陈一中，敖 翔，周建川，王伟明，李元凤，张立泰，周 婷，何 健（.四川省绵阳市三台县农业局，四川 绵阳 600；.四川铁骑力士集团冯光德实验室，绵阳 6006；.西南科技大学生命科学与工程学院，绵阳 600）

仔猪断奶时会经历断奶应激，包括细菌病原体、氧化应激和炎症反应，导致生长性能下降，死亡率和发病率高，动物福利受到损害。抗生素作为生长促进剂被广泛应用于断奶仔猪饲料中，用于断奶后腹泻和提高生长性能。2010年全球用于动物生产的抗生素生长促进剂大约有6.3万吨，且每年呈现递增趋势，而对于猪而言，每千克体重每年消耗148毫克的抗生素生长促进剂（Van Boeckel等，2015）。Yang等（2015）报道这种做法可能导致在猪和人身上传播具有抗生素耐药性的细菌病原体，对公共卫生构成重大威胁。欧盟已于2006年1月起在动物生产中全面禁用抗生素生长促进剂（Bengtsson等，2006）。美国食品和药物管理局在2016年12月对动物使用抗生素生长促进剂进行了限制，加拿大卫生部于2017年12月禁止在动物饲料中使用抗生素生长促进剂，预计将有更多国家效仿。抗生素生长促进剂在饲料中的禁用将带来一系列的挑战（Zhao等，2007）。因此，开发具有高性价比的抗生素生长促进剂替代品以确保猪生产的长期可持续性至关重要（Yang等，2015；Valenzuela-Grijalva等，2017）。目前，有机酸（Eckel等，1992；De Lange等，2010）、酶制剂（Bedford 等，2012；Kiarie等，2013）、益生菌（Heo等，2004，2013；Musa 等，2009）、抗菌肽（Choi等，2013）、中链脂肪酸（Boyen等，2008）和精油（Windisch等，2008；Randrianarivelo 等 ，2010；Gong 等 ，2013）被广泛认为是饲料中抗生素生长促进剂的潜在替代品。

精油是从植物中提取的天然生物活性化合物，对动物的生长和健康有积极作用（Puvaca等，2013）。精油由于具有抗菌、抗炎、抗氧化等特性，被广泛应用于改善人体健康或治疗疾病的传统药物中（Brenes等，2010；Kim 等，2008）。精油中的部分生物活性成分已被鉴定出来，并部分阐明了这些化合物在动物体内的作用机制，这使得使用精油代替动物饲料中的抗生素生长促进剂的研究报道越来越多（Li等，2012）。然而，精油在饲料中的应用主要是基于抗菌效果。此外，在性价比和饲料适口性方面，大多数精油的最低抑菌浓度远远高于动物养殖行业可接受的水平（Yang等，2015）。除了结果变异较大和尚不清楚的机制外，在动物饲料中使用精油还有其他一些挑战，包括毒性作用、监管方面的担忧和较高的使用成本。因此，研究精油中各化合物的特异性作用和靶点（动物宿主或微生物）对于促进精油在猪生产中的应用至关重要。

1 精油介绍

精油是从植物中提取的芳香族、挥发性和油性的液体，如种子、花、叶、芽、嫩枝、草药、树皮、木材、水果和根茎（Brenes等，2010）。“精油”一词是由帕拉塞尔苏斯在“精油论”的理论中提出的，这意味着由于它的有效性，精油在医学上是有用的（Oyen等，1999）。精油是一种复杂化合物的混合物，它们的个别化学成分和浓度变异较大。例如，百里香中主要成分百里香酚和香芹酚，研究人员发现它们在百里香中所占比例可能低至3%，也可能高达60%（Lawrence等，1983）。此外，还发现肉桂精油的主要成分肉桂醛占总油脂的60%至75%（Duke，1986）。这些精油如百里香中的香芹酚和百里香酚的成分对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌、真菌和酵母有广泛的抗菌活性（Roller等，2002；Abbaszadeh 等，2014）。精油对革兰氏阳性菌的作用大于革兰氏阴性菌的致病菌，因为疏水化合物由于它们的外膜覆盖了细胞壁，所以通过革兰氏菌脂多糖结构的入口受到限制（Vaara，1992）。许多研究人员已经证明精油可以替代抗生素生长促进剂，因为它们具有抗菌、抗炎、抗氧化和抗球虫性。精油提高消化率（Chitprasert等，2014）和免疫力（Brenes等，2010），通过减少病原菌的影响促进肠道健康（Chitprasert等，2014），控制气味和氨排放（Varel，2002）。精油有两大类化合物：萜烯（如香芹酚和百里香酚）和苯丙烯（如肉桂醛和丁香酚）。萜烯被细分为5个被称为异戊二烯单元的碳单元，它们分别是单体（C10H6）、三烯（C15H24）和二萜（C20H32）。有一些不同来源的萜烯，如是否存在环状结构、双键、氧或立体结构（Lee等，2004）。据各种研究人员估计，目前有超过1 000个单萜类化合物和3 000多个倍半萜类化合物（Cooke等，1998）。目前，只有50种苯丙烯被发现（Lee等，2004）。动物常用的精油有香芹酚、百里香酚、柠檬醛、丁香酚、肉桂醛等，其化学性质和稳定性见表1和图1。

表1 不同精油化学成分的性质

图1 不同精油的化学结构

2 精油的抗菌作用

2.1 精油的作用方式

虽然香芹酚和百里香酚在细菌细胞中有几个靶点，但是细菌细胞壁的生物合成机制是它们的主要靶点（Faleiro，2011；Yap 等，2014）。首先，香芹酚和百里香酚会对细胞壁（包括细胞膜）产生敏感性，造成明显的细胞膜损伤，导致细菌细胞质膜的完整性塌陷，细胞内重要内容物渗漏，最终导致细菌细胞死亡。渗漏往往通过细胞壁损伤、细胞质膜损伤、细胞质凝固和膜蛋白破坏等途径发生（Conner等，1984；Cox等，1998；Helander等，1998；Ultee等，2002）以及质子动力的降低（Nazzaro等，2013）。其次，香芹酚和百里香酚具有亲脂性结构，容易进入脂肪酸链中的细菌膜，使细胞膜膨胀，流动性增强。利用这些特性，香芹酚和百里香酚被认为是猪生产上很有前途的抗生素替代品（Kim等，1995；Lambert等，2001；Delaquis等，2002）。精油中官能团（如羟基或烷基）的位置在精油的抗菌活性中起着非常重要的作用。虽然百里香酚和香芹酚具有相似的抗菌作用，但根据百里香酚和香芹酚中一个或多个官能团的位置，它们对G+或G-细菌的抗菌作用不同。它们的抗菌作用很大程度上取决于酚类萜烯的羟基和离域电子的存在 （Lambert等，2001；Ultee等，2002），这经常决定它们对不同细菌的抗菌活性。百里香酚和香芹酚对伤寒沙门氏菌和大肠杆菌O157∶H7外膜有较强的释放脂多糖和致敏膜的能力（Helander等，1998）。与其他精油相比，百里香酚和香芹酚都具有释放脂多糖的特性，使它们对某些G-细菌具有较好的抗菌性能。另一种假设是质子交换模型，香芹酚可以作为一个跨膜载体，将羟基质子交换成钾离子，导致pH梯度和膜上电位的消散，质子动力降低，细胞内三磷酸腺苷池耗尽。钾的损失也会引起问题，因为钾在激活许多细胞质酶、维持渗透压和调节细胞内pH中起着非常重要的作用。一般来说，细菌可以使用离子泵来对抗这些影响，细胞的死亡并不总是发生，但这种功能需要大量的能量，细菌的生长受到了损害（Ultee等，1999和2002）。丁香酚和肉桂醛也有酚官能基团，其抗菌活性与膜效应和能量生成有关（Gill等，2004和2006）。有研究报道，肉桂醛和丁香酚能有效抑制亚致死水平的肠球菌脱羧酶活性（Wendakoon等，1995）。丁香酚的羟基和肉桂醛的羰基被认为与蛋白质结合，抑制了E.aerogenes病毒中氨基酸脱羧酶的作用。因此，百里香酚、香芹酚、丁香酚、肉桂醛的主要作用机制与它们对细胞质膜和能量代谢的影响有关。

2.2 精油的最小抑菌浓度

最小抑菌浓度的定义是抗菌药物抑制微生物生长的化合物最低浓度。抗菌化合物的最小抑菌浓度已被广泛应用于实验室测定抗菌化合物的活性微生物。单独精油的最小抑菌浓度可能因不同的细菌和不同的菌株而不同。检测的实验室条件也可能影响结果。

2.3 精油与有机酸的联用

大多数G+细菌细胞壁（约90%～95%）是由肽聚糖组成。这种特性使得疏水化合物能够很容易地穿透细胞，然后作用于细胞壁和细胞质（Karatzas等，2001；Trombetta 等，2005）。这些化合物进入细胞后，不仅能影响低浓度下参与能量产生的几种酶，而且还能使高浓度的蛋白质变性。G-细菌只有2～3毫米肽聚糖层，包括细菌细胞干重的20%左右，外膜位于这个肽聚糖层外层，外膜由双层磷脂，并与内膜布劳恩的脂蛋白紧密结合。基本上，与G+相比，G-细菌对精油耐受性更强。G-细菌的厚外膜降低渗透性，并提供额外的一层来保护细胞免受精油的伤害。

有机酸对G-菌的杀灭效果比精油好（Zhou等，2007；Souza 等，2009；Mahmoud，2014）。一项研究表明，与柠檬酸（5 mg/mL）和乳酸（1 mg/mL）相比，对副溶血性弧菌，葡萄籽提取物有更高的最小抑菌浓度（10 mg/mL）。小亲水性有机酸被认为是能通过孔蛋白而穿过细胞膜，但不能是疏水多酚化合物。有几个因素有助于有机酸对微生物的抑制，包括pH的降低、非分离形式有机酸的比例，链的长度，分支水平和细胞生理/新陈代谢（Booth，1985）。弱有机的亲脂性酸使它们很容易进入质膜降低细胞内部的pH，最终导致细胞死亡（Wang等，2013）。

有些研究证明了某些精油和有机酸具有加性作用（Zhou等，2007；Souza等，2009；Hulankova等，2011）。Zhou等（2007）报道，一种精油（百里香酚和香芹酚）与乙酸或柠檬酸联合使用，与单独使用一种精油或有机酸相比，对G-细菌（S.typhimurium）有更好的效果。这之间潜在的协同作用机制尚不清楚。但众所周知，精油中的酚类物质会改变细菌细胞膜的结构和功能，导致细胞膜肿胀，从而增加细胞膜的通透性。所观察到的受损细胞膜可能解释了协同作用，因为酚类化合物可能会对细胞膜造成显著损害，增加细菌对有机酸的敏感性。此外，精油的疏水性在低pH下会增加，使其更容易通过细菌细胞膜的脂质（Karatzas等，2001）。在最近的研究中，这些结果已经在猪和家禽体内清楚地显示了这种协同效应的有效性（Diao等，2015；Balasubramanian等，2016；Walia 等，2017；Liu 等，2017）。在屠宰前，在猪的饲料中加入与有机酸混合的精油可以防止沙门氏菌感染和血清阳性率（Noirrit等，2016；Walia等，2017）。

2.4 精油与中链脂肪酸的联用

中链脂肪酸包括月桂酸（C12）、辣椒酸（C10）、辣椒酸（C8）、羧酸（C7和 C9）和己酸（C6）及其衍生物也是断奶仔猪抗生素的另一种替代品（Boyen等，2008；Zentek 等，2011 和 2012；Hanczakowska 等，2013；Zentek 等，2013；De Smet等，2016）。中链脂肪酸具有对抗沙门氏菌和大肠杆菌微生物活性的能力（Dierick 等，2002；Rossi等，2010）。Han 等（2011）的研究表明，猪饲喂含中链脂肪酸的饲料所表现出的生长性能与抗生素促进剂组无显著差异。中链脂肪酸对G+菌和G-菌均有良好的抑制作用。中链脂肪酸对某些细菌的抑菌效果因其链的长度而异（Rossi等，2010），辛酸可能与短链脂肪酸有相似的作用方式，因为中链脂肪酸可能通过创造酸性环境或直接影响沙门氏菌定植所必需的毒性因子的表达来灭活细菌。在较低的饲粮水平下，中链脂肪酸可被认为是断奶仔猪胃微生物群的调节剂。用牛至油和辛酸联合处理的沙门氏菌、单核增生李斯特菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等多个菌株，观察到了加性效应（Hulankova等，2011）。在体外试验中观察到肉桂醛和月桂酸对猪痢疾的病原菌有作用（Maele等，2016）。中链脂肪酸被食品和药物管理局普遍认为是安全的（de Los Santos等，2008）。一些中链脂肪酸及其衍生物具有强烈而刺鼻的气味，可能降低饲料适口性和猪的饲料采食量（Zentek等，2011）。这些可以通过使用精油和中链脂肪酸的组合来克服。然而，目前还没有关于精油和中链脂肪酸在猪生产中的体内应用的报道。

3 精油的抗炎作用

肠道具有各种重要功能，包括吸收营养物质、电解质和水、分泌水、电解质、免疫球蛋白、细胞因子和黏蛋白，以及对有害抗原、毒素和病原体的选择性屏障保护（Lalles等，2004）。然而，一般认为肠道除了具有吸收、分泌和屏障功能外，还在器官完整性、免疫和身体防御等方面发挥着积极的作用（Eckmann等，1995；Pitman等，2000）。肠道上皮细胞作为“观察犬”在免疫系统中扮演着重要的角色，它们可以通过细胞因子检测免疫反应或炎症的发生。这些细胞因子对于中性粒细胞、巨噬细胞、T和B细胞以及树突细胞等不同类型的免疫细胞的召集和激活至关重要（Eckmann等，1995；Pitman等，2000）。肠道免疫系统与其他免疫系统有很大的不同。肠道免疫系统必须平衡两种相反的功能：不仅要对病原体产生免疫反应，还要保持对共生细菌和饲料中化合物产生抗原的耐受性（Pitman等，2000）。这两种相反功能的平衡可能导致饲料采食量低、炎症和疾病（Yang等，2015）。肠道炎症与肠道发育和营养利用效率降低有关。据报道，肠道急慢性炎症疾病常导致肠道形态学改变、黏膜损伤、黏膜通透性增高、肠道发育不良、营养吸收能力低下（Waters等，1999；Nagura 等，2001；Podolsky，2002；Strober等，2002）。猪肠道炎症一般有 3 种类型，分别与病原体、营养和管理有关，分别为病原体感染相关、饮食过敏原相关和断奶相关（Yang等，2015）。虽然炎症并没有引起全面的临床症状，但会导致猪生长性能的显著下降，并造成较大的经济损失。

当免疫反应开始时，巨噬细胞在组织中被召集来产生炎症反应，然后在免疫反应的后期T细胞也参与炎症反应。核因子kB（NF-kB）是一个转录因子，在上述过程中起着非常重要的作用（Rogler等，1998）。NF-kB被促炎性细胞因子、活性氧、脂多糖等多种诱导物激活后，从细胞质转移到细胞核，诱导多种促炎性蛋白表达，包括参与炎症、细胞凋亡和增殖的细胞因子、趋化因子、黏附分子和酶（Barnes等，1997）。有研究表明，核因子-红细胞相关因子-2（Nrf2）和NF-kB通路之间存在潜在的交叉对话，Nrf2基因功能障碍可能导致炎症应激敏感性增加（Khor等，2006）。考虑到猪的肠道炎症不仅会损害肠道的功能和完整性，而且还会影响生长性能，因此有必要在饲料上采取措施来抑制肠道内的炎症过程。精油被证明可以调控Nrf2和NF-kB转录因子来抑制炎症（Kroismayr等，2008；Wondrak等，2010；Zou 等，2016；Fang 等，2017）。精油和阿维拉米霉素显著降低了断奶仔猪肠内NF-kB、肿瘤坏死因子-a（TNF-a）和派尔集合淋巴结大小，以及结肠、肠系膜淋巴结和脾脏的cyclin D1的表达（Kroismayr等，2008）。

多项研究表明，肉桂醛（Wondrak等，2010）和牛至油（Zou等，2016）等精油增加了Nrf2的表达和易位，阻止了NF-kB的活化。这些结果表明，这些精油可以减少炎症，最终通过改变Nrf2和NF-kB通路，改善猪的健康和生长性能。在饲料中添加肉桂油可减轻脂多糖引起的炎症反应（Wang等，2015）。有试验表明，口服精油可显著降低和限制试验性自身免疫性脑脊髓炎的严重程度和发展，主要通过调节Th1/Treg免疫平衡（Alberti等，2014）。由此可见，精油可以通过不同的细胞信号通路调节猪的免疫反应，增强猪的健康。

4 精油的抗氧化作用

氧化应激是导致生物损伤的重要化学机制，它反过来又会影响猪的生长性能和健康，特别是在现代高性能的猪生产系统中。猪经常接触多种应激源，包括断奶、营养不良、疾病挑战、热应激、饲料中霉菌毒素污染、运输和拥挤。这些应激源会增加活性氧的产生，当抗氧化系统被活性氧的产生压倒时，就会发生氧化应激。氧化应激可能与猪的生产性能下降、免疫力下降、肌肉退化、中风风险增加、心脏类病、食欲下降、腹泻、肝组织破坏以及妊娠母猪流产风险增加有关。Nrf2作为NF-kB的重要对应物，是氧化还原敏感转录因子，在正常条件下可被Kelch-like ECH-associated protein 1（Keap1）隔离在细胞质中。核因子-红血球2相关因子-2可以从Keap1分离并转移到细胞核，激活含有抗氧化反应元素的基因的表达（Nair等，2008）。Nrf2-ARE通路调节细胞内抗氧化和解毒酶的表达，如谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽（GSH）、谷胱甘肽还原酶（GR）、超氧化物歧化酶（SOD）、NADH（P）HQuinone-Oxidoreductase 1（NQO1）、血红素加氧酶（HO1）及谷胱甘肽（GSH）前体γ-半胱氨酸合成酶（g-GCS），这些酶可以帮助重建细胞氧化还原内稳态（Dhakshinamoorthy等，2001；Lee等，2004；Nguyen等，2009；Mine 等，2015）。

合成抗氧化剂，如乙氧基奎琳，丁基羟基茴香醚（BHA）和丁基羟基甲苯（BHT）是猪饲料中常用的有效饲料添加剂，以提高饲料的稳定性和保护营养素（如脂肪和维生素）的氧化。然而，这种合成的抗氧化剂在体内没有生物效应，其毒物和安全性也是一个值得关注的问题。这推动了对天然化合物的研究，这种化合物不仅可以取代猪饲料中人工合成的抗氧化剂，还能提供额外的动物效益（Yang等，2015）。众所周知，精油和植物提取物具有抗氧化作用（Baschieri等，2017），并已成功应用于动物饲料中（Mueller 等 ，2012；Akbarian 等 ，2014；Placha 等 ，2014；Tan 等，2015；Zou 等，2016；Liu 等，2017）。Zou等（2016）研究牛至精油对猪小肠上皮细胞（IPECJ2）的抗氧化作用，通过诱导Nrf2和几种抗氧化酶（超氧化物歧化酶和g-谷氨酸半胱氨酸连接酶），牛至精油显著抑制H2O2诱导的ROS和丙二醛（MDA）。Kang等（2015）也发现五味子精油通过上调Nrf2介导的HO-1，减弱了C2C12小鼠骨骼肌细胞氧化应激诱导的细胞损伤。另一项体外研究也表明，柠檬草精油减少了人类胚胎肺成纤维细胞中苯并芘诱导的DNA损伤和氧化应激。Zeng等（2015）的研究表明，与对照组相比，饲喂精油组的猪有较高的白蛋白、IgA、IgG、总抗氧化能力和较低粪便评分。最近的一项猪体内研究表明，饲粮中添加100 mg/kg的百里香酚和香芹酚混合物（1∶1）可以通过降低TNF-a mRNA来降低断奶相关的肠道氧化应激（Wei等，2017）。

氧化应激的增加导致母猪产奶量、繁殖性能和使用年限下降（Berchieri-Ronchi等，2011；Zhao等，2013）。产奶量不足会直接影响哺乳仔猪的健康和生长。它对猪的健康和生长也有长期的影响。在妊娠晚期和哺乳期观察到系统性氧化应激的增加，补充牛至精油通过减少氧化应激改善了仔猪的性能（Tan等，2015；Tan，2015）。因此，在现代高性能养猪生产系统中，补充精油是改善不同应激源引起的氧化应激不良影响的一种很有潜力的方法。

5 精油对肠道菌群的影响

猪的肠道通常被认为在出生之前是无菌的，但很快就被环境和饲料中的微生物所定植（Jensen，1998；Kim等，2015）。这些微生物随后发展成为一种高度多样化的微生物群，在不同的肠道隔间中具有不同的微生物密度和组成。随着分子和“组学”方法的应用，以及生物信息学和统计工具的应用，我们对肠道菌群组成和功能的理解有了显著的提高。例如，无论日龄大小，厚壁菌门和拟杆菌门是猪中最主要的菌门，其次是变形菌门、放线菌门和螺旋体门（Kim 等 ，2012 和 2015；Lu 等 ，2014；Slifierz 等 ，2015；Zhao等，2015）。尽管如此，随着日龄的增长，肠道菌群的组成仍然有一些动态变化。在断奶前，猪肠道中变形菌门较多（Zhao等，2015）。一般来说，肠道微生物群在动物生长过程中变得越来越稳定，因此它对饲料干扰的抵抗力也越来越强（Kim等，2015）。这就解释了为什么小猪比成年猪更容易感染病原体。这也证明了调节幼小动物的肠道微生物群的重要性，以便有一个健康的微生物群发挥其更好的生长性能。

一些体内研究表明，精油增加了乳酸菌群，降低了仔猪大肠杆菌或总大肠菌群（Namkung等，2004；Castillo 等，2006；Li 等，2012；Zeng 等 ，2015；Wei等，2017）。这些结果与一些家禽研究中添加精油的结果一致（Oviedo-Rondon等，2006；Tiihonen等，2010；Amerah 等，2011；Basmacioglu-Malayoglu 等，2016；Cetin 等，2016；Liu 等，2017），提示精油可以导致肠道菌群发生一些基本变化，主要是乳酸菌种类的数量。然而，为了全面监测微生物群的组成和功能的转变，需要用集成的方法（例如各种分子和“组学”技术以及生物信息学和统计分析）研究精油在猪的肠道微生物调控的效果。

6 精油对饲料适口性、消化率和养分代谢的影响

精油能通过提高风味和气味来增加饲料的适口性和采食量（Kroismayr等，2006）。然而，目前研究得出添加精油对猪饲料采食量的影响并不一致（Neill等，2006；Stelter等，2013；Zeng 等，2015）。添加精油增加饲料适口性可能是由于它们的抗氧化特性，可以保持饲料的质量，防止饲料中不良气味的释放（Franz等，2010；Sola-Oriol等，2011）。因此，用足够数量的精油（天然抗氧化剂）代替动物饲料中常用的化学抗氧化剂（如乙氧基奎琳和丁基羟基甲苯）可能会很有潜力，尤其是在禁止化学抗氧化剂的情况下（Yang等，2015）。胃肠道在体内表面积最大且最脆弱，它不仅吸收营养物质，而且通过具有许多神经和受体的化学感觉系统感知腔内营养物质、化学物质和微生物（Furness等，2013）。近年来，肠道化学感觉系统因其具有调节消化、吸收和代谢的功能而受到广泛关注，具有潜在的营养和药理作用，可促进肠道的生长发育和健康（Mace等，2013）。肠道上皮细胞中约90%是吸收性上皮细胞，细胞表达各种营养转运体（Henning等，1994）。肠上皮也含有少量的肠内分泌细胞，可以分泌肠激素肽，如葡萄糖胰岛素多肽，胰高血糖素样肽1和2（GLP-1和2）和肽YY（PYY）（Murphy 等，2006）。据报道，甜味素受体T1R1 t T1R2、鲜味受体T1R1 t T1R3、苦味素感受型2受体（T2Rs）等味觉受体不仅在味蕾中表达，而且位于肠道内（Jeon 等，2011；Daly等，2013；Shirazi-Beechey等，2014）。此外，还有其他营养受体，包括钙感应受体（CaSR），也被称为厚味受体和脂质受体（Reimann 等，2012；Huang等，2016）。所有这些受体都被认为属于一组G蛋白偶联受体（GPCR）（Reimann等，2012；Huang等，2016）。营养转运体的主要功能是吸收腔内营养物质。然而，有报道称，营养转运体也有助于检测腔内的营养物质作为转异构体（Hundal等，2009）。因此，这些化学传感器可以检测到氨基酸、肽、葡萄糖和脂质。可以假设饲料中其他化学物质（如精油）还可能被肠道化学传感器检测到，但尚未被识别。研究表明，空腹、复食和高蛋白质饲料可影响猪胃肠道中味觉信号分子a-转导的表达，进一步支持味觉受体促进肠道腔内化学传感的观点（Mazzoni等，2013；De Giorgio等，2016）。化学传感器传递有关营养成分和内腔浓度的信息，以调节肠道基因表达（如转运蛋白）、消化酶和肠肽的分泌，最终控制饲料的摄入、消化、吸收和代谢。多项研究表明，植物源化合物可以调控回肠黏膜的基因表达谱（Liu等，2013和2014）和刺激消化分泌物，提高营养物质的消化率（Janz等，2007；Maenner等，2011；Li等，2012；Ahmed等，2013）。然而，与免疫和消化功能相关的基因表达调控机制仍不完全清楚。识别精油的特定受体是非常重要的，这将帮助我们理解潜在的机制。

7 精油在猪上的应用前景

在饲料中使用抗生素的可行替代品应该具有以下几个特点：对公众安全、在养猪生产中具有高性价比和环境友好性（Gong等，2013）。由于这些多重需求，到目前为止还没有一个单一的替代品可以完全替代饲料中的抗生素。使用全面和系统的研究来评估精油在猪生产中的有效性、性价比和安全性也是一个挑战。此外，使用精油作为抗生素替代品的其他挑战还包括一些潜在的副作用（例如，难闻的气味/味道和有毒物质），监管方面的担忧，以及可能与其他饲料成分（如脂肪）的相互作用（Lambert等，2001；Friedman 等，2002）。饲料和猪组织中精油的可追溯性和可行的分析方法也很重要。在这些化合物广泛应用于猪饲料之前，还需要对精油的毒性和安全性进行全面评估（如体外细胞和体内动物模型）。

首先，充分了解抗生素促进动物生长的机制是非常重要的，这将有助于开发饲料中抗生素的有效替代品。对其潜在机制提出了几种假设：1）抑制病原菌减少感染；2）通过减少肠道总细菌负担，为动物提供更多的能量和营养；3）肠道黏膜层变薄，增加养分吸收；4）通过调节免疫系统来减少炎症（Niewold，2007；Allen 等，2013；Yang等，2015）。尽管上述假设得到了一些研究的支持，但其背后的机制仍未被完全理解。这限制了我们开发包括精油在内的有效抗生素替代品的努力。

胃肠道是一个组织良好、复杂的生态系统和器官。它主要由上皮细胞、黏膜免疫系统和微生物组成。肠道菌群既有有益菌群，也有有害菌群。生态系统通常处于内稳态，内稳态的破坏会影响肠道功能，从而损害肠道健康、动物生长和健康。精油作为一个整体具有多种功能，包括抗菌、抗炎、抗氧化，并增强消化和免疫力。确定精油中各个成分的具体作用和靶点（动物宿主或微生物群）是非常关键的，这将有助于精油在饲料中的应用。

在动物生产中，精油作为抗生素的替代品被研究。然而，以往的研究结果并不一致。有3个潜在的原因与矛盾：1）剂量可能不是有效的（Cross等，2007）；2）不同试验条件（例如，环境、动物年龄、遗传、饲粮和健康状况）；3）没有确定使用的精油活性化合物和其性质的研究。此外，从性价比来看，大多数精油的最小抑菌浓度值明显高于养猪生产中可接受的水平。使用抗生素替代品来提高动物的生长性能和健康水平也取决于替代品的成本。

由于其亲脂特性，精油化合物可能引起人们对其潜在毒性和对动物健康可能的负面影响的关注（Ambrosio等，2017）。大多数精油也非常易挥发，在饲料加工和储存过程中会迅速蒸发，导致在饲料中能被动物摄入的精油量变异较大（Lambert等，2001）。结果表明，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会在仔猪胃及小肠上部消失（Michiels等，2008）。此外，精油可能与饲料中的其他成分相互作用，导致抗菌素活性下降（Si等，2006）。因此，如果得不到适当的保护，大部分的精油会在饲料加工、储存和运送到动物肠道的过程中丢失，从而无法到达大多数病原体所在的动物小肠。这将最终影响到饲料厂和养殖户的盈利能力，并成为在猪生产中应用精油的主要障碍之一。

不同抗生素替代品的组合可能是动物饲料中替代抗生素最有潜力的方法。主要原因有三：1）一种抗生素的替代品不能覆盖抗生素所有的性能提升特性；2）不同替代品之间存在协同效应，减少对抗病原体（如有机酸和精油）所需的有效剂量；3）应采取综合的方法取代抗生素，包括营养、生物安全和管理，而不是单独补充抗生素替代品（Yang等，2015）。最近发表的几项研究表明，与单一化合物相比，使用不同的抗生素替代品对断奶仔猪的性能和健康有更好的影响（Zeng 等，2015；Walia等，2017）。了解各种替代品的作用效果和作用机理，将有助于设计更有效的精油产品，促进动物生长，提高猪生产饲料效率。一种有效、实用的精油使用方法，对于猪生产中精油的使用具有重要意义。肠内保护（如微胶囊和涂层）已成为解决这一问题最有前途的方法（Gauthier，2012）。一种广泛使用的方法是在脂质基质中微胶囊化精油，当精油沿着小肠通过时，脂质基质可以释放精油（Gauthier，2012）。研究还发现，海藻酸乳清蛋白微粒是提高猪肠道中香芹酚含量的良好载体（Zhang等，2016）。因此，适当的保护技术可以降低饲料中精油的有效用量，降低养猪生产成本。研究微粒子的物理化学和分子特性将是非常有必要的，这将有助于研究关于精油稳定性或释放现象背后的机理，然后帮助优化微胶囊技术，以更好地保护和使用精油。在这方面，生物可降解聚合物封装的精油纳米颗粒的优势使纳米技术成为一种有前景的动物肠道精油通过方法（Aytac等，2017，Manukumar等，2017）。

8 结论

自2006年起，欧盟就开始禁止猪使用抗生素生长促进剂。预计未来几年还会有更多国家效仿。饲料中停用抗生素将带来很大挑战（如肠内感染和生长性能下降）。开发具有高性价比的抗生素替代品是最大的挑战，这对养猪生产的长期可持续性和盈利能力至关重要。精油有许多活性成分，因此是最有前途的抗生素替代品之一。然而，精油在猪生产中的应用增加缓慢，主要是由于结果不一致和不明确的作用机制。进一步了解精油的作用机制，包括对肠道生态系统的3个组成的影响：肠道菌群、肠道生理和免疫学，将使我们能够在猪生产中充分利用精油。最后，微胶囊化和纳米技术为有效地将精油送到动物肠道和提高精油在猪生产中的功效提供了有潜力的工具。