松樹皮提取物的主要成分、生理功能及其在畜禽飼料中的應(yīng)用前景

王 楹 胡睿智 嚴(yán)佳豪 伍樹松

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

松樹屬于松科植物中最大的一個(gè)屬——松屬，我國(guó)有30多種松樹，在云南、四川等地種植面積廣泛[1]?！睹t(yī)別錄》和《本草綱目》常將松樹的松針和松果作為藥材使用[2-3]。在我國(guó)松樹通常用于木材加工或生產(chǎn)紙漿和紙板，而占樹木總重量10%～15%的松樹皮被作為加工廢料丟棄。在20世紀(jì)60年代的時(shí)候，法國(guó)科學(xué)家從法國(guó)海洋松的松樹皮中提取出富含黃酮類化合物的天然活性物質(zhì)——碧蘿芷[4]，具有很強(qiáng)的抗氧化能力，現(xiàn)在已經(jīng)作為多種疾病的治療藥物[5]。

松樹皮中含有揮發(fā)油、多酚、多糖和微量元素等化學(xué)成分，其中多酚具有強(qiáng)抗氧化能力，多糖具有改善免疫力的作用，在現(xiàn)代規(guī)模化畜禽飼養(yǎng)中，松樹皮提取物可有效緩解動(dòng)物應(yīng)激，預(yù)防疾病。與普通的中草藥相比，松樹皮具有來源廣、價(jià)格低、易規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，在畜禽生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，松樹皮中主要活性成分及其作用機(jī)理尚不明確，這在很大程度上限制了其合理利用，本文基于前期有關(guān)松樹皮提取物的研究，綜述了松樹皮提取物的主要成分及其抑菌、抗氧化、抗炎生理功能，為篩選松樹皮多酚活性成分并明確相關(guān)作用機(jī)理提供新的思路，同時(shí)為松樹皮在畜禽飼料中的合理利用提供理論依據(jù)。

1 松樹皮的主要化學(xué)組分

松樹皮的主要成分由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以及一些可溶性物質(zhì)組成。黃占華[6]比較了中國(guó)興安落葉松樹皮和西伯利亞落葉松樹皮的化學(xué)成分組成，其區(qū)別如表1所示。從表格中可以看出，松樹皮中纖維素和木質(zhì)素占比60%～70%，可溶性提取物占比差異較大，興安落葉松樹皮中水溶性提取物含量為14.2%，脂溶性提取物含量為3.5%，而西伯利亞落葉松樹皮中水溶性提取物含量?jī)H占3.5%，但脂溶性提取物含量為5.1%。其余研究也表明，可溶性提取物在松樹皮中含量能達(dá)到10%以上，且具有很強(qiáng)的抗氧化[21-22]、抗腫瘤[23]、抗炎[24]等生理功能。

表1 松樹皮及其提取物的主要成分

2 松樹皮提取物的提取工藝及潛在活性成分

松樹皮飼用資源化利用的關(guān)鍵在于其提取工藝。傳統(tǒng)提取工藝主要有水提法和有機(jī)溶劑浸提法，根據(jù)相似相溶的原理將活性成分從松樹皮中萃取出來，其特點(diǎn)是方法簡(jiǎn)便、成本低，但存在提取時(shí)間長(zhǎng)、效率低、雜質(zhì)多等不足。新型提取工藝主要有超聲波提取、聲波輔助提取、超臨界提取等，其原理是通過改變一些物理?xiàng)l件加速植物細(xì)胞中活性物質(zhì)的釋放并溶于有機(jī)溶劑中，相較于傳統(tǒng)提取工藝，新型提取工藝的提取效率及純度均有很大程度的上升，但成本相對(duì)較高。筆者所在團(tuán)隊(duì)將果膠酶、漆酶和纖維素酶按一定比例混合，通過酶解破壞細(xì)胞壁，促進(jìn)活性物質(zhì)的釋放，在很大程度上提高了提取效率，且具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、活性物質(zhì)保存度高等優(yōu)勢(shì)[25]，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。松樹皮提取物的活性物質(zhì)受其種類、生長(zhǎng)環(huán)境、提取方法等諸多因素的影響，但基于目前研究報(bào)道，其活性物質(zhì)主要包括揮發(fā)油類、多酚類和黃酮類等化學(xué)活性物質(zhì)。

2.1 揮發(fā)油類

揮發(fā)油也叫精油，是指一系列可揮發(fā)性的油類。揮發(fā)油主要由芳香族、脂肪族和萜類化合物組成。萜類化合物主要是倍半萜和單帖，在松樹皮含量較高，而含量相對(duì)較少的芳香族是主要的特異芳香味來源，并且具有很好的生物活性[26]。表1列舉了國(guó)外研究報(bào)道中松樹皮提取物的揮發(fā)油類活性成分，從表格中可以了解到，雖然每位研究者研究的松樹種類不同，但松樹皮中揮發(fā)油類活性成分具有較大的相似性，主要包含α-蒎烯、石竹烯、檸檬烯等成分。

2.2 多酚類化合物

多酚類化合物是指化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有酚羥基的一類物質(zhì)，廣泛存在于植物中且具有多種生物學(xué)活性[27]。多酚類化合物包括芳香類、類黃酮類、兒茶素類等。研究表明，多酚類化合物不僅具有強(qiáng)大的清除自由基能力，還能通過抑制氧化酶和螯合過渡金屬離子發(fā)揮抗氧化作用[28]。Pan等[29]使用羥丙基葡聚糖凝膠、硅膠柱色譜和反相高效液相色譜對(duì)新鮮樟子松樹皮的乙醇提取液進(jìn)行分餾，分離鑒定出26種多酚類化合物，主要有單芳基化合物、二苯乙烯苷、木脂素、類黃酮類、兒茶素和原花色素。Jerez等[30]利用質(zhì)譜法檢測(cè)到松樹皮中原花青素的三聚體到十三聚體。表1總結(jié)了前人研究中松樹皮中多酚類化合物的種類及含量。

2.3 其他成分

樹皮是植物儲(chǔ)存和運(yùn)輸養(yǎng)分的場(chǎng)所，所以松樹皮提取物中除了揮發(fā)油、多酚類物質(zhì)外，還有一些維持生命活動(dòng)的其他營(yíng)養(yǎng)成分，比如氨基酸、多糖、維生素和一些微量元素[26]。吳杰等[31]以甘露糖為標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定了馬尾松、濕地松、華南五針?biāo)?、黃山松、金錢松和加勒比松的水溶性多糖的含量，發(fā)現(xiàn)各種松樹皮中均含有多糖，且馬尾松的水溶性多糖含量最高，為(24.90±3.17)mg/g，最少的是濕地松，含量為(10.20±0.62)mg/g。何美君等[32]用感應(yīng)耦合電漿放射光譜儀和半微量法測(cè)定了云南華山松中微量元素含量，發(fā)現(xiàn)華山松中含有鈣、鉀、鐵、鎂、磷、錳、鋅、銀等元素，其中鈣的含量最高。

綜上所述，松樹皮提取物中主要是由以萜類化合物為主的揮發(fā)油類和以原花青素類為主的多酚類物質(zhì)組成，還含有少量的多糖、氨基酸、微量元素等一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。松樹皮提取物的生物學(xué)活性主要基于這些活性成分。

3 松樹皮提取物的生理功能

3.1 調(diào)節(jié)菌群

由上文可知，松樹皮提取物中含有揮發(fā)油類和多酚類化合物成分，如原花青素、槲皮素等，揮發(fā)油成分和多酚類化合物都具有很好的抑菌作用，能夠影響腸道菌群和腸道代謝功能，從而對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生有益作用[33]。Zhao等[34]研究了原花青素對(duì)巴馬迷你香豬的腸道菌群的作用，發(fā)現(xiàn)在飼糧中添加原花青素(250 mg/kg BW)相較于抗生素組(350 mg/kg BW金霉素和36 mg/kg BW頭孢菌素)能夠顯著降低在牙周疾病中常見的螺旋藻菌屬數(shù)量，并且提高腸道的操作分類單元(OTU)數(shù)量以及與碳水化合物代謝有關(guān)的菌群數(shù)量，可見原花青素可通過改善腸道菌群的豐度，增強(qiáng)代謝功能，從而對(duì)豬的腸道菌群產(chǎn)生有益影響。松樹皮提取物對(duì)不同的細(xì)菌或真菌均有抑制效果[35-38]。Sharma等[37]研究發(fā)現(xiàn)松樹皮提取物對(duì)金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌最小抑菌濃度均為1 mg/mL。研究發(fā)現(xiàn)，松樹皮提取物中多酚類物質(zhì)對(duì)致病菌大腸桿菌的抑制作用強(qiáng)于其對(duì)益生菌的抑制作用[39-40]。目前松樹皮提取物的抑菌作用機(jī)制尚不明確，有文獻(xiàn)報(bào)道，松樹皮提取物中原花青素能夠抑制大腸桿菌的菌毛產(chǎn)生黏附素，使大腸桿菌不能夠正常附著在上皮細(xì)胞的碳水化合物受體上，從而抑制大腸桿菌生長(zhǎng)[41]。此外，多酚的非特異性氫鍵能與細(xì)菌細(xì)胞壁中的蛋白質(zhì)發(fā)生非特異性相互作用，從而使酶和細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白失活，影響蛋白質(zhì)運(yùn)輸，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯[42]。多酚還能通過抑制DNA的合成誘導(dǎo)細(xì)菌凋亡，如槲皮素可阻斷大腸桿菌中的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ，從而抑制DNA的合成并誘導(dǎo)細(xì)菌染色體中多個(gè)雙鏈斷裂，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡[43]。由此可見，松樹皮提取物對(duì)一些有害菌具有抑制作用，可改善動(dòng)物腸道微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)腸道對(duì)飼糧中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

3.2 抗氧化

多酚類物質(zhì)具有良好的抗氧化活性，其中原花青素的抗氧化能力是維生素C抗氧化能力的20倍，是維生素E的50倍[44]。多酚類物質(zhì)的抗氧化能力與其結(jié)構(gòu)中的酚羥基有關(guān)，酚羥基可解離電子直接使自由基失活，其能力隨酚羥基數(shù)量增加而增強(qiáng)，且與其位置有關(guān)[45]。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，多酚類化合物能夠以半胱氨酸修飾、泛素化、磷酸化和琥珀?；男问接绊慘elch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1(Keap1)的結(jié)構(gòu)/殘基，導(dǎo)致紅系衍生的核因子2相關(guān)因子(Nrf2)從Keap1中解離出來，進(jìn)入細(xì)胞核結(jié)合抗氧化元件，從而發(fā)揮抗氧化作用[46]。多酚的抗氧化能力主要從以下4個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：1)多酚類物質(zhì)具有很強(qiáng)的活性氧自由基清除能力，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力。Nakayama等[47]研究發(fā)現(xiàn)，松樹皮提取物具有很好的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除活性，并且能夠顯著抑制由自由基誘導(dǎo)的低密度脂蛋白的氧化。2)多酚類物質(zhì)還能增加體內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶和血紅素加氧酶等一些抗氧化酶的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)抗氧化能力。Ko等[48]研究發(fā)現(xiàn)松樹皮提取物能降低由順鉑(肝臟損傷誘導(dǎo)劑)誘導(dǎo)的肝臟損傷，降低肝臟組織中的丙二醛含量，增加谷胱甘肽含量以及超氧化物歧化酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性。這些結(jié)果表明松樹皮提取物可能是通過抑制脂質(zhì)過氧化和增加抗氧化劑活性來預(yù)防順鉑在大鼠中引起的急性肝毒性。3)多酚類物質(zhì)也可以與其他抗氧化劑產(chǎn)生協(xié)同作用，從而增強(qiáng)抗氧化能力。Dai等[49]研究了多酚、維生素E和維生素C對(duì)亞油酸過氧化的抑制作用，發(fā)現(xiàn)多酚、維生素E和維生素C的混合物可以通過協(xié)同作用來保護(hù)脂質(zhì)過氧化，通過其抗氧化過程的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理研究表明，這種抗氧化協(xié)同作用是由于多酚與維生素E氧化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，重新生成維生素E，然后維生素C再與多酚的氧化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成多酚。4)多酚類物質(zhì)還能夠通過其結(jié)構(gòu)中的酚羥基與金屬離子結(jié)合來中斷芬頓反應(yīng)，緩解氧化應(yīng)激帶來的損害[45]。

3.3 其他作用

除上述抗菌和抗氧化作用外，松樹皮提取物還有抗炎、神經(jīng)保護(hù)、抗癌等其他生理功能。多酚類物質(zhì)因其自由基清除能力在緩解炎癥反應(yīng)中具有協(xié)同作用，阿魏酸、咖啡酸、兒茶素等已被報(bào)道具有顯著的抗炎活性，原花青素代謝物在體外顯示出比氫化可的松高100%的抗炎活性[24]。在炎癥反應(yīng)中，一氧化氮(NO)是與炎癥有關(guān)的重要介質(zhì)，一氧化氮合酶(NOS)是合成NO過程中涉及的主要酶，Vigo等[50]研究發(fā)現(xiàn)樟子松提取物能夠抑制NOSmRNA的表達(dá)，從而抑制NO的產(chǎn)生，緩解炎癥帶來的損傷。絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路是炎癥反應(yīng)中調(diào)節(jié)促炎因子[例如白細(xì)胞介素-1(IL-1)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(iNOS)]生成的重要細(xì)胞信號(hào)通路之一。Qin等[51]研究發(fā)現(xiàn)8-異戊二烯槲皮素可通過直接與蛋白激酶-1/c-Jun氨基末端激酶1/2(SEK1-JNK1/2)和絲裂原活化的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶-1/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(MEK1-ERK1/2)的信號(hào)分子靶向結(jié)合下調(diào)MAPK信號(hào)傳導(dǎo)途徑，從而抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。

除抗炎作用外，Kim等[18]研究發(fā)現(xiàn)松樹皮提取物能防止過氧化氫誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，還能抑制乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶的活性，從而可以作為有效的神經(jīng)保護(hù)劑。陸峰彬等[52]研究了松樹皮提取物對(duì)魚藤酮誘導(dǎo)帕金森小鼠神經(jīng)元的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)松樹皮提取物能夠增強(qiáng)腦組織的抗氧化能力，切斷脂質(zhì)過氧化作用，并保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性，從而抵抗魚藤酮誘導(dǎo)的黑質(zhì)紋狀體多巴胺減少，保持紋狀體多巴胺處于正常水平；并且能阻斷α-突觸核蛋白的異常聚集，減少體內(nèi)細(xì)胞凋亡和自由基的產(chǎn)生，從而減輕腦組織的病理?yè)p傷。如表2所示，松樹皮提取物在臨床上還有抗癌、降低血糖水平、緩解糖尿病和抗高血壓等作用，并且在食品行業(yè)中已經(jīng)用其作為肉類食品的抗氧化劑和果汁中的添加劑[58]。

表2 松樹皮提取物的生理功能

4 松樹皮提取物在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

松樹皮來源廣泛，原料價(jià)格低廉，富含多酚等多種活性物質(zhì)，作為飼料添加劑具有提高動(dòng)物免疫力、緩解動(dòng)物生長(zhǎng)過程中的炎癥和氧化應(yīng)激的作用，從而提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能的潛力。陳世偉等[59]研究發(fā)現(xiàn)，松樹皮提取物能夠增加單核巨噬細(xì)胞的吞噬作用和自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞活性，從而增強(qiáng)機(jī)體的非特異性免疫力。Lee等[60]研究發(fā)現(xiàn)，松樹皮提取物可通過恢復(fù)大鼠免疫功能障礙，比如增加淋巴細(xì)胞增殖和調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞中細(xì)胞因子的釋放，來延長(zhǎng)T細(xì)胞和B細(xì)胞的壽命。此外，松樹皮提取物還可提高雞外周血單核細(xì)胞、脾細(xì)胞和胸腺細(xì)胞的增殖能力[61]。

5 小 結(jié)

在全面“飼料禁抗”時(shí)間，開發(fā)安全、高效、廉價(jià)的促生長(zhǎng)和預(yù)防疾病的飼料添加劑成為畜牧行業(yè)亟待解決的問題之一。松樹皮富含天然活性物質(zhì)，其提取物具有調(diào)節(jié)菌群、抗氧化和抗炎等生理功能，且其來源廣泛、價(jià)格低廉、可持續(xù)發(fā)展，在畜禽飼料中具有很好的應(yīng)用前景。但是，目前關(guān)于松樹皮提取物在畜禽生產(chǎn)中的研究還相對(duì)較少，其主要活性物質(zhì)和作用機(jī)制尚不明確，且無相關(guān)安全性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，這在很大程度上限制了其在畜禽生產(chǎn)中的合理利用。在未來研究中，如何利用現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)解決以上問題，是其實(shí)現(xiàn)飼用資源化利用的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。