植物提取物飼料添加劑在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究及發(fā)展前景

(英國美瑞康(廣州)生物科技有限公司，廣東廣州 510080)

植物提取物飼料添加劑是一類“安全、高效、穩(wěn)定、可控”的飼料添加劑。在過去的20多年中，由于消費者對抗菌藥物在動物產(chǎn)品中的殘留和細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的關(guān)注，科研工作者都在加緊研究新型抗菌、殺菌型飼料添加劑，特別是綠色環(huán)保的植物提取物飼料添加劑[1]。本文主要綜述了植物提取物飼料添加劑的研究概況和發(fā)展前景，供參考。

1 國外研究概況

在亞洲，日本和韓國是較早開展植物提取物飼料添加劑方面研究的國家。尤其是日本，早在明治維新后就開始研究中草藥添加劑。歐洲、美國也很早就對其傳統(tǒng)藥用植物進行了大規(guī)模的研究，并在此基礎(chǔ)上申請了很多專利，開發(fā)了很多在人類和動物生產(chǎn)中應(yīng)用的添加劑產(chǎn)品。研究的植物種類包括蔬菜、水果、綠茶、洋蔥、大蒜、丁香、槐樹葉、刺柏、麥芽、萬壽菊、桃類、熊霉葉、薊草、黃連、鼠尾草、肉豆寇、肉桂、止痢草/牛至、海藻、蘑菇等植物的提取物或精油等。研究內(nèi)容包括：綠茶或綠茶中的多酚類物質(zhì)治療心血管疾病的效果及其抗微生物作用和免疫刺激作用；海藻和蘑菇用作藥物、飼料或食品添加劑的有效成分研究(詳見表1)。

表1 植物提取物的應(yīng)用情況與前景

由表1可見，抗菌方面，以大蒜、止痢草/牛至和芥菜的提取物抗菌能力最強。大蒜能防止雞的胸肌和腿肌中不飽和脂肪酸氧化，但大蒜素性能不夠穩(wěn)定，且有很強烈的大蒜味道，為很多消費者不接受。止痢草/牛至的天然提取物(OEO)抗菌性很強，且性能穩(wěn)定，使用方便。研究表明，專利的止痢草/牛至提取物(商品名為Orego-Stim?(OS)，中文譯名：好力高?)可以控制仔豬腹瀉，降低仔豬死亡率以及明顯促進豬生長，提高飼料轉(zhuǎn)化率，還具有抗氧化和免疫調(diào)節(jié)功能[2-3]。

澳大利亞科學(xué)家K A Hammer、C F Carson和T V Riley(1999)[2]比較了茶樹、檸檬、百里香、生姜、芫荽、馬郁蘭、蘭草莓、艾灌、三葉草、止痢草/牛至等10種植物提取物對大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果。結(jié)果表明，茶樹、芫荽、馬郁蘭和止痢草/牛至的提取物對3種致病性細(xì)菌表現(xiàn)出較強的抑菌能力，尤其是止痢草/牛至提取物的抑菌性最強(見圖1)。

圖1 幾種植物提取物對致病性細(xì)菌的最小抑菌濃度(MIC)

2 OEO的抗菌性及影響因素

國外對從止痢草/牛至類植物中提取的精油(OEO)已有大量研究[3]。早在1985年，希臘亞力士多德大學(xué)生物系科學(xué)家就對止痢草/牛至類植物進行了大量研究并成功地將研究成果申請到了美國專利(專利號：6106838)和歐盟專利(專利號：0835120)，其專利被授權(quán)為“含有Origanum vulgaressp.hirtum植物提取物的活性成分，產(chǎn)品可以用于動物和人類，具有抗菌、殺菌功能，可有效對抗引發(fā)炎癥、感染、腹瀉及球蟲等病原菌，從而可以保證動物腸道健康，防治動物腹瀉，提高動物生產(chǎn)性能和養(yǎng)殖效益”，并被美國FDA認(rèn)定為“公認(rèn)安全性”(Generally Recognized As Safe，GRAS)產(chǎn)品。該專利植物在希臘低溫高原進行種植，從而保證了原料供應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。其專利產(chǎn)品OREGO-STIM?(OS，好力高?)的抗菌、殺菌等生物學(xué)功能已得到廣泛研究。另外，有關(guān)OS在促進仔豬和母豬食欲、提高其采食量和促進豬雞等單胃動物的營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收方面，科學(xué)家們也在進行廣泛研究。

2.1OEO抗菌的體外試驗研究 長期來，OEO被認(rèn)為具有抗微生物的活性,Hammer等(1999)[2]大量研究表明，專利產(chǎn)品OS(好力高?)對致病性的大腸桿菌、沙門氏菌、巴氏桿菌、葡萄球菌、鏈球菌等均能有效抑制或殺滅(詳見表2)。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腹瀉，尤其難得的是OS對某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。

表2 專利產(chǎn)品OS最小抑菌濃度(MIC)測驗的結(jié)果

2.2抗菌作用機制 目前，有關(guān)OEO抗菌的作用機制尚在研究階段。膜穿孔和膜粘合被認(rèn)為是首要作用模式，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞膜滲透性提高及胞內(nèi)生命物質(zhì)外泄，從而損害細(xì)菌酶系統(tǒng)，導(dǎo)致微生物死亡。Helander等(1998)研究了OEO的香芹酚和百里香酚殺滅大腸桿菌O157和沙門氏菌時發(fā)現(xiàn)，這些酚類活性物質(zhì)可使細(xì)胞膜破裂，胞內(nèi)物質(zhì)外溢。這表明萜類和苯丙素類因具有親脂特性可穿透細(xì)胞膜而進入細(xì)胞(Helander等,1998)。另外研究發(fā)現(xiàn)，OEO的抑制或殺滅微生物的特性與其親脂性質(zhì)(功能團)和芳香族的化學(xué)結(jié)構(gòu)等有關(guān)。

為了抵抗作用于細(xì)胞膜的細(xì)胞毒素物質(zhì)的侵害，細(xì)菌細(xì)胞也形成了一些適應(yīng)機制。3種補償性應(yīng)對毒性疏水物質(zhì)在細(xì)胞膜上積累的機制為：(1)在膜上保持足夠的液體原晶體脂肪，以重塑細(xì)胞膜的流動性；(2)維持一定的雙分子層和非雙分子層磷脂的平衡，以保持細(xì)胞膜的完整性；(3)藥物排出系統(tǒng)，如細(xì)菌細(xì)胞膜脂肪中的脂肪酸組成變化是眾所周知的細(xì)菌細(xì)胞適應(yīng)現(xiàn)象。細(xì)菌適應(yīng)方式根據(jù)脂肪酸組成的變化情況而不同，如改變支鏈、鏈的長度和脂肪酸的不飽和度。此外，細(xì)菌產(chǎn)生適應(yīng)的另一機制是改變磷脂的頭部基團成分

Ultee等研究發(fā)現(xiàn)，在芽孢桿菌中添加純品香芹酚，呈現(xiàn)劑量相關(guān)的外延推遲及最終較低的數(shù)量密度；在1mM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)；但芽孢桿菌仍能在高至0.4mM的濃度中生長。有趣的是，這種現(xiàn)象在OEO試驗并沒有出現(xiàn)。因此得出結(jié)論，當(dāng)香芹酚在培養(yǎng)基中以非致死劑量添加時，芽孢桿菌細(xì)胞在30℃能適應(yīng)純品香芹酚，分析膜的流動性顯示，適應(yīng)后的細(xì)胞比非適應(yīng)細(xì)胞流動性低，這可能是細(xì)胞的某種防御性機制的表現(xiàn)。而這種現(xiàn)象在使用OEO的試驗中并未發(fā)現(xiàn)，這可能與OEO中含有香芹酚之外的30多種活性物質(zhì)協(xié)同抑菌作用有關(guān)。

2.3影響OEO抗菌性的因素 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(biāo)微生物的種屬和濃度、加工工藝和儲藏環(huán)境等。

2.3.1品種 止痢草/牛至唇型科植物(Labiatae)，國內(nèi)外均屬常見品種。我國民間將其用于防治腹瀉和腸炎。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及其各自生物合成的前體：g-萜品烯和p-異丙基苯(Sivropoulou等,1996)[4]。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Greek oregano、viz.OriganumvulgareL.ssp.植物作為制備原料。該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5～7倍，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。

2.3.2活性物質(zhì)及比例 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方法分離產(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，其抗菌譜也是最廣的。來源于O.vulgare subsp.Hirtum(通常是希臘止痢草/牛至)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，g-萜品烯(g-terpinene)和p-異丙基苯(p-cymene)(Poulose和Croteau,1978)，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)和其單獨成分之間建立關(guān)聯(lián)；有的研究者則比較植物提取精油的不同成分及其組合，試圖發(fā)現(xiàn)其間可能的增效效應(yīng)。有人則研究了OEO中不同活性組分比例對病原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∶1左右時效果最佳。

2.4OEO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、馬郁蘭和薰衣草)比較，OEO對75℃豬油的穩(wěn)定保存最有效。經(jīng)比較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(rèn)為是百里香酚高抗氧化活性的原因。

在動物實驗研究方面，S.G. Deans(2000)[5]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含量，尤其是肝、腦、腎和心臟磷脂中的C20：4n-6和C22：6n-3。同時，對家禽實驗研究也取得類似結(jié)果。研究認(rèn)為，OEO能在肌肉和腹部脂肪中發(fā)揮抗氧化的作用主要是由于OEO中的抗氧化成分進入細(xì)胞膜所致。

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(dāng)香料。百里香酚也被用作食品調(diào)味劑(Furia and Bellanca,1975)。OEO提取物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進行統(tǒng)一(Ariza-Nieto,2006)[3]。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(Lee等，2003)。

3 OEO在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用研究

3.1促進肉雞生長 OEO可以提高肉雞生長和降低死亡率。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)OEO添加量在20～200 mg/kg時，試驗組比對照組增重效果明顯，并且采食量增加。研究認(rèn)為，日糧中添加OEO可改善料重比與改善飼料利用效率和/或改變胴體品質(zhì)，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(詳見表3)。由表3可見，OEO可以提高肉雞增重16%，降低死亡率44.5%。

表3 OEO在家禽上的應(yīng)用效果

3.2養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究 研究表明，OEO不僅可通過抗菌或殺菌維持動物腸道健康，防治腹瀉，同時能促進消化和提高食欲，并且還可作為天然飼料添加劑來促進豬的生長和改善繁殖性能。試驗表明，在斷奶后仔豬日糧中添加1000 mg/kg OEO能顯著提高增重速度和改善豬的健康；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。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)皮上的附植，從而改善母豬對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。OEO對母豬繁殖力的影響主要是由于穩(wěn)定了腸道的微生物，減少不良微生物的數(shù)量，減少或延緩免疫反應(yīng)和減少子宮白細(xì)胞的活性，提高母豬的健康，從而改善了分娩后的免疫功能[6](詳見表4)。

表4 OEO對豬生產(chǎn)性能的影響

3.3水產(chǎn)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究 近年來，OEO在水產(chǎn)動物上的應(yīng)用也進行了廣泛研究。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對水產(chǎn)動物的侵害，且能增強動物自身的免疫功能。在部分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(詳見表5)。

表5 OEO在水產(chǎn)上的應(yīng)用效果

4 植物提取物飼料添加劑的發(fā)展前景及研發(fā)思考

植物提取物飼料添加劑的研究開發(fā)已為世界各國越來越重視,從禽流感到SARS病毒等，對疾病的預(yù)防與治療，科學(xué)家們都試圖從植物提取物中尋求答案。

筆者認(rèn)為，植物提取物飼料添加劑的研發(fā)首先應(yīng)進行應(yīng)用基礎(chǔ)研究，篩選出高效、可靠、安全的植物，然后對其主要的有效成分進行提取、分離、鑒定和中試開發(fā)。對優(yōu)質(zhì)高效的植物品種，利用荒山草坡、閑置地區(qū)進行大面積種植，以確保植物原料的廣泛來源，從而利用先進的提取生產(chǎn)手段進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

4.1植物提取物飼料添加劑的有效監(jiān)測與質(zhì)量控制 目前市場上很多稱作“植物提取物飼料添加劑”的產(chǎn)品，不論是有關(guān)部門還是產(chǎn)品使用者(飼料生產(chǎn)商或養(yǎng)殖企業(yè))都無法對其進行有效監(jiān)測，造成該類產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，效果不穩(wěn)定。

現(xiàn)代化學(xué)儀器分析手段已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達，對植物提取物飼料添加劑有效成分進行提取、分離、鑒定已經(jīng)相對比較容易。對植物提取物飼料添加劑有效成分分析和進行動物試驗測試其有效性，同時提出質(zhì)量控制方法已并非太難之事。同時，政府管理部門應(yīng)制定科學(xué)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從簡到易，根據(jù)對植物提取物有效成分的分析、動物實驗及安全實驗結(jié)果，可以制定相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

4.2解決植物資源短缺問題 目前我國無論是人用中草藥還是植物提取物飼料添加劑，絕大部分植物是野生的。因此，規(guī)?；a(chǎn)面臨植物或藥用植物源來源有限、質(zhì)量不一等問題，受季節(jié)、植物收成、天氣等因素影響。尤其是植物提取物飼料添加劑還常常與中醫(yī)藥、中獸醫(yī)藥治療爭藥源，一般將質(zhì)量次、價格低的植物用于生產(chǎn)植物提取物飼料添加劑的原料。

為改變上述狀況，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)必須建立自己的植物種植基地，應(yīng)用傳統(tǒng)的植物育種技術(shù)和先進的生物技術(shù)和基因工程技術(shù)相結(jié)合，以解決植物資源短缺問題。

4.3開展相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代工藝產(chǎn)業(yè)化研究 為了更深入地研究植物提取物飼料添加劑，有必要應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)對中草藥的有效成分進行提取、分離和純化。這既有利于探討植物提取物飼料添加劑的作用機理，又便于植物提取物飼料添加劑生產(chǎn)和微量化、包裝的小型化。

目前世界各國已通過定向提取、提純?nèi)〉贸晒挠校篛EO、大蒜素、常山酮、糖萜素、黃芪多糖、甜菜堿、穿心蓮內(nèi)脂、香辛料精油和其它植物精油等，盡管上述成果中的大部分植物尚沒有用于飼料添加劑。

4.4加強植物提取物飼料添加劑作用機制的研究 結(jié)合植物提取物中的有效活性成分，利用現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)等現(xiàn)代研究手段，從體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的代謝利用途徑，免疫調(diào)節(jié)機理和激素的分泌調(diào)控等方面，加強植物提取物飼料添加劑的作用機理研究。

致謝

本文形成過程中，參閱并引用了美國明尼蘇達大學(xué)動物科學(xué)系A(chǔ)RIZA-NIETO博士的博士畢業(yè)論文；同時也引用了英國美瑞康集團公司研發(fā)部公開發(fā)表的研究成果和內(nèi)部的研究報告，程學(xué)慧碩士幫助校閱和編輯，在此深表謝意！

[1]金立志.國外飼料添加劑的研發(fā)與創(chuàng)新點[D].中國北京第四屆中國動物營養(yǎng)與保健品國際研討會論文集,2006.9.25-26.

[2]Hammer K.A.,C.F.Carson and T.V.Riley.Antimicrobial activity of essential oils and other plant extracts[J]. J.Appl.Microbio.1999,86:985-990.

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[6]Amrik B.,Bilkei G.Influence of farm application of oregano on performances of sows[J].Can.Vet.J.2004，45:674-677.