植物提取物在猪中的应用

抗生素替代 植物提取物在猪中的应用,组员: 冯波 彭瑞智 龚乐蝉日期：2017年3月30日,主要内容,一、研究背景二、饲料抗生素替代技术三、植物提取物和精油的应用四、存在问题及研发思考五、致谢,2017/11/14,2,一、研究背景,抗生素：抗生素（antibiotic）是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。 抗生素促生长剂极大促进了畜牧业的发展，能够改善饲料利用率，降低死亡率和提高繁殖性能。据统计1998年美国所产生的2.5万吨抗生素中，40%以上都用于动物养殖生产。抗生素的作用机制： 肠道微生物菌群数量减少； 减少消化道疾病； 使肠壁变薄； 节省代谢能。,2017/11/14,3,一、研究背景,抗生素滥用问题： 持续低水平地饲喂抗生素，会造成细菌耐药性、畜产品药物残留，过敏中毒反应以及“三致作用”等危害。特别是直接威胁到人类的健康与安全。抗生素促生长剂的使用越来越受到人们的关注和许多国家的限制。欧盟从2006年1月起禁用抗生素促生长剂（AGP）。我国抗生素作为饲料添加剂的应用较晚，但近几年发展迅速，平均每年已有约6000 t抗生素用作饲料添加剂。随着禁抗的发展，畜禽养殖业的生产方式也要改变，寻找抗生素的替代品已成为行业的研究重点。,2017/11/14,4,二、饲料抗生素替代技术,酸化剂：酸化剂主要用于降低胃内容物的pH值，使胃内容物pH值维持相对稳定。具有改善消化道酶活性和营养物质消化率的作用，能降低病原微生物的感染机会。使病微原生物的繁殖受到抑制，益生菌繁殖。寡糖：寡糖是由2-10个糖基通过糖苷键连接而成的具有直链或支链结构的低聚物的总称。主要是维持体内已建立而且是健康的消化道菌群，选择性促进消化道中有益微生物的优先繁殖。益生菌：又名活菌制剂或微生态制剂(主要是肠球菌、乳酸杆菌、双岐杆菌、芽孢杆菌、酵母菌等)，益生素与消化道菌群之间存在生存和繁殖的竞争，限制致病菌群的生存、繁殖以及在消化道内的定居和附着，协助机体消除毒素及代谢产物。,2017/11/14,5,饲用抗生素替代品的研究主要集中在保护肠道健康，维护肠道菌群平衡和杀灭有害微生物方面。替代物主要包括酸化剂、寡糖、益生菌与微生态制剂、溶菌酶、抗菌肽、噬菌体、植物提取物和精油等。,二、饲料抗生素替代技术,溶菌酶：是一种能水解致病菌中黏多糖的碱性酶。作用于细胞壁使其破裂内容物逸出而使细菌溶解。对大肠杆菌和轮状病毒等都具有较强的抑制作用，通过杀灭病原菌维持肠道微生态平衡。抗菌肽：抗菌肽是生物体内诱导产生的一种具有强抗菌作用的多肽类物质。天然生物抗菌肽抗菌谱广，特别是对多重耐药菌具有杀伤作用，而且抗菌肽热稳定性和水溶性好，对高等动物的正常细胞几乎无毒害作用。噬菌体：噬菌体是自然界中普遍存在的以细菌、真菌等微生物为宿主的病毒。噬菌体特异性强、相对专一、高效的杀菌能力、不易产生耐药性、较高安全性等优势。,2017/11/14,6,三、植物提取物和精油的应用,植物提取物：是从植物中提取出，活性成分明确、可测定、含量稳定的饲料添加剂的统称。植物精油：是植物体内的次生代谢物质，一般以植物的花、叶、枝、根、皮、树胶、全草和果实为原料，通过蒸汽蒸溜、压榨等方法萃取出的植物挥发性油样芳香物质。植物精油的化学组成十分复杂，目前发现构成精油的化合物高达22000多种，但都可以归纳为萜烯类衍生物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫类化合物4大类。,2017/11/14,7,功能：增强肠道上皮防御、调节微生态构成、调节免疫、抗氧化应激，以及刺激食欲、促进胃肠道蠕动和分泌、调节物质代谢等以改善动物健康。,功能：抗菌，促进动物采食、提高生产性能、抗氧化和增强机体免疫等生物功能。,3.1 生长促进作用,2017/11/14,8,表1 植物提取物添加剂对仔猪生长性能的研究总结,资料来源：Franz等，2010,不同植物提取物添加剂之间的使用效果差异很大。平均而言，平均增重约提高2%，对饲料报酬平均改善3%。,3.1 生长促进作用,促生长作用机理：1) 改善饲料适口性来增加动物采食量。2) 植物提取物能够提高内源消化酶的分泌量和活性。3) 促进肠道健康，抑制病原菌，保持胃肠道微生物菌落平衡。4) 影响营养物质吸收后在体内的转化利用，提高能量用于生长的转化。 5) 调控与生长相关的激素分泌，促进动物生产性能的提高。,2017/11/14,9,3.1 生长促进作用,2017/11/14,10,表2 植物提取物添加剂对母猪生产性能影响研究总结,止痢草或牛至草提取物不仅可以促进猪的食欲，提高采食量，并且可使母猪窝产仔数平均提高0.5头( 幅度0.3头到1.1头),妊娠率和分娩率提高。,机理：尚不明了，原因可能是止痢草提取物的抗菌消炎和抗氧化功效对健康的促进作用。（产后子宫快速复原，降低围产期疾病和泌尿生殖道疾病）。,3.2 抑制有害微生物,2017/11/14,11,表3 动物营养研究中主要的植物提取物添加剂及其主要抗菌活性成分,3.2 抑制有害微生物,2017/11/14,12,表4 主要植物提取物添加剂的活性成分及其最小抑菌浓度,资料来源：Hammer等，1999；Burt等，2004,3.2 抑制有害微生物,抗菌机理：1) 破坏/降解细胞壁2) 破坏细胞质膜3) 破坏细胞膜蛋白质结构4) 使细胞内容物泄漏5) 使细胞质凝聚6) 减弱质子运动力 各机制间并非都是独立的，可能会相互影响，共同作用。Burt, Essential oils: their antibacterial properties and potential applications in foods-a review, 2004,2017/11/14,13,3.3 抗氧化作用,2017/11/14,14,2017/11/14,15,1.直接清除或抑制自由基,2.作用于与自由基有关的酶,3.螯合钝化过渡金属离子,4.抗氧化成分之间互补和协同作用,提供质子,提供电子,抑制氧化酶的活性,增强抗氧化酶活性,3.3 抗氧化作用,抗氧化机理：,2017/11/14,16,3.3.1直接清除或抑制自由基,含氧自由基清除剂,其本身可以释放出体积小、亲合性很强的氢质子，捕捉高势能的极活泼的自由基使之转变为非活性或较为稳定的化合物,自身转变成较氧化链式反应生成的自由基更稳定的物质，从而中断或延滞链式反应,李秋红等（2008年）朱将伟（2008年）,如多酚类物质、甾醇、VE,如多酚类、植物多糖、维生素等,通过电子转移直接给出电子而清除自由基,提供质子,提供电子,3.3 抗氧化作用,2017/11/14,17,3.3.2.作用于与自由基有关的酶,与自由基有关的酶类分为氧化酶与抗氧化酶两类，植物提取物的抗氧化作用体现在抑制相关氧化酶的活性和增强抗氧化酶活性两方面,抑制氧化酶的活性,生物体内许多氧化酶，如黄嘌呤氧化酶(XOD)、P-450 酶、髓过氧化酶(MPO)、脂氧化酶和环氧酶等，与自由基的生成有关，能诱发大量的自由基。,3.3 抗氧化作用,2017/11/14,18,诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)在缺血再灌注时活性增加，产生大量NO 而导致氧化损伤。黄酮类化合物中的槲皮素、姜黄素在此情况下可以抑制该酶活性，起到抗氧化作用。,绞股蓝皂苷可以降低异常增高的XOD 和MPO 的活性，改善糖尿病大鼠肾脏的氧化应激，延缓肾脏损害的进展,郎志芳（2005年）.,GRONEBERG D A（2002）,增强抗氧化酶活性,机体存在具有防护、清除和修复过量自由基伤害的抗氧化酶类，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶等。,3.3 抗氧化作用,2017/11/14,19,黄酮类中的槲皮素能减少胰岛细胞的氧化损伤，同时还能恢复Fe2+ 致肾细胞损伤动物的SOD、GSH-Px 和CAT 的活力,一些天然物质可在基因与转录水平上诱导体内抗氧化酶如SOD 的表达，发挥其抗氧化作用,TOYOKUNI S（2003）,黄晶 等（2004年）,3.3.3螯合钝化过渡金属离子,过渡金属离子(如Fe2+、Cu2+ 等)在氧自由基产生过程中是必需的,能配位电子螯合钝化促氧化金属离子的抗氧化成分有单宁、多糖、活性肽、植酸、柠檬酸,周小理等（2003年）,3.3 抗氧化作用,2017/11/14,20,VE 和VC对鹰嘴豆抗氧化多肽的还原能力有显著的增效作用，且VC 与鹰嘴豆抗氧化多肽的协同作用较VE 更强，所有的协同作用随添加量和作用时间的增加而增强.,李翠莲 等（2008）,3.3.4抗氧化成分之间互补和协同作用,植物提取物抗氧化成分之间存在相互补充、相互协调的关系，在体内通过电子和/ 或质子转移、作用于氧化酶和抗氧化酶、螯合钝化过渡金属离子、影响基因表达等途径联合发挥抗氧化作用。,3.3 抗氧化作用,2017/11/14,21,3.4 增强免疫力,2017/11/14,22,免疫是机体的一种特异性生理反应，通过识别和排除抗原性异物维持机体内外环境的平衡。植物提取物能够通过与免疫细胞膜上的特异受体结合，介导免疫细胞激活的信号通路，来调控巨噬细胞、T/B淋巴细胞、树突状细胞等免疫细胞因子的分泌，进而增强动物机体的免疫疾病及消除炎症的能力。植物提取物还会通过增加免疫器官的重量，增强免疫细胞的活性来发挥免疫增强的作用。,3.4 增强免疫力,增强免疫机理：,2017/11/14,23,猪炎症反应的主要通路有核转录因子NF-B、P38 和 c-Jun 氨基末端激酶( JNK ) 。其中 NF-B 通路引发的系列免疫反应将损伤猪小肠上皮屏障， 引发肠炎和腹泻。研究者发现，植物提取物可以通过抑制由脂多糖（LPS）诱导的原代单核细胞或巨噬细胞中转录因子蛋白（ NFB）的转录活性来减轻炎症。,LEIRO J, et al. (2004) WANG J L， et al（2012）,3.4 增强免疫力,用LPS和干扰素（IFN）处理分离出的腹腔巨噬细胞，发现添加 1100mol/L的反式白藜芦醇能减轻炎症反应，主要是因为它能调控细胞中的转录因子NFB信号通路。,此外，植物提取物还可以通过分裂素刺激淋巴细胞增殖、刺激单核吞噬细胞噬菌能力、刺激NO 分泌等机制调控猪的免疫应答。,四、存在问题及研发思考,1）植物提取物的功能性成分按其化学结构是属于多糖、酚、酮、醚、醛、烃、萜等物质，很多物质的提取工艺相对复杂，很多提取工艺很多还停留在实验室阶段，产业化生产还存在工艺上的技术壁垒，因此有些植物提取物价格较高，大范围的使用还存在很多问题。2）很多提取的物质往往是几种分的混合物，不能单独提纯阐明结构，而无法在工厂大规模的生产合成。3）由于当前在提取工艺难以获得纯品，所以在生产中应用具有良好的物质，却不能明确的阐明其作用机理。,2017/11/14,24,存在问题：,四、存在问题及研发思考, 对植物提取物饲料添加剂的有效监测与质量控制 目前市场上很多称作“植物提取物饲料添加剂”的产品，因无法进行有效监测，造成该类产品质量参差不齐和效果不稳定。应当对植物提取物饲料添加剂有效成分进行提取、分离、鉴定并进行动物试验测试其有效性。同时，政府管理部门应制订科学的质量标准，从简到易，根据植物提取物的有效成分分析、试验动物反应、安全试验等结果、可以制定相关的检测标准。,2017/11/14,25,解决方法和思考：,四、存在问题及研发思考,应用传统植物育种技术与现代基因工程技术相结合解决植物资源短缺问题 目前我国无论是人用中草药还是植物提取物饲料添加剂所有植物绝大部分是野生的。这样对规模化生产造成的困扰就是植物或药用植物源来源有限，质量不一，并且常随季节、收成、天气等因素变化而变化，还常常与中医药、中兽医药治疗争药源。为改变这种状况，生产植物提取物类饲料添加剂企业必须建立自己的植物种植基地，应用传统的植物育种技术和先进的生物技术和基因工程技术相结合来解决植物资源短缺。,2017/11/14,26,解决方法和思考：,四、存在问题及研发思考,开展植物提取物生产技术的现代工艺产业化研究 植物提取物成分复杂，虽然其中的有效成分也列出了许多，但若不进一步分析找出其主要有效成分或哪几种成分共同发挥作用，则这种材料分析如同对普通饲料的分析，并没有道出这些植物提取物作为饲料添加剂作用的真谛。为了更深入地研究植物提取物饲料添加剂，有必要应用现代生物技术对中草药的有效成分进行提取、分离