單寧的生物活性及其在反芻動物生產中的應用

魏 晨 ， 游 偉 ， 張相倫 ， 萬發(fā)春 *

（1.山東省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，山東濟南 250100；2.山東省畜禽疫病防治與繁育重點實驗室，山東濟南 250100；3.山東省肉牛生產性能測定中心，山東濟南250100）

單寧是水溶性的多酚化合物，一般分子質量在500～3000 Da，能通過酚羥基基團與蛋白質、碳水化合物等形成復合物。起初認為單寧是有害無益的，但通過近些年來的不斷研究，發(fā)現(xiàn)部分單寧在適量的情況下對動物會產生有益作用。本文主要對單寧的來源、分類、結構、性質、活性特點及其在反芻動物生產中的應用進行綜述，以期為更好地利用單寧類物質提供一定的理論參考。

1 單寧的來源、分類、結構和性質

單寧廣泛分布在樹木、灌木、谷物籽實、豆科牧草和糧食作物中。不同植物中單寧的含量受溫度、光照、降雨量、土壤質量和應激等因素的影響有較大差異，同一植物的不同組織如莖、葉、花、果實、種子中含有的單寧濃度也有所不同，一般葉子和花瓣中的單寧濃度較高。

單寧一般被分為縮合單寧和水解單寧兩大類（Patra等，2011）?？s合單寧，也被稱為原花青素，是兒茶酚和沒食子兒茶酚單體的寡聚或多聚物，單體間通過類黃酮C4-C8和C4-C6鍵相互交聯(lián)，一般不能被酸堿物質、動物腸道內酶或微生物分解。由于縮合單寧的酚羥基數(shù)量、位置不同和類黃酮單體間交聯(lián)方式和數(shù)量的差異，使其化學結構十分復雜（Patra等，2011）。水解單寧由酸及其衍生物（沒食子酸、鞣花酸等）與碳水化合物（葡萄糖或多元醇）酯化結合形成，一般分為沒食子單寧和鞣花單寧兩種，水解單寧中的多酚基團可進一步被酯化或氧化交聯(lián)，形成更復雜的水解單寧。水解單寧容易在酸或單寧水解酶的作用下被水解，產物包括沒食子酸、鞣花酸、鄰苯三酚和間苯二酚等（Singh 等，2001）。

單寧最顯著的特點是具有很強的極性，這與單寧眾多的酚羥基有關，其與蛋白質等物質結合形成不溶于水的復合物沉淀，這種復合物并不穩(wěn)定，結合的位點不停的發(fā)生解離與再結合（李元恒等，2013），該特性使得單寧具備多種生物學活性。

2 單寧的生物活性特點

2.1 抗菌 人們很早就發(fā)現(xiàn)眾多植物中的多酚具有廣泛的抗菌活性，并通過大量研究發(fā)現(xiàn)抗菌作用主要通過三種可能的機理實現(xiàn)：（1）通過結合重要的蛋白質或鐵離子奪取微生物的營養(yǎng)物質（Scalbert，1991）；（2）通過抑制微生物產生的酶類阻礙微生物產生作用（Scalbert，1991）；（3）改變微生物細胞膜結構、破壞細胞膜的完整性、增加細胞膜通透性（Liu 等，2013）。

2.2 抗炎癥 炎癥是動物體遭遇致炎因子后的防御性反應，研究人員發(fā)現(xiàn)植物提取單寧表現(xiàn)出多種抗炎活性，主要通過清除自由基或調節(jié)炎癥因子發(fā)揮作用（Huang 等，2017）。 Liu 等（2013）報道源自水柏枝（Myricaria bracteata）的水解單寧被注射到炎癥模型小鼠后起到抗炎癥的作用。另有報道，富含單寧類物質的委陵菜（Potentilla erecta）提取物在體外和體內試驗中均表現(xiàn)出對紫外線B導致的炎癥反應的抑制作用 （Hoffmann等，2016）。由于植物提取單寧的多樣性和復雜性，研究人員還需繼續(xù)探索，分離出起主要活性作用的單寧成分，為進一步闡明作用機理奠定基礎。

2.3 抗氧化 酚羥基本身具有較強的還原性，也是單寧類物質的主要活性基團，因此，單寧具有很強的抗氧化特性。單寧的抗氧化活性被廣泛報道（López-Andrés 等 ，2013；Luciano 等 ，2011；Hsu等，2007），一般分子量越高的單寧擁有越多的酚羥基集團，也就表現(xiàn)出更高的抗氧化活性（Hagerman 等，1998；Ariga 等，1990）。

3 單寧在反芻動物生產中的應用

3.1 提高生產性能 有研究表明，與飼喂不含縮合單寧的黑麥草或白三葉的對照組相比，飼喂含適量單寧的百脈根能提高羔羊的生長速率和綿羊的產毛量（Ramírez-Restrepo 等，2004）。 此外，相對于不含單寧的牧草，含有適量單寧的紅豆草、雛菊和小冠花同樣表現(xiàn)出提高反芻動物生產性能的特 點 （Piluzza 等 ，2014；MacAdam 等 ，2011；Mueller-Harvey，2006），可能的作用機制包括提高飼料蛋白質和必需氨基酸的利用率、減少病原微生物和寄生蟲的侵襲和提高反芻動物自身免疫力（Patra 等，2011）。

3.2 提高氮利用效率 單寧對反芻動物氮利用率的改善作用源于其對飼料蛋白質的可逆結合，當pH在4.0～7.0時，單寧-蛋白質復合物相對穩(wěn)定，低于或高于此范圍則會發(fā)生分離。瘤胃環(huán)境的pH一般在5.0～7.0，單寧-蛋白質復合物不易被微生物降解產生銨態(tài)氮，減少銨態(tài)氮被瘤胃壁吸收，在肝臟中轉化為尿素，隨尿液排出體外，而是直接流向后部消化道，當流經真胃（pH＜2）和十二指腸（pH在8.0～9.0）時，單寧-蛋白質復合物發(fā)生解離，蛋白質被胃蛋白酶和胰蛋白酶進一步分解為肽類和氨基酸，在小腸內吸收 （Huang等，2017；潘發(fā)明等，2013）。單寧提高了過瘤胃蛋白的數(shù)量，保護飼料蛋白質不在瘤胃內降解，提高必需氨基酸的吸收利用或通過減少尿氮排放提高氮沉積率，改善反芻動物對飼料蛋白質的利用效率（Mueller-Harvey 等，2017）。

3.3 溫室氣體減排 溫室氣體是造成全球變暖的主要原因之一，主要包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、部分含氟類氣體等，而反芻動物的瘤胃發(fā)酵和糞污儲存過程中產生大量的甲烷和氧化亞氮，是溫室氣體排放的重要來源。Jayanegara等（2012）的研究分析了反芻動物日糧中單寧水平與甲烷產量的關系，結果表明隨著單寧添加劑量的增加，甲烷產量逐漸降低。Tavendale等（2005）利用含縮合單寧的豆科牧草濕地百脈根研究了縮合單寧對體外甲烷產生的影響，指出單寧通過兩種途徑抑制甲烷產生，分別是通過抑制底物消化率降低H+的供應量和直接抑制產甲烷菌的生長繁殖。由于反芻動物對飼料蛋白質的利用效率相對較低，氮素排泄量高于單胃動物，排泄氮中糞氮占20% ～ 40%，尿氮占 60% ～ 80% （Varel，1997），然而尿氮更容易被微生物分解產生氨氣和氧化亞氮等有害氣體，單寧通過結合飼料蛋白質提高氮利用效率，同時改變氮排泄類型，增加糞氮排泄，減少尿氮排泄，最終減少氨氣和氧化亞氮等有害氣體的產生 （Grainger等，2009；Getachew 等，2008；Carulla 等，2005）。

3.4 防止瘤胃臌氣 當反芻動物采食鮮嫩多汁的豆科牧草（三葉草或苜蓿）時，由于蛋白質溶解度較高，使瘤胃中產生大量穩(wěn)定的泡沫（Waghorn等，2003），瘤胃發(fā)酵產生的氣體聚集在瘤胃中無法排出體外，造成瘤胃臌氣，嚴重時直接導致動物死亡。單寧通過結合可溶性蛋白和降低蛋白質溶解度減少泡沫的產生，從而有效降低瘤胃臌氣的發(fā)病率（Ramírez-Restrepo等，2005）。 Li等（1996）報道單寧防止瘤胃臌氣的最低有效劑量為5 g/kg DM。研究發(fā)現(xiàn)，與苜蓿草相比，肉牛采食苜蓿和紅豆草（適量縮合單寧）混合牧草可以有效減少瘤胃臌氣的發(fā)病率，但是不能完全避免瘤胃臌氣的發(fā)生（Wang等，2006）。

3.5 減少寄生蟲病發(fā)生 反芻動物生產過程中會受到寄生蟲病的侵擾，尤其在放牧條件下，寄生蟲的幼蟲可以通過多種途徑進入反芻動物體內，輕則影響動物生長發(fā)育和生產性能，重則導致死亡，給反芻動物生產帶來經濟損失。人們通過體外和體內試驗均發(fā)現(xiàn)單寧具有有效的抗寄生蟲效果，Mueller-Harvey 等（2017）和 Hoste 等（2012）指出單寧對寄生蟲的抑制作用源于單寧的蛋白質結合特性，單寧能夠結合寄生蟲產生的關鍵酶，從而抑制寄生蟲的生長。另外，單寧可以抑制幼蟲的生長和成蟲的繁殖 （Hoste 等，2012；Brunet等，2008）。雖然單寧具有抗寄生蟲活性，但是由于單寧濃度和化學結構復雜多樣，因此，研究結果并不一致（Hutchings 等，2003），還需繼續(xù)探索單寧的化學結構與抗寄生蟲活性之間的關系。

4 小結

植物單寧作為天然多酚類物質，由于其分子結構特點的多樣性，使其具有多種對反芻動物生長有利的生物學活性，對維持反芻動物營養(yǎng)和健康有重要作用。目前，人們對單寧的結構和營養(yǎng)特性研究還不夠充分，試驗對象多集中于單寧復合物，單一單寧的作用研究較少，學科間的交叉研究也很欠缺，導致部分結論還限于推測，作用機理尚未清楚。研究人員需要進一步研究不同來源的單寧中起主要作用的活性成分、結構特點和發(fā)揮作用的機理，才能實現(xiàn)單寧在反芻動物上的精準應用。