猪饲料生物安全性相关措施综述

■Savannah. C. Stewart Cassandra. K. Jones Steve S. Dritz Megan C. Niederwerder Jason C. Woodworth*

(1.堪萨斯州立大学农学院动物科学产业系，曼哈顿66506；2.堪萨斯州立大学兽医学院诊断及病理医学系，曼哈顿66506-0210)

1 猪饲料和原料中的病原菌

那些可能导致健康猪群生病的生物危害包括细菌（如沙门氏菌和大肠杆菌）和病毒[包括猪流行性腹泻病毒(PEDV)、非洲猪瘟病毒(ASFV)、A 型塞内卡病毒(SVA)、猪瘟病毒(CSFV)、伪狂犬病毒(PRV)和口蹄疫病毒(FMD)]。虽具相关性，但这些病原微生物在化学和分子结构上是不同的，这也影响它们在饲料中的存活力以及对猪的传染性。

在这些潜在的生物危害中，沙门氏菌被研究和理解的最充分。饲料传播的沙门氏菌已被表明会影响猪群健康，包括瑞典爆发的饲料传播的古巴沙门氏菌(Östererg 等，2006)。而且，Molla 等（2010）报道，美国的商品饲料作为潜在的沙门氏菌传播媒介具有重要作用。在36栋圈舍的6 500多头猪的研究发现，3.6%的饲料样品和17.2%的粪便样品检出沙门氏菌阳性。分离鉴定后发现，半数以上的沙门氏菌在基因型上与耐药菌株相似的表型和模型相关。现在，美国食品药监局（FDA）视霍乱沙门氏菌为猪饲料的掺杂物，但其它基因型的掺杂物还在基于个例的评估中。尽管在FDA 的报告中，沙门氏菌的菌株大约污染了8%的动物饲料，但在例行监察的过程中，无论是古巴沙门氏菌还是霍乱沙门氏菌都被发现并非排在前25个最广泛流行的血清型中。

猪饲料中新出现血清型是肠沙门氏菌血清4,5,12∶i∶-，这是鼠伤寒肠沙门氏菌的一个单相变种。2016年这种血清型在美国对一批烤猪的召回负责，并且对许多常用抗生素都有耐药性(Moreno Switt 等,2009；Centers for Disease Control，2016)。Li 等（2012）报道，这种血清型是在动物饲料中被发现的第6位最流行的，在人感染中排在最常见血清型的第7位。最近对11 个美国饲料厂的一次调查发现，在其中两个工厂的生产环境中发现了这个血清型的沙门氏菌(Magossi 等，2018)。被污染的表面包括原料入口栅栏、原料接受区域地面灰尘、中控室地面灰尘(Magossi等，2018)。由于这种沙门氏菌的多重耐药性，并且与猪肉安全和在饲料厂里流行相关，肠沙门氏菌血清型很可能是控制未来饲料生物安全的关键沙门氏菌血清型。

猪饲料中是否还存在其它病原菌尚不确定。Tu⁃layakul 等(2012)报道，在泰国中部收集的24 个保育料、育肥料和母猪料中有17个大肠杆菌阳性，但仅有一个饲料是超过100 CFU/ml。Doane等(2007)报道,美国24 个猪饲料样品中有2 个含大肠杆菌O157∶H7，这两个样品均来源于华盛顿州。近期的调查发现，上面提到的11个美国饲料厂中也有一个育肥猪料中被鉴定出大肠杆菌(Magossi等，2018)。

沙门氏菌和大肠杆菌均属于肠杆菌科一族。对肠杆菌科一族的主动监测可以作为生物安全性合规的一个指标，并甚至预测未来的爆发。Magossi 等(2018)在11 个饲料厂鉴别出来的肠杆菌和沙门氏菌见图1。在饲料中或生产环境中鉴别出来的肠杆菌大部分属于自然存在的非病原菌，如肠杆菌、雪铁龙杆菌和克氏杆菌。然而，肠杆菌含量较高的区域中沙门氏菌水平也很高（流行率P=0.05）。存样分析结果表明，一个饲料厂的工人的鞋子也携带A 型塞内卡病毒。在本项调查中，另一个与猪德尔塔冠状病毒爆发事件相关的饲料厂中，装料蛟龙、冷却器进气口、原料进口栅栏、所有位置的地面粉尘、扫把、工人鞋子上都发现了德尔塔冠状病毒。肠杆菌科通常作为食品、油脂提炼、家禽饲料加工厂的卫生和/或生物安全性合规的指标(Jones等，2004；Van Schothorst等，1984；Nes⁃tle，2014)。对肠杆菌属的前瞻性的监测需要进一步的评估，并被当作是猪饲料供应链中一种更好的鉴别和控制最高风险点的方法。

2 猪饲料和原料中的病毒

研究表明，病毒如PEDV、ASFV、SVA、CSFV、PRV和FMD至少能够在一些常见的进口原料中存活（图2，Dee 等，2018）。模拟从中国运输到美国原料过程中的环境条件的模型显示，一个可复制的PEDV样品可以在某些原料中存活，包括豆粕（普通豆粕和有机豆粕）、维生素D、赖氨酸盐酸盐和胆碱（Dee 等，2016）。除PEDV外，还在很多种不同原料中用相似的模型模拟了另外11种病原菌的存活情况（Dee等，2018）。一种病原菌的存活力受病毒的基因型、物理化学特性和所试验饲料原料的影响。一些原料和饲料相比其他原料和饲料可以为病毒的存活提供更好的基质，选择原料基质似乎可以提高很多病毒的存活。如在初期的试验研究中，普通豆粕比有机豆粕中病毒的存活率更高。尚不知道导致豆粕来源的这种存活力差异的确切原因，但是可能与有机豆粕中含有较高水平的脂肪有关，因为已有一些证据表明中链脂肪酸混合物杀灭抗病毒的作用（Cochrane等，2018）。也有研究假设高蛋白原料更能保持病毒的传染性，但相关机理还不明确。总之，实验室的模拟结果显示，某些饲料原料携带病原菌的风险更高（Dee 等，2018）。需要进一步研究以更好了解什么原料特性与提高病原菌存活力有关。

图1 11个美国饲料厂肠道菌的分布

图2 饲料原料中病毒存活力

3 猪饲料及原料生物危害的传染性

一旦确认生物危害可以在饲料及原料中存活，那么了解其在一定剂量下引起感染的传染性就变得非常重要。病原微生物的传染性通常依赖于确保包衣（病毒）或细胞膜（细菌）的完整性，因为它们保护病毒和细菌在储存过程中不失活。即使对于那些非健康动物也是需要足够数量的病原微生物才能引起感染，也就是通常所说的最小感染剂量。Loynachan 等(2005)的研究第一次揭示，并首次公布了猪饲料中鼠伤寒沙门氏菌的最小感染剂量为103CFU/g。Cornick等（2004）报道，大肠杆菌O157∶H7 在3 月龄猪上的最小感染剂量为6×103CFU/g。正如Österberg 等(2006)的报道，感染剂量非常难以确定，尤其是细菌的感染剂量，因为攻毒剂量与粪便排泄相关性很强，与感染相关性较弱。

Schumacher 等(2016)报道，接种PEDV 饲料的最小感染剂量为5.6×101TCID50，相当于aqRT-PCR Ct值为37.1。显然，这超过了疾病诊断实验室中许多PEDV PCR 分析值的临界点。这个研究帮助说明了为什么PEDV可以如此容易的通过饲料传播，1 g来源于急性感染的猪的粪便可以污染500 t 饲料，而这500 t饲料中的剂量都可以导致疾病。

进一步的研究着重测定了非洲猪瘟病毒在饲料和水中的中等感染剂量(Niederwerder，2018)。有关大肠杆菌、SVA、CSF 和PRV 的最小或中等感染剂量还需要进一步的研究。这些剂量研究是必需的，因为这些剂量将成为清除措施的目标。尽管最理想的状态是在饲料和原料中检测不出病原菌，但是至少需要将病原菌的数量防止或降低至感染剂量以下，以维护动物健康。

只要确认生物危害被认为是一种风险，必须立即采取措施防止其进入到饲料厂，同时确保饲料厂在危害进入时的清除或净化的程序能够启动。Cochrane等(2016)发布了关于饲料厂生物安全计划的综述，可以作为一个饲料厂特定生物安全计划的基础。

4 猪饲料和原料中生物危害的防治

饲料厂生物安全规范的最有效措施是防止危害的进入。由于研究表明一个被污染的原料进入饲料厂可以导致饲料厂被污染很长一段时间（EFSA，2008），所以我们必须彻底阻止危害进入设备。控制生物危害进入饲料设备，应该始于对原料供应商的评估。开展供应商认证程序是防止生物危害进入饲料厂的重要一步，包括跟供应商沟通对所购买原料的特殊要求，还要沟通对原料安全性的期望。这可能还包括原料供应商认证手册和生产现场设备复核和评估。正如前部分内容所提到的，一些饲料原料更容易维持细菌或病毒的活性和传染性。所以，防止生物危害进入饲料厂的最好方式是在配方中以科学及统计方法评估来选择原料及其添加量。所以，饲料厂供应链团队包括营养师、配方师、采购人员以及其他部门的协调努力，对于维持一个饲料厂生物安全规范的有效执行是必须的。

如果说拥有一个供应商控制程序是防止生物危害进入饲料厂的重要一步，那么对于那些被视为具有某些特定病原菌高风险的袋装、散装或液体原料进行定期取样和分析就是有价值的方法。所有样品的收集应当采用无菌方法，因为需要防止采样过程中样品之间的交叉污染。如果一个原料被认为是高风险的，所有批次都应当被单独分析。如果是低风险的，可能更可行的做法是收集多个样品集中在一起后间断的进行分析作为降低检测成本的一种途径。制定一个高风险原料的取样计划，同时规定一个库存的管理程序，直到获得分析结果，这样可以降低生物危害进入饲料厂的风险。原料的可追溯性也是必需的，保存原料相关信息的记录（如接收日期、时间、卸货批号以及之前运输距离等）与成品的具体批次相关的数据，可以使我们在怀疑发生生物危害时给予迅速反应。

进出饲料厂人和车辆的移动也是引进生物危害的潜在因素。饲料厂员工和参观者（如访客、卡车司机和分销商）可以能够引入污染源进入饲料加工设备。人们可能会不知不觉的在他们的鞋子底部或衣物上携带有受不良微生物污染的粪便、污垢或灰尘颗粒，而且如果他是从别的已经出现危害的农场或饲料厂来到这里，那将置我们于特别高的风险中。人员引入生物灾害的风险易于阐明（见图1），91%的工人鞋靴上取到的样品污染了肠道杆菌(Magossi 等2018)。控制并减少原料接收区域和投料口周围人员的交叉走动是降低生产体系引入生物危害风险的合理的和低成本的方案，同时在未使用时盖住原料接收口和投料口也是很容易实现的。在一个拥有高风险生物学病原引入的饲料厂中，无走动区域和洁净区域可能是适合被包括在其生物安全计划的。要求所有参观者必须由一位受过培训的员工陪同进入的操作方案，将有助于防止违反生物安全规范。应当给参观者（包括进入厂区的卡车司机）提供干净的鞋子、塑料靴子或鞋套以防止外源性生物危害的进入。在理想状况下，司机应当始终待在卡车内以尽量减少走动，尤其是在接收区周围的走动。如果司机必需离开卡车，穿上一次性靴子或鞋套可以降低外源生物危害通过鞋子进入饲料厂的风险。在进入接收区之前，首先应该将拖车口的污泥去除，并且在开始卸料之前，原料接收口都必须覆盖着。原料可能在卸料之前就被感染了，但也有可能在卸料过程中被污泥和地上清扫物的混合物所污染。卡车运输过程中应保持进料口掩盖可以减少卸料时的污染风险，这一点很重要，因为彻底清洗整个输送系统（如中转系统、提升机）是不现实的。为了尽量减少卸料过程中撒出来的物料，可以使用锥形和漏斗形的设备，这样还可以防止员工将撒出来的物料重新扫入系统内。

地面清扫物（包括卸料过程中产生的）应当被舍弃，而不应该被扫入存料系统。此外，很多饲料加工基地拥有谷物清理机和集尘装置，研究证实灰尘和其它筛余物是生物危害包括PEDV（Gebhardt等，2018b）或霉菌毒素（Yoder 等，2018)的载体。很多饲料厂认为将灰尘或筛余物添加到大猪料中是可以接受的，因为可以减少原料损失。但是，由此产生的动物生产性能和/或死亡率提高造成的损失应该远远大于饲料厂效益的损失，因此所有灰尘和筛余物应当始终被舍弃，而不是回添至饲料中。

5 降低猪饲料和原料中的生物危害

一旦生物危害被引入设备，就几乎是无法控制的，这是因为大部分饲料生产设备的设计都没有考虑到卫生条件。而且，由于饲料工艺设计和设备、生产操作流程以及其它相关风险因素等的差异，适合某些饲料厂的缓解措施对于其它饲料厂来说可能就没作用。例如，Muckey（2016）报道，在不同的消毒程序中，设备的不同表面类型（混凝土、塑料、橡胶、不锈钢等）会影响病原菌的存活率。不锈钢和光滑的塑料表面比轮胎、橡胶带、聚乙烯包更加容易清理，但如果形成了保护病毒和细菌的生物膜，再使用化学消毒剂就难以达到清理的目的了。因此，物理清洗和化学消毒通常都是必需的，但基于现有设备设计的局限性，又几近是不可行的。

通过物理的防范措施来防止生物危害的交叉污染是特别困难的，因为被污染灰尘的高感染性以及大部分饲料厂的物理清除措施的难以执行性。由于灰尘是类似PEDV等病毒性疾病的传播媒介，限制或控制生产过程中灰尘的产生应当作为首要目标。必需采用一系列程序以将生产过程中最敏感阶段的风险最小化。此外，还必需建立清洗条款以有助于交叉污染风险的最小化。Gebhardt 等(2018a)的研究表明，在一个PEDV模型中，用稻壳冲洗设备是一个很划算的减少交叉污染风险的措施。

对于RNA 病毒来说，尤其是清除技术的效果取决于是否能破坏病毒的包衣从而将病毒周围的保护壳移除(Cliver，2009)。已被鉴定的三类主要的消毒措施包括生物的、物理的和化学的措施。Deng 等(1995)报道，生物的灭活措施通常发生在使用特定酶制剂或其它微生物来源的产品来处理病毒或细菌时，但是该研究并为确定这对饲料厂来说是否是一种可行的消毒措施。饲料生产中的物理灭活最通常是通过加热实现的，但是加热只应被视为一种即时的消毒措施，因其无法阻止后续的污染风险。使用化学试剂（如甲醛、中链脂肪酸）作为饲料添加剂已被证明在防止饲料的病毒和细菌风险方面具有杰出的潜力。这些化学试剂的好处在于既具有立竿见影的效果，也具有持续的效果，这有助于从使用这些化学试剂之时开始直到饲料被消耗完都具有消毒的作用。以下综述了一些具体研究来说明饲料生产过程中可以使用的消毒措施。

①热处理。Goyal(2013)在台式模型中确认PEDV是一个热敏感的病毒，并明确了温度×时间的关系型，可以作为灭活PEDV的一个指南。基于这个信息，开展了两个试验来确定饲料通过制粒过程应用热损伤是否能足以达到最大程度防止PEDV 的感染性。Co⁃chrane 等(2017)的第一个试验表明，当分别使用低剂量和高剂量的PEDV 接种在饲料中，然后经过9 个调质温度（68、79、90 ℃）和调质时间（45、90 s 和180 s）的组合处理，所有处理批次的饲料在一个猪的活体测定模型中均不再具有感染性。但是未经处理的饲料是能够导致PEDV感染的。在接下来的试验中，上述研究者通过使用一个30 s调制时间的调制器，调质温度在38、46、54、63、71 ℃，然后观察到在温度达到或超过54 ℃处理的那些饲料可以防止PEDV的传染性，而两组低温处理的饲料在饲喂给猪只后仍然能够导致PEDV的感染。这一系列的试验表明，热处理是可以将PEDV风险最小化的一种可能的方式，更重要的是证明了通常能在商品饲料厂找到的设备都能够有效采用热处理的方法。然而，需要记住的重要一点是，尽管饲料厂可能旨在设计一个具体的足够灭活PEDV的温度，但在实际饲料加工过程中有些时候（如设备启动，或者为改善环模堵塞而关掉蒸汽时），饲料可能没有经过足够高温度处理而不能有效消除病毒传播的风险。此外，此研究表明，制粒是一个有效的即时灭活措施，但它不能阻止热处理之后的污染风险。

②持续控制措施。现在越来越多的做法是使用化学饲料添加剂来减少饲料的生物危害，这是因为化学添加剂支持在整个的饲料供应链条中持续起到作用，并且一旦饲喂给动物还可以改善动物生长性能。因此，很多不同的产品都被测试作为化学性的饲料危害清除剂。一些复合物已表明在降低病毒或细菌风险时具有多种功效，包括有机酸(Eklund 等，1985)、精油(Orhan 等，2012)、硫酸氢钠(Knueven，1998)、氯酸钠(Smith等，2012)。但是，有数据显示，任何化学性的清除剂的有效性都不仅是特定专一的，并且与饲料原料和配方都相关（Cochrane等，2018）。在所有的可以选择的化学性清除剂中，两个已获得最多商业利益的是甲醛和中链脂肪酸。

甲醛已表明可以有效防止PEDV(Dee 等，2014；Dee 等，2015；Cochrane，2018)和沙门氏菌（Cochrane等，2016）相关的风险。然而，由于这个产品只允许用来防止沙门氏菌污染，这些管理条例限制了它的其他应用。此外，应该使用专门的设备以期准确应用，并且还有工人健康方面的担忧以及一些客户的负面体验，这些也会限制甲醛的商业应用。而且，饲料中使用甲醛可能导致猪肠道中有害菌占优势（Williams等，2018）。

Cochrane等(2018)综述了中链脂肪酸作为化学消毒剂在饲料中的应用。他们发现，中链脂肪酸除了可以有效消除沙门氏菌外，还可以有效防止饲料感染PEDV的相关风险(Cochrane等，2016)。这些研究者通过一系列的试验发现，己酸、辛酸和癸酸的复合物对PEDV的效果最好，而月桂酸基本无效。有趣的是，这些研究者还发现，提高等比例的己酸、辛酸和癸酸复合物的添加量可以线性提高生长性能，当给保育猪饲喂添加量为1.5%的中链脂肪酸复合物，35 d后相比未添加的对照组，体重提高将近2 kg(Thomson 等,2018)。而且，Gebhardt 等(2018b)的研究表明，试验中所使用的添加了中链脂肪酸40 d 后的饲料被收集起来，仍旧能有效降低PEDV 的风险，说明中链脂肪酸在添加之后一直在起着作用。

6 饲料厂感染生物危害后的处理

由于动物饲料生产设备中会产生大量空中悬浮颗粒，粉尘污染是病毒和细菌传播的广泛途径（见图3）。由于与物理清理相关的工作难度，而使生物危害的传播尤其具挑战性(Muckey，2016)。当需要减少环境表面以及彻底净化生产设备表面的细菌危害，就必须采用高度激进的清理程序，如使用液体化学消毒杀菌剂和热处理（Huss 等，2017；Schumacher 等，2017）。有效的清理（需要同时物理清洗和使用清洁剂）可以移除生物膜，以便后续使用消毒剂渗透和去除细菌的生长活力。这两个步骤都是必须的，但在许多饲料生产体系也都被证明是非常困难的，因为缺少能够彻底清理或消毒粉料生产系统的措施和手段。不应忽视清理非动物蛋白原料接触过的表面的重要性，这是因为生物危害能有效的通过灰尘和空气中的其它颗粒在整个饲料场内进行传播。这种污染不能通过饲料冲洗而减轻危害，并且会污染后续批次的饲料（Schumacher等，2017、2018）。

图3 PEDV侵入饲料厂情况

由于对饲料生产设备进行彻底的清除是件非常困难的事情，所以，使用冲洗程序包括额外添加甲醛、中链脂肪酸或干的植物精油复合物对饲料进行冲洗，有助于降低饲料中生物危害的风险。由数据显示，通过三次冲洗或一次化学强化冲洗可以降低生物危害的风险(Gebhardt 等，2018a；Muckey，2016；Schumacher等，2018)。甲醛类产品和中链脂肪酸混合物已被表明通过与稻壳一起冲洗饲料设备可以减少设备表面的PEDV。同样地，发现中链脂肪酸混合物可以有效减少不锈钢表面的鼠伤寒沙门氏菌，另外，在猪饲料感染细菌前添加2%中链脂肪酸混合物可以减少饲料加工后被沙门氏菌感染的几率。

7 猪饲料安全未来的发展趋势

确切的是，需要更多的研究来更好的理解猪饲料和原料中生物危害的风险和防治措施。未来我们必须提高所有关于存活、感染、缓解和消除措施的认知来确保猪饲料的安全。还需要进一步研究饲料生产环境中有益菌对病原菌的竞争性抑制作用，并深入熟悉卫生学的设计以备将来设备改型或新建饲料厂时使用。猪饲料工业必需以饲料生物安全为准绳，而养殖业也将把猪饲料的认知转化为猪食品。

8 猪饲料生物安全的建议

总之，生物安全已是养殖场广泛熟知的话题，但在饲料加工过程中的生物安全问题是最近才获得重视。已被收集的证据表明饲料和饲料原料能够保存病毒的感染力和细菌的存活力，并指出饲料和原料可以成为生物危害传播的媒介之一。所以，我们应采取一系列的措施以帮助最大程度保证饲料的生物安全。

①评估生物危害的风险。饲料厂必须采取积极主动的方法来了解自己工厂生产运营中的生物危害及其对客户的安全性。具体某个饲料厂采取的生物安全措施可能不与其它饲料厂相同，这取决于他们所服务的客户、风险承受能力及其所采用的缓解措施的成本。

②规定防止危害进入饲料厂的条款。饲料厂生物安全方案的最重要的部分就是防止生物危害进入饲料厂。可以采取的措施包括：以科学方法鉴定原料风险度、减少人员和设备的进入、掩盖所有不在使用中的入口和其它的一些措施。

③运用缓解措施阻止风险。并非所有危害都能被成功的拒之门外，因此还是需要采取一定的缓解措施。最好的选择是针对某种特定危害确定有效的缓解措施，并采用组合方案，包括及时消毒措施以及一些能在饲料供应链中持续产生有效保护的措施。一些缓解措施还具有多重效果。例如，清扫灰尘不仅能给工人提供一个安全健康的环境，还能防止多种交叉污染。

④饲料厂净化。尽管很难做到彻底净化，但饲料厂必须拥有净化的措施，并应结合以下手段，包括物理清洗、化学清洗，如果可以的话可采用高温作为最后的步骤。