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研究发现，饲料添加剂对猪和家禽除了具有营养价值外，还具有其他功效。它们如何作用仍是许多研究的主题。本文聚焦于丁酸和植物性产品的作用方式。在过去的二十年中，畜牧业生产中最重要的变化之一是已认识到肠道健康是动物生产性能的关键驱动力。这种现象在人们提高了对良好畜牧管理盈利能力影响和疾病预防重要性的认识，以及寻找减少抗生素使用方法后得到了提速。
因此，毫不奇怪，许多功能性饲料添加剂，如以低浓度加入饲料中以引发超出其营养价值以外反应的成分已经进行了开发，以便以积极的方式特异性地影响这些因素的结果。能够特异性维持肠道健康的添加剂包括有机酸（及其盐）、酵母和酵母细胞壁产品、植物性成分、益生素和益生菌等（图1）。在有关肠道功能和健康的科学知识不断涌现的同时，饲料添加剂研究人员正利用最新的科学发现和方法，以便尽力优化其产品的功效。本文将重点介绍两类功能性饲料添加剂——丁酸和植物性产品。
1 丁酸：运送到胃肠道的什么部位
丁酸钠是短链脂肪酸丁酸的一种盐，它是后肠中的厌氧菌对碳水化合物发酵后产生的终产物。众所周知，它是一种能够在多种组织中的细胞或微生物水平上产生许多效应的分子。例如，其可以作为肠道上皮细胞的能量来源，并已知可以减少促炎性细胞因子的产生，诱导肠道激素的分泌，加强肠上皮细胞间的细胞连接，仅举几个反应的例子。整个胃肠道上的多种不同的细胞类型和细菌对丁酸有应答。关于在这种范围广泛的丁酸依赖型效应中哪个部分将被激发，很大程度上取决于丁酸口服后被运送到达的肠道位置。
例如，丁酸在未采用包被技术时将很容易在消化道的前段——胃中吸收和代谢。不容易被胃黏膜代谢的部分将通过门静脉运送到肝脏，之后到肝静脉。由于动物也能从更直接运送到肠黏膜的丁酸中获益（例如，结合肠内分泌细胞的腔受体，从而刺激肠道激素的释放），饲料添加剂生产商已尝试生产出丁酸受到保护不能被胃吸收的产品。
2 丁酸的包被
要做到这一点，它们通常利用两种方法中的一种：丁酸的包被和丁酸衍生物（如三丁酸甘油酯）。包被产品通常由一些珠子组成，它们含有嵌入植物油保护性基质内的丁酸。仅含少量油（通常30%左右）的产品对丁酸没有明显的保护作用，不过它们的刺激性气味比未包被的丁酸少得多。对油脂含量约70%的产品来说，大部分的丁酸成分才可能在分泌脂肪酶的十二指肠中被释放，通过分解保护性脂质基质，从而使丁酸在整个肠道较缓慢地释放，这种释放方式通常被称为“靶向释放”或“缓慢释放”。另一方面，单、双和三丁酸甘油酯是由1个甘油主链分别结合1个、2个或3个丁酸分子组成。
可以假设，这些分子，如短链甘油三酯，将不会在胃中被吸收，但在甘油外端的键会被胰脂肪酶裂解，从而在小肠近端释放出丁酸。关于丁酸释放动力学的这些假说在体内和体外进行了验证。体外评估主要是通过将产品在模拟胃或肠道环境的溶液中进行孵育。胃部模拟试验是在低pH和胃蛋白酶存在的情况下进行的，而肠道模拟试验在较高pH和有胰酶或脂肪酶存在的情况下进行。
然后，从产品中释放出的丁酸量按投放后的时间进行测量，是该产品在体内释放状态的一种模拟。基于这些体外分析，可以总结不同类型的丁酸产品释放丁酸的胃肠道区域。结果发现，一些油脂（50%～70%）包被的丁酸（50%～30%）产品早在胃部阶段就已经释放出其含有的丁酸，没有提供任何靶向释放保护（图2）。这些释放曲线随后通过分析饲喂这些丁酸产品的动物不同胃肠道区域中的丁酸浓度来进行体内验证。
3 植物性饲料添加剂
与丁酸相比，对植物性饲料添加剂的研究甚至更复杂，因为此类产品通常由几种成分混合组成。大量作为干草药、植物提取物或精油的植物化学物质被认为对许多参数有积极影响，如消化、血压、抗炎和护肝。因此，合理开发一种植物性饲料添加剂是一项挑战：如何从大量的植物性成分中挑选原料？每种成分都能触发几个生理反应，如何能尽可能多地促进动物健康与生产性能为目的？因此，一些旨在促进家畜肠道健康与生产性能的植物性饲料添加剂尝试以肠道微生物群的组成与活性为作用目标。
这可以通过以下事实来说明：近年来，越来越多的证据表明肠道微生物群在维护一些器官和组织（包括胃肠道）的健康状况上发挥着关键的作用。在选择影响肠道细菌的成分时，如植物性物质，很多饲料添加剂生产商依靠体外试验证明其抑菌效果。但是，这些植物性药物的活性成分将在生产动物的消化道以远低于能够抑制（致病性）细菌生长最低浓度的浓度结束。更可靠的方法可能是通过关注植物性成分在较低浓度时可能具有的效果来选择饲料添加剂成分，而且这可能对控制细菌活性与改善肠道健康相关。列在图片中的植物性饲料添加剂的潜在机制之一是它们对群体感应（Quorum Sensing，QS）的影响。细菌不断分泌QS信号分子，这使它们的行为同步。更具体地说，当环境中某种细菌或菌群的数量（细菌密度）增加时，其分泌的QS信号分子浓度也将会升高（图3）。
如果这些分子达到特定阈值，它将激活细菌内部QS相关的信号通路，导致通常与致病性相关的生化反应，如毒素的产生。
因此，由于能够破坏QS的化合物在低浓度时的功效，以及对这些非致命性分子产生细菌耐药性的低可能性，在人类医学研究中其作为抗生素的潜在替代品的研究越来越多。但研究还表示，QS对兽医和人畜共患病原体，包括产气荚膜梭菌、假结核耶尔森菌、空肠弯曲菌和沙门氏菌肠炎亚种具有重要性。
鉴于植物性饲料添加剂作为增强肠道健康与动物生产性能的一种方法，已被农业部门接受，筛选能够抑制QS的植物性化合物将很可能被添加至饲料添加剂生产商的工具箱，以开发在低浓度下的高活性产品。
4 小结
肠道健康对生产动物的健康与生产性能至关重要。因此，一些饲料添加剂，如丁酸与植物性产品，已被商品化以促进肠道发育和功能。对消化系统生理学、微生物学和免疫学的最近研究表明，一些细胞生物学机制可能会产生它们的一些有利影响。而且，这些研究提供了工具来评估这些产品在体外的生物活性。这些试验可以用来证明这些饲料添加剂的未来发展，从而提高其在体内有效性的概率。
原题名：Getting more out of feed additives（英文）
原作者：Tim Goossens博士
因此，毫不奇怪，许多功能性饲料添加剂，如以低浓度加入饲料中以引发超出其营养价值以外反应的成分已经进行了开发，以便以积极的方式特异性地影响这些因素的结果。能够特异性维持肠道健康的添加剂包括有机酸（及其盐）、酵母和酵母细胞壁产品、植物性成分、益生素和益生菌等（图1）。在有关肠道功能和健康的科学知识不断涌现的同时，饲料添加剂研究人员正利用最新的科学发现和方法，以便尽力优化其产品的功效。本文将重点介绍两类功能性饲料添加剂——丁酸和植物性产品。
1 丁酸：运送到胃肠道的什么部位
丁酸钠是短链脂肪酸丁酸的一种盐，它是后肠中的厌氧菌对碳水化合物发酵后产生的终产物。众所周知，它是一种能够在多种组织中的细胞或微生物水平上产生许多效应的分子。例如，其可以作为肠道上皮细胞的能量来源，并已知可以减少促炎性细胞因子的产生，诱导肠道激素的分泌，加强肠上皮细胞间的细胞连接，仅举几个反应的例子。整个胃肠道上的多种不同的细胞类型和细菌对丁酸有应答。关于在这种范围广泛的丁酸依赖型效应中哪个部分将被激发，很大程度上取决于丁酸口服后被运送到达的肠道位置。
例如，丁酸在未采用包被技术时将很容易在消化道的前段——胃中吸收和代谢。不容易被胃黏膜代谢的部分将通过门静脉运送到肝脏，之后到肝静脉。由于动物也能从更直接运送到肠黏膜的丁酸中获益（例如，结合肠内分泌细胞的腔受体，从而刺激肠道激素的释放），饲料添加剂生产商已尝试生产出丁酸受到保护不能被胃吸收的产品。
2 丁酸的包被
要做到这一点，它们通常利用两种方法中的一种：丁酸的包被和丁酸衍生物（如三丁酸甘油酯）。包被产品通常由一些珠子组成，它们含有嵌入植物油保护性基质内的丁酸。仅含少量油（通常30%左右）的产品对丁酸没有明显的保护作用，不过它们的刺激性气味比未包被的丁酸少得多。对油脂含量约70%的产品来说，大部分的丁酸成分才可能在分泌脂肪酶的十二指肠中被释放，通过分解保护性脂质基质，从而使丁酸在整个肠道较缓慢地释放，这种释放方式通常被称为“靶向释放”或“缓慢释放”。另一方面，单、双和三丁酸甘油酯是由1个甘油主链分别结合1个、2个或3个丁酸分子组成。
可以假设，这些分子，如短链甘油三酯，将不会在胃中被吸收，但在甘油外端的键会被胰脂肪酶裂解，从而在小肠近端释放出丁酸。关于丁酸释放动力学的这些假说在体内和体外进行了验证。体外评估主要是通过将产品在模拟胃或肠道环境的溶液中进行孵育。胃部模拟试验是在低pH和胃蛋白酶存在的情况下进行的，而肠道模拟试验在较高pH和有胰酶或脂肪酶存在的情况下进行。
然后，从产品中释放出的丁酸量按投放后的时间进行测量，是该产品在体内释放状态的一种模拟。基于这些体外分析，可以总结不同类型的丁酸产品释放丁酸的胃肠道区域。结果发现，一些油脂（50%～70%）包被的丁酸（50%～30%）产品早在胃部阶段就已经释放出其含有的丁酸，没有提供任何靶向释放保护（图2）。这些释放曲线随后通过分析饲喂这些丁酸产品的动物不同胃肠道区域中的丁酸浓度来进行体内验证。
3 植物性饲料添加剂
与丁酸相比，对植物性饲料添加剂的研究甚至更复杂，因为此类产品通常由几种成分混合组成。大量作为干草药、植物提取物或精油的植物化学物质被认为对许多参数有积极影响，如消化、血压、抗炎和护肝。因此，合理开发一种植物性饲料添加剂是一项挑战：如何从大量的植物性成分中挑选原料？每种成分都能触发几个生理反应，如何能尽可能多地促进动物健康与生产性能为目的？因此，一些旨在促进家畜肠道健康与生产性能的植物性饲料添加剂尝试以肠道微生物群的组成与活性为作用目标。
这可以通过以下事实来说明：近年来，越来越多的证据表明肠道微生物群在维护一些器官和组织（包括胃肠道）的健康状况上发挥着关键的作用。在选择影响肠道细菌的成分时，如植物性物质，很多饲料添加剂生产商依靠体外试验证明其抑菌效果。但是，这些植物性药物的活性成分将在生产动物的消化道以远低于能够抑制（致病性）细菌生长最低浓度的浓度结束。更可靠的方法可能是通过关注植物性成分在较低浓度时可能具有的效果来选择饲料添加剂成分，而且这可能对控制细菌活性与改善肠道健康相关。列在图片中的植物性饲料添加剂的潜在机制之一是它们对群体感应（Quorum Sensing，QS）的影响。细菌不断分泌QS信号分子，这使它们的行为同步。更具体地说，当环境中某种细菌或菌群的数量（细菌密度）增加时，其分泌的QS信号分子浓度也将会升高（图3）。
如果这些分子达到特定阈值，它将激活细菌内部QS相关的信号通路，导致通常与致病性相关的生化反应，如毒素的产生。
因此，由于能够破坏QS的化合物在低浓度时的功效，以及对这些非致命性分子产生细菌耐药性的低可能性，在人类医学研究中其作为抗生素的潜在替代品的研究越来越多。但研究还表示，QS对兽医和人畜共患病原体，包括产气荚膜梭菌、假结核耶尔森菌、空肠弯曲菌和沙门氏菌肠炎亚种具有重要性。
鉴于植物性饲料添加剂作为增强肠道健康与动物生产性能的一种方法，已被农业部门接受，筛选能够抑制QS的植物性化合物将很可能被添加至饲料添加剂生产商的工具箱，以开发在低浓度下的高活性产品。
4 小结
肠道健康对生产动物的健康与生产性能至关重要。因此，一些饲料添加剂，如丁酸与植物性产品，已被商品化以促进肠道发育和功能。对消化系统生理学、微生物学和免疫学的最近研究表明，一些细胞生物学机制可能会产生它们的一些有利影响。而且，这些研究提供了工具来评估这些产品在体外的生物活性。这些试验可以用来证明这些饲料添加剂的未来发展，从而提高其在体内有效性的概率。
原题名：Getting more out of feed additives（英文）
原作者：Tim Goossens博士