宠物食品添加剂的作用及应用研究

1、宠物食品添加剂的作用及应用研究关键词：宠物食品,添加剂,护理,免疫目前, 我国已经成为仅次于美国、日本的世界第三大宠物市场国家。2018年宠物行业的消费规模超过1 708亿元。随着人们生活水平的不断提高, 居民拥有宠物的数量逐年递增。人们对于犬猫为主的伴侣动物的依赖越来越高1。在人们注重饮食营养与健康的同时, 宠物的营养健康也越来越受到广泛关注。目前市场上售卖的全价犬猫食品中, 既包括动物源成分如鸡肉粉、鸡骨粉、牛肉粉、鱼肉等, 也包括植物源成分如小麦、玉米、豆粕等, 这些动植物源营养物质的添加满足了宠物对蛋白质、脂肪、能量及矿物质、维生素的需求。与此同时, 还添加了一些对宠物健康具有十分重要

2、意义的食品原料, 而这部分添加成分不一定能提供基本的蛋白质、能量等营养需求, 但对维护宠物机体健康、促进新陈代谢、提高免疫功能及观赏属性具有重要意义。宠物食品添加剂是指在全价宠物食品中添加比例在1%5%左右, 不提供基本蛋白质、能量需要, 但是对促进宠物身体健康、维持正常基本新陈代谢和功能具有重要作用的一类食品添加剂。这些添加组分或者通过化学合成的形式, 或者从动植物体中分离、提取, 有效提高了宠物的消化功能、健康水平及观赏特性。根据宠物食品添加剂的作用功效类型, 可以将宠物食品添加剂的作用分为皮毛护理、口腔护理、免疫增强、口味增强及抗氧化特性等。值得注意的是, 某些食品添加剂的功效并不是专一

3、的, 可能对促进宠物整体健康都具有一定的功效。1 宠物食品添加剂的作用功效1.1 皮毛护理对于猫而言, 皮肤加被毛的总重量大约占体重的12%;对于犬而言, 皮毛生长所消耗的营养素占所有营养素的30%2。一方面皮毛的存在可以使宠物免受伤害, 另一方面, 作为具有重要观赏属性的伴侣动物而言, 鲜亮的毛色、健康的皮肤能够提高宠物的观赏性。如山东临清狮猫具有长毛拖地、色白如雪的特点, 具有重要的观赏价值3。因此在宠物食品中添加促进皮毛健康和生长的物质尤其重要。影响皮毛生长的营养素包括蛋白质、脂肪、矿物及维生素等, 其中蛋白质及氨基酸是构成皮毛角质蛋白的结构性物质, 蛋白质不足直接影响皮毛生长3,4。作

4、为蛋白质的结构单体氨基酸的结构组成也具有重要意义, 其中含硫氨基酸 (蛋氨酸 + 胱氨酸) 的组成比例直接影响了动物毛纤维的角质蛋白。有文献报道, 日粮中添加含硫氨基酸可以有效促进水貂、獭兔及绒毛用羊的皮毛产量5。精氨酸、色氨酸等非含硫氨基酸对皮毛的生长和代谢也具有重要作用。在毛皮动物日粮中合理添加这些营养元素能够促进毛纤维生长、增强毛纤维强度、提高被毛密度6。1.2 口腔护理宠物的口腔及牙齿健康经常受到宠物食品、零食或者其他物质的侵害, 从而罹患牙龈炎、牙周炎、牙结石等, 进而导致口臭、牙龈充血红肿, 甚至引发肾脏疾病7;宠物不良的口气也会影响宠物主人的饲养体验, 因此对宠物口腔的护理具有重

5、要意义。犬猫的口腔保健除了需日常定期刷牙和检测之外, 在营养层面上对口腔的保健也具有重要意义。钙、磷、镁、氟等矿物元素是构成牙齿的重要物质, 对于牙齿的钙化和形成具有重要作用, 因此, 适量的矿物元素补充剂是保护牙齿的关键。宠物食品中碳水化合物 (蔗糖、葡萄糖等) 是导致龋齿和口腔疾病的根源, 这些糖类会促进口腔细菌微生物的滋长而侵蚀牙齿8。木糖醇、山梨糖醇等多元醇糖不能提供口腔微生物利用的碳水化合物来源, 从而可以保护口腔健康。木糖醇等功能性糖具有取代葡萄糖、蔗糖、促进宠物牙齿健康、降低血糖和保护肝脏的作用9,10。纤维类物质是宠物天然的牙刷;, 宠物咀嚼高纤维物质, 包括牧草、蔬菜、水果等

6、可以有效清除附着在牙齿表面的微生物, 因此适量的纤维类食品可以作为宠物口腔的护理素11。植物中的有效成分也具有保护牙齿的作用, 绿茶多酚是目前使用比较广泛的一类提取物, 具有抑制微生物生长、保持口气清新的作用12。1.3 免疫增强剂免疫营养学及免疫营养疗法是非常有效的宠物临床治疗措施。宠物食品中的某些营养素具有免疫药理的作用, 包括精氨酸、谷氨酰胺、n-3多不饱和脂肪酸、核苷酸、益生菌制剂等。免疫营养素主要发挥作用的机制可能包括: (1) 促进肠道健康和肠道黏膜免疫屏障的构建, 维持肠道正常菌群和益生菌, 使其有秩序定植于黏膜和皮肤等表面或细胞间形成生物屏障, 从而恢复优势菌群平衡13,14。

7、肠道内细菌对病原菌的定植具有阻抗作用, 有试验表明, 乳酸杆菌表现出了很强的定植阻抗作用, 可以将绝大多数的猪霍乱沙门氏菌从定植部位移除15。 (2) 促进免疫器官、免疫细胞的生长。适宜蛋白质和能量能够促进免疫器官、组织的结构发育和功能稳定, 适宜的营养水平可促进动物的胸腺、脾脏和淋巴系统的正常发育。 (3) 促进和增强宠物的免疫力, 刺激非特异性免疫和特异性免疫, 增强单核巨噬细胞、嗜中性粒细胞和自然杀伤细胞 (NK细胞) 的活力, 促进淋巴B细胞产生抗体, 从而提高机体免疫力。目前应用于促进免疫器官指数的添加剂种类很多, 包括氨基酸及多肽类16,17、中药提取物18,19、益生菌及微生态制

8、剂20等, 但是更多应用于传统家禽、水产中。与经济动物追求生长性能相比, 宠物更注重健康、长寿, 免于疾病的困扰, 所以免疫增强型宠物食品添加剂具有更广阔的市场。1.4 诱食剂宠物犬猫采食行为会动用嗅觉、味觉、触觉等多种感知器官同时进行。犬猫对于宠物食品的气味和风味十分敏感, 对新的、不熟悉的食物或者食谱容易产生排斥及厌恶, 从而使宠物采食量降低。犬偏好甜味的食品, 猫偏好酸味的食物21。目前在动物饲料或者宠物食品中使用比较广泛的诱食剂有香味素、甜味剂、酸味剂、鲜味剂、辣味剂、咸味剂等。根据其形态可分为粉末状和膏状, 粉末状诱食剂一般以动植物脂肪 (牛油、猪油、鸡脂、豆油、玉米油等) 为原料,

9、 通过皂化等处理后, 加入固型剂使其形成乳化液, 制成粉末状诱食剂, 适用于喷涂食品的表面22。油脂类经过高温加热形成挥发性风味有机组分, 根据其化学结构可以分为醛类、醇类、酮类、酯类等。不同类型的挥发性物质可以产生不同的风味组合, 如脂香味、肉香味、蘑菇味、奶油味等。具体而言, 猫对于涂有牛油和鸡油的食物更喜爱, 厌恶猪油等饱和脂肪酸过多的风味食物;犬更喜欢油脂较多的、风味较为浓郁的食品。另外一类诱食剂是热反应产物, 主要是美拉德反应及其他热聚合等反应的产物, 这些带有风味的热反应产物能够带来焦香、肉味等。目前一般以氨基酸、肽类、蛋白质以及还原糖和脂类为原料, 在特定条件下加热产生肉类风味。

10、国际上对于适口性及风味偏爱性的研究方法包括双盆对比试验、第一口偏好试验及消费者感官评价试验23, 国内急需建立对于宠物食品的适口性评价体系。1.5 抗氧化剂宠物犬猫等动物在断奶、运输、更换日粮等环境下容易产生氧化应激, 氧化应激可造成动物细胞呼吸过程中线粒体代谢出现电子漏, 引发大量的活性氧, 这些活性氧会攻击动物正常细胞组织, 破坏动物细胞正常功能, 从而引发疾病、炎症甚至癌症24,25。大部分抗氧化剂的作用是与自由基结合, 使之稳定而终止反应。因此无论是人类食品、宠物食品还是动物饲料, 抗氧化剂的存在必不可少。目前市面上使用比较广泛的抗氧化剂包括特丁基对苯二酚 (TBHQ) 、没食子酸 (

11、PG) 、L -抗坏血酸、维生素E、焦磷酸钠、α-硫代巴比妥酸等, 也包含药用植物中提取的各类生物活性物质, 如多酚类、黄酮类及皂苷类等26。这些抗氧化剂的添加能够显着提高动物的抗氧化水平、免疫水平, 提高宠物的健康状态, 具有广谱性保健品的功效。另外, 宠物食品在加工、储藏过程中会伴随油脂氧化、蛋白质氧化及酸败等问题, 从而降低宠物食品的货架期。如何缓解加工储藏过程的氧化问题也是需要亟待解决的。牛油是宠物食品中常见的油脂, 通过添加抗氧化剂的方式可以显着延缓牛油的脂肪氧化, 延长食品的货架期。赵巧等25研究发现, 添加TBHQ对宠物食品中牛油具有良好的抗氧化效果, 维生素E在添加

12、量为0.05%时的抗氧化效果与添加量为0.02%的TBHQ相当。鱼肉宠物食品中富含多不饱和脂肪酸, 更容易发生脂肪氧化。谢荣辉24研究发现 TBHQ是优良的抗氧化剂, 高浓度的维生素E是鲨鱼肉罐头的抗氧化剂。冯敏等26研究发现, 在犬粮中添加复合抗氧化剂组分并加以辐照处理, 能够显着降低犬粮的丙二醛含量, 提高储藏稳定性。2 主要宠物食品添加剂2.1 功能性氨基酸2.1.1 牛磺酸在哺乳动物体内, 牛磺酸主要由蛋氨酸和半胱氨酸代谢的中间产物半胱亚磺酸合成, 在半胱亚磺酸脱羧酶 (CSAD) 的作用下脱羧成亚牛磺酸。猫由于机体内CSAD活性非常低, 体内合成量远远不能够满足生理需要。因此, 猫必

13、须从食物中获取足够的牛磺酸27。牛磺酸能够促进脂肪和脂类物质的消化吸收, 也是维持视力的主要物质, 主要通过维持视网膜感光细胞内钠、钾和钙离子的浓度平衡发挥作用, 同时能加速神经元的增生以及延长, 亦有利于细胞在脑内移动及增长神经轴突。另外牛磺酸还具有维持细胞膜电位平衡的作用28。Ochota等29研究发现日粮添加超氧化物歧化酶 (SOD) 及牛磺酸可以显着促进猫卵母细胞的成熟, 形成更多、质量更好的胚泡, 从而提高繁殖性能。某些宠物食品中的谷物成分不但不能够提供必要的牛磺酸, 可能会阻碍猫体内牛磺酸的吸收。试验证明, 在日粮中添加1.5 g/kg 的牛磺酸和260 g/kg全脂米糠能降低宠物

14、猫血浆中和全血的牛磺酸浓度28;大豆中的抗营养因子会促使牛磺胆酸分泌, 使牛磺酸损失。因此对于猫食品的谷物添加成分要慎重。2.1.2 精氨酸精氨酸是含有2个碱性基团即氨基和胍基的氨基酸, 在动物机体内有生理功能的是L-精氨酸。精氨酸不仅参与宠物机体内多种营养物质的合成和分解代谢, 还作为一种免疫调节剂通过精氨酸酶和一氧化氮两条代谢途径参与体内的免疫调节。精氨酸不是必需氨基酸, 但在剧烈的应激条件下 (如发生疾病或受伤等) 能维持氮平衡以及正常的生理功能30, 在机体内参与组织细胞蛋白质、尿素、肌酸、肌酐、一氧化氮、谷氨酰胺、嘧啶等的合成。犬日粮中蛋白质含量每升高1%, 精氨酸的量需增加0.01

15、 g, 猫粮中则需升高0.02 g31。研究发现, 犬颅脑受枪弹损伤后早期出现脑部微循环障碍, 导致脑缺血缺氧, 引起神经功能障碍, 注射精氨酸后可以使微血管的管径和血流量增加, 减轻颅脑损伤引起的脑微循环障碍和病理损害32。L-精氨酸预处理能降低脑组织代谢水平, 有助于脑保护33。因此精氨酸目前更多的是用于手术过程中组织修复, 作为宠物食品添加剂可以用于手术后和愈合期的功能性宠物粮的添加成分。2.2 植物 (中药) 提取物中药提取物作为一类宠物食品添加剂, 由于来源广、成本低, 具有防病保健、提高免疫力等功效, 且无有害残留、不易产生抗药性, 逐渐成为宠物饲料添加剂研究和开发的热点34。中药

16、提取物具有提高免疫力、改善肠道菌群、抑菌及提高动物抗氧化水平的功效, 可以是单一植物也可以是复合植物提取物成分。茶多酚是一类具有抗氧化生物活性的重要物质, 在犬粮中添加0.5%的茶多酚能较好地降低高油脂犬粮的氧化程度, 对1, 1-二苯基-2-苦肼基 (自由基) 清除率显着提高35。0.5%的茶多酚还可以显着提高犬血清中SOD、谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px) 活性和总抗氧化能力, 同时显着降低丙二醛含量36。颜泽清等37将红参、生地黄、天冬、麦冬、茯苓等中草药添加到犬粮中并饲喂老年犬, 结果发现可提高老年犬的免疫力。2.3 功能性低聚糖低聚糖又称寡聚糖, 是由2 10个相同或不同的单糖经

17、脱水缩合由糖苷链连接形成的具有直链或支链的低聚合糖类的总称, 主要包括甘露低聚糖、果低聚糖、低聚葡萄糖、低聚乳糖、低聚木糖、异麦芽糖等。功能性低聚糖能够激活特异性和非特异性免疫应答, 从而提高动物的免疫能力。研究发现, 在宠物饲料中添加半乳甘露寡糖可对犬营养消化率和肠道菌群产生影响, 随着添加量的增加, 干物质及有机物的消化率呈线性增加。添加半乳甘露寡糖还可有效促进大肠内容物的发酵38。对成年狗饲喂0.45%的低聚果糖, 粪便变形菌减少, 葡萄球菌增多39。目前, 低聚糖的开发与利用已受到许多国家重视, 近年来我国一些学者和饲料生产厂家也开始了这方面的研究和应用40。2.4 益生菌益生菌是一类

18、对机体有益的活性微生物, 定植于宿主肠道, 可改善肠道微生态平衡41。益生菌主要通过竞争繁殖、代谢产物抑制、pH 环境调节、免疫激活等机制抑制病原菌的生长并提高宿主免疫力, 从而发挥对胃肠道疾病的防治作用42。目前在犬猫等宠物中使用比较广泛的有植物乳杆菌、嗜热链球菌、屎肠球菌、双歧杆菌和枯草芽孢菌等。现有的研究表明益生菌对宠物的健康有重要作用。研究发现, 有3 种人源菌株约氏乳杆菌、干酪乳杆菌和乳双歧杆菌能够较好地定殖于犬类肠道43。对益生菌缓解炎症反应的能力进行评估, 发现嗜酸乳杆菌和约氏乳杆菌能够降低促炎性细胞因子, 达到降低炎症的目的44。3 总结与展望随着宠物食品行业的快速兴起, 全价商品宠物粮正向规模化、正规化发展, 宠物的营养健康保健受到逐渐关注, 宠物食品添加剂的作用也日益凸显。食品添加剂今后可能的发展趋势: (1) 确立宠物专用食品添加剂生产的操作规范和标准。 (2) 规范宠物食品添加剂的最佳添加剂量和最大添加剂量。 (3) 开展宠物食品添加剂的科学研究, 明确各种宠物食品添加剂的效果、剂量、生理学效应及对于健康的作用基础。 (4) 合理利用我国传统原料资源优势与新型添加剂相结合