槲皮素在奶牛飼料添加劑中的應用研究

袁天翔

長春職業技術學院，吉林長春 130000

近年來，隨著鄉村振興戰略的大力開展，養殖業和飼料行業也得到了飛速的發展，企業在注重畜禽生產性能和料肉比的同時，對胴體品質和飼料品質也提出了更高的要求。一直以來，使用抗生素、促生長類飼料添加劑可以有效促進動物生長并提高養殖效率，但長期使用對于食品安全和環境污染也帶來了較大的隱患，嚴重制約著我國畜牧業和飼料產業發展。所以從2020年1月起，國家農業農村部明確規定禁止在畜禽飼料中使用藥物類添加劑，表明以抗生素類藥物為代表的飼料添加劑將全部退出飼料市場。從目前形勢來看，亟需尋找替代品來增強飼料添加劑中的抗病活性，使畜禽能夠健康生長。中草藥、植物提取物等活性成分逐漸被越來越多的飼料企業所重視并進行合理使用。槲皮素作為較常見的植物中提取的黃酮醇類物質，在很多中草藥、植物以及水果中廣泛存在，其作為食品添加劑或營養補充劑，具有促進動物消化吸收、提高機體免疫機能、改善畜禽胴體品質等功能，據相關研究表明，槲皮素對于奶牛來說還有提高泌乳量的作用。本文通過對槲皮素生理功能及在奶牛飼料添加劑中應用進行綜述，為今后奶牛飼養中形成安全、有效、綠色飼料添加劑提供理論依據。

1 槲皮素的來源及理化性質

1.1 槲皮素的來源

槲皮素作為一種黃酮類化合物廣泛存在于自然界中，可在很多種蔬菜、水果等植物或中草藥中找到，如蘋果、洋蔥、銀杏、車厘子、三七、黃芪等，也有人在蜂膠、紅酒、綠茶和橄欖油等食物中提取到了槲皮素，其生理作用對人類和動物的健康具有較多的有益作用。

1.2 理化性質

槲皮素的分子式為 C15H10N7，分子結構表現為3，3',4',5，7—五羥基黃酮。從槲皮素化學結構可以看出，A環和B環為典型芳香族結構，而C環屬于雜環結構，正是因為C環這一雜環結構具有多樣性，可以形成黃酮類化合物多種亞類，如黃烷酮、黃酮醇、黃酮、花青素和異黃酮等。槲皮素廣泛存在于植物中，且大部分以糖苷衍生物的形式存在。雖然槲皮素化學結構中存在4個酚羥基結構，但槲皮素平面型的分子結構導致其在液體中的溶解性較差，難溶于水分子，在液體中很難被分解，加之化學降解性同樣較低，尤其是在如動物體內的堿性環境中，最終導致其在動物體內具有較低的生物利用效率。近些年，通過許多科研人員的研究發現，對槲皮素結構進行合理的改造和修飾，可以極大程度地提高其在液體中的溶解能力，并最終合成可在動物體內高效率利用的化合物，也有學者通過聚合物納米顆粒技術，將槲皮素以靶向定位的方式進行運送，極大程度地發揮其生物學活性，以達到預期效果。除此之外，槲皮素分子結構中還含有5個羥基，從生物活性方面進行判斷，羥基數量和抗氧化能力成正比關系，相鄰羥基數量越多，則抗氧化能力越強，從結構來看，槲皮素含有5個羥基，所以可以得出結論，槲皮素具有較強的抗氧化作用[1]。

2 生理功能

2.1 抗氧化功能

黃酮類物質是天然的植物多酚類化合物，最主要的生物學功能便是抗氧化性，存在范圍廣、利用效率高。槲皮素作為典型的黃酮類物質，是人和動物攝入最多的黃酮類物質之一，其抗氧化功能在動物體內和體外均有功效。有研究學者通過槲皮素對奶牛乳腺上皮細胞抗氧化性能和乳脂合成的影響表明，槲皮素能夠有效提高奶牛乳腺上皮細胞的抗氧化功能，進而增強乳腺細胞的活性并降低乳脂的合成，表明槲皮素能增強機體內細胞組織的抗氧化能力。槲皮素在體內主要作用于血管的內皮細胞，提高一氧化氮含量和外周血總抗氧化能力，以此來提高抗氧化功能[2]。在體外主要體現在消除羥自由基、單線態氧以及超氧陰離子實現抗氧化功能。此外，槲皮素還可以提高谷胱甘肽轉移酶等抗氧化酶的活性，從而促進酶的活性，使表達效果增強，起到抗氧化作用。研究發現，在動物發生病理變化時，槲皮素可以通過調節機體內谷胱甘肽水平整合機體的解毒功能，進而有效清除體內過量的活性氧，達到提高機體抗氧化能力的效果。

2.2 抗菌功能

槲皮素在人類醫學或動物醫學中作為一種植物性殺菌劑，因為具有不易引起耐藥性的特點近些年被廣泛關注，具有良好的廣譜抗菌性和體內外抑制細菌生長的作用。經研究發現，槲皮素對殺滅多種細菌有明顯療效，包括金黃色葡萄桿菌、沙門氏菌、枯草芽孢桿菌以及較常見的大腸桿菌等，對革蘭氏陰性菌更加敏感，殺菌作用強于革蘭氏陽性菌[3]。幽門螺旋桿菌感染鼠胃腸黏膜的試驗模型研究表明，槲皮素在幽門腔黏膜和胃體黏膜中能導致細菌數量的顯著減少，表明槲皮素除了可在體外抗菌以外，在體內抗菌的作用也十分明顯，且其抗菌能力與細菌的群感效應基因表達和抑制細菌生物膜形成有較大相關性。

2.3 抗癌功能

槲皮素的抗癌功效主要體現在針對性較強，可直接作用于癌細胞，使細胞死亡，對機體正常組織細胞損傷較小。且在癌細胞死亡的同時，對抗致癌和促癌因子，從而抑制癌細胞數量增殖和生長，作用明顯[4]。槲皮素還可通過抑制細胞色素P-450和磺基轉移酶活性而減少雜環胺類等致癌前體物質的生成。另外，槲皮素還可通過逆轉癌癥的多藥性和耐藥性，與其他抗癌藥物共同起到藥物聯合的作用，發揮自身療效的同時，增強其他抗癌藥的效果。槲皮素可誘導乳腺癌、結直腸癌、前列腺癌細胞的凋亡,通過NF-κB途徑抑制癌細胞增殖和細胞周期阻滯,從而降低肺癌、膀胱癌、結腸癌等的核苷二磷酸激酶β活性,有效預防癌癥。

2.4 消炎功能

所謂炎癥，是指由不同種類的細胞和細胞因子參與其中并受多種信號通路調節的復雜反應，對動物機體損傷較大。降低炎癥是槲皮素核心作用之一，效果比較顯著。槲皮素可直接調控白細胞并通過細胞信號通路中的蛋白激酶和磷酸酶來改善炎癥以及影響機體免疫。對于槲皮素的眾多研究成果中均顯示，在人類或動物體內外不同細胞類型，均可通過抑制炎癥酶類物質和炎癥細胞因子來進行抗炎癥作用，雖然利用率不高，且易轉化成其他衍生物，但產生的衍生物對于槲皮素的消炎作用不會產生不良影響。槲皮素還可直接或間接作用于機體中較常見的內毒素-脂多糖，通過抑制脂多糖誘發巨噬細胞腫瘤壞死因子-α（TNF-α），從而抑制機體炎癥的產生。除以上功能以外，對于槲皮素的報道還證實其具有保護肝臟器官、保護心腦血管、調節脂肪代謝、調節血脂濃度以及抗血栓等，具體實驗均可以在動物實驗中得到證實，以便進行下一步研究[5]。

2.5 抗病毒作用

加拿大公共衛生局邱香果教授等已經證實，槲皮素3-β-O-D-葡萄糖苷（Q3G）包含一個葡萄糖苷分子，是槲皮素的天然衍生物。被攝取后顯示出更好的溶解性和生物活性。早前的研究聚焦于槲皮素及其衍生物的抗癌、提升免疫力和治療代謝相關疾病的療效上，最近邱香果教授等的研究表明這些化合物還具有廣譜抗病毒的效果，如抗流感病毒、基孔肯雅病毒、EB病毒、乙肝病毒、丙肝病毒、馬雅羅病毒及埃博拉病毒等[6]。

2.6 其他功能

槲皮素作為較為常見，且被廣泛利用在人類和動物膳食中的黃酮類化合物之一，除了上述功能以外，研究表明槲皮素還具有抗肥胖、心臟保護、抗血栓、降低血壓血脂、抗纖維化等多項功能。人類在食用蔬菜和水果過程中，可以通過槲皮素其多酚類物質潛移默化的影響內皮細胞功能來降低心腦血管疾病的風險；攝入體內的槲皮素可以調節體內抗氧化酶等物質的基因表達來預防氧化應激，有效預防缺血性心臟病、高血壓、中風偏癱以及心力衰竭等疾病。以上功能對于動物同樣有效，某些具體功能在畜禽方面的應用可以通過動物試驗來進一步研究和證實。

3 槲皮素在奶牛生產中的應用

筆者通過飼養對比試驗發現，在飼料中添加槲皮素，對奶牛的產奶能力和抗病性的提高均具有積極作用，具體表現為：可以有效提高奶牛免疫功能，提高產奶量、乳脂率、乳蛋白率以及乳糖率，有效降低牛奶中尿素氮的含量，增強奶牛對營養物質的消化率，對奶牛提高料重比、降低死淘率及提高器官指數均有促進作用，且對奶牛腸絨毛、腸道內容物酸堿值和微生物數量具有積極影響。綜上所述，通過在奶牛飼料中添加適量槲皮素，能夠有效提高奶牛產奶量、增強乳品質，提高奶牛抗病能力[7]。

3.1 提高奶牛生產性能

奶牛生產性能高低很大程度取決于飼料尤其是精料的利用率，奶牛屬于反芻動物，依靠瘤胃對營養進行消化吸收，瘤胃中富含各種微生物，如瘤胃細菌、厭氧真菌及少量噬菌體等。研究證明，槲皮素在瘤胃內的生物利用率較低，發揮作用不明顯，而通過瘤胃部位后的生物利用率則接近豬、雞等單位動物的消化吸收水平，生物利用率明顯增強，因此過瘤胃添加槲皮素可充分發揮其功能，促進消化吸收作用，提高生產性能。此外，還有試驗數據表明，槲皮素還可通過提髙奶牛精料中營養物質的存留率、增大采食量、提高日增重等生產性能相關指標，促進奶牛生長。

3.2 提高奶牛抗病能力

現代畜牧業生產中，感染疾病造成畜禽死亡，是導致養殖效益下降的最主要原因。槲皮素作為廣泛存在的黃酮類化合物，具有抗菌、消炎、提高免疫功能以及調節動物機體菌群平衡等多項功能，已被證實可有效提高畜禽自身免疫機能、調節腸道菌群，從而有效提高畜禽抗病能力的功效。

奶牛處于圍產期時，由于采食量降低導致攝入能量不足，機體難以滿足泌乳的需要，此時奶牛會分解體內脂肪提供能量，當奶牛肝臟吸收的脂質超過其分泌和氧化的含量時，奶牛就會產生脂肪肝，脂肪肝發生的同時會造成肝臟組織損傷和肝細胞功能下降。研究證明，槲皮素能有效降低肝臟脂肪聚積，有效預防脂肪肝的發生。除此以外，槲皮素還可提高奶牛血液中胰島素的含量，從而降低葡萄糖的吸收作用，與在人糖尿病中的作用相類似，且對糖代謝的相關基因不產生顯著影響，因此槲皮素可通過促進胰島素的分泌、降低其他組織對葡萄糖的吸收而降低血液中葡萄糖的含量，從而促進奶牛機體健康生長。

3.3 提高奶牛產乳性能

研究表明，在奶牛瘤胃中長期灌服槲皮素的衍生物-蘆丁，可使奶牛產奶量提高10%左右，且對乳品質無顯著影響，效果明顯[4]。在飼料中添加槲皮素可提高奶牛泌乳期牛乳中的乳蛋白含量，且不影響乳糖和乳脂含量，這一結果的產生與前文提到的槲皮素可提高血液中胰島素含量關系密切。2007年陳光明利用槲皮素對奶牛乳腺上皮細胞抗氧化性能和乳脂合成試驗數據表明，槲皮素能夠有效提高奶牛乳腺上皮細胞的抗氧化能力進而提高乳腺細胞活性，并通過抑制脂肪酸合成酶和轉運蛋白的表達，提高奶牛產奶性能，降低乳脂率[6]。

3.4 提高營養物質代謝率

在奶牛飼養過程中，提高蛋白質利用率會極大提高機體中各種營養物質的消化吸收代謝率。研究發現，在奶牛飼糧中添加槲皮素可有效增強腸胃中蛋白酶活性，并可通過激活雷帕霉素靶蛋白信號轉導途徑來促進蛋白質的沉積并提高蛋白質在消化吸收過程中的利用率。槲皮素可通過調控氨基酸轉運載體的表達來提高小腸上皮細胞對蛋白質的利用效率[7]。此外，利用槲皮素對體外培養奶牛小腸上皮細胞生長影響結果分析可以得知，槲皮素能夠有效提高奶牛小腸上皮細胞的抗氧化酶活性，降低小腸上皮細胞產生活性氧，進而抑制上皮細胞的凋亡，促進細胞活性，從而有效提高小腸上皮細胞對營養物質包括蛋白質的消化吸收率，增強蛋白質的利用效率。

4 小結

目前，槲皮素在奶牛生產性能方面的諸多應用還處于起步階段，許多功能還有待研究和開發。從當前的研究來看，槲皮素具有抗菌、消炎、抗癌、抗氧化等多種有益功能，可作為新一代綠色、安全的飼料添加劑成分，在國家對促生長類藥物、抗生素等成分禁止使用的情況下，將槲皮素添加到奶牛飼料中，可有效提高奶牛生產性能，增強奶牛抗病能力，提高產奶量、降低乳脂率，從而增加養殖收益，應用前景非常廣闊，同時也為新型飼料添加劑的研發與生產提供了依據。但不可否認的是，目前市場中槲皮素的相關產品在制作過程中存在問題，具有較大的局限性，諸如產品價格相對比較昂貴、生產工藝還不完善、相關設備有待開發、生物活性明確但作用機理還需深入研究等，最主要的問題還是使用劑量尚不明確，需要科研工作者和相關科研單位通過科學嚴謹的試驗和數據進行有針對性的研究，使其早日形成產品投入市場，助力奶牛無抗養殖早日步入正軌。