植物精油及其在畜禽養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用

◆作者：曾浩南 江青艷

◆單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院

抗生素在畜禽養(yǎng)殖中的濫用已產(chǎn)生了嚴(yán)重的后果，為此，我國(guó)對(duì)于飼料中抗生素的添加自2020 年起開(kāi)始全面禁止。植物精油被認(rèn)為是飼料禁抗之后解決畜禽健康的最具潛力的產(chǎn)品之一。

1 植物精油概述

植物精油又稱(chēng)揮發(fā)油或香精油，是從天然植物中通過(guò)特定方法萃取得到的高度濃縮的植物提取物，是一類(lèi)強(qiáng)烈氣味和香味的揮發(fā)性油狀液體，具有綠色環(huán)保、安全高效、抗菌抗氧化、抗炎等作用。

1.1 植物精油的分布及提取方法

植物精油廣泛存在于植物中，不僅分布廣，種類(lèi)多，而且還具有極其豐富的化學(xué)組成，脂肪族、芳香族、萜烯類(lèi)以及含硫含氮類(lèi)化合物是其主要成分，而在這些成分中肉桂醛、香芹酚、丁香酚、大蒜素、百里酚是目前各行各業(yè)研究最多、使用頻率最高的五種精油成分。

植物精油的提取作為獲取植物精油不可或缺的步驟，其方法伴隨著時(shí)代的步伐不斷地進(jìn)行更新和改良，植物精油的提取從過(guò)去的機(jī)械壓榨到傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾與有機(jī)溶劑萃取，再到如今新時(shí)代的超臨界流體萃取、亞臨界水萃取及各種輔助提取技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用等，提取的方法工藝已逐步體現(xiàn)現(xiàn)代化和多元化。

水蒸氣蒸餾法是一種常見(jiàn)的傳統(tǒng)提取方法，利用植物精油具有揮發(fā)性、難溶于水且不與水反應(yīng)的特性，將植物與水混合，加熱到一定溫度，使得植物精油與水蒸氣一并餾出，再通過(guò)冷凝分液等方式進(jìn)行精油的提取，這種方法操作簡(jiǎn)便、成本低廉、技術(shù)成熟，但是時(shí)長(zhǎng)、易導(dǎo)致精油中的熱敏成分分解從而影響精油質(zhì)量。

壓榨法是利用機(jī)械外力將植物壓榨，使其中的精油成分釋放出來(lái)的一種最傳統(tǒng)的提取方式，這種方法操作簡(jiǎn)便并能很好地保留植物原本的香氣，但是精油的提取率及產(chǎn)量低，難以在生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用。

有機(jī)溶劑提取法是利用相似相容的原理，用乙醇、石油醚等有機(jī)溶劑將植物中的可溶性精油成分萃取出來(lái)，再經(jīng)過(guò)低溫蒸餾的方法將低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑除去，從而得到精油，這種方法成本低廉、提取率高，但是有機(jī)溶劑極易殘留從而影響了精油的質(zhì)量。

超臨界流體萃取法的原理是通過(guò)改變壓力和溫度來(lái)改變超臨界流體的溶解能力，利用這個(gè)特性可針對(duì)性萃取、分離植物中的精油成分，CO2具有很好的流動(dòng)性和滲透性，且臨界壓力、溫度及成本相對(duì)較低，是目前常用的超臨界流體，該方法克服了傳統(tǒng)萃取中有機(jī)溶劑殘留的問(wèn)題，但是技術(shù)要求高、操作繁瑣、設(shè)備昂貴，限制了它的應(yīng)用。

亞臨界水萃取法是通過(guò)控制壓力，將水加熱到100℃以上，臨界溫度374℃以下，該狀態(tài)下的水又稱(chēng)為超加熱水依然保持液態(tài)，此時(shí)的水由強(qiáng)極性變?yōu)榉菢O性，代替有機(jī)溶劑將植物中的精油成分萃取出來(lái)，此方法的優(yōu)勢(shì)在于耗時(shí)短、環(huán)境友好，它繼承了超臨界流體萃取法的優(yōu)勢(shì)且降低了對(duì)操作及設(shè)備的要求，是一項(xiàng)前景廣闊的變革性技術(shù)。

微波、超聲波、生物酶輔助提取法是三種現(xiàn)代的輔助提取方法，單獨(dú)使用效果不佳，需要和其他方法聯(lián)用。它們主要優(yōu)點(diǎn)是能夠大幅度縮短提取時(shí)間，節(jié)省溶劑消耗，其中微波輔助提取法的原理是利用高頻微波對(duì)樣品及溶劑的極性成分產(chǎn)生的熱效應(yīng)，從化學(xué)上破壞植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，加速精油成分的流出，缺點(diǎn)是高溫易導(dǎo)致精油成分的裂解；超聲波輔助提取法的原理是利用超聲波的空化及機(jī)械效應(yīng)，從物理上破壞植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，造成精油成分的流出，缺點(diǎn)是效果不穩(wěn)定，影響因素多；生物酶輔助提取法是利用生物酶的高效專(zhuān)一性，從化學(xué)上破壞植物細(xì)胞中的果膠質(zhì)、纖維素以及半纖維素等細(xì)胞壁成分，加速精油成分的流出，缺點(diǎn)是生物酶活性不穩(wěn)定且成本較高。

1.2 植物精油的生物學(xué)功能

1.2.1 抗菌

植物精油的抗菌特性，尤其是對(duì)革蘭氏菌的抗性已成為科學(xué)界不可爭(zhēng)議的事實(shí)，目前對(duì)于植物精油抗菌的作用機(jī)理尚未研究透徹，大概可以分為兩個(gè)方面：一是脂溶性的植物精油可以穿梭細(xì)胞膜從而影響病菌細(xì)胞的正常運(yùn)作，破壞病菌細(xì)胞及細(xì)胞器的形態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞的裂解死亡；二是通過(guò)降低或抑制病菌細(xì)胞分生孢子的產(chǎn)生，從而影響了病菌的增殖。

高海榮等（2020）通過(guò)濾紙片法對(duì)中國(guó)河南產(chǎn)白蒿精油的抑菌活性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：白蒿精油能夠有效阻礙大腸桿菌等常見(jiàn)的4 種細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖，其中在試驗(yàn)濃度下對(duì)枯草芽孢桿菌的最大抑菌圈直徑達(dá)到了22.20 mm，顯示出極敏性。Altintas A 等（2013）通過(guò)生物信息記錄系統(tǒng)對(duì)牛至精油的抗菌活性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)牛至精油里的麝香草酚和香芹酚72 小時(shí)內(nèi)對(duì)灰質(zhì)芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的抑制率均達(dá)到較高的抑制水平。此外，不同植物精油組成的混合物相比于單一的植物精油可能具有更強(qiáng)的抗菌能力。

1.2.2 抗氧化

大量植物精油具有抗氧化的生物學(xué)特性，這種特性表現(xiàn)在抑制機(jī)體內(nèi)有害的強(qiáng)氧化物質(zhì)（如自由基）產(chǎn)生的負(fù)面作用，增強(qiáng)機(jī)體還原能力從而緩解衰老。目前關(guān)于植物精油抗氧化作用機(jī)制的研究成果分為以下兩種:一是通過(guò)清除DPPH、過(guò)氧化物、超氧化物、羥基離子等一系列自由基的方式直接抑制氧化；二是通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體脂氧化酶活性、Fe2+和螯合金屬離子的生成等方式抑制脂質(zhì)的過(guò)氧化，增加機(jī)體的還原能力。

董菲等通過(guò)DPPH 自由基清除法和ABTS 自由基陽(yáng)離子清除法研究滿(mǎn)山香和金橘精油的抗氧化能力，發(fā)現(xiàn)滿(mǎn)山香和金橘精油能夠有效清除DPPH 和ABTS，促進(jìn)機(jī)體的抗氧化能力。楊海燕等（2020）根據(jù)草果精油對(duì)自由基清除能力的大小進(jìn)行抗氧化作用的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)草果不同部位精油均具有一定的抗氧化能力，但是草果的不同部位對(duì)清除自由基的對(duì)象和能力都有所不同，如草果莖葉精油對(duì)Fe3+的還原能力最高，達(dá)到77.91±0.38μmol Trolox/g。

1.2.3 抗炎

炎癥是機(jī)體對(duì)于刺激產(chǎn)生的一種防御應(yīng)答反應(yīng)，有時(shí)候炎癥是有害的，如自身免疫病等能對(duì)機(jī)體組織造成損害。植物精油抗炎的作用機(jī)制主要有以下兩種：一是通過(guò)阻滯NF-κB 途徑實(shí)現(xiàn)。一方面精油可以保護(hù)IκB-α 不被磷酸化和降解，另一方面精油可以抑制MAPK 途經(jīng)中ERK、JNK 和p38 的活性，導(dǎo)致NF-κB 的合成受阻，從而影響促炎癥因子的表達(dá)和抑制相關(guān)調(diào)控酶的生理活性，最終達(dá)到抗炎的作用；二是精油通過(guò)抑制磷酸化STAT3 的表達(dá)，進(jìn)而降低前炎癥細(xì)胞因子IL-1β 和IL-6 的產(chǎn)生和釋放，從而產(chǎn)生抗炎作用。

Bellassoued 等（2018）對(duì)CCl4誘導(dǎo)前的大鼠以15 和40 mg/kg的薄荷精油進(jìn)行預(yù)處理，相比CCl4處理組，僅用薄荷精油處理組能顯著降低應(yīng)激參數(shù)。Morsoleto 等（2015）使用卡波姆凝膠治療實(shí)驗(yàn)組中大鼠損傷的肌肉，之后用茶樹(shù)精油進(jìn)行輔助治療，結(jié)果表明，在應(yīng)用茶樹(shù)精油干預(yù)治療后，與肌肉損傷區(qū)域的炎癥浸潤(rùn)隨時(shí)間顯著降低(P＜0.01)，可以看出茶樹(shù)精油可以減少炎癥浸潤(rùn)的數(shù)量來(lái)達(dá)到促進(jìn)肌肉恢復(fù)的效果。

1.3 植物精油的微膠囊包被技術(shù)

植物精油因具有揮發(fā)性導(dǎo)致自身性質(zhì)并不穩(wěn)定，容易造成揮發(fā)損失且難以控制在動(dòng)物胃腸道中定點(diǎn)釋放，為了解決這個(gè)問(wèn)題可以采用微膠囊技術(shù)，通過(guò)高分子材料將植物精油進(jìn)行包裹，使其與外界隔絕，從而提高植物精油利用率，微膠囊技術(shù)分為以下三種。

1.3.1 物理法

物理法是指運(yùn)用機(jī)械設(shè)備，將微膠囊壁材通過(guò)物理變化直接在氣相中包被液態(tài)植物精油，使其微膠囊化，此法包括噴霧干燥法、包結(jié)絡(luò)合法、空氣懸浮法、超臨界流體法等，其中噴霧干燥法是目前最常用的方法。

噴霧干燥法的原理是將芯材、壁材混合溶液進(jìn)行乳化形成乳化液，經(jīng)過(guò)噴霧干燥器先將乳化液分散成霧滴，后將霧滴與熱氣流混合，將溶解壁材的溶劑汽化蒸發(fā)形成微膠囊。該方法操作簡(jiǎn)便、技術(shù)成熟，已廣泛用于工業(yè)化生產(chǎn)中，但是制備過(guò)程中的高溫容易導(dǎo)致精油熱敏成分的損失。

1.3.2 化學(xué)法

化學(xué)法的原理是芯材與特定溶劑混合溶液中的單體在一定條件下會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子聚合物，形成的聚合物與芯材連接組裝形成微膠囊?；瘜W(xué)法合成微膠囊的方式有多種，其中界面聚合法運(yùn)用較多，它是通過(guò)對(duì)芯材的特殊處理以后與特定溶劑結(jié)合發(fā)生聚合作用形成微膠囊。

1.3.3 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法主要有四種方法，其基本的原理為通過(guò)改變外在因素誘發(fā)成膜材料發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生相分離，同時(shí)自由能也會(huì)下降，在這一系列的改變之后，就可以具備形成微膠囊的環(huán)境，進(jìn)而形成微膠囊。

2 植物精油在畜禽養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用

2.1 豬

仔豬是豬生長(zhǎng)的首要階段，其生長(zhǎng)強(qiáng)度相對(duì)較大，消化系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善，容易受到外界環(huán)境、細(xì)菌和病毒等不良因素的影響，仔豬生長(zhǎng)的好壞一定程度上關(guān)系著豬的生產(chǎn)性能及經(jīng)濟(jì)效益。常娟等（2019）通過(guò)對(duì)40 日齡杜長(zhǎng)大三元雜仔豬的飼糧中添加300mg/kg 茴香精油，試驗(yàn)期28 天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)食用添加了茴香精油飼料的仔豬比食用添加抗生素飼料的仔豬生長(zhǎng)快，糞便所含有的有益菌增多，有害菌減少，這說(shuō)明在仔豬飼料中可以考慮添加茴香精油來(lái)代替抗生素，達(dá)到促使仔豬腸道菌群的均衡及降低了腸道疾病風(fēng)險(xiǎn)的效果。馬明等（2019）在40-45 日齡的紫云花仔豬基礎(chǔ)日 糧 中 添 加0、200g/t、300g/t、400g/t 植物精油合劑（肉桂醛、百里香酚、香芹酚復(fù)合制劑），研究證明在仔豬日糧中添加植物精油合劑對(duì)仔豬的血清免疫學(xué)指標(biāo)有明顯的改善作用，能夠在一定程度上增強(qiáng)仔豬對(duì)外界環(huán)境的抵抗力。

生長(zhǎng)育肥豬是豬生長(zhǎng)的重要階段，其生長(zhǎng)發(fā)育較為穩(wěn)定，身體機(jī)能較為完善，但此階段的時(shí)間長(zhǎng)，其生長(zhǎng)的好壞直接決定了豬的經(jīng)濟(jì)效益。雖然植物精油對(duì)生長(zhǎng)育肥豬的胴體和肉質(zhì)參數(shù)及生長(zhǎng)性能無(wú)明顯的改善作用，但是可以增強(qiáng)育肥豬的免疫力和改善排泄環(huán)境。

2.2 家禽

與家畜相比，家禽的生產(chǎn)周期短，數(shù)量龐大，而我國(guó)又是禽類(lèi)生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)。植物精油在家禽中的應(yīng)用效果逐漸顯現(xiàn)。

肉雞是家禽業(yè)的重要組成部分，植物精油在日糧中的添加對(duì)肉雞的胃腸道健康起到明顯的積極作用。Altop 等（2018）研究發(fā)現(xiàn)松脂精油的添加能降低肉雛雞空腸中的有害菌群的數(shù)量。Chowdhury 等（2017）研究發(fā)現(xiàn)肉桂精油能夠促進(jìn)肉雞小腸絨毛的發(fā)育。王蘭等（2019）在1日齡愛(ài)拔益加肉公雞飼糧中添加不同濃度梯度的復(fù)合植物精油，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組的肉雞在多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率均得到了明顯的提高(P＜0.05)。此外，有研究指出在肉雞日糧中添加植物精油對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能無(wú)明顯改善，相反也有研究證明其能起作用，這可能是研究者使用的精油種類(lèi)的差異所導(dǎo)致。蛋雞領(lǐng)域中，已有研究證明在日糧中添加植物精油可以提高產(chǎn)蛋率，提高蛋品質(zhì)。

植物精油在肉鴨中的研究相對(duì)較少，其中李敏瑩等在肉鴨日糧中添加（2015）復(fù)合植物精油，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合植物精油添加組的肉鴨相比對(duì)照組不論在生長(zhǎng)性能方面還是在抗氧化能力方面均有明顯的提升。徐善金等（2013）在1 日齡櫻桃谷鴨日糧中添加不同濃度的牛至油，研究發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組相比對(duì)照組的平均耗料量、肉料比、皮脂率顯著降低，屠宰性能有明顯的改善。

鵪鶉與鵝這兩種家禽的相關(guān)研究更為稀少。王芬等在1 日齡東北白鵝日糧中添加不同濃度的牛至油預(yù)混劑，研究發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組白鵝不論在屠宰性能方面還是在生長(zhǎng)性能方面均得到了一定改善。沈兆燕等（2019）在日齡相近的蛋鵪鶉日糧中添加不同水平的微膠囊包膜緩釋植物精油，研究發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組的蛋鵪鶉的生長(zhǎng)及產(chǎn)蛋性能的改善程度與恩拉霉素組相當(dāng)，說(shuō)明植物精油可以作為一種新型的飼料添加劑能夠在一定程度上替代恩拉霉素在蛋鵪鶉中的應(yīng)用。

2.3 反芻動(dòng)物

幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃微生態(tài)、免疫系統(tǒng)和相關(guān)功能尚處于發(fā)育階段，容易受到外界環(huán)境的影響，而植物精油用作飼料添加劑有利于幼領(lǐng)反芻動(dòng)物的生長(zhǎng)和健康。柏妍等（2019）在新生荷斯坦?fàn)倥ｉ_(kāi)食料中添加4.0g/kg牛至油，飼養(yǎng)70 天后測(cè)量其瘤胃相關(guān)參數(shù)，結(jié)果表明牛至油添加組的瘤胃微生物菌群結(jié)構(gòu)得到了一定的優(yōu)化，而瘤胃素對(duì)瘤胃中有益菌群的不利影響得到了緩解。周瑞（2019）在3 月齡體重相近的薩?？恕列∥埠騀1代公羔基礎(chǔ)飼糧中添加4g/d、7g/d 的牛至精油，經(jīng)過(guò)82 天的試驗(yàn)后，結(jié)果表明飼糧中添加適量的牛至精油能夠一定程度上改善瘤胃的發(fā)酵（降低瘤胃氨濃度），促進(jìn)羔羊胃腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)及菌群的發(fā)育，提高羔羊的抗氧化能力和免疫能力。

成年反芻動(dòng)物機(jī)體發(fā)育相對(duì)完善，其生產(chǎn)性能直接關(guān)乎著動(dòng)物的經(jīng)濟(jì)效益。王欣榮等（2017）在產(chǎn)犢后的荷斯坦奶牛子宮中先后投放4 粒牛至精油膠囊（美國(guó)瑞科公司，分別為產(chǎn)后12h 和24h），根據(jù)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的血細(xì)胞數(shù)、血紅蛋白濃度及奶牛的產(chǎn)后指標(biāo)，得出牛至精油有利于產(chǎn)犢后奶牛子宮的恢復(fù)，預(yù)防感染的結(jié)論。Khorrami 等（2015）在體重為540kg左右的荷斯坦奶牛日糧中添加了500 mg/k 的植物精油混合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)荷斯坦奶牛瘤胃中的琥珀酸纖維桿菌和白色瘤胃球菌數(shù)量顯著減少，表明了百里香和肉桂精油可以一定程度上代替瘤胃素作為荷斯坦奶牛的瘤胃發(fā)酵劑。此外，在飼糧中添加一定量的植物精油還能減少成年牛日常的甲烷、氨等氣體的排放量。

3 目前植物精油產(chǎn)品應(yīng)用中仍存在的問(wèn)題

植物精油作為一種新型抗生素替代品，目前在應(yīng)用中仍然存在以下主要問(wèn)題：（1）鑒于植物精油種類(lèi)繁多，成分復(fù)雜，各種精油產(chǎn)品的品牌眾多，養(yǎng)殖戶(hù)在實(shí)際生產(chǎn)中往往無(wú)所適從，難以選擇；（2）由于不同種類(lèi)的畜禽生理特點(diǎn)有差異，同一種精油產(chǎn)品在不同畜禽的應(yīng)用效果也可能存在差異，導(dǎo)致精油產(chǎn)品的應(yīng)用缺乏針對(duì)性；（3）植物精油的成分多樣導(dǎo)致作用機(jī)理的復(fù)雜性，許多產(chǎn)品的作用機(jī)理未能詮釋?zhuān)唬?）植物精油都具有強(qiáng)烈的揮發(fā)性，由此導(dǎo)致精油產(chǎn)品的穩(wěn)定性差，難以在動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行定點(diǎn)釋放并發(fā)揮其最佳作用。

4 對(duì)策與建議

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，筆者給出了以下四點(diǎn)建議：（1）盡快制訂植物精油產(chǎn)品的分類(lèi)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，以防植物精油的濫用和錯(cuò)用；（2）針對(duì)不同品種、不同生理階段的畜禽，研究不同的植物精油產(chǎn)品應(yīng)用效果，將精油產(chǎn)品的應(yīng)用按照畜禽品種和生理階段進(jìn)行系列化，提高產(chǎn)品使用的針對(duì)性；（3）深入開(kāi)展不同精油產(chǎn)品作用機(jī)理的研究，為產(chǎn)品的精準(zhǔn)使用提供更加充分的科學(xué)依據(jù)；（4）進(jìn)一步完善已有精油微膠囊包被技術(shù)，并積極研發(fā)新型包被技術(shù)，研究不同包被技術(shù)產(chǎn)品在畜禽胃腸道的釋放規(guī)律，實(shí)現(xiàn)精油產(chǎn)品的定點(diǎn)釋放，提高產(chǎn)品的使用效果。

參考文獻(xiàn)：（略）