植物提取物的抗氧化特性及其在動物無抗飼料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

金立志，楊江濤

（1.廣州美瑞泰科生物工程技術(shù)有限公司，廣東廣州510300；2. 美瑞泰科-華中農(nóng)大研發(fā)中心，湖北武漢430070）

近十幾年來，由于抗生素耐藥性和殘留問題日益凸顯，作為抗生素重要替代物之一的植物提取物飼料添加劑，在動物飼料生產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖中越來越受到重視。尤其2006 年歐洲禁止抗生素作為飼料添加劑以來，植物提取物飼料添加劑在作用機(jī)制方面研究更加深入，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對植物提取物在動物營養(yǎng)和飼料領(lǐng)域的應(yīng)用研究也越來越多。大量研究結(jié)果表明，植物提取物添加劑在動物飼料與養(yǎng)殖中具有抗菌殺菌、提高動物自身免疫機(jī)能、促進(jìn)唾液和消化液的分泌、改善適口性提高采食量、改善體內(nèi)抗氧化活性等作用[1-2]。樸香淑[3]、金立志[4-5]就植物提取物的抗菌殺菌及其作用機(jī)制已經(jīng)做了詳細(xì)闡述。有關(guān)植物提取物添加劑的名稱和定義非?；靵y，如草藥（Herbs）、藥用植物（Phytoceuticles）、中草藥添加劑（Chinese traditional medicine）、陽生素（Phytobiotics）等。本文采用“植物提取物飼料添加劑（Phytogenic feed additive）”一詞，定義為從植物中提取（非化工合成），活性成分明確、含量穩(wěn)定并且可以測定，對動物和人類沒有任何毒副作用，并已通過動物試驗(yàn)證明可以提高動物生產(chǎn)性能的飼料添加劑[4]。本文就植物提取物飼料添加劑的抗氧化功能及其作用機(jī)制、植物提取物飼料添加劑在“后抗生素時代”替代抗生素促生長劑的實(shí)際研究應(yīng)用做一綜述，重點(diǎn)闡述止痢草提取物的相關(guān)研究結(jié)果，兼談其他相關(guān)植物提取物的重要研究結(jié)果。

1 植物提取物飼料添加劑的抗氧化作用機(jī)制

1.1 植物提取物飼料添加劑的抗氧化機(jī)制分析 有關(guān)植物提取物飼料添加劑抗氧化作用機(jī)制的研究近年來越來越多。植物提取物中的組分主要為萜烯化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物、含硫含氮化合物。植物提取物中存在的天然抗氧化物質(zhì)多種多樣，但主要通過以下幾種方式發(fā)揮抗氧化作用：①抑制氫化氧化物生成，清除活性氧[6]；②中斷氧化過程中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，阻止氧化過程進(jìn)一步進(jìn)行[7]；③抑制氧化酶的活性，使其不能催化氧化反應(yīng)的進(jìn)行[8]；④螯合起催化作用的金屬離子等[9]。

植物中唇形科類植物提取物具有較強(qiáng)的抗氧化活性，如止痢草（Origanum Vulgare ssp Hirtum）、牛至草（Oregano）、百里香、迷迭香、丁香和肉桂等。Franz 等[2]以豬油作為載體，對迷迭香及其提取物、橄欖油及橄欖葉提取物、不同質(zhì)量茶葉樣本的抗氧化能力進(jìn)行酸敗試驗(yàn)，結(jié)果顯示迷迭香提取物抗氧化能力最強(qiáng)。Milos 等[10]系統(tǒng)評估了一系列物質(zhì)的抗氧化性能，包括止痢草的揮發(fā)性糖苷、止痢草精油、純百里香酚、百里醌和維生素E（α-生育酚），在沒有抗氧化劑的情況下（對照組）過氧化氫的生成速度在儲藏10 d 后即顯著飆升；添加止痢草/牛至提取物和糖苷配基組即使是在儲藏了80 d 后還可以抑制過氧化氫的形成，而純化的百里香酚和百里醌則抗氧化效果很低。Kacaniova 等[11]通過DPPH 法研究止痢草與百里香提取物對氧自由基清除能力（30 min和60 min 測定DPPH 清除率）的結(jié)果表明，不同濃度的止痢草提取物具有更強(qiáng)的DPPH 清除能力，且對DPPH 的清除率隨濃度的增加和作用時間的延長而增加；通過相同時間內(nèi)清除50% 的DPPH 所需試劑濃度的試驗(yàn)結(jié)果顯示，止痢草提取物的DPPH 清除活性不僅高于維生素C，也高于化工合成抗氧化劑BHT。

近年來，Wei 等[6]比較了止痢草提取物（該提取物含有30 多種有效成分，主要成分為香芹酚和百里香氛，以及葉綠素合成二者的前體，由廣州美瑞泰科公司提供）、維生素E、維生素C 和α-硫辛酸對大鼠肝勻漿脂質(zhì)自氧化抑制率，發(fā)現(xiàn)止痢草提取物的體內(nèi)抗氧化能力（以抑制脂質(zhì)自氧化能力計(jì)，IC50 為0.03 mg/mL）優(yōu)于維生素E（0.21 mg/mL）、維生素C（0.756 mg/mL）與α- 硫辛酸。Milos 等[10]通過比較豬油儲藏中的過氧化值變化，系統(tǒng)評估了止痢草提取物、止痢草成分、化工合成百里香酚、百里醌和維生素E（α-生育酚）的抗氧化性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)止痢草精油和其糖苷配基比維生素E 更能抑制過氧化氫的形成，化工合成百里香酚和百里醌對過氧化氫形成的抑制能力比維生素E 弱，這說明止痢草精油中的其他次要成分很可能也在抗氧化方面發(fā)揮著重要的協(xié)同作用。

Youdim 等[8]發(fā)現(xiàn)，麝香草提取物及其主要成分百里香酚可有效清除自由基，從而影響體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)，如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和維生素E。麝香草精油中起抗氧化作用的主要是百里香酚和甲基異丙基苯-2,3-二醇[8]。Farag 等[12]研究發(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，這可能是百里香酚具有高抗氧化活性的原因。除了香芹酚和百里香酚之外，其他酚類（咖啡酸、對聚傘花素-2，3- 二醇及一些雙酚和類黃酮）化合物也有抗氧化活性，其中有些酚類化合物的抗氧化性能比維生素E 的抗氧化功能還要高。

1.2 植物提取物飼料添加劑抗氧化應(yīng)激的機(jī)制分析 從2011 年至2015 年，根據(jù)中國與歐盟的科技合作協(xié)議，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)彭健教授的研究團(tuán)隊(duì)與歐洲Aristotle 大學(xué)合作，對植物提取物在動物體內(nèi)減少氧化應(yīng)激損傷及其作用機(jī)制做了大量研究[6,13-16]。陳剛[13]利用Diquat誘導(dǎo)的大鼠氧化應(yīng)激模型研究了植物提取物飼料添加劑緩解斷奶仔豬腸道氧化應(yīng)激損傷及其作用機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，止痢草提取物能顯著增強(qiáng)斷奶仔豬腸道抗氧化酶的活性，降低丙二醛（MDA）含量，抑制血漿皮質(zhì)醇水平的提高和促炎性因子的表達(dá)，降低食糜中大腸桿菌數(shù)量，提高乳酸桿菌數(shù)量，修復(fù)受損的腸黏膜上皮，增強(qiáng)上皮緊密連接中咬合蛋白Occludin 的表達(dá)，結(jié)果說明止痢草提取物能緩解斷奶造成的仔豬腸道氧化應(yīng)激，并能改善腸道通透性，從而提高仔豬的生長性能。止痢草提取物對斷奶仔豬腸道屏障功能發(fā)揮保護(hù)作用的主要作用機(jī)制可能是通過抑制產(chǎn)活性氧（ROS）菌數(shù)量、增強(qiáng)腸道抗氧化酶活性、發(fā)揮其清除自由基能力，減少腸黏膜ROS 含量及其對腸上皮緊密連接的氧化損傷，從而降低MDA 水平。

運(yùn)輸性應(yīng)激也是動物腸道氧化應(yīng)激損傷和肉質(zhì)變差以及動物福利所關(guān)注。Wei 等[6]利用大鼠作為模型，發(fā)現(xiàn)大鼠經(jīng)歷運(yùn)輸應(yīng)激后，體溫升高，體重下降，激素水平上升，Hsps mRNA 表達(dá)量升高，氧化還原狀態(tài)改變，表明大鼠處于應(yīng)激狀態(tài)；在其日糧中添加止痢草提取物、維生素C、維生素E、槲皮素和硫辛酸可以具有較好的清除DPPH 自由基和抑制脂質(zhì)自氧化的能力，降低脂質(zhì)過氧化水平，能夠改善機(jī)體的氧化還原狀態(tài)，提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)大鼠機(jī)體抗氧化能力，抑制腸道黏膜結(jié)構(gòu)的損傷，降低空腸組織熱休克蛋白基因表達(dá)量。該試驗(yàn)結(jié)果表明在日糧中添加止痢草提取物等抗氧化劑，一定程度上緩解了運(yùn)輸應(yīng)激對大鼠機(jī)體的損傷，其中止痢草提取物、槲皮素和維生素E 可顯著改善大鼠的生長性能。Zou 等[14,17]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在育肥豬屠宰前30 d 內(nèi)日糧中添加止痢草油提取物，能提高育肥豬生長性能，同時改善育肥豬運(yùn)輸應(yīng)激過程中失重增加、胴體性狀下降、肉品質(zhì)降低和腸道氧化損傷，止痢草提取物主要通過提高IPEC-J2 細(xì)胞適應(yīng)性抗氧化的能力，增加胞內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）的水平，其中轉(zhuǎn)錄因子Nrf2 在止痢草提取物介導(dǎo)的IPEC-J2 細(xì)胞保護(hù)中起了關(guān)鍵性調(diào)控作用；通過體外試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，免疫細(xì)胞活化產(chǎn)生的ROS 是誘導(dǎo)上皮細(xì)胞氧化損傷的重要原因，預(yù)處理止痢草油提取物能抑制脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的RAW264.7 細(xì)胞NADPH 氧化酶的表達(dá)，從而降低活性氧的產(chǎn)生。

正常懷孕的母豬在妊娠后期和泌乳前期更容易產(chǎn)生氧化應(yīng)激。Tan 等[15]發(fā)現(xiàn)，母豬日糧添加止痢草提取物能在一定程度上緩解妊娠引起的氧化應(yīng)激，可能是通過改善母豬泌乳期胰島素敏感性來提高母豬泌乳期采食量，從而提高母豬繁殖性能；而對母豬體重背膘及斷奶至發(fā)情間隔、母豬血液和初乳抗體水平及乳常規(guī)成分、產(chǎn)仔性能及產(chǎn)程等無顯著影響。近10 年的研究結(jié)果表明，止痢草提取物可以減少體內(nèi)氧化應(yīng)激帶來的機(jī)體損傷（圖1）[15]，對動物生產(chǎn)性能的改善與畜產(chǎn)品質(zhì)量的改善大有裨益[17]。

圖1 植物提取物對母豬血清氧自由基水平的影響

2 植物提取物飼料添加劑在動物無抗飼料營養(yǎng)中的應(yīng)用

2.1 植物提取物飼料添加劑在仔豬上的應(yīng)用 腹瀉是仔豬斷奶后最常見的一種臨床癥狀，往往導(dǎo)致豬的生長抑制甚至死亡，給養(yǎng)豬生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。目前治療豬腹瀉的主要手段是應(yīng)用抗生素，然而因?yàn)榧?xì)菌不斷產(chǎn)生耐藥性，使得抗生素療效甚微。因此，許多研究者將目光轉(zhuǎn)移到天然植物提取物上，研究了植物提取物完全或部分取代抗生素對斷奶仔豬生長性能和腸道健康的影響。Tsinas[18]早期的研究發(fā)現(xiàn)，飼喂添加250 g/t 止痢草提取物（商品名：好力高）日糧的斷奶仔豬其日增重、飼料轉(zhuǎn)化率與硫酸粘桿菌素組基本相當(dāng)，腹瀉指數(shù)和死亡率略優(yōu)于硫酸粘桿菌素組；而飼喂添加500 g/t 止痢草提取物日糧的斷奶仔豬的上述幾個指標(biāo)則優(yōu)與硫酸粘桿菌素組。史東輝等[19]也比較了止痢草提取物與復(fù)配抗生素對斷奶仔豬生產(chǎn)性能的影響，發(fā)現(xiàn)日糧添加止痢草提取物替代50% 抗生素（桿菌肽鋅40 g/t 和金霉素70 g/t）可以提高斷奶仔豬的生產(chǎn)性能；替代全部抗生素有提高斷奶仔豬生產(chǎn)性能的趨勢。近十年來，使用止痢草植物提取物（250～500 g/t）飼料分別全部或部分替代抗生素促生長劑包括硫酸粘桿菌素、黃霉素、阿維拉霉素、金霉素、土霉素（鈣）等單一的或復(fù)合的抗生素促生長劑的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，止痢草提取物組的仔豬增重提高1.6%～8.6%，飼料轉(zhuǎn)化效率幾乎相似（0.6%～2.3%）；死亡率也相差不大（0%～2.78%）（表1）。這些研究結(jié)果說明，止痢草提取物取代仔豬飼料中的抗生素添加劑，仔豬腹瀉控制和生長性能不會受到影響。止痢草提取物與抗生素在乳仔豬的平均日增重、飼料報(bào)酬、腹瀉率和死亡率等方面的效果基本一致，說明使用植物提取物添加劑替代抗生素是可行的方式之一[22]。在乳仔豬無抗飼料中盡量使用優(yōu)質(zhì)蛋白與油脂原料，選擇使用惰性纖維和優(yōu)質(zhì)復(fù)合酸化劑等綜合措施提高仔豬生長性能。

2.2 植物提取物飼料添加劑在育肥豬無抗低蛋白飼料中的應(yīng)用 植物提取物飼料添加劑能夠增進(jìn)豬的食欲，增加采食量；興奮動物胃腸道，促進(jìn)消化腺分泌，提高消化吸收功能；穩(wěn)定消化道內(nèi)微生態(tài)環(huán)境的平衡，促進(jìn)豬生長發(fā)育，提高飼料利用率[2]。Zou 等[22]研究結(jié)果顯示，在育肥豬飼糧中添加300 g/t 止痢草提取物（商品名：好力高），改善了腸道的屏障功能，降低了空腸、回腸和結(jié)腸中大腸桿菌的數(shù)量，改善了生長育肥豬的腸道健康。曾代勤等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與抗生素組相比，混合植物添加劑組豬的日增重、飼料報(bào)酬、經(jīng)濟(jì)效益都得到提高。劉家國等[24]以75～80 日齡體重相近生長豬為研究對象，結(jié)果顯示，植物添加劑（1%）組肉豬在凈增重、日增重及耗料增重比方面都顯著優(yōu)于金霉素組（25 mg/kg）和對照組。

隨著無抗時代的來臨以及行業(yè)對環(huán)境污染壓力的關(guān)注，生長肥育豬使用低蛋白平衡氨基酸日糧成為解決無抗飼料的措施之一，使用低蛋白日糧也可以減輕豬糞嚴(yán)重的氮排放污染。Cheng 等[21]研究結(jié)果表明，在生長肥育豬飼料粗蛋白質(zhì)水平降低2%同時平衡前4 種限制性氨基酸，豬生長速度得以維持但飼料轉(zhuǎn)化率降低。Kerr 等[25]報(bào)道，日糧粗蛋白質(zhì)濃度與凈能對豬增重耗料比的影響存在相互作用，長期飼喂凈能較低的低蛋白日糧會降低生長肥育豬的飼料轉(zhuǎn)化率。Cheng 等[21]進(jìn)一步比較了在低蛋白平衡氨基酸日糧中添加止痢草提取物和金霉素對豬生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金霉素和止痢草提取物都可以提高生長育肥豬的生長速度和改善飼料轉(zhuǎn)化率，縮短出欄時間，與抗生素組相比，止痢草提取物組日增重略優(yōu)，飼料利用率略差，但統(tǒng)計(jì)差異不顯著，止痢草提取物組的出欄時間比金霉素組提前4 d[17]。研究者把止痢草提取物對生長育肥豬生產(chǎn)性能的提高歸結(jié)于其對消化功能的改善。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，止痢草提取物通過改善粗蛋白質(zhì)消化和吸收來促進(jìn)肌肉中蛋白質(zhì)的沉積，促進(jìn)瘦肉生長，改善了生長育肥豬空腸和回腸的絨毛高度、系統(tǒng)性抗氧化酶活性（如T-SOD、T-AOC和GPx）和回腸食糜中乳酸桿菌的數(shù)量，并降低了豬血漿硫代巴比妥酸還原值（TBARS）的水平。這為生長育肥豬應(yīng)用低蛋白平衡氨基酸日糧技術(shù)進(jìn)行無抗生產(chǎn)提供了重要的理論參考。

表1 植物提取物替代豬飼料中抗生素促生長劑對仔豬生產(chǎn)性能的影響

2.3 植物提取物飼料添加劑在家禽無抗飼料營養(yǎng)的應(yīng)用在實(shí)際養(yǎng)殖過程中，由于細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性，許多營養(yǎng)師或配方師不得不超倍使用和使用多種抗生素。但即使如此，由于50%～60%以上的致病菌已經(jīng)產(chǎn)生抗藥性，畜禽下痢和腸道亞健康的情況仍頻繁發(fā)生，不僅給養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大損失，也使養(yǎng)殖企業(yè)面臨食品安全及成本的壓力。大多數(shù)研究表明，植物提取物飼料添加劑對家禽的采食量沒有顯著影響，而對增重與飼料報(bào)酬則有顯著改善。樸香淑[3]綜述中指出，日糧中添加止痢草或牛至草提取物添加劑的結(jié)果比較一致，平均改善飼料報(bào)酬3.1%（幅度1%～9%），而對日增重和采食量方面的影響結(jié)果并不一致。

大多數(shù)植物提取物飼料添加劑具有高效的殺菌、抑菌作用，能明顯改善動物腸道健康，提高動物的抗病力，進(jìn)而提高動物生產(chǎn)性能。在肉雞日糧中使用止痢草提取物（商品名：好力高，150～300 g/t 飼料）替代抗生素包括阿維拉霉素、黃霉素、恩拉霉素、硫酸粘桿菌素、桿菌肽（鋅）和吉他霉素等，止痢草提取物組肉雞平均增重、飼料報(bào)酬等與使用抗生素的效果相仿，并且止痢草提取物組能夠降低肉雞死亡率（表2）。

另外，美國普渡大學(xué)的Lu 等[31]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與鹽霉素組相比，植物提取物（好力高）組在肉雞生長前期（0～21 d）的增重和飼料報(bào)酬方面表現(xiàn)最好，植物提取物與鹽霉素組21 日齡肉雞能量和干物質(zhì)的回腸表觀消化率顯著高于干酵母組；鹽霉素和植物提取物組肉雞的氮和磷的消化率較益生素乳酸菌和干酵母組也有顯著提高。

表2 植物提取物替代肉雞飼料中抗生素促生長劑對生產(chǎn)性能的影響

3 總 結(jié)

綜上，植物提取物飼料添加劑可以有效改善豬禽的小腸組織形態(tài)和機(jī)體抗氧化酶活性，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率和生長性能，長期添加植物提取物飼料添加劑獲得的生產(chǎn)性能與各種抗生素添加劑相似，并在動物產(chǎn)品品質(zhì)方面有所改善。除歐盟之外，韓國、中國、印尼、越南等國家都已經(jīng)提出了明確的法律上禁止使用抗生素促生長添加劑的具體時間表。美國也嚴(yán)格限制飼料使用抗生素添加劑。通過嚴(yán)格的生物安全措施、飼料配方的調(diào)整、選用適當(dāng)?shù)奶婵箿p抗飼料添加劑已經(jīng)迫在眉睫。這些替抗的飼料添加劑必須成分清晰、作用機(jī)制明確，在大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)都已經(jīng)進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募?xì)致研究，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證。