陳學(xué)斌Nicola Panciroli

（1.廣州匯加生物科技有限公司，廣州510620）（2.SilvateamS.p.a.,Via Torre 7,12080 San Michele Mondovì(CN),意大利）

資源開發(fā)

植物單寧的生物活性及在動(dòng)物飼料中應(yīng)用

陳學(xué)斌1Nicola Panciroli2

（1.廣州匯加生物科技有限公司，廣州510620）（2.SilvateamS.p.a.,Via Torre 7,12080 San Michele Mondovì(CN),意大利）

病原微生物的耐藥性已經(jīng)對(duì)人類和動(dòng)物的健康造成了威脅，引起了全球的關(guān)注。歐盟在2006年開始在飼料中禁用抗生素促生長(zhǎng)劑。禁抗后，歐盟的畜牧業(yè)在尋找替代抗生素的方法方面，做了大量嘗試和深入的科學(xué)研究。近年來的研究和實(shí)踐表明植物單寧提取物，對(duì)動(dòng)物和人的健康有許多好處。本文綜述了不同種類的單寧（可水解單寧、縮合單寧）以及它們的生物活性特性，包括抑菌、抗病毒、抗寄生蟲、抗氧化和收斂性等。綜合這幾種特性，植物單寧對(duì)控制和預(yù)防病原性腹瀉具有顯著、迅速效果。本文還簡(jiǎn)單介紹了植物單寧在飼料中的一些應(yīng)用?；诂F(xiàn)有科學(xué)研究結(jié)果，植物單寧可以替代抗生素促生長(zhǎng)劑使用。由于單寧構(gòu)成成分復(fù)雜，單寧提取物對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能的影響，與植物種類、單寧的構(gòu)成、提取方法和添加量有關(guān)。

單寧；可水解單寧；縮合單寧；栗木單寧；抗生素替代物；抑菌；收斂性

抗生素作為促生長(zhǎng)劑（Antibiotic Growth Promoter,AGP）在畜禽飼料中廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)期低于治療劑量的使用，更有利于那些易產(chǎn)生耐藥性的細(xì)菌。在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)的病原細(xì)菌的耐藥性問題，其嚴(yán)重程度已經(jīng)引起各國(guó)的高度關(guān)注。歐盟在2006年開始禁止抗生素用于非治療性質(zhì)，同時(shí)也建議最大程度減少抗生素的治療性使用。我國(guó)畜牧業(yè)也在逐步向“減抗”、“無抗”的目標(biāo)推進(jìn)。

禁抗之后，為了預(yù)防和控制非臨床性疾病的增加、優(yōu)化生長(zhǎng)性能、提高肉品質(zhì)，歐盟的畜牧業(yè)也在尋找替代抗生素的方法，并做了許多嘗試以及深入的科學(xué)研究。一些天然植物化合物，包括植物提取物、有機(jī)酸、精油等，被認(rèn)為是最有希望應(yīng)用于替代AGP的解決方案，其中植物單寧就代表了一類具有明顯抗菌效果的天然化合物。在醫(yī)學(xué)和人類營(yíng)養(yǎng)界，近幾年大量的研究表明單寧對(duì)人類的健康有很多好處。單寧具有多種生物活性，包括抗氧化、保護(hù)心血管、抗炎癥、抗癌癥、抗病毒、抗菌。

動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)界對(duì)單寧的研究滯后，多數(shù)人對(duì)單寧的認(rèn)識(shí)仍然停留在單寧是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子，因此要想方法去除單寧。這一認(rèn)識(shí)是基于：高粱中高濃度的單寧降低單胃動(dòng)物對(duì)飼料蛋白質(zhì)的消化利用。但現(xiàn)在已經(jīng)清楚，這只是某些單寧成分在高劑量使用時(shí)所表現(xiàn)的結(jié)果。在低劑量時(shí)，單寧對(duì)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)和健康具有正面效應(yīng)。Redonda等(2014)對(duì)近十多年來有關(guān)單寧在動(dòng)物上的科學(xué)研究結(jié)果進(jìn)行了深入分析，其結(jié)論是：植物單寧最有前途作為AGP的替代方案。不僅在于其明顯抗菌效果，而且在于細(xì)菌對(duì)它不易產(chǎn)生耐受性。因?yàn)閱螌幉辉趧?dòng)物產(chǎn)品（肉、蛋）中殘留，同時(shí)其復(fù)雜的生物活性機(jī)制使微生物不容易對(duì)之產(chǎn)生耐受性。本文旨在針對(duì)植物單寧、其生物活性和單寧在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用前景，作一簡(jiǎn)單介紹。

1 植物單寧是什么

單寧屬于植物多酚(polyphenol)。單寧的通常定義為：能沉淀蛋白質(zhì)（還包括生物堿、明膠）的水溶性酚類化合物。多酚、生物堿和萜是植物體內(nèi)積累的次生化合物(Secondary compounds)，這些化合物不參與植物的主要代謝功能，但它們的功能是防御。通過降低適口性（如口感、氣味、顏色）和降低蛋白質(zhì)消化等途徑，阻礙草食動(dòng)物對(duì)其采食；通過抑菌、抗病毒，防御疾病的侵害。單寧不是單一物質(zhì)，是一類結(jié)構(gòu)和組成很復(fù)雜的化合物。按結(jié)構(gòu)，植物單寧可分為可水解單寧（Hydrolysable Tannins,HT）和縮合單寧（Condensed Tannins,CT）兩大類。兩者的單體結(jié)構(gòu)見表1。

表1 可水解單寧和縮合單寧的結(jié)構(gòu)

（1）可水解單寧的基本單元是沒食子酸(Gallic acid)，是多個(gè)沒食子酸單體與D-葡萄糖或奎寧酸以不同方式接合而形成的眾多種化合物，分子量一般在500～3000之間?？伤鈫螌幙稍俜譃闆]食子單寧(沒食子酸+葡萄糖)和鞣花單寧(沒食子酸+奎寧酸)兩個(gè)子類。HT可以在單寧酶的作用下水解產(chǎn)生單體，被動(dòng)物攝入后部分HT在腸道水解吸收。對(duì)幼齡動(dòng)物來說，攝入高劑量的HT有可能會(huì)引起中毒。

（2）縮合單寧的基本單元是黃酮(Flavone)，是由多個(gè)黃酮單體以多種不同的方式接合而形成的眾多種化合物，分子量可高達(dá)20,000。在自然界中，CT的種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于HT。按接合方式分類，縮合單寧可繼續(xù)分許多子類。CT不能水解，被動(dòng)物攝入后不吸收而在糞便中排出。

一般來說，一個(gè)單寧分子最少要含有12個(gè)羥基和5個(gè)酚基，該化合物才具有結(jié)合蛋白的能力。因此，一些小分子單寧，如茶中的單寧，并不具有結(jié)合蛋白質(zhì)的能力，稱為“假單寧”。

單寧幾乎存在于所有植物中，廣泛存在于人和動(dòng)物的食物中，但不同的植物所含的單寧成分構(gòu)成及含量差異極大。而且，不同單寧成分的生物活性不同，比如，HT抗菌和抗氧化能力比CT強(qiáng)；而CT結(jié)合蛋白質(zhì)的能力比HT強(qiáng)。因此很難對(duì)不同植物單寧的生物功效及營(yíng)養(yǎng)效益一概而論。雖然理論上可以從各種植物提取單寧，但基于原材料的來源及成本因素，目前在商業(yè)上規(guī)模提取的單寧主要來自栗木(Chestnut)（圖1）和堅(jiān)木(Quebracho)。栗木單寧以HT為主要成分，而堅(jiān)木單寧以CT為主。

圖1 栗木

2 單寧的生物活性

2.1 選擇性抑制細(xì)菌、病毒和寄生蟲

2.1.1 抗寄生蟲

消化道線蟲感染是草食動(dòng)物的普遍問題，線蟲很容易對(duì)驅(qū)蟲藥產(chǎn)生耐藥性。最近幾年的研究表明植物單寧可以降低反芻動(dòng)物和鳥類消化道寄生蟲感染，因此植物單寧作為天然驅(qū)蟲藥的前景獲得關(guān)注。某些植物提取物（荊樹單寧，主要是CT），已在羊、山羊上作為驅(qū)蟲藥的天然替代物使用。起作用的主要成分是某些CT，但并不是所有植物中的CT都具有抗線蟲效果，機(jī)制目前還不清楚（Hassanpour等，2012）。

2.1.2 抗細(xì)菌

越來越多的研究證明，單寧有效抑制常見的一些通過食物傳播的病原菌，并抑制病原菌在動(dòng)物（豬、雞）腸道的定植（Sakanaka等，2000;Elizonda等，2010;Hara等，1995;Hara,1997）?？漳c彎曲菌（Campylobacter）是全球范圍內(nèi)引起人腹瀉最主要的病原菌（有空腸彎曲菌和空腸彎曲桿菌），研究已證實(shí)HT和CT對(duì)空腸彎曲菌的抑制作用（HT要比CT更強(qiáng)）。腸炎沙門氏菌是一種與禽肉產(chǎn)品有關(guān)的食源性最常見的病原菌。長(zhǎng)期以來，AGP在肉和蛋品的殘留，有利于那些能產(chǎn)生多重耐藥性的沙門氏菌屬和其他病原菌。體外試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)表明，栗木單寧和堅(jiān)木單寧對(duì)沙門氏菌有顯著的抑制作用（Van Parys等，2010；Redondo等，2013；Prosdócimo等，2010)。產(chǎn)氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）是引起家禽臨床性及亞臨床性壞死性腸炎一種重要的病原菌，給家禽產(chǎn)業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。歐盟禁用AGP之后，這兩種形式的壞死性腸炎發(fā)生率有明顯的提高。栗木單寧對(duì)產(chǎn)氣莢膜梭菌及其毒素的抑制性已通過體外、體內(nèi)試驗(yàn)證實(shí)（Elizondo等，2010；Redondo等，2013b;Tosi等，2013）（圖2）。單寧抑制產(chǎn)氣莢膜梭菌的機(jī)理可能與Fe離子的螯合有關(guān)，使Fe離子不能被細(xì)菌利用。另外，植物單寧的抑菌作用可能也與改變腸道微生態(tài)平衡有關(guān)。革蘭氏陽性菌對(duì)單寧比較敏感(Nohynek等，2006;Engels等，2011)。Chen等（2012）的結(jié)果顯示，栗木單寧提高小豬腸道乳酸桿菌及雙歧桿菌的比例，降低大腸桿菌的比例（圖3）。建立健康的微生態(tài)平衡對(duì)幼齡動(dòng)物很重要，因?yàn)閯?dòng)物在6周齡前還沒有形成穩(wěn)定的腸道微生物群體。

圖3 栗木單寧對(duì)小豬腸道乳酸桿菌和大腸桿菌的影響（Chen等，2014）

2.1.3 抗病毒

Ueda等（2013）在他們的研究中，測(cè)試了HT和CT對(duì)動(dòng)物常見的一些病毒的抑制性。他們發(fā)現(xiàn)HT和CT對(duì)一些包膜型病毒具有非特異性的抑制作用。單寧也對(duì)禽流感病毒有抑制作用（Lupini等，2009）。同一研究組還發(fā)現(xiàn)，栗木單寧和堅(jiān)木單寧對(duì)細(xì)胞外病毒抑制作用更明顯。單寧的抗病毒作用機(jī)理，可能與單寧與病毒的蛋白包膜或細(xì)胞壁的糖蛋白結(jié)合有關(guān)。

表2 栗木單寧對(duì)常見病原菌的抑制試驗(yàn)

2.2 抗腹瀉

在醫(yī)學(xué)上，植物單寧提取物是作為治療腹瀉的藥物成分之一。單寧的抗腹瀉功能歸功于單寧所具有的收斂特性——降低小腸的蠕動(dòng)速度。由于食糜在腸道的停留時(shí)間延長(zhǎng)，增加了水分及其他營(yíng)養(yǎng)成分吸收，結(jié)果是糞便水分降低，更干燥成型。這一效果在消化道相對(duì)短的動(dòng)物如家禽、鳥類、兔、魚中，會(huì)表現(xiàn)得更加明顯。栗木單寧在家禽上的應(yīng)用實(shí)踐表明，對(duì)解決家禽的水便、飼料便問題，可在幾天之內(nèi)看到明顯的效果。Budriesi等（2010）對(duì)單寧的收斂作用做了深入研究。單寧的主要作用部位是前段小腸（十二指腸、空腸、回腸、結(jié)腸）。使用劑量1 mg/mL，作用時(shí)間30 min,單寧對(duì)小腸肌肉的收縮率的抑制達(dá)到最大的效果（收縮率降低到原來的30%）。而這種抑制是可逆的，將單寧移除，60min后小腸的收縮率恢復(fù)正常。

2.3 抗氧化

單寧是一種天然的抗氧化劑。HT和CT（單寧-蛋白質(zhì)結(jié)合體）都具有抗氧化力，而且單寧的抗氧化力比小分子的酚類化合物高?？寡趸瘎┌醋饔脵C(jī)制可分三類：酶（如超氧化物歧化酶）、自由基產(chǎn)生抑制劑、自由基猝滅劑。和維生素E和C一樣，酚類屬于第三種，能有效清除自由基。1個(gè)單位摩爾的單寧，其抗氧化能力高于維生素E和C（圖4）。天然單寧可以緩解食品/飼料中的維生素E的氧化，因此間接提高了維生素E的供應(yīng)量。Frankic&Salobir (2011）的結(jié)果表明，給受氧化應(yīng)激挑戰(zhàn)的仔豬3g/d的栗木單寧，可降低尿中丙二醛（氧化產(chǎn)物）濃度以及保護(hù)血液淋巴細(xì)胞發(fā)生DNA損壞。他們計(jì)算得出，3g栗木單寧等同于在飼料添加90.4mg的維生素E。在兔、羊飼料中添加單寧，提高了肉品質(zhì)穩(wěn)定性。在雞肉制品中添加植物單寧，保質(zhì)期最少延長(zhǎng)15天（Malay等，2013）。

圖4 采用ORAC法比較栗木單寧、維生素E和C的抗氧化能力（Tarabra等，2015）

2.4 與蛋白質(zhì)結(jié)合

與蛋白質(zhì)結(jié)合是區(qū)分單寧與其他多酚化合物的特性。這一特性是植物防御的一種機(jī)制，一是通過降低蛋白消化使動(dòng)物不愿采食；二是通過與微生物蛋白的結(jié)合起到抑菌、抗病毒的作用。雖然普遍認(rèn)為CT結(jié)合蛋白的能力高于HT，但HT也具有強(qiáng)的結(jié)合蛋白質(zhì)的能力。在pH中性的條件下，形成單寧-蛋白質(zhì)復(fù)合體，在pH在4以下，單寧-蛋白質(zhì)結(jié)合釋放。

單寧結(jié)合蛋白的特性對(duì)反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)影響的研究已有無數(shù)的報(bào)道，本文不做詳細(xì)的分析。目前的認(rèn)識(shí)是：?jiǎn)螌幍淖饔镁哂袃擅嫘?，在劑量很高時(shí)，它對(duì)蛋白質(zhì)的消化利用有負(fù)面作用（抗?fàn)I養(yǎng)因子）；但在低劑量時(shí)，單寧提高過瘤胃蛋白供應(yīng)量，對(duì)營(yíng)養(yǎng)的影響是正面的，并帶來其他有益健康的效果。

3 植物單寧在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

治療和預(yù)防感染性腹瀉。單寧通過抑制腹瀉病原菌和物理收斂雙重作用，迅速有效控制腹瀉，比其他方法更快和更顯著。其應(yīng)用包括解決仔豬、初生小牛、家禽、家兔、寵物的腹瀉或糞便水分過高問題。在仔豬使用時(shí)，可以替代部分氧化鋅。

在反芻動(dòng)物上，尤其是羊、山羊，單寧的合理使用可作為控制寄生蟲的措施；單寧可提高反芻動(dòng)物過瘤胃蛋白。

作為替代AGP的添加劑之一使用。單寧有效抑菌并不易產(chǎn)生耐藥性的特點(diǎn)，是取代AGP的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。植物單寧作為一種添加劑使用，不能僅用單一個(gè)效益來衡量它的性價(jià)比，它的效果是多方面的：預(yù)防腹瀉，促進(jìn)腸道健康，提高幼齡動(dòng)物的存活率；提高營(yíng)養(yǎng)吸收，改善飼料利用率；改善動(dòng)物機(jī)體的抗氧化狀態(tài)和肉的品質(zhì)。最終的表現(xiàn)是動(dòng)物的生產(chǎn)性能和經(jīng)濟(jì)效益的提高。

正如上文所述，植物提取物的應(yīng)用效果與單寧的種類、結(jié)構(gòu)組成、單寧含量差異關(guān)系很大。作為一個(gè)成功的飼料添加劑，除了功能有效性，還必須成本低、有充足的供應(yīng)，因此是否能商業(yè)化生產(chǎn)很重要。目前栗木單寧和堅(jiān)木單寧是符合這一要求商業(yè)化產(chǎn)品。單寧的使用是一把雙刃劍，劑量低時(shí)效果是正面的，但劑量過高是負(fù)面。這就需要我們今后有更多的應(yīng)用研究，為應(yīng)用實(shí)踐提供依據(jù)。

4 結(jié)論

植物單寧具有抑菌、抗病毒、抗寄生蟲的作用，同時(shí)微生物對(duì)單寧不容易產(chǎn)生耐受性，這使植物單寧成為一種替代抗生素促生長(zhǎng)劑的較優(yōu)選擇；通過抑制常見腸道病原菌，加上對(duì)小腸的物理收斂作用，植物單寧可有效地治療和預(yù)防腹瀉及腸道感染問題；另外，作為一種天然的抗氧化劑，植物單寧對(duì)動(dòng)物的健康、肉類品質(zhì)保障，具有應(yīng)用的潛力和價(jià)值。

由于植物單寧是一類在結(jié)構(gòu)組成方面很復(fù)雜的物質(zhì)，因此植物單寧提取物的應(yīng)用效果也與植物的物種、提取方法、單寧組成以及添加劑量有很大的關(guān)系。今后更多的應(yīng)用研究將有助于植物單寧這類天然物質(zhì)在飼料中得到更好地利用。

（略）

S816.7

A

1005-8613（2016）12-0038-04

2016-10-14