植物單寧的生物活性及在動物飼料中應用

陳學斌Nicola Panciroli

（1.廣州匯加生物科技有限公司，廣州510620）（2.SilvateamS.p.a.,Via Torre 7,12080 San Michele Mondovì(CN),意大利）

資源開發

植物單寧的生物活性及在動物飼料中應用

陳學斌1Nicola Panciroli2

（1.廣州匯加生物科技有限公司，廣州510620）（2.SilvateamS.p.a.,Via Torre 7,12080 San Michele Mondovì(CN),意大利）

病原微生物的耐藥性已經對人類和動物的健康造成了威脅，引起了全球的關注。歐盟在2006年開始在飼料中禁用抗生素促生長劑。禁抗后，歐盟的畜牧業在尋找替代抗生素的方法方面，做了大量嘗試和深入的科學研究。近年來的研究和實踐表明植物單寧提取物，對動物和人的健康有許多好處。本文綜述了不同種類的單寧（可水解單寧、縮合單寧）以及它們的生物活性特性，包括抑菌、抗病毒、抗寄生蟲、抗氧化和收斂性等。綜合這幾種特性，植物單寧對控制和預防病原性腹瀉具有顯著、迅速效果。本文還簡單介紹了植物單寧在飼料中的一些應用。基于現有科學研究結果，植物單寧可以替代抗生素促生長劑使用。由于單寧構成成分復雜，單寧提取物對動物生產性能的影響，與植物種類、單寧的構成、提取方法和添加量有關。

單寧；可水解單寧；縮合單寧；栗木單寧；抗生素替代物；抑菌；收斂性

抗生素作為促生長劑（Antibiotic Growth Promoter,AGP）在畜禽飼料中廣泛應用。長期低于治療劑量的使用，更有利于那些易產生耐藥性的細菌。在全球范圍內出現的病原細菌的耐藥性問題，其嚴重程度已經引起各國的高度關注。歐盟在2006年開始禁止抗生素用于非治療性質，同時也建議最大程度減少抗生素的治療性使用。我國畜牧業也在逐步向“減抗”、“無抗”的目標推進。

禁抗之后，為了預防和控制非臨床性疾病的增加、優化生長性能、提高肉品質，歐盟的畜牧業也在尋找替代抗生素的方法，并做了許多嘗試以及深入的科學研究。一些天然植物化合物，包括植物提取物、有機酸、精油等，被認為是最有希望應用于替代AGP的解決方案，其中植物單寧就代表了一類具有明顯抗菌效果的天然化合物。在醫學和人類營養界，近幾年大量的研究表明單寧對人類的健康有很多好處。單寧具有多種生物活性，包括抗氧化、保護心血管、抗炎癥、抗癌癥、抗病毒、抗菌。

動物營養界對單寧的研究滯后，多數人對單寧的認識仍然停留在單寧是一種抗營養因子，因此要想方法去除單寧。這一認識是基于：高粱中高濃度的單寧降低單胃動物對飼料蛋白質的消化利用。但現在已經清楚，這只是某些單寧成分在高劑量使用時所表現的結果。在低劑量時，單寧對動物的營養和健康具有正面效應。Redonda等(2014)對近十多年來有關單寧在動物上的科學研究結果進行了深入分析，其結論是：植物單寧最有前途作為AGP的替代方案。不僅在于其明顯抗菌效果，而且在于細菌對它不易產生耐受性。因為單寧不在動物產品（肉、蛋）中殘留，同時其復雜的生物活性機制使微生物不容易對之產生耐受性。本文旨在針對植物單寧、其生物活性和單寧在動物生產中的應用前景，作一簡單介紹。

1 植物單寧是什么

單寧屬于植物多酚(polyphenol)。單寧的通常定義為：能沉淀蛋白質（還包括生物堿、明膠）的水溶性酚類化合物。多酚、生物堿和萜是植物體內積累的次生化合物(Secondary compounds)，這些化合物不參與植物的主要代謝功能，但它們的功能是防御。通過降低適口性（如口感、氣味、顏色）和降低蛋白質消化等途徑，阻礙草食動物對其采食；通過抑菌、抗病毒，防御疾病的侵害。單寧不是單一物質，是一類結構和組成很復雜的化合物。按結構，植物單寧可分為可水解單寧（Hydrolysable Tannins,HT）和縮合單寧（Condensed Tannins,CT）兩大類。兩者的單體結構見表1。

表1 可水解單寧和縮合單寧的結構

（1）可水解單寧的基本單元是沒食子酸(Gallic acid)，是多個沒食子酸單體與D-葡萄糖或奎寧酸以不同方式接合而形成的眾多種化合物，分子量一般在500～3000之間。可水解單寧可再分為沒食子單寧(沒食子酸+葡萄糖)和鞣花單寧(沒食子酸+奎寧酸)兩個子類。HT可以在單寧酶的作用下水解產生單體，被動物攝入后部分HT在腸道水解吸收。對幼齡動物來說，攝入高劑量的HT有可能會引起中毒。

（2）縮合單寧的基本單元是黃酮(Flavone)，是由多個黃酮單體以多種不同的方式接合而形成的眾多種化合物，分子量可高達20,000。在自然界中，CT的種類遠遠多于HT。按接合方式分類，縮合單寧可繼續分許多子類。CT不能水解，被動物攝入后不吸收而在糞便中排出。

一般來說，一個單寧分子最少要含有12個羥基和5個酚基，該化合物才具有結合蛋白的能力。因此，一些小分子單寧，如茶中的單寧，并不具有結合蛋白質的能力，稱為“假單寧”。

單寧幾乎存在于所有植物中，廣泛存在于人和動物的食物中，但不同的植物所含的單寧成分構成及含量差異極大。而且，不同單寧成分的生物活性不同，比如，HT抗菌和抗氧化能力比CT強；而CT結合蛋白質的能力比HT強。因此很難對不同植物單寧的生物功效及營養效益一概而論。雖然理論上可以從各種植物提取單寧，但基于原材料的來源及成本因素，目前在商業上規模提取的單寧主要來自栗木(Chestnut)（圖1）和堅木(Quebracho)。栗木單寧以HT為主要成分，而堅木單寧以CT為主。

圖1 栗木

2 單寧的生物活性

2.1 選擇性抑制細菌、病毒和寄生蟲

2.1.1 抗寄生蟲

消化道線蟲感染是草食動物的普遍問題，線蟲很容易對驅蟲藥產生耐藥性。最近幾年的研究表明植物單寧可以降低反芻動物和鳥類消化道寄生蟲感染，因此植物單寧作為天然驅蟲藥的前景獲得關注。某些植物提取物（荊樹單寧，主要是CT），已在羊、山羊上作為驅蟲藥的天然替代物使用。起作用的主要成分是某些CT，但并不是所有植物中的CT都具有抗線蟲效果，機制目前還不清楚（Hassanpour等，2012）。

2.1.2 抗細菌

越來越多的研究證明，單寧有效抑制常見的一些通過食物傳播的病原菌，并抑制病原菌在動物（豬、雞）腸道的定植（Sakanaka等，2000;Elizonda等，2010;Hara等，1995;Hara,1997）。空腸彎曲菌（Campylobacter）是全球范圍內引起人腹瀉最主要的病原菌（有空腸彎曲菌和空腸彎曲桿菌），研究已證實HT和CT對空腸彎曲菌的抑制作用（HT要比CT更強）。腸炎沙門氏菌是一種與禽肉產品有關的食源性最常見的病原菌。長期以來，AGP在肉和蛋品的殘留，有利于那些能產生多重耐藥性的沙門氏菌屬和其他病原菌。體外試驗和動物試驗表明，栗木單寧和堅木單寧對沙門氏菌有顯著的抑制作用（Van Parys等，2010；Redondo等，2013；Prosdócimo等，2010)。產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）是引起家禽臨床性及亞臨床性壞死性腸炎一種重要的病原菌，給家禽產業帶來巨大的經濟損失。歐盟禁用AGP之后，這兩種形式的壞死性腸炎發生率有明顯的提高。栗木單寧對產氣莢膜梭菌及其毒素的抑制性已通過體外、體內試驗證實（Elizondo等，2010；Redondo等，2013b;Tosi等，2013）（圖2）。單寧抑制產氣莢膜梭菌的機理可能與Fe離子的螯合有關，使Fe離子不能被細菌利用。另外，植物單寧的抑菌作用可能也與改變腸道微生態平衡有關。革蘭氏陽性菌對單寧比較敏感(Nohynek等，2006;Engels等，2011)。Chen等（2012）的結果顯示，栗木單寧提高小豬腸道乳酸桿菌及雙歧桿菌的比例，降低大腸桿菌的比例（圖3）。建立健康的微生態平衡對幼齡動物很重要，因為動物在6周齡前還沒有形成穩定的腸道微生物群體。

圖3 栗木單寧對小豬腸道乳酸桿菌和大腸桿菌的影響（Chen等，2014）

2.1.3 抗病毒

Ueda等（2013）在他們的研究中，測試了HT和CT對動物常見的一些病毒的抑制性。他們發現HT和CT對一些包膜型病毒具有非特異性的抑制作用。單寧也對禽流感病毒有抑制作用（Lupini等，2009）。同一研究組還發現，栗木單寧和堅木單寧對細胞外病毒抑制作用更明顯。單寧的抗病毒作用機理，可能與單寧與病毒的蛋白包膜或細胞壁的糖蛋白結合有關。

表2 栗木單寧對常見病原菌的抑制試驗

2.2 抗腹瀉

在醫學上，植物單寧提取物是作為治療腹瀉的藥物成分之一。單寧的抗腹瀉功能歸功于單寧所具有的收斂特性——降低小腸的蠕動速度。由于食糜在腸道的停留時間延長，增加了水分及其他營養成分吸收，結果是糞便水分降低，更干燥成型。這一效果在消化道相對短的動物如家禽、鳥類、兔、魚中，會表現得更加明顯。栗木單寧在家禽上的應用實踐表明，對解決家禽的水便、飼料便問題，可在幾天之內看到明顯的效果。Budriesi等（2010）對單寧的收斂作用做了深入研究。單寧的主要作用部位是前段小腸（十二指腸、空腸、回腸、結腸）。使用劑量1 mg/mL，作用時間30 min,單寧對小腸肌肉的收縮率的抑制達到最大的效果（收縮率降低到原來的30%）。而這種抑制是可逆的，將單寧移除，60min后小腸的收縮率恢復正常。

2.3 抗氧化

單寧是一種天然的抗氧化劑。HT和CT（單寧-蛋白質結合體）都具有抗氧化力，而且單寧的抗氧化力比小分子的酚類化合物高。抗氧化劑按作用機制可分三類：酶（如超氧化物歧化酶）、自由基產生抑制劑、自由基猝滅劑。和維生素E和C一樣，酚類屬于第三種，能有效清除自由基。1個單位摩爾的單寧，其抗氧化能力高于維生素E和C（圖4）。天然單寧可以緩解食品/飼料中的維生素E的氧化，因此間接提高了維生素E的供應量。Frankic&Salobir (2011）的結果表明，給受氧化應激挑戰的仔豬3g/d的栗木單寧，可降低尿中丙二醛（氧化產物）濃度以及保護血液淋巴細胞發生DNA損壞。他們計算得出，3g栗木單寧等同于在飼料添加90.4mg的維生素E。在兔、羊飼料中添加單寧，提高了肉品質穩定性。在雞肉制品中添加植物單寧，保質期最少延長15天（Malay等，2013）。

圖4 采用ORAC法比較栗木單寧、維生素E和C的抗氧化能力（Tarabra等，2015）

2.4 與蛋白質結合

與蛋白質結合是區分單寧與其他多酚化合物的特性。這一特性是植物防御的一種機制，一是通過降低蛋白消化使動物不愿采食；二是通過與微生物蛋白的結合起到抑菌、抗病毒的作用。雖然普遍認為CT結合蛋白的能力高于HT，但HT也具有強的結合蛋白質的能力。在pH中性的條件下，形成單寧-蛋白質復合體，在pH在4以下，單寧-蛋白質結合釋放。

單寧結合蛋白的特性對反芻動物營養影響的研究已有無數的報道，本文不做詳細的分析。目前的認識是：單寧的作用具有兩面性，在劑量很高時，它對蛋白質的消化利用有負面作用（抗營養因子）；但在低劑量時，單寧提高過瘤胃蛋白供應量，對營養的影響是正面的，并帶來其他有益健康的效果。

3 植物單寧在動物飼料中的應用

治療和預防感染性腹瀉。單寧通過抑制腹瀉病原菌和物理收斂雙重作用，迅速有效控制腹瀉，比其他方法更快和更顯著。其應用包括解決仔豬、初生小牛、家禽、家兔、寵物的腹瀉或糞便水分過高問題。在仔豬使用時，可以替代部分氧化鋅。

在反芻動物上，尤其是羊、山羊，單寧的合理使用可作為控制寄生蟲的措施；單寧可提高反芻動物過瘤胃蛋白。

作為替代AGP的添加劑之一使用。單寧有效抑菌并不易產生耐藥性的特點，是取代AGP的一個主要優勢。植物單寧作為一種添加劑使用，不能僅用單一個效益來衡量它的性價比，它的效果是多方面的：預防腹瀉，促進腸道健康，提高幼齡動物的存活率；提高營養吸收，改善飼料利用率；改善動物機體的抗氧化狀態和肉的品質。最終的表現是動物的生產性能和經濟效益的提高。

正如上文所述，植物提取物的應用效果與單寧的種類、結構組成、單寧含量差異關系很大。作為一個成功的飼料添加劑，除了功能有效性，還必須成本低、有充足的供應，因此是否能商業化生產很重要。目前栗木單寧和堅木單寧是符合這一要求商業化產品。單寧的使用是一把雙刃劍，劑量低時效果是正面的，但劑量過高是負面。這就需要我們今后有更多的應用研究，為應用實踐提供依據。

4 結論

植物單寧具有抑菌、抗病毒、抗寄生蟲的作用，同時微生物對單寧不容易產生耐受性，這使植物單寧成為一種替代抗生素促生長劑的較優選擇；通過抑制常見腸道病原菌，加上對小腸的物理收斂作用，植物單寧可有效地治療和預防腹瀉及腸道感染問題；另外，作為一種天然的抗氧化劑，植物單寧對動物的健康、肉類品質保障，具有應用的潛力和價值。

由于植物單寧是一類在結構組成方面很復雜的物質，因此植物單寧提取物的應用效果也與植物的物種、提取方法、單寧組成以及添加劑量有很大的關系。今后更多的應用研究將有助于植物單寧這類天然物質在飼料中得到更好地利用。

（略）

S816.7

A

1005-8613（2016）12-0038-04

2016-10-14