姜黃素的提取、生理功能及其在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進展

王 敏，王洪彪，馬曉蕊，鐘 瑤，趙繼春

（北京市農(nóng)林科學(xué)院數(shù)據(jù)科學(xué)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟研究所，北京 100097）

目前，在飼料端禁抗、養(yǎng)殖端減抗和限抗背景下，尋找抗生素替代品正成為研究熱點。姜黃素（Curcumin）是從姜科姜黃屬植物姜黃（）中提取的一種天然酚類色素，具有無毒無害的特點。姜黃中主要為姜黃素（CHO，相對分子質(zhì)量368，約占70%）、脫甲氧基姜黃素（CHO，相對分子質(zhì)量338，約占15%）和雙脫甲氧基姜黃素（CHO，相對分子質(zhì)量308，約占10%），統(tǒng)稱為總姜黃素。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看（圖1），姜黃素類化合物是稀有的具有二酮類的植物界有色物質(zhì)，且具有多酚類的特殊結(jié)構(gòu)，有1 個,不飽和二酮基，在2 個苯環(huán)上分別有酚羥基和甲氧基，幾乎不溶于水，易溶于有機溶劑，對酸堿度敏感，其具有抗腫瘤、抗氧化、抗炎癥、抗病原微生物、抗病毒等多種生物功能，且在飼料中添加姜黃素能夠提高畜禽生產(chǎn)性能。因此，姜黃素可以作為一種替代抗生素的綠色添加劑在動物生產(chǎn)中進行應(yīng)用。本文綜述了姜黃素的提取、生理功能及其在肉雞生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進展，以期為姜黃素作為優(yōu)質(zhì)綠色添加劑進一步研究和開發(fā)利用提供參考。

圖1 姜黃素的結(jié)構(gòu)式

1 姜黃素的提取方法

浸漬或溶劑萃取、索氏提取法等傳統(tǒng)方法被廣泛應(yīng)用于植物姜黃素的提取。這些方法操作簡單，但在某些情況下會導(dǎo)致熱敏性物質(zhì)的降解，而且比較耗時。目前，超聲波輔助提取、微波輔助提取、酶輔助提取和超臨界液體提取等新的提取方法已逐漸替代傳統(tǒng)的提取方法。姜黃素各種提取方法的優(yōu)缺點見表1。

表1 姜黃素各種提取方法的優(yōu)缺點

1.1 浸漬提取法 浸漬提取法是將植物溶解于溶劑中，使其有效成分浸出。利用該方法從植物中提取姜黃素，使用的溶劑范圍廣泛，包括非極性有機溶劑和有機溶劑與水的組合。乙醇是提取姜黃素的最佳溶劑，且溶劑混合物的乙醇濃度對萃取效率起著至關(guān)重要的作用。

1.2 索氏提取法 索氏提取法是從固體物質(zhì)中萃取化合物的一種方法。索氏提取法的姜黃素提取率高于浸漬法和超聲輔助提取法，但索氏提取法提取的溫度更高，提取時間更長，常見有高壓索氏提取、自動索氏提取、超聲波輔助索氏提取和微波輔助索氏提取等方法。

1.3 水蒸氣蒸餾提取法 水蒸氣蒸餾提取法是提取生物活性化合物和精油的一種傳統(tǒng)提取方法，可用于從姜黃粗粉或姜黃油樹脂中去除姜黃香精，得到無味姜黃素。研究發(fā)現(xiàn)，水蒸氣蒸餾提取法是制備姜黃粉末或姜黃素的有效方法，姜黃風(fēng)味殘留少，無色素損失。

1.4 超聲輔助提取法 目標(biāo)化合物在超聲波的作用下加速擴散、增加傳質(zhì)和加速與溶劑相接觸，得到混合提取液，再經(jīng)過分離、精制和純化處理，最后得到目標(biāo)化合物的一種新型化合物分離技術(shù)。姜黃素提取率容易受到頻率、溫度和時間、提取溶劑的性質(zhì)等因素影響，因此，姜黃素回收前，最好對超聲輔助提取法工藝進行優(yōu)化。

1.5 微波輔助提取法 微波輔助提取法是利用微波能進行物質(zhì)提取，具有節(jié)省時間和試劑、降低能耗的優(yōu)點。微波功率、輻照時間和冷卻時間間隔、溫度、植物原料的大小和溶劑的類型是影響姜黃素提取效率的主要因素。在微波輔助萃取過程中，樣品通過微波干燥輻射和粉碎處理，可以提高萃取率和萃取效率。

1.6 酶提取法 植物細胞壁結(jié)構(gòu)中的多糖等物質(zhì)能夠保護細胞的穩(wěn)定性，利用有特定水解特性的酶來分解植物細胞壁，能夠得到胞質(zhì)內(nèi)的生物活性成分，甚至是與細胞壁結(jié)合的成分。一般利用-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、淀粉糖苷酶等酶類來提取植物中的姜黃素。溫度、時間、pH 和酶濃度等是影響酶的特異性和選擇性的重要因素。因此，要獲得最大的水解活性，必須采用最佳的酶反應(yīng)條件。

1.7 加壓溶劑提取法 加壓溶劑提取法是使用高于大氣沸點的液體溶劑，在低于其臨界點的高溫高壓條件下提取生物活性化合物，該方法是近年來發(fā)展起來的一種新的提取技術(shù)。在高溫高壓下，能夠提高植物基質(zhì)與溶劑之間的溶解度和傳質(zhì)速率，從而提高萃取效率。用水作為萃取溶劑，被稱為亞臨界水萃取或加壓熱水萃取。亞臨界水萃取法提取姜黃素的效率比傳統(tǒng)工藝要高。此外，在亞臨界水提取過程中添加緩沖溶液以及亞臨界水萃取和乙醇結(jié)合使用均能夠提高姜黃素的提取率。

1.8 超臨界流體提取法 超臨界流體提取法以一種超臨界流體作為萃取劑，把目標(biāo)化合物從混合物中分離出來。二氧化碳（CO）是最常見的超臨界流體。超臨界CO對極性較低的分子（如精油等）具有較高的溶解力，但對極性較強的姜黃素溶解力較低。因此，在提取姜黃素時，可少量加入極性有機共溶劑（或改性劑），如甲醇、乙醇等，以提高提取效率。此外，該法可以聯(lián)合加壓溶劑提取法提取姜黃素。即先利用超臨界流體提取法初步去除姜黃粉末中的揮發(fā)油，然后使用乙醇為溶劑采用加壓溶劑提取法回收姜黃素。

1.9 離子液體提取法 離子液體具有無揮發(fā)性、熱穩(wěn)定性好、黏度可調(diào)性和保護生物活性等優(yōu)點，已成功應(yīng)用于合成、催化、分析和分離等各個領(lǐng)域。離子液體提取法與超聲輔助提取法、微波輔助提取法和酶提取法等相結(jié)合已被應(yīng)用于姜黃素的提取。

2 姜黃素的生理功能

2.1 抗腫瘤 體內(nèi)體外試驗研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以通過抑制缺口受體-1（Notch1）和核因子B（NF-B) 以及血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的轉(zhuǎn)錄和蛋白水平來抑制腫瘤增殖；還可以通過上調(diào)微小RNA-491 或下調(diào)微小RNA-130a 來抑制Wnt/-catenin 信號通路，從而抑制癌細胞的增殖。雙特異性酪氨酸磷酸化調(diào)節(jié)激酶（DYRK2）是姜黃素的直接靶點，姜黃素能夠占據(jù)DYRK2 的腺苷三磷酸結(jié)合囊，抑制細胞內(nèi)26S 蛋白酶體磷酸化，降低蛋白酶體活性，從而抑制細胞增殖。研究還發(fā)現(xiàn)，姜黃素通過調(diào)控絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）來抑制血管VEGF 誘導(dǎo)環(huán)氧化酶-2（COX-2）和表皮生長因子受體（EGFR）的表達，進而抑制腫瘤細胞的增殖、遷移和血管生成。此外，姜黃素還能夠通過調(diào)控活化半胱氨酸蛋白酶Caspase-3、過氧化氫酶、凝聚素和細胞色素C 等誘導(dǎo)線粒體途徑的腫瘤細胞凋亡。

2.2 抗氧化 姜黃素結(jié)構(gòu)中含有2 個鄰甲氧基酚基、2個烯酮基和1 個酮烯醇基，是一種親脂多酚。姜黃素能夠進入細胞膜，與自由基結(jié)合，形成穩(wěn)定性強的醌類物質(zhì)，清除細胞內(nèi)活性氧，從而抑制自由基介導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化損傷，還可以提高超氧化物歧化酶（SOD）活性來改善細胞的抗氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠提高腸道和等基因的表達，提高腸道谷胱甘肽過氧化酶（GSH-Px）和總抗氧化能力（T-AOC)的活性，能夠提高抗氧化能力來保護腸道免受損傷。

2.3 抗炎癥 NF-B 信號通路是炎癥反應(yīng)的主要介質(zhì)，能夠調(diào)節(jié)白細胞介素1（IL-1）、白細胞介素6（IL-6）、腫瘤壞死因子（TNF-）、環(huán)氧化酶-2（COX-2）和前列腺素E2（PGE2）等的表達。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素通過抑制NF-B 信號通路、COX-2 來抑制促炎細胞因子（如IL-1、IL -6、IL -18 和TNF-）的分泌，進而發(fā)揮抗炎作用。炎癥小體是炎癥通路的重要組成部分，能夠通過NF-B 信號來激活Caspase-1 導(dǎo)致細胞凋亡以及誘導(dǎo)IL-1和IL-18 的成熟和分泌。在各種炎癥小體中，NLR 家族Pyrin 域蛋白3（NLRP3）是重要組成部分，其在組織損傷、代謝應(yīng)激、活性氧（ROS）、炎癥和感染的條件下被激活。姜黃素不僅可以通過調(diào)節(jié)NF-B 信號通路抑制NLRP3 炎性小體的激活和IL-1分泌，還可以通過減弱鉀離子外流、阻止鈣離子內(nèi)流和凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（ASC）與NLRP3 結(jié)合來破壞NLRP3 炎性小體的空間形成，從而發(fā)揮抗炎作用。

2.4 抗細菌和病毒 姜黃素及其衍生物對金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、沙門氏菌、大腸桿菌、幽門螺桿菌等革蘭氏陽性菌和陰性菌均具有抗菌作用。通過熒光探針標(biāo)記發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠破壞金黃色葡萄球菌的細胞膜，使胞內(nèi)酶外泄，抑制細菌的代謝循環(huán)，導(dǎo)致細菌死亡而發(fā)揮抑菌的作用。此外，將姜黃素進行處理獲得姜黃素衍生物，會提高姜黃素的抑菌效果。例如，以琥珀酸為連接臂，通過酯化和酰胺化反應(yīng)將姜黃素接枝到-精氨酸分子上，獲得新型-精氨酸基姜黃素衍生物，能夠改善姜黃素水中溶解度，并且具有更優(yōu)的抑菌性。通過體外和體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，姜黃素能有效緩解病毒引起的感染和癥狀，其機制主要是姜黃素與病毒外殼蛋白、病毒特異性酶或RNA 聚合酶的結(jié)合，影響和消除了病毒復(fù)制、感染和對細胞的損害。

2.5 免疫調(diào)節(jié)功能 在免疫調(diào)節(jié)過程中，姜黃素能夠通過促進免疫細胞的激活和增強內(nèi)源性免疫活性來提高機體的免疫功能，增強抵抗外源病原體入侵的能力。通過以金黃色葡萄球菌誘導(dǎo)的乳腺炎小鼠為模型，發(fā)現(xiàn)姜黃素可能通過抑制IL-1 和CD8T 活性，增強IL-10、自然殺傷細胞和CD4T 活性來發(fā)揮抗乳腺炎的作用。此外，姜黃素可能通過降低免疫器官中的中性粒細胞、巨噬細胞和殺傷性T 淋巴細胞比例以及減少脊髓損傷部位M1 型巨噬細胞數(shù)量和增加M2 型巨噬細胞來降低小鼠脊髓損傷后的反應(yīng)性炎癥。

3 姜黃素在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 姜黃素對肉雞生長性能的影響 姜黃素可作為飼用抗生素的替代物，具有提高肉雞生長性能的作用。飼糧中添加姜黃素在提高肉仔雞日采食量（ADFI）和日增重（ADG）、降低耗料增重比（F/G）方面均能達到與抗生素（維吉尼霉素）相同的效果。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠提高肉仔雞的ADG，降低F/G；并顯著提高了42 日齡肉雞的全凈膛重、屠宰率、胸肌重和腿肌重。與基礎(chǔ)飼糧中添加抗生素和抗球蟲藥物相比，添加100 mg/kg 姜黃素能顯著增加肉雞腸道絨毛高度、隱窩深度、絨毛高度和隱窩深度比，還可以通過提高抗氧化活性來增強肉雞抗艾美耳蟲的能力，幫助去除盲腸大腸桿菌和柔嫩腸桿菌的卵囊。熱應(yīng)激會顯著降低肉雞的末重、ADG 和屠宰率，姜黃素組肉雞末重、ADFI 和ADG 可較熱應(yīng)激組顯著增加，且姜黃素能夠通過Nrf2 誘導(dǎo)GSH 相關(guān)酶活力，激活肝臟的抗氧化防御，進而提升肉雞的抗熱應(yīng)激能力，提高飼料轉(zhuǎn)化率。以上結(jié)果表明，姜黃素能夠通過作用于腸上皮細胞，維持腸道組織形態(tài)，提高小腸絨毛對養(yǎng)分的吸收率，改善肉雞生產(chǎn)性能。

3.2 姜黃素對雞肉品質(zhì)的影響 日糧中添加不同濃度的姜黃素均能顯著提高胸肌和腿肌中水分的含量，并提高腿肌中粗蛋白質(zhì)的含量，降低腿肌中粗脂肪的含量，對腿肌品質(zhì)的改善作用優(yōu)于胸肌，且當(dāng)添加量為200 mg/kg 的效果最佳。已有研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中添加姜黃素能降低肉雞血清總脂、總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇的含量，降低肌肉和肝臟中總膽固醇、甘油三酯的含量，抑制腹脂、肝臟脂沉積，并促進肉雞體內(nèi)高密度脂蛋白膽固醇水平的上升，有助于改善肉雞肉品質(zhì)。其主要機制在于，姜黃素能夠通過調(diào)控乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）、脂肪酸合成酶（FAS）、固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c（SREBP-1c）、ATP-檸檬酸裂解酶（ACLY）、過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）和肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-I（CPT-I）等脂肪生成和分解相關(guān)基因的表達，降低肝臟和血漿脂質(zhì)水平，進而抑制肉雞腹部脂肪沉積。研究發(fā)現(xiàn)，添加姜黃素能夠降低肌肉的L*和b*值，提高a*值，顯著降低肌肉剪切力，提高肌肉嫩度，降低肌肉滴水損失，提高熟肉率，增強肌肉保水能力，以及肌肉中多不飽和脂肪酸的含量。綜上，姜黃素不僅可以通過色素直接沉積改善肉色，還可以調(diào)節(jié)肌肉中的脂肪含量和營養(yǎng)成分分布，增強肌肉的抗氧化能力，提高肌肉品質(zhì)。

3.3 姜黃素對肉雞抗氧化能力的影響 姜黃素是一種脂溶性的天然抗氧化劑，可有效清除超氧陰離子、過氧化氨等活性氧自由基，還可通過提高機體的抗氧化酶活、誘導(dǎo)抗氧化基因的表達，來間接發(fā)揮抗氧化活性。李婉雁等發(fā)現(xiàn)，在嶺南黃雞的飼糧中添加姜黃粉能夠顯著提高雞血清中SOD、過氧化氫酶（CAT）、GSH-Px 的活性，降低血清中丙二醛（MDA）的含量，提高機體抗氧化功能。姜黃素還可顯著緩解黃曲霉毒素介導(dǎo)的肝臟氧化損傷，降低肝細胞中脂質(zhì)過氧化水平，提高SOD、CAT 活性和T-AOC，并能夠激活Nrf2抗氧化信號通路作用于抗氧化酶，包括SOD、GSHPx、CAT 等增強機體的抗氧化防御系統(tǒng)。姜黃素還可通過降低心肌組織中MDA 的含量、有效激活糖原磷酸化酶（GPH）相關(guān)代謝酶活性，達到保護心臟的作用，并且能提高腎臟的抗氧化能力。綜上，姜黃素可提高機體抗氧化酶活性，并可保護細胞免受自由基的攻擊和異生質(zhì)的毒性作用，從多方面增強機體抵御氧化應(yīng)激的能力。

3.4 姜黃素對肉雞免疫能力的影響 姜黃素可改善肉雞胸腺、法氏囊和脾臟等免疫器官的組織學(xué)形態(tài)，且添加50 mg/kg 和100 mg/kg 姜黃素可顯著提高21 日齡肉雞的法氏囊臟重量和法氏囊指數(shù)，200 mg/kg 姜黃素可顯著提高42 日齡肉雞的脾臟重量和脾臟指數(shù)。彭翔研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠促進免疫器官的發(fā)育，提高肉仔雞外周血T 淋巴細胞和B 淋巴細胞轉(zhuǎn)化率，顯著降低肉雞盲腸中大腸桿菌的含量，提高乳酸桿菌和雙歧桿菌的含量，并降低肉雞空腸黏膜中促炎細胞因子IL-1和干擾素（IFN-）的表達，增加抗炎細胞因子（IL-4、IL-10）的表達，提高空腸的分泌型免疫球蛋白A（sIgA）含量，增強機體免疫能力。此外，姜黃素在肉雞飼料中還可作為免疫增強劑來預(yù)防多殺性巴氏桿菌病。姜黃素和抗菌肽（天蠶素抗菌肽）聯(lián)合添加能提高肉仔雞的生長性能，增強其免疫功能，共同使用時存在一定的互作效應(yīng)。姜黃素對肉雞免疫功能的改善作用可能通過多個途徑實現(xiàn)，包括促進免疫器官的發(fā)育、提高體液免疫水平和增強細胞免疫反應(yīng)等。

4 小 結(jié)

天然來源的姜黃素作為一種新型的綠色無公害飼料添加劑具有安全、無毒無害的優(yōu)點。大量研究證明，姜黃素能夠提高肉雞的抗氧化性能、增強機體免疫功能和改善腸道健康，進而促進肉雞的生長；能夠通過調(diào)控脂肪合成和分解，抑制肌肉脂肪沉積，進而改善肉品質(zhì)。因此，姜黃素可以作為一種促生長、改善肉品質(zhì)的飼料添加劑在肉雞飼料中應(yīng)用。然而，姜黃素存在生物利用度低、作用機制不明確等問題導(dǎo)致其在肉雞生產(chǎn)中的應(yīng)用程度不高。隨著人們對這些問題研究的不斷深入，勢必會推動姜黃素作為一種新型綠色飼料添加劑在肉雞生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。