)盈利和取得可持續(xù)發(fā)展的決定性因素，而飼用酶通過增加飼料原料選擇的靈活性在降低飼料成本方面發(fā)揮著既定作用。此外，減少動物蛋白質(zhì)價值鏈中營養(yǎng)物質(zhì)排泄的需要提高了飼用酶在家禽生產(chǎn)中的實用性。然而，新出現(xiàn)的問題，如對抗生素生長促進(jìn)劑的限制使用，激發(fā)了飼用酶應(yīng)用的新方向和前景。新的證據(jù)開始圍繞著將飼用酶作為動物腸道健康管理綜合方案的一部分進(jìn)行評估。其特點是腸道微生物群以腸腔內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)(日糧和/或內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì))為營養(yǎng)來源。由于對底物的偏好及其生長需求的差異，食糜的組成和結(jié)構(gòu)在很大程度上會影響胃腸道微生物群。微生物群的組成和代謝功能在一定程度上反映了飼料組成。因此，控制日糧消化率可能會影響胃腸道微生物群。此外，纖維降解酶可以釋放水解產(chǎn)物——益生元，從而調(diào)節(jié)腸道微生物群。

3 酵母及其衍生物

酵母是單細(xì)胞生物，大小為 5 μm～ 10 μm，屬于真菌界的真核微生物。酵母在眾多復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中居很重要的地位，并參與其他微生物的共生、互生、寄生和競爭性相互作用。自1680 年A van Leeuwenhoek 首次發(fā)現(xiàn)酵母和19 世紀(jì)50 年代Louis Pasteur 發(fā)現(xiàn)其在發(fā)酵中的功能以來，人類已將酵母用于食品和飲料生產(chǎn)。有趣的是，盡管已知的酵母有1 000 多種，但商業(yè)性開發(fā)的卻很少。大多數(shù)酵母既無害也無益，對人類和/或動物有致病性的酵母幾乎沒有。酵母屬約有20 個酵母種，在工業(yè)上具有重要的應(yīng)用價值，例如乙醇、面包、單細(xì)胞蛋白和維生素生產(chǎn)。據(jù)估計，全球釀酒酵母的年產(chǎn)量超過了所有其他工業(yè)微生物的產(chǎn)量。產(chǎn)朊假絲酵母(以前歸類為球擬酵母)在商業(yè)上稱為圓酵母，非常獨特，因為它可以通過利用戊糖將木漿加工成紙。另一種重要的酵母是馬克斯克魯維酵母，還稱為乳清酵母，用于乳制品加工。盡管酵母的商業(yè)性開發(fā)主要基于傳統(tǒng)的發(fā)酵過程，但分子生物學(xué)的進(jìn)步為開發(fā)用于多種應(yīng)用的酵母菌株提供了大量的機會。例如，畢赤酵母[Komagataella (Pichia) pastoris]、釀酒酵母(S.cerevisiae)、漢遜酵母[Ogataea (Hansenula) polymorpha]，可用于蛋白質(zhì)的異源生產(chǎn)。

許多與酵母相關(guān)的飼料原料和飼料添加劑在世界各地均有生產(chǎn)和銷售，并應(yīng)用于畜牧業(yè)。主要的飼料原料，如干酒糟及其可溶物(distillers dried grains with soluble，DDGS)、釀酒酵母、乳清酵母和烘焙副產(chǎn)品，均來自酵母發(fā)酵過程。酵母可用作人類和動物的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素(尤其是B 族維生素)和其他營養(yǎng)物質(zhì)的豐富來源。與植物、動物和其他微生物來源的蛋白質(zhì)相比，酵母生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白質(zhì)被認(rèn)為具有巨大的優(yōu)勢，因為酵母能在工業(yè)和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物等各種基質(zhì)中快速生長。此外，酵母細(xì)胞的個體相對較大，且具有絮凝能力，使其在發(fā)酵培養(yǎng)基中比細(xì)菌更容易收獲。其他特殊的酵母產(chǎn)品，如酵母硒和紅法夫酵母，可改善鮭魚和鱒魚的肉色。營養(yǎng)酵母及其制品在飼料工業(yè)中可用作氨基酸和微量營養(yǎng)物質(zhì)的來源。不過，酵母產(chǎn)品在畜牧業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到利用其功能屬性。特別令人感興趣的是細(xì)胞內(nèi)容物的功能性成分，例如肽、酶、核苷酸和細(xì)胞壁成分，如β-葡聚糖、糖蛋白、甘露聚糖和幾丁質(zhì)。本文將在后面的小節(jié)中簡要介紹酵母及其衍生物的功能屬性，業(yè)已證明這些屬性會影響家禽的健康和免疫狀態(tài)。

3.1 活酵母

大多數(shù)酵母品種被許多國家或地區(qū)的食品監(jiān)管機構(gòu)，例如歐洲食品安全局、美國飼料控制官員協(xié)會和加拿大食品檢驗局指定的安全資格認(rèn)定機構(gòu)認(rèn)為是安全的。然而，一般來說，大多數(shù)用于家禽生產(chǎn)的商用益生菌飼料添加劑是細(xì)菌制劑。少數(shù)非細(xì)菌類益生菌(酵母或真菌) 包括米曲霉、齊藤假絲酵母(Candida saitoana)、布拉迪酵母(Saccharomyces bourlardii)和釀酒酵母(S.cerevisiae)。酵母益生菌在反芻動物的營養(yǎng)中是必不可少的，因為其能有效調(diào)節(jié)瘤胃微生物群?；钚愿山湍甘切竽辽a(chǎn)中最常見的被用作益生菌的活酵母之一。在畜牧業(yè)中，被用作飼料添加劑的酵母益生菌通常含有載體材料，例如石灰石、稻殼、可溶性酒糟。這些材料通常每克含有5×109個菌落形成單位，占純活性干酵母菌落形成單位的20%～25%。商用酵母益生菌主要以干貨形式生產(chǎn)，人們對其在飼料生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性提出了擔(dān)憂。例如，對添加活性酵母細(xì)胞的飼料進(jìn)行制粒(82 ℃) 或擠壓 (72 ℃，31 s)。制粒不影響總酵母數(shù)，但會使活性酵母數(shù)減少10 倍。擠壓會減少總酵母數(shù)和活性酵母數(shù)。大多數(shù)家禽日糧都采用嚴(yán)苛的加工工藝，包括減少粒度和水熱加工，以提高飼料利用率和衛(wèi)生。這表明，如果未對酵母細(xì)胞采取保護(hù)措施，經(jīng)過水熱加工后，家禽飼料所含的存活酵母細(xì)胞會降至很低的水平。

3.2 酵母衍生物

酵母衍生物統(tǒng)稱為酵母培養(yǎng)物，主要由酵母和條件發(fā)酵過程中產(chǎn)生的發(fā)酵產(chǎn)物組合而成，也可能存在少量的活性酵母細(xì)胞。其生產(chǎn)需要用活的酵母細(xì)胞接種在特定培養(yǎng)基上，然后在特定條件下發(fā)酵，隨后干燥發(fā)酵培養(yǎng)基。通常將收獲的物質(zhì)配制成飼料添加劑或進(jìn)行下游加工以生產(chǎn)特種產(chǎn)品。特種產(chǎn)品的生產(chǎn)被認(rèn)為是許多酵母型功能性飼料添加劑能否用于家禽業(yè)的關(guān)鍵。酵母作為異養(yǎng)生物，其能量和碳代謝密切相關(guān)，酵母細(xì)胞能夠根據(jù)發(fā)酵培養(yǎng)基的組成和發(fā)酵條件產(chǎn)生各種衍生物。因此，通過控制酵母培養(yǎng)物可以生產(chǎn)出獨特的飼料添加劑，其含有對動物營養(yǎng)和健康有益的單一或組合的衍生物。

3.3 酶

酶由法國化學(xué)家Anselme Payen 于1833年首次發(fā)現(xiàn)。幾十年后，Louis Pasteur 得出結(jié)論，發(fā)酵與酵母細(xì)胞的生命和組織有關(guān)，但與細(xì)胞死亡無關(guān)。因此，可以說酵母是生產(chǎn)酶的先驅(qū)生物，然而，飼料市場由細(xì)菌和絲狀真菌衍生的酶為主。這主要是因為非酵母類微生物表達(dá)系統(tǒng)在某些產(chǎn)品和工藝開發(fā)方面具有優(yōu)勢。然而，隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，一些酵母，例如畢赤酵母、釀酒酵母、漢遜酵母和某些其他酵母菌種已被開發(fā)用于酶和蛋白質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)。不過，這些精制的酵母蛋白主要用于生產(chǎn)特殊化學(xué)品，例如醫(yī)藥中間體。

3.4 核苷酸

在整個酵母中，總核酸的含量占細(xì)胞干重的3%～12%。酵母還富含內(nèi)源性核酸酶和蛋白酶，可通過自溶將核酸、DNA 和RNA 降解為核苷酸。通過控制pH、溫度和持續(xù)時間，以及使用鹽和外源性酶等添加劑，酵母細(xì)胞的自溶可以得到優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。這些更改越來越多地用于生產(chǎn)各種工業(yè)用酵母核苷酸產(chǎn)品。例如，在正常的自溶條件下，RNA 主要降解為三種核苷酸，而在受控的酶解條件下，會產(chǎn)生5 種核苷酸。

3.5 細(xì)胞壁成分

酵母的細(xì)胞壁占酵母干重的15%～20%，含有大量的β-葡聚糖和甘露聚糖以及微量的幾丁質(zhì)。從結(jié)構(gòu)上看，細(xì)胞壁由內(nèi)層的不溶性β-葡聚糖和甘露聚糖、中層的可溶性β-葡聚糖和外層的糖蛋白組成。應(yīng)注意的是，這些層不是離散的，而是形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不易分解。β-1,3 葡聚糖是酵母細(xì)胞壁中的主要多糖成分，研究證明其具有免疫調(diào)節(jié)作用。在這種情況下，人們對通過機械(例如，珠磨、超聲處理、高壓均質(zhì)化)和非機械(例如，熱解、滲透震蕩、化學(xué)和酶解)方法精制提取β-葡聚糖的興趣越來越大。

(未完待續(xù))