植物单宁的生物活性及在动物饲料中应用

陈学斌Nicola Panciroli

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

资源开发

植物单宁的生物活性及在动物饲料中应用

陈学斌1Nicola Panciroli2

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

病原微生物的耐药性已经对人类和动物的健康造成了威胁，引起了全球的关注。欧盟在2006年开始在饲料中禁用抗生素促生长剂。禁抗后，欧盟的畜牧业在寻找替代抗生素的方法方面，做了大量尝试和深入的科学研究。近年来的研究和实践表明植物单宁提取物，对动物和人的健康有许多好处。本文综述了不同种类的单宁（可水解单宁、缩合单宁）以及它们的生物活性特性，包括抑菌、抗病毒、抗寄生虫、抗氧化和收敛性等。综合这几种特性，植物单宁对控制和预防病原性腹泻具有显著、迅速效果。本文还简单介绍了植物单宁在饲料中的一些应用。基于现有科学研究结果，植物单宁可以替代抗生素促生长剂使用。由于单宁构成成分复杂，单宁提取物对动物生产性能的影响，与植物种类、单宁的构成、提取方法和添加量有关。

单宁；可水解单宁；缩合单宁；栗木单宁；抗生素替代物；抑菌；收敛性

抗生素作为促生长剂（Antibiotic Growth Promoter,AGP）在畜禽饲料中广泛应用。长期低于治疗剂量的使用，更有利于那些易产生耐药性的细菌。在全球范围内出现的病原细菌的耐药性问题，其严重程度已经引起各国的高度关注。欧盟在2006年开始禁止抗生素用于非治疗性质，同时也建议最大程度减少抗生素的治疗性使用。我国畜牧业也在逐步向“减抗”、“无抗”的目标推进。

禁抗之后，为了预防和控制非临床性疾病的增加、优化生长性能、提高肉品质，欧盟的畜牧业也在寻找替代抗生素的方法，并做了许多尝试以及深入的科学研究。一些天然植物化合物，包括植物提取物、有机酸、精油等，被认为是最有希望应用于替代AGP的解决方案，其中植物单宁就代表了一类具有明显抗菌效果的天然化合物。在医学和人类营养界，近几年大量的研究表明单宁对人类的健康有很多好处。单宁具有多种生物活性，包括抗氧化、保护心血管、抗炎症、抗癌症、抗病毒、抗菌。

动物营养界对单宁的研究滞后，多数人对单宁的认识仍然停留在单宁是一种抗营养因子，因此要想方法去除单宁。这一认识是基于：高粱中高浓度的单宁降低单胃动物对饲料蛋白质的消化利用。但现在已经清楚，这只是某些单宁成分在高剂量使用时所表现的结果。在低剂量时，单宁对动物的营养和健康具有正面效应。Redonda等(2014)对近十多年来有关单宁在动物上的科学研究结果进行了深入分析，其结论是：植物单宁最有前途作为AGP的替代方案。不仅在于其明显抗菌效果，而且在于细菌对它不易产生耐受性。因为单宁不在动物产品（肉、蛋）中残留，同时其复杂的生物活性机制使微生物不容易对之产生耐受性。本文旨在针对植物单宁、其生物活性和单宁在动物生产中的应用前景，作一简单介绍。

1 植物单宁是什么

单宁属于植物多酚(polyphenol)。单宁的通常定义为：能沉淀蛋白质（还包括生物碱、明胶）的水溶性酚类化合物。多酚、生物碱和萜是植物体内积累的次生化合物(Secondary compounds)，这些化合物不参与植物的主要代谢功能，但它们的功能是防御。通过降低适口性（如口感、气味、颜色）和降低蛋白质消化等途径，阻碍草食动物对其采食；通过抑菌、抗病毒，防御疾病的侵害。单宁不是单一物质，是一类结构和组成很复杂的化合物。按结构，植物单宁可分为可水解单宁（Hydrolysable Tannins,HT）和缩合单宁（Condensed Tannins,CT）两大类。两者的单体结构见表1。

表1 可水解单宁和缩合单宁的结构

（1）可水解单宁的基本单元是没食子酸(Gallic acid)，是多个没食子酸单体与D-葡萄糖或奎宁酸以不同方式接合而形成的众多种化合物，分子量一般在500～3000之间。可水解单宁可再分为没食子单宁(没食子酸+葡萄糖)和鞣花单宁(没食子酸+奎宁酸)两个子类。HT可以在单宁酶的作用下水解产生单体，被动物摄入后部分HT在肠道水解吸收。对幼龄动物来说，摄入高剂量的HT有可能会引起中毒。

（2）缩合单宁的基本单元是黄酮(Flavone)，是由多个黄酮单体以多种不同的方式接合而形成的众多种化合物，分子量可高达20,000。在自然界中，CT的种类远远多于HT。按接合方式分类，缩合单宁可继续分许多子类。CT不能水解，被动物摄入后不吸收而在粪便中排出。

一般来说，一个单宁分子最少要含有12个羟基和5个酚基，该化合物才具有结合蛋白的能力。因此，一些小分子单宁，如茶中的单宁，并不具有结合蛋白质的能力，称为“假单宁”。

单宁几乎存在于所有植物中，广泛存在于人和动物的食物中，但不同的植物所含的单宁成分构成及含量差异极大。而且，不同单宁成分的生物活性不同，比如，HT抗菌和抗氧化能力比CT强；而CT结合蛋白质的能力比HT强。因此很难对不同植物单宁的生物功效及营养效益一概而论。虽然理论上可以从各种植物提取单宁，但基于原材料的来源及成本因素，目前在商业上规模提取的单宁主要来自栗木(Chestnut)（图1）和坚木(Quebracho)。栗木单宁以HT为主要成分，而坚木单宁以CT为主。

图1 栗木

2 单宁的生物活性

2.1 选择性抑制细菌、病毒和寄生虫

2.1.1 抗寄生虫

消化道线虫感染是草食动物的普遍问题，线虫很容易对驱虫药产生耐药性。最近几年的研究表明植物单宁可以降低反刍动物和鸟类消化道寄生虫感染，因此植物单宁作为天然驱虫药的前景获得关注。某些植物提取物（荆树单宁，主要是CT），已在羊、山羊上作为驱虫药的天然替代物使用。起作用的主要成分是某些CT，但并不是所有植物中的CT都具有抗线虫效果，机制目前还不清楚（Hassanpour等，2012）。

2.1.2 抗细菌

越来越多的研究证明，单宁有效抑制常见的一些通过食物传播的病原菌，并抑制病原菌在动物（猪、鸡）肠道的定植（Sakanaka等，2000;Elizonda等，2010;Hara等，1995;Hara,1997）。空肠弯曲菌（Campylobacter）是全球范围内引起人腹泻最主要的病原菌（有空肠弯曲菌和空肠弯曲杆菌），研究已证实HT和CT对空肠弯曲菌的抑制作用（HT要比CT更强）。肠炎沙门氏菌是一种与禽肉产品有关的食源性最常见的病原菌。长期以来，AGP在肉和蛋品的残留，有利于那些能产生多重耐药性的沙门氏菌属和其他病原菌。体外试验和动物试验表明，栗木单宁和坚木单宁对沙门氏菌有显著的抑制作用（Van Parys等，2010；Redondo等，2013；Prosdócimo等，2010)。产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）是引起家禽临床性及亚临床性坏死性肠炎一种重要的病原菌，给家禽产业带来巨大的经济损失。欧盟禁用AGP之后，这两种形式的坏死性肠炎发生率有明显的提高。栗木单宁对产气荚膜梭菌及其毒素的抑制性已通过体外、体内试验证实（Elizondo等，2010；Redondo等，2013b;Tosi等，2013）（图2）。单宁抑制产气荚膜梭菌的机理可能与Fe离子的螯合有关，使Fe离子不能被细菌利用。另外，植物单宁的抑菌作用可能也与改变肠道微生态平衡有关。革兰氏阳性菌对单宁比较敏感(Nohynek等，2006;Engels等，2011)。Chen等（2012）的结果显示，栗木单宁提高小猪肠道乳酸杆菌及双歧杆菌的比例，降低大肠杆菌的比例（图3）。建立健康的微生态平衡对幼龄动物很重要，因为动物在6周龄前还没有形成稳定的肠道微生物群体。

图3 栗木单宁对小猪肠道乳酸杆菌和大肠杆菌的影响（Chen等，2014）

2.1.3 抗病毒

Ueda等（2013）在他们的研究中，测试了HT和CT对动物常见的一些病毒的抑制性。他们发现HT和CT对一些包膜型病毒具有非特异性的抑制作用。单宁也对禽流感病毒有抑制作用（Lupini等，2009）。同一研究组还发现，栗木单宁和坚木单宁对细胞外病毒抑制作用更明显。单宁的抗病毒作用机理，可能与单宁与病毒的蛋白包膜或细胞壁的糖蛋白结合有关。

表2 栗木单宁对常见病原菌的抑制试验

2.2 抗腹泻

在医学上，植物单宁提取物是作为治疗腹泻的药物成分之一。单宁的抗腹泻功能归功于单宁所具有的收敛特性——降低小肠的蠕动速度。由于食糜在肠道的停留时间延长，增加了水分及其他营养成分吸收，结果是粪便水分降低，更干燥成型。这一效果在消化道相对短的动物如家禽、鸟类、兔、鱼中，会表现得更加明显。栗木单宁在家禽上的应用实践表明，对解决家禽的水便、饲料便问题，可在几天之内看到明显的效果。Budriesi等（2010）对单宁的收敛作用做了深入研究。单宁的主要作用部位是前段小肠（十二指肠、空肠、回肠、结肠）。使用剂量1 mg/mL，作用时间30 min,单宁对小肠肌肉的收缩率的抑制达到最大的效果（收缩率降低到原来的30%）。而这种抑制是可逆的，将单宁移除，60min后小肠的收缩率恢复正常。

2.3 抗氧化

单宁是一种天然的抗氧化剂。HT和CT（单宁-蛋白质结合体）都具有抗氧化力，而且单宁的抗氧化力比小分子的酚类化合物高。抗氧化剂按作用机制可分三类：酶（如超氧化物歧化酶）、自由基产生抑制剂、自由基猝灭剂。和维生素E和C一样，酚类属于第三种，能有效清除自由基。1个单位摩尔的单宁，其抗氧化能力高于维生素E和C（图4）。天然单宁可以缓解食品/饲料中的维生素E的氧化，因此间接提高了维生素E的供应量。Frankic&Salobir (2011）的结果表明，给受氧化应激挑战的仔猪3g/d的栗木单宁，可降低尿中丙二醛（氧化产物）浓度以及保护血液淋巴细胞发生DNA损坏。他们计算得出，3g栗木单宁等同于在饲料添加90.4mg的维生素E。在兔、羊饲料中添加单宁，提高了肉品质稳定性。在鸡肉制品中添加植物单宁，保质期最少延长15天（Malay等，2013）。

图4 采用ORAC法比较栗木单宁、维生素E和C的抗氧化能力（Tarabra等，2015）

2.4 与蛋白质结合

与蛋白质结合是区分单宁与其他多酚化合物的特性。这一特性是植物防御的一种机制，一是通过降低蛋白消化使动物不愿采食；二是通过与微生物蛋白的结合起到抑菌、抗病毒的作用。虽然普遍认为CT结合蛋白的能力高于HT，但HT也具有强的结合蛋白质的能力。在pH中性的条件下，形成单宁-蛋白质复合体，在pH在4以下，单宁-蛋白质结合释放。

单宁结合蛋白的特性对反刍动物营养影响的研究已有无数的报道，本文不做详细的分析。目前的认识是：单宁的作用具有两面性，在剂量很高时，它对蛋白质的消化利用有负面作用（抗营养因子）；但在低剂量时，单宁提高过瘤胃蛋白供应量，对营养的影响是正面的，并带来其他有益健康的效果。

3 植物单宁在动物饲料中的应用

治疗和预防感染性腹泻。单宁通过抑制腹泻病原菌和物理收敛双重作用，迅速有效控制腹泻，比其他方法更快和更显著。其应用包括解决仔猪、初生小牛、家禽、家兔、宠物的腹泻或粪便水分过高问题。在仔猪使用时，可以替代部分氧化锌。

在反刍动物上，尤其是羊、山羊，单宁的合理使用可作为控制寄生虫的措施；单宁可提高反刍动物过瘤胃蛋白。

作为替代AGP的添加剂之一使用。单宁有效抑菌并不易产生耐药性的特点，是取代AGP的一个主要优势。植物单宁作为一种添加剂使用，不能仅用单一个效益来衡量它的性价比，它的效果是多方面的：预防腹泻，促进肠道健康，提高幼龄动物的存活率；提高营养吸收，改善饲料利用率；改善动物机体的抗氧化状态和肉的品质。最终的表现是动物的生产性能和经济效益的提高。

正如上文所述，植物提取物的应用效果与单宁的种类、结构组成、单宁含量差异关系很大。作为一个成功的饲料添加剂，除了功能有效性，还必须成本低、有充足的供应，因此是否能商业化生产很重要。目前栗木单宁和坚木单宁是符合这一要求商业化产品。单宁的使用是一把双刃剑，剂量低时效果是正面的，但剂量过高是负面。这就需要我们今后有更多的应用研究，为应用实践提供依据。

4 结论

植物单宁具有抑菌、抗病毒、抗寄生虫的作用，同时微生物对单宁不容易产生耐受性，这使植物单宁成为一种替代抗生素促生长剂的较优选择；通过抑制常见肠道病原菌，加上对小肠的物理收敛作用，植物单宁可有效地治疗和预防腹泻及肠道感染问题；另外，作为一种天然的抗氧化剂，植物单宁对动物的健康、肉类品质保障，具有应用的潜力和价值。

由于植物单宁是一类在结构组成方面很复杂的物质，因此植物单宁提取物的应用效果也与植物的物种、提取方法、单宁组成以及添加剂量有很大的关系。今后更多的应用研究将有助于植物单宁这类天然物质在饲料中得到更好地利用。

（略）

S816.7

A

1005-8613（2016）12-0038-04

2016-10-14