艾草的生物學(xué)功能及在畜牧生產(chǎn)上的應(yīng)用

劉超齊 常 娟 王 平 尹清強(qiáng)* 黨曉偉 高天增

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院，鄭州450002；2.河南德鄰生物制品有限公司，新鄉(xiāng)453000； 3.河南廣安生物科技股份有限公司，鄭州450001)

艾草又名艾蒿，是一種多年生半灌木狀菊科蒿屬草本植物，適應(yīng)性強(qiáng)，在路邊、林地、荒坡草地和丘陵地區(qū)都可生長，也可在我國大部分地區(qū)人工種植。艾草是一種野生型藥材，在《本草綱目》和《名醫(yī)別錄》里都有記載其干燥的葉片具有祛除寒濕氣、溫經(jīng)活絡(luò)、抗炎止血消咳等一系列藥學(xué)功效[1-2]。除此之外，艾草還可以散發(fā)出獨(dú)特香氣，是一種營養(yǎng)豐富的食材，可以作為保健食品和食品配料，比如制成艾草紫薯戚風(fēng)蛋糕和艾草南瓜保健蛋糕[3-4]。目前艾草在湖北省蘄春縣和河南省南陽市大量種植，并形成了各自的產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，制成各種各樣的產(chǎn)品，每年的產(chǎn)值達(dá)到千億元，解決周邊農(nóng)戶就業(yè)問題，提高農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)收入，帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[5]。近些年來，隨著抗生素長期使用所出現(xiàn)副作用的逐漸顯現(xiàn)和環(huán)保意識(shí)的提高，人們急切尋找抗生素替代品。艾草作為草本植物，具有一定的營養(yǎng)價(jià)值，其中艾葉是中醫(yī)的常用藥品之一，兼顧一定的保健功效，而且是來自天然的植物，無殘留，不產(chǎn)生耐藥性，逐漸被人們所重視。目前，將艾草作為飼料添加劑應(yīng)用到畜牧生產(chǎn)上的報(bào)道不多，主要由于其成分復(fù)雜，作用于動(dòng)物生產(chǎn)的機(jī)理不清。采用傳統(tǒng)的營養(yǎng)學(xué)手段分析其單一營養(yǎng)活性物質(zhì)的營養(yǎng)功能，不能作為評(píng)價(jià)其營養(yǎng)價(jià)值的依據(jù)，因?yàn)楦鞒煞謱?duì)動(dòng)物機(jī)體存在相互作用，這樣會(huì)涌現(xiàn)出其本身所不具有的新的屬性和功能，出現(xiàn)總體所特有的屬性和功能。因此，本文運(yùn)用營養(yǎng)活性物質(zhì)組學(xué)理論對(duì)有關(guān)艾草的國內(nèi)外研究進(jìn)行分析研究，綜述艾草的營養(yǎng)活性物質(zhì)、營養(yǎng)活性物質(zhì)組學(xué)功能及在畜牧生產(chǎn)上應(yīng)用的效果進(jìn)行總結(jié)，以期為艾草的營養(yǎng)活性物質(zhì)組學(xué)產(chǎn)品的開發(fā)和利用提供理論參考。

1 艾草營養(yǎng)活性物質(zhì)及組學(xué)功能

1.1 艾草營養(yǎng)活性物質(zhì)

艾葉作為艾草的一個(gè)重要部位，含有蛋白質(zhì)、脂肪、多糖、纖維和礦物質(zhì)元素。脂肪中含有多種脂肪酸，脂肪酸中含量最高的是多不飽和脂肪酸，高達(dá)60.42%[6]，是細(xì)胞膜的主要組成成分，對(duì)癌癥、心血管疾病具有治療效果，還參與生長發(fā)育和基因調(diào)控[7]。從艾葉中的提取的多糖，具有提高動(dòng)物機(jī)體免疫力、降血糖、抑菌、抗病毒等作用[8]。研究發(fā)現(xiàn)，艾葉中的粗蛋白質(zhì)的含量達(dá)到13.1%，粗脂肪含量達(dá)到5.69%(含有多種脂肪酸)，還含有16種氨基酸和14種礦物質(zhì)元素[9]。

艾草既然能作為中草藥，除了這些常規(guī)的營養(yǎng)物質(zhì)外，必定含有一些能夠發(fā)揮營養(yǎng)調(diào)控和保健功能的物質(zhì)。通過對(duì)艾葉的化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)其營養(yǎng)活性物質(zhì)主要有揮發(fā)性油類、黃酮類、桉葉烷和三萜類等[2,10]。

揮發(fā)性油類可通過有機(jī)溶劑提取、微波提取、超聲波提取、加壓萃取和超臨界流體萃取等處理方法從艾葉中提取，是具有多種化合物的混合物，包括烴、醇、醛、酮、酯、單萜和倍半萜等[11-13]。因產(chǎn)地、采集時(shí)間以及提取方法的不同，得到的揮發(fā)性油類的組分和含量也不盡相同，而且隨著科技的發(fā)展，越來越多的物質(zhì)被鑒定出來，從原來的二三十種到現(xiàn)在100多種,其中易于分離純化且含量較多的物質(zhì)有1,8-桉葉油素、樟腦、龍腦、石竹烯、氧化石竹烯、ɑ-側(cè)柏酮、β-側(cè)柏酮和4-松油醇[14-16]。

黃酮類化合物通常是指2個(gè)酚羥基的苯環(huán)通過中央3個(gè)碳原子相互連結(jié)而成的一系列化合物。從艾葉中提取黃酮類化合物常用的方法有浸提法、超濾法、酶解法、吸附法、微波法、超聲波法及超臨界流體萃取法，將提取的粗黃酮進(jìn)行層析、鹽析和萃取，進(jìn)一步進(jìn)行純化分離[17]。申湘忠[18]利用有機(jī)溶劑乙醇和乙醚浸提艾葉中的粗黃酮，并優(yōu)化AB-8型大孔吸附樹脂純化條件，得到粗黃酮的量是原來的3.1倍。衛(wèi)星星等[19]對(duì)索氏提取工藝提取黃酮的條件進(jìn)行正交優(yōu)化，得到在一定料液比、溫度和時(shí)間條件下，艾葉總黃酮得率高達(dá)3.85%。艾葉中黃酮類化合物的種類很多，包括黃酮類、黃酮醇、花色素類、槲皮素、二氫黃酮類、二氫黃酮醇類、查爾酮、黃烷-3,4二醇類、雙苯吡酮類和雙黃酮類等[10]。

三萜類化合物是指含有數(shù)個(gè)異戊二烯再去掉羥基后首尾相連，形成的由27～30個(gè)碳原子的組成萜類化合物，廣泛存在于植物體中。三萜類化合物通常采用有機(jī)溶劑(三氯甲烷或乙醚)從艾葉中提取，常見的三萜類化合物為α,β-香樹脂醇、豆甾醇、α,β-香樹脂醇的乙酸酯、β-谷甾醇、羽扇烯酮、羊齒烯酮及3β-甲氧基-9β,19-環(huán)羊毛甾-23(E)烯-25,26-二醇[20]。桉葉烷化合物目前研究還不夠透徹，分離出來的物質(zhì)不多，包括柳杉二醇、1-氧-4β-乙酰氧基桉葉-2,11(13)-二烯-12,8β-內(nèi)酯、魁蒿內(nèi)酯、1-氧-4α-乙酰氧基桉葉-2,11(13)-二烯-12,8β-內(nèi)酯等[21]。

1.2 艾草營養(yǎng)活性物質(zhì)組學(xué)功能

1.2.1 抑菌、抗病毒

自然界中存在大量的微生物，有細(xì)菌、真菌和病毒，有些是對(duì)動(dòng)物機(jī)體具有破壞作用，比如能夠?qū)е聶C(jī)體腹瀉的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等。如何減少這些危害菌在腸道中增殖成了研究者急切希望解決的科學(xué)問題。黃雪泉等[22]研究發(fā)現(xiàn)，將艾草煮沸，冷涼后的液體進(jìn)行大腸桿菌體外抑菌試驗(yàn)，效果優(yōu)于其他7種中草藥。Ahameethunisa等[23]也發(fā)現(xiàn)，艾草提取物對(duì)大腸桿菌有抑制效果，而對(duì)金黃色葡萄球菌和糞腸球菌沒作用。有些研究表明，運(yùn)用超聲波法提取艾葉的有效成分，能夠?qū)ΤＲ姴≡瘘S色葡萄球菌、白色葡萄球菌和大腸桿菌有較好的抑菌效果[24-25]。另外，韋嬪等[26]發(fā)現(xiàn)艾葉經(jīng)煎煮后得到的液體有抑制大腸桿菌活性的作用，并且可以減少大腸桿菌對(duì)慶大霉素的耐藥性。努爾比耶·奧布力喀斯木等[27]通過水蒸氣蒸餾法和硅膠柱層析法獲得的揮發(fā)性油類和單體化合物(桉樹腦和，4-松油烯醇)對(duì)疫霉、黑曲霉、粉紅聚端孢、青霉、鏈格孢都有抑制作用，可以作為食品的抗腐敗劑。除了對(duì)細(xì)菌和真菌有抑制作用，艾葉提取物還對(duì)病毒有較好的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，從艾葉中提取的揮發(fā)性油類和乙酸乙酯可以在體外較好地抑制乙型肝炎病毒(HBV)對(duì)HepG2.2.15 細(xì)胞的感染，對(duì)乙型肝炎具有一定的治療作用[28-29]。

1.2.2 抗氧化

正常生理狀態(tài)下，機(jī)體細(xì)胞進(jìn)行有氧代謝時(shí)，線粒體會(huì)產(chǎn)生過氧化氫、超氧陰離子和羥自由基等，一般情況下，機(jī)體內(nèi)的抗氧化體系會(huì)將這些物質(zhì)消除掉，保持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。外界環(huán)境(比如飼糧、溫度、濕度)的改變會(huì)引起機(jī)體內(nèi)這些物質(zhì)大量增加，機(jī)體不足以消除，引起氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致動(dòng)物生產(chǎn)性能下降和疾病發(fā)生，甚至死亡。有研究發(fā)現(xiàn)，用熱水浸提法提取艾葉中的多糖，并回收純化，進(jìn)行體外消除羥自由基試驗(yàn)，能夠較好地去除羥自由基，并且在一定范圍內(nèi)，隨著多糖量的增加，其消除能力越強(qiáng)[30-31]。Han等[32]運(yùn)用乙酸乙酯對(duì)艾葉進(jìn)行連續(xù)分餾純化得到的總酚和類黃酮對(duì)超氧陰離子自由基具有較高的清除作用。Melguizo-Melguizo等[33]采用浸漬法和超聲波輔助提取，得到綠原酸衍生物以及共軛木犀草素、槲皮素，山萘酚等物質(zhì)，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，它們的抗氧化性很強(qiáng)。

1.2.3 抗癌

動(dòng)物機(jī)體受到外界致癌因子誘導(dǎo)后，其體內(nèi)會(huì)經(jīng)過一系列的代謝活動(dòng)，形成自由基，這些自由基富集在細(xì)胞膜周圍，引起膜上的脂質(zhì)過氧化，也會(huì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)攻擊DNA，造成DNA損傷而致癌。另外，脂質(zhì)過氧化后產(chǎn)生的過氧化物也會(huì)引起突變和致癌。Shoemaker等[34]將艾葉中蒸餾得到的粗提物，加入到不同的癌細(xì)胞系中，均可抑制癌細(xì)胞的生長，可以作為抗腫瘤的潛在藥物。還有研究表明，黃酮類物質(zhì)可以抑制一些細(xì)胞色素P450的活性或者使該酶失活，使其不能促使化學(xué)致癌物活化為有致癌活性的中間物，從而引起致癌物脫毒。除此之外，研究發(fā)現(xiàn)槲皮素還可抑制腫瘤細(xì)胞生長、分化，從而達(dá)到抗癌的目的[35]。Kim等[36]對(duì)韓國的5種艾葉進(jìn)行提取，得到比較純的酚和黃酮類物質(zhì)，在體外進(jìn)行癌細(xì)胞抑制試驗(yàn)，效果比較好。Seo等[37]還發(fā)現(xiàn)，用甲醇提取艾葉中的黃酮類化合物，并經(jīng)過純化得到2種化合物(5,6-二羥基-7,3,4-三甲氧基黃酮和5,6,4-三羥基-7,3-二甲氧基黃酮)，這2種化合物對(duì)小鼠結(jié)腸癌的抑制率分別達(dá)到44.6%和14.6%，而不會(huì)引起體重的下降。這說明蒿屬植物可以作為一種抗癌的功能性食品原料的理想來源。

1.2.4 抗炎、提高免疫力

動(dòng)物機(jī)體在受到外界因素干擾后，組織或器官對(duì)此做出一系列的反應(yīng)，防御和減緩這種因素所造成的損傷。這樣機(jī)體就會(huì)出現(xiàn)一些炎癥現(xiàn)象，比如紅腫、發(fā)熱、腫脹。Shin等[38]發(fā)現(xiàn)，艾葉和從艾葉中提取的脫氫母菊內(nèi)酯酮，能有效地降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的基因表達(dá)和核因子-κB(NF-κB)磷酸化，減輕脂多糖誘導(dǎo)的氣道炎癥反應(yīng)。田璐[39]提取了艾葉中的化學(xué)成分，并通過在體外構(gòu)建巨噬細(xì)胞炎癥模型和斑馬魚體內(nèi)創(chuàng)傷感染炎癥模型，發(fā)現(xiàn)提取物具有一定的抗炎作用。Nam等[40]從艾葉中提取的棕矢車菊素能夠抑制膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。尹美珍等[41]運(yùn)用乙醇和純化水從艾葉提取粗多糖，作用于巨噬細(xì)胞細(xì)胞后可以增加巨噬細(xì)胞對(duì)墨汁和金葡萄菌的吞噬作用。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)小鼠脾細(xì)胞，在添加艾葉提取粗多糖后，能夠顯著提高小鼠脾細(xì)胞分泌的腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素-2(IL-2)的活性[42]。余桂朋等[43]研究也表明，艾葉多糖能夠增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)功能。隆雪明[44]提取了艾葉中的揮發(fā)性油類，并制成揮發(fā)油乳劑，對(duì)小鼠進(jìn)行灌胃，連續(xù)7 d，檢測(cè)結(jié)果表明艾葉揮發(fā)油乳劑能夠提高機(jī)體的免疫力。

1.2.5 其他組學(xué)功能

除了具有以上生物學(xué)功能外，從艾葉中提取的某些物質(zhì)還具有抗衰老、預(yù)防神經(jīng)變性、平喘鎮(zhèn)咳、止血等功效。Xu等[45]將艾葉干燥制成艾條，點(diǎn)燃，發(fā)現(xiàn)艾條煙霧會(huì)引起小鼠腦內(nèi)5-羥色胺、多巴胺、去甲腎上腺素含量變化，而它們是中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的神經(jīng)遞質(zhì)，與神經(jīng)功能和衰老密切相關(guān)。Ha等[46]從蘄艾中提取的酚類化合物(異澤蘭黃素和棕矢車菊素)對(duì)過氧化氫誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性具有減弱作用，可以作為預(yù)防神經(jīng)性病變的食物來源。

2 艾草在畜牧生產(chǎn)上的應(yīng)用

艾草本身具有的營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分，使其在藥學(xué)和保健方面受到人們的關(guān)注。除了將艾草作為藥物進(jìn)行疾病治療，也對(duì)艾草在動(dòng)物生產(chǎn)上應(yīng)用的安全性進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)艾草不會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生毒害作用[47]。將艾草制成粉狀，添加到飼料中，飼喂畜禽，可以提高畜禽的生產(chǎn)性能、抗氧化能力、機(jī)體免疫力和畜禽產(chǎn)品品質(zhì)，以下總結(jié)了近些年在畜禽上的一些研究，旨在為艾草的利用提供依據(jù)。

2.1 豬、雞和鵝

研究發(fā)現(xiàn)，給豬飼喂2%的艾葉粉可以提高三江白豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率，降低飼養(yǎng)成本[48]；Hwang等[49]利用艾草燃燒產(chǎn)生的熱氣在幾個(gè)穴位處進(jìn)行傳統(tǒng)的針灸，發(fā)現(xiàn)感染大腸桿菌致腹瀉的豬能夠恢復(fù)81.8%，高于用新霉素的恢復(fù)率，說明傳統(tǒng)的針灸法對(duì)控制豬早期誘發(fā)大腸桿菌性腹瀉是有效的。研究還發(fā)現(xiàn)，在飼糧中添加艾草提取物，然后注射脂多糖使仔雞感染發(fā)生炎癥，結(jié)果顯示，添加提取物的仔雞生產(chǎn)性能沒有下降，而且血液中的皮質(zhì)醇激素、白細(xì)胞介素-2和免疫球蛋白G含量比不添加提取物組降低了，說明艾草提取物可以減輕肉仔雞的免疫應(yīng)激[50]。吳有華等[51]給雛雞飼喂不同比例的艾葉粉，可以促進(jìn)免疫系統(tǒng)的發(fā)育和肉雞的生產(chǎn)性能。徐紅蕊等[52]發(fā)現(xiàn)，在熱應(yīng)激條件下給蛋雞飼喂一定量的艾葉粉，可以提高蛋雞對(duì)熱應(yīng)激抵抗能力和產(chǎn)蛋性能并改善雞蛋品質(zhì)；飼喂肉鵝也具有以上優(yōu)勢(shì)，并且也可提高肉鵝的成活率[53]。

2.2 羊和牛

據(jù)孫克年[54]報(bào)道艾葉可提高羊增重及羊毛產(chǎn)量和品質(zhì)。除此之外，艾葉還可與其他中草藥配伍作為受孕母羊的飼料，可以滿足母羊受孕期間的營養(yǎng)需求[55]。研究還發(fā)現(xiàn)，利用艾葉飼喂奶牛，發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加量為600 g/(頭·d)時(shí)，可以提高奶牛的產(chǎn)奶量、色澤度和均勻度，減少牛奶中的異味，降低乳汁中體細(xì)胞含量，穩(wěn)定瘤胃液pH[56-57]。

2.3 兔和魚

研究發(fā)現(xiàn)，艾葉水提液飼喂斷奶后的肉兔，發(fā)現(xiàn)對(duì)其免疫器官、腸道發(fā)育、生長性能和肉質(zhì)有明顯改善作用[58-59]。王華等[60]研究發(fā)現(xiàn)，給伊拉兔每天灌服艾葉水煎醇提液，血液中白細(xì)胞數(shù)量增多，血清中谷草轉(zhuǎn)氨酶活性降低，表明艾葉水提液對(duì)機(jī)體免疫力有增強(qiáng)的功效。劉洪麗等[61]研究發(fā)現(xiàn)，艾葉粉在添加量3%～6%時(shí)，對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率、氮代謝和肌肉品質(zhì)沒影響，可以作為肉兔的飼料資源。另外，對(duì)池塘中的不同魚種飼喂添加艾葉的顆粒飼料，發(fā)現(xiàn)魚生長速率都有不同程度的提高，說明艾葉也可以促進(jìn)魚的生長[9]。

3 小 結(jié)

近些年來，對(duì)于艾草的研究越來越多，艾草中的一些成分和生物學(xué)功效也逐漸被人們所認(rèn)知。報(bào)道最多的是艾草作為中草藥去治療疾病，也有用于保健品，但是關(guān)于艾草及其加工產(chǎn)品在動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用的系統(tǒng)研究及相關(guān)機(jī)理相對(duì)較少。艾草本身就含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)元素以及一些維生素，是一種較好的植物性飼料原料。將艾葉制成粉狀，添加到飼料中飼喂動(dòng)物，不僅滿足一部分的營養(yǎng)需要，更多是發(fā)揮其藥學(xué)功效和保健功效，比如促進(jìn)動(dòng)物生長，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫，增加機(jī)體抗氧化性和抗癌等。未來的發(fā)展方向有2個(gè)：1)對(duì)艾草及其加工副產(chǎn)品在不同動(dòng)物生產(chǎn)中的適宜添加比例進(jìn)行研究，開發(fā)艾草營養(yǎng)活性物質(zhì)組學(xué)產(chǎn)品，進(jìn)一步利用艾草飼料資源；2)對(duì)艾草成分進(jìn)行科學(xué)提取或生物發(fā)酵提高其有效成分含量，制備綠色、環(huán)保、健康的替代抗生素的艾草營養(yǎng)活性物質(zhì)組學(xué)的飼料添加劑產(chǎn)品，將是畜牧業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的思路和方向。