止痢草提取物抗菌作用及其應(yīng)用研究進展*

陳月明,王水明

(1.蘇州市畜牧獸醫(yī)站,江蘇蘇州 215000;2.上海綠昌生物技術(shù)有限公司,上海 200000)

止痢草提取物抗菌作用及其應(yīng)用研究進展*

陳月明1,王水明2

(1.蘇州市畜牧獸醫(yī)站,江蘇蘇州 215000;2.上海綠昌生物技術(shù)有限公司,上海 200000)

現(xiàn)在在飼料中濫用藥物的程度非常驚人,其原因是國家允許使用的藥物添加劑的抗藥性已非常嚴重,濫用藥物的結(jié)果將會危及我們?nèi)祟愖陨淼慕】?。止痢草提取物的主要成分是能被腸道吸收的天然芳香型殺菌物質(zhì),這種能殺滅或抑制(耐藥的)致病菌(尤其是革蘭陰性致病菌)的殺菌物質(zhì),既能單獨使用,又能與所有的抗菌藥物聯(lián)合使用,并起到明顯的協(xié)同和相加作用。由于止痢草提取物在體內(nèi)不會殘留,也不會出現(xiàn)抗藥性,所以不需要停藥期,也不需要經(jīng)常輪換用藥,無任何使用風(fēng)險,是替代抗生素的理想產(chǎn)品。

藥物殘留;抗藥性;止痢草提取物;芳香型天然殺菌物質(zhì)

目前,多數(shù)中國大陸生產(chǎn)的肉、蛋、奶和水產(chǎn)品的出口受限,出口受阻的障礙之一就是產(chǎn)品中的藥物殘留超標嚴重。造成藥物殘留超標的主要原因:1飼料廠濫用藥物;o養(yǎng)殖場濫用藥物;?上市前沒有嚴格執(zhí)行停藥期等。

而造成飼料廠和養(yǎng)殖場被迫長期濫用藥物(有些養(yǎng)殖場已到了離開藥物就無法養(yǎng)殖這種境地)的原因是,大腸埃菌、沙門菌、鏈球菌、葡萄球菌、巴氏桿菌等主要病原菌對許多藥物產(chǎn)生了嚴重的耐藥性,而且耐藥性菌株正在逐年增多,這使得抗生素對細菌性疾病的防治效果越來越差,藥物的抗藥性越來越嚴重。

王紅寧等報道,豬致病性大腸埃希菌的菌株主要表現(xiàn)為多重耐藥性,以對4種～13種抗菌藥物表現(xiàn)抗性為主,共占95%;豬致病性沙門菌的所有菌株都表現(xiàn)出對3種以上的抗生素有耐藥性,其中有17株表現(xiàn)出對6種以上抗菌藥物耐藥,占試驗菌株數(shù)的60.7%;雞致病性大腸埃希菌對16種抗生素表現(xiàn)5種及以上耐藥性的菌株占分離菌株的97.8%。菌株敏感性最高的藥物依次是頭孢唑啉、新霉素、慶大霉素、磺胺和妥布霉素,而這5種藥物或5種藥物組合是治療和預(yù)防雞大腸埃希菌病的首選藥物。

陳煥春對規(guī)?；i場大腸埃希菌的耐藥性進行了調(diào)查,從湖北、河南、江西、安徽、浙江等省的33個豬場分離出致病性大腸埃希菌發(fā)現(xiàn),分離菌株對15種藥物均有不同程度的耐藥性,多數(shù)為耐6種藥物以上的菌株(80株),占供試菌株的71.14%(劉夢元等,2004)。

張秀英等從江西、遼寧、廣東3個省分離到204株大腸埃希菌,試驗結(jié)果表明,分離菌對四環(huán)素的耐藥性最高,為92.2%,對其它絕大多數(shù)抗菌藥物的耐藥性都在60%以上。

現(xiàn)在國家允許在飼料中使用的藥物添加劑的抗藥性也已非常嚴重,導(dǎo)致藥物添加劑在飼料中的實際用量被迫越來越大,據(jù)我們了解,有的已達最高允許添加量的5倍～10倍,其濫用程度非常驚人。更為嚴重的是,為了保證效果,有的飼料廠和養(yǎng)殖場則干脆偷偷地使用國家明令禁止使用的藥物和價格高昂的最新型人用藥物。

鑒于上述原因,很多國家已經(jīng)在法律上禁止使用抗生素作為飼料添加劑,沒有禁用的國家也立法嚴格限制使用并嚴格規(guī)定停藥期。歐洲國家已經(jīng)禁止使用(1999年禁用,2006法律上全面禁止)。其直接結(jié)果是,國際大型飼用抗生素公司重組剝離業(yè)務(wù)或?qū)⑸a(chǎn)和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向中國和越南等發(fā)展中國家。

早在歐洲禁用抗生素之前,許多國家的科學(xué)家們就做了大量的研究,他們發(fā)現(xiàn)許多天然的植物提取物能很有效地殺滅或抑制大腸埃希菌、沙門菌和金黃色葡萄球菌等病原菌,而且在抗菌方面,以大蒜、止痢草和芥菜的提取物的抗菌能力為最強。

為此,在1985年到1999年的15年時間里,英國美瑞康公司及其合作伙伴對止痢草進行的大量研究,并培育出的活性物質(zhì)含量豐富的止痢草新亞種(產(chǎn)品商品名:好力高)。該新亞種植物提取物的活性成分及產(chǎn)品可以用于動物和人類,具有抗菌、殺菌功能,可以有效地對抗引發(fā)炎癥、感染、下痢及球蟲等的病原菌,從而可以保證動物腸道健康,防治動物下痢,提高動物生產(chǎn)性能和養(yǎng)殖效益,并被美國FDA認定為/公認安全性0(Generally Recognized As Safe,GRAS)產(chǎn)品。

1 止痢草提取物(OEO)的抗菌機理

1.1 植物提取物的抗菌機理

盡管植物提取物添加劑抗菌作用機制的已經(jīng)進行了很多研究,但是其詳盡的作用機制仍沒徹底明了。由于植物提取物所用的植物的種類繁多,其活性成份也有很多。因此,植物提取物添加劑抗菌機制可能有多種機制,這些作用機制包括:1破壞/降解細胞壁;o破壞細胞質(zhì)膜;?破壞細胞膜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu);?使細胞內(nèi)容物泄露;?使細胞質(zhì)凝聚;?減弱質(zhì)子運動力。

需要說明的是,所提出的幾種作用機制并非都是獨立的,可以會相互影響。一種機制的反應(yīng)可能受到另一種反應(yīng)物或生成物的影響。植物提取物及其活性成分一個重要的特點是其疏水性,這使得植物提取物及其有效成分可以讓細胞膜和線粒體上的磷脂結(jié)構(gòu)分開,破壞細胞結(jié)構(gòu),增強細胞膜通透性,從而導(dǎo)致細胞內(nèi)離子和其他物質(zhì)的泄露。盡管胞內(nèi)有些物質(zhì)泄露后的細胞仍然可以存活,但大量細胞內(nèi)容物或者重要離子或分子的泄露會導(dǎo)致細胞死亡。也有研究發(fā)現(xiàn),利用茶葉提取物對大腸埃希菌的抑菌實驗中,細菌在裂解之前就已經(jīng)死亡;利用肉桂提取精油及其活性成分的研究也發(fā)現(xiàn),肉桂提取精油及其活性成分可以抑制產(chǎn)氣腸桿菌的氨基酸代謝中的脫羧酶的活性。

1.2 OEO及其活性成分(香芹酚和百里香酚)的抗菌機理

研究發(fā)現(xiàn),凡是抗菌性強的植物提取物中都含有比較高的酚類化合物,例如香芹酚、百里香酚和丁子香酚等。這樣看起來有理由相信,這些酚類物質(zhì)的抗菌機制是相似的,盡管單個組份的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同其準確的抗菌的作用機制也有略有不同。研究者對止痢草中的兩個主要成分香芹酚和百里香酚的作用機制研究報道最多。香芹酚和百里香酚化學(xué)結(jié)構(gòu)相似,但羥基在苯環(huán)上的位置不同。膜穿孔和膜黏合被認為是首要作用模式,導(dǎo)致細菌細胞膜滲透性提高及胞內(nèi)生命物質(zhì)的外泄,從而損害細菌酶系統(tǒng),導(dǎo)致微生物的死亡。一致的研究結(jié)果表明,香芹酚可以通過擠壓開磷脂的脂肪酸鏈,在細菌細胞膜上形成很多小管道,從而讓細胞質(zhì)中的離子從細胞內(nèi)流出細胞外。已經(jīng)證實,止痢草中的主要成分香芹酚可以使金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌細胞中的磷酸分子泄漏。Helander等研究了止痢草中的香芹酚和百里香酚如何對大腸埃希菌O157和沙門菌產(chǎn)生殺滅作用時發(fā)現(xiàn),這些酚類活性物質(zhì)可以使細胞膜破裂和胞內(nèi)物質(zhì)外溢。這表明萜類和苯丙素類能因它們的親脂特性而穿透細胞膜進入細胞。另外研究發(fā)現(xiàn),止痢草中的抑制或殺滅微生物的特性與其親脂性質(zhì)(如:存在的功能基團)和芳香族的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。此外,香芹酚和百里香酚是酚類物質(zhì),而酚類物質(zhì)往往能導(dǎo)致細菌細胞壁蛋白的變性,從而改變細菌細胞壁原有的結(jié)構(gòu)和特性,造成細菌的死亡。

正是這種原始的殺菌方式,就決定了細菌無法對其產(chǎn)生抗藥性。而且由于香芹酚和百里香酚等成份在動物體內(nèi)的最終代謝產(chǎn)物是水和二氧化碳,所以也不會出現(xiàn)抗藥性。

除去抑制細菌自身細胞的生長之外,香芹酚也有可能抑制細菌內(nèi)毒素的分泌。體外試驗結(jié)果表明,香芹酚可以抑制蠟狀芽孢桿菌分泌可以導(dǎo)致腹瀉的內(nèi)毒素。對于香芹酚抑制細菌內(nèi)毒素分泌的機制有兩種可能:一是如果內(nèi)毒素分泌是一個主動過程,那么香芹酚有可能能導(dǎo)致細胞沒有足夠的ATP或PMF把內(nèi)毒素轉(zhuǎn)運到體外;另一可能是,香芹酚能抑制細菌的生長使其速度減慢,這意味著,細菌細胞使用了所有的可利用的能量為了存活,而沒有能力再產(chǎn)生內(nèi)毒素。

有趣的是,如果使用完整的植物提取物,其抗菌功能要比用主要成分的混合物要大的多。這種結(jié)果也說明了非主要活性成分也起到了重要的作用,并可能與主要活性成分有疊加效應(yīng)。止痢草提取物中的兩種主要活性成分香芹酚和百里香酚在殺滅金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌方面有疊加效應(yīng)。已經(jīng)證明,香芹酚和它的合成前體p2百里香素在抗菌方面也有協(xié)同作用,研究發(fā)現(xiàn),提純的p2百里香素抗菌作用很微弱,但是它比香芹酚更能夠讓細菌的細胞膜膨脹,通過這種機制,p2百里香素能夠幫助香芹酚更容易進入細菌體內(nèi),所以香芹酚和它的合成前體p2百里香素在抗菌方面通過這種機制達到協(xié)同和疊加作用。

U ltee等研究也發(fā)現(xiàn),在1 mmo l/L以上的濃度(取決于溫度)時,純品香芹酚能降低芽孢桿菌的發(fā)育能力指數(shù),但這種現(xiàn)象在OEO試驗并沒有出現(xiàn),這可能是與OEO中所含有的30多種活性物質(zhì)能保護該芽孢桿菌有關(guān)。

2 OEO抗菌的體外試驗

長期以來,OEO被認為具有抗微生物的活性。大量科學(xué)研究證明,其專利產(chǎn)品OS(好力高)對致病性的大腸埃希菌、沙門菌、巴氏桿菌、葡萄球菌、鏈球菌、白色念珠菌等均能有效抑制或殺滅。由于其良好的抗菌殺菌特性,OS可以保障動物腸道健康和防止下痢,尤其難得的是OS對一些耐藥菌株也有很好的殺滅作用。另外,OS對病原菌和腸道微生物的選擇性抑制,也許會對腸道微生物平衡起到一定作用。

3 影響OEO抗菌性能的因素

OEO抗菌活性取決于植物的品種、成分組成和精油的濃度、目標微生物的種屬和濃度、加工工藝和儲藏環(huán)境等。

3.1 品種

止痢草在國內(nèi)外均屬常見品種,我國民間將其用于防治下痢和腸炎。在所有影響OEO的因素中,最重要的是植物的來源、部位、生長階段以及氣候和生長環(huán)境(溫度、土壤、肥料)、蒸餾和儲藏條件。OEO中抗菌作用的成分,以親脂性的烴鏈和親水性的功能團為最重要。其主要活性成分是香芹酚和百里香酚以及它們各自的生物合成的前體:g2萜品烯和p2異丙基苯。不同品種之間的主要成分濃度差異很大,尤其是香芹酚(0.43%～79.58%)和百里香酚(0.44%～31.8%)。專利產(chǎn)品OS(好力高)是使用在希臘高原低溫環(huán)境中進行種植的Greek oregano、viz.OriganumvulgareL.ssp.植物作為制備原料。該專利植物屬于高精油品種(含量＞2%),其精油產(chǎn)量是我國普通野生品種的5倍～7倍,而其提取物中的主要殺菌、抗菌成分的濃度也是普通品種的3倍左右,所以由該植物品種制備的產(chǎn)品OS的殺菌、抗菌成分的濃度是普通品種的20倍左右。

3.2 植物提取精油中的活性物質(zhì)及其比例

OEO的成分是復(fù)雜的天然揮發(fā)性二級代謝產(chǎn)物,是將植物通過干餾和蒸餾的方法而分離產(chǎn)生的。精油的主要成分是單萜烯和倍半萜烯,包含碳水化合物、醇、醚、醛和酮,具有芳香氣味和生物學(xué)功能。其抗菌活性的大小順序為:苯酚＞醛＞酮＞醇＞醚＞烴基,其中活性最強的是苯酚。百里香酚和香芹酚的羥基能與酶的活性中心形成氫鍵,因此含有苯酚的精油成分具有抗微生物的最高活性,同時它們的抗菌譜也是最廣的。來源于O.vulgaresubsp.H irtum(通常是希臘止痢草)植物的精油提取物以其高苯酚含量為特點,專利產(chǎn)品OS中含有85%左右的香芹酚和百里香酚以及它們的前體g2萜品烯和p2異丙基苯,是普通品種的3倍以上。

研究表明,決定植物提取精油活性的不僅是組分的含量,各組分之間的比例也至關(guān)重要。很多研究者試圖在植物提取精油的功能性質(zhì)和它們的單獨成分之間建立關(guān)聯(lián),其他的研究者則比較植物提取精油不同的成分及其組合,試圖發(fā)現(xiàn)其間可能的增效效應(yīng)。Trinas博士研究了OEO中不同活性組分比例對病源菌生長抑制與殺滅的影響,發(fā)現(xiàn)OEO中的香芹酚與百里香酚的比例在30 B 1左右的時候效果最佳。

4 OEO的其它功能

4.1 OEO抗氧化作用的體外試驗與動物實驗

研究表明,OEO的百里香酚和香芹酚有很強的抗氧化性質(zhì)。在評估OEO的抗氧化性質(zhì)研究中發(fā)現(xiàn),與其它植物提取物(如:百里香、薄荷、馬郁蘭和熏衣草)比較,OEO對75 e豬油的穩(wěn)定保存最有效。Farag等比較了植物提取精油抗氧化性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn),百里香酚結(jié)構(gòu)苯環(huán)上的羥基為脂肪氧化中第一步產(chǎn)生的自由基提供氫離子,以延緩過氧化過程,被認為是百里香酚高抗氧化活性的原因。在動物實驗研究方面,Youdim和Deans發(fā)現(xiàn),添加百里香酚組白鼠比對照組白鼠維持較高的多不飽和脂肪酸的含量,尤其是肝、腦、腎和心臟磷脂中的C20 B 4n26和C22 B 6n23。同時,對家禽實驗研究也取得類似結(jié)果,并且還認為,OEO能在肌肉和腹部脂肪中發(fā)揮抗氧化的作用是主要是由于OEO中的抗氧化成分進入細胞膜引起。

4.2 OEO可以提高食欲

除了具有抗微生物和抗氧化性質(zhì)外,OEO還在人類食品中充當香料。百里香酚也被用作食品調(diào)味劑。OEO提取物的的香料功能可以用于對仔豬斷奶階段的原料變化引起味道和氣味的變化進行統(tǒng)一。OEO作為香料在豬營養(yǎng)中的使用可以刺激豬的舌咽神經(jīng)從而提高唾液分泌及提高豬的食欲。

4.3 OEO可以抗有害的真菌和抗球蟲

近年來的研究表明,止痢草提取物對抑制動物和人類免疫能力的幾種真菌如新生隱球菌、紅色青霉菌和白色念珠菌也有很強的抗菌殺菌能力。此外,OEO還有很強的抗球蟲特性。

4.4 OEO不會影響乳酸菌等有益菌在腸道的定植與繁殖

可能是由于OEO中所含有的30多種活性物質(zhì)的保護,實驗證明,OEO不會影響乳酸菌等有益菌在腸道的定植與繁殖,這也是OEO優(yōu)于抗生素的關(guān)鍵原因之一。

5 OEO在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用

鑒于止痢草提取物具有無藥物殘留和無抗藥性等的特性,所以目前其已成為國內(nèi)外的許多飼料廠和養(yǎng)殖場生產(chǎn)無抗綠色肉蛋奶和水產(chǎn)品時,優(yōu)先選用的抗菌產(chǎn)品。

5.1 OEO對雞生產(chǎn)性能的影響

OEO可以提高肉雞生長和降低死亡率。Bot2 soglou等研究發(fā)現(xiàn),當OEO添加量在20mg/kg～200mg/kg時,試驗組比對照組體增重效果明顯,并且采食量增加。Lee等在4周的肉雞試驗中結(jié)果顯示,日糧中添加200ppm的OEO盡管在增重和采食量方面差異不顯著,但可以有效改善飼料報酬。

研究認為,日糧中添加OEO改善的料肉比與改善飼料利用效率和(或)改變胴體品質(zhì)有關(guān)系,OEO不僅對腸道微生物有影響,還可能影響營養(yǎng)物質(zhì)的利用。有試驗表明,OEO可以提高肉雞增重16%,降低死亡率44.5%。

5.2 OEO對豬生產(chǎn)性能的影響

研究表明,OEO不僅可以通過抗菌或殺菌維持動物腸道健康,防治下痢,同時能夠幫助消化和提高食欲,并且還可以作為天然飼料添加劑來促進生長和改善繁殖性能。Gertenbach和Bilkei試驗表明,在斷奶后仔豬日糧中添加1 000 mg/kg的OEO能顯著提高體增重和改善豬的健康;飼料中添加OEO可以促進生長豬的采食、日增重和提高飼料利用率。

此外,OEO可以給處于繁殖期的母豬的健康帶來積極的影響。OEO的抗菌、消炎、抗氧化和促進食欲等功效可以提高母豬的采食、降低死淘率,并改善后續(xù)的生長性能。Khajarern認為,OEO中香芹酚和百里香酚對消化道內(nèi)皮層的成熟有促進作用,能加速腸道微絨毛內(nèi)皮的更新,減少病原菌在消化道內(nèi)皮上的殖附,從而改善母豬對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。據(jù)推測,OEO對母豬繁殖力的影響是由于穩(wěn)定了腸道的微生物,減少了不良微生物的數(shù)量,減少或延緩了免疫反應(yīng)和減少子宮白細胞的活性,提高了母豬的健康,從而改善分娩后的免疫系統(tǒng)。

5.3 OEO在水產(chǎn)上的應(yīng)用

近年來,科學(xué)家對OEO在水產(chǎn)動物上的應(yīng)用也進行了研究。在蝦和魚類生產(chǎn)中應(yīng)用的研究結(jié)果均證實,專利產(chǎn)品OS不僅能有效抵抗病原菌(如對水產(chǎn)動物危害很大的嗜水氣單胞菌和哈維氏弧菌等)對水產(chǎn)動物的侵害,而且能增強動物自身的免疫能力。在一些科研院校所進行的小型試驗以及企業(yè)內(nèi)大型的生產(chǎn)試驗證明,OS可以提高水產(chǎn)動物的成活率,降低疾病發(fā)病率,從而提高魚和蝦類的生產(chǎn)性能和養(yǎng)殖效益。

2[1] 金立志.植物提取物在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究及發(fā)展前景[J].中國畜牧雜志,2007,43(20):11217.

[2] 鞏 霞,程學(xué)慧.飼用抗生素抗藥性研究:現(xiàn)狀與未來[J].中國畜牧雜志,2007,43(22):26232.

[3] 王紅寧,劉書亮.規(guī)模化豬場致病性大腸桿菌、沙門氏菌藥敏區(qū)系調(diào)查[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2000,13(S):84290.

[4] 劉夢元,吳 斌,劉建杰,等.規(guī)?；i場大腸桿菌的耐藥性監(jiān)測及血清流行病學(xué)調(diào)查[J].中國獸醫(yī)學(xué)報.2004,24:16218.

[5] 張秀英,吳好庭,趙 暉,等.部分雞場大腸桿菌對抗菌藥物的耐藥性[J].中國獸醫(yī)學(xué)報,2005,25(4):4222424.

Progresson Antibacterial Effect and App lication of Zhilishen Extract

CHEN Yue2m ing1,WANG Shui2ming2

(1.Suzhou Animal H usbandry and Veterinary Station,Suzhou,215000,Ch ina;2.Lvchang Biotechnology Co.,Ltd.Shanghai,200000,China)

The degree of drug abuse isextraordinarily striking for the reason of the drug resistance inmedi2 cine additive,in which used the range of national permitted.Itw ill endanger the health of hunman.The essential components in Zhilishen ex tract is natural aromatic bacteriocidal substance which can kill or re2 strain pathogenic bacterium w ith ablity of drug resistance,especially for the Gram2negative bacterium.It can be used not on ly separately but also associatedly w ith all the other antibacterials,and has the apparent effects of synergism andaddition.The problem of drug resistancew illbe solved as Zhilishen extract is not residue and itw illnot need w ithdrawal time and alternate drugs usually.Zhilishen extract is abest product that used w ithout risk and also can rep lace of antibiotics.

drug residue;drug resistance;Zhilishen extract;natural aromatic bacteriocidal substance

S853.7

A

100725038(2010)0420263204

2010203222