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植物提取物添加剂在单胃动物中的营养研究

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发表于 2010-5-25 19:21:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
植物提取物添加剂在单胃动物中的营养研究
本文发表在《中国动物营养学分会第十一次动物营养学术研讨会论文集》第234—251页;部分内容发表在《饲料工业》2008年9月刊

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 楼主| 发表于 2010-5-25 19:29:37 | 显示全部楼层
植物提取物添加剂在动物生产中的研究与应用
金立志
(英国美瑞康(广州)生物科技有限公司,中国 广州  510080)

1.        引言

近二十年来,植物提取物饲料添加剂在动物饲料生产和猪禽养殖越来越引起重视。尤其是2000年以来,欧洲,美国,日本等发达国家在科技杂志上发表的有关植物提取物饲料添加剂的论文数量显著增多。2002年在德国召开的“营养生理学术研讨会”年度会议上,近50%的饲料添加剂方面论文都是有关植物提取添加剂对动物生长性能和胴体品质影响的研究内容;在2003年,约75%的论文都涵盖了植物提取添加剂和益生菌等。其主要原因是,在抗生素还可以使用的国家由于抗药性和残留等问题导致抗生素的使用效果越来越差,从而导致配方师和养殖技术负责人不得不加大使用量以及多个品种同时使用。从而走入越来越大剂量和越来越多品种同时使用的恶性循环;根据陈焕春院士(2004)和王红宁教授(2000)的研究成果,总体上讲:病菌对抗生素的抗药性至少达到50%-60%以上; 抗生素的大剂量多品种同时使用也导致动物自身免疫下降和采食量减少(巩霞 程学慧 2007)。

由于上述原因,很多国家已经法律禁止使用抗生素作为饲料添加剂,没有禁用的国家也立法严格限制使用并严格规定停药期。欧洲国家已经禁止使用(1999年禁用;2006法律上全面禁止);其实瑞典在1986年已经在动物饲料中全面禁止使用抗生素作为饲料添加剂, 丹麦也在1990年左右禁止使用抗生素作为动物饲料添加剂;1999年9月英国GRAMPIAN公司宣布自愿停用抗生素在肉鸡饲料中使用,这导致了消费者的热烈欢迎,其动物食品的品牌和知名度大为提升。但是英国其他养殖公司和零售商感到非常愤怒。但是无耐之下为了企业竞争与生存,在1999年底,几乎所有英国家禽饲料与养殖业全部宣布停止使用抗生素促生长剂,其他欧盟国家也纷纷仿效停用抗生素做为饲料添加剂,这离2006年欧盟在法律上禁止使用抗生素做为饲料添加剂整整提前了六年。有意思的是,提前停用抗生素做为促生长剂是一个企业的竞争的行为,尽管政府最后立法禁止使用。而美国和日本严格限制使用抗生素作为促生长剂,并严格规定停药期。其直接后果是,国际大型饲用抗生素公司重组剥离业务或将生产转向发展中国家(如中国,越南等)。去年,美国最大肉鸡一条龙公司泰森(Tyson)公司宣称,该公司鸡肉将标记 “本鸡肉来自于饲喂不使用抗生素饲料的肉鸡”以区分泰森(Tyson)的鸡肉与其他公司的不同,而在美国掀起一片波涛!最后不得不由美国农业部FDA出面调停。

植物提取物添加剂成为一个热门研究领域,所发表的科技文章达几百篇。这些科技论文不仅在作用机制给于了深入的研究,对如何在动物营养和饲料领域的应用研究也有越来越多的报道。植物提取物添加剂在动物饲料与养殖中的主要作用表现为改善适口性提高采食量、促进唾液和消化液的分泌、提高动物自身免疫机能、抗菌杀菌,抗氧化活性等作用。植物提取添加剂最初运用于饲料中是以其香味可以影响养殖动物的采食习惯、促进唾液和消化液分泌从而提高采食量。植物提取物中的化学活性物质可以通过抗菌杀菌,通过对细菌选择性抑制从而有利于消化道菌群的生态平衡,保证肠道健康,提高动物对营养成分的吸收利用。

本文综述了植物提取物添加剂的抗菌作用和机制及其在动物营养与饲料中的实际应用。需要强调的是,本文不是一篇有关“药用植物”添加剂(不管是中草药添加剂或西草药添加剂)的综述。本文综述中所有引用文章均为:1)来源于植物的提取物(非化工合成的);2)该植物提取物有明确的有效成分;3)研究是公开发表的学术文章或学术论文。


2.植物提取物添加剂的定义和研究历史

植物有种类丰富的低分子量的次生代谢产物。一般来说这些化合物可能作为防御系统来抵御生理、环境、食物链上游和病原体的应激压力,使植物与周围的环境保持和谐共存。除了少数有毒的化合物以外,几种主要存在于药用植物的次生代谢产物在食品和哺乳动物代谢中有积极的有益作用。有关植物提取物添加剂的词语非常混乱,本文采用植物提取物添加剂(Phytogenic Feed Additive)一词。 该类型添加剂定义为: 从植物中提取(非化工合成, 化工合成产品在欧洲也称为:类似天然), 活性成分明确,可以测定,并且含量稳定,对动物和人类没有任何毒副作用(GRAS,美国定义为公认安全产品),并已通过动物试验证明可以提高动物生产性能的饲料添加剂。常见的词语还有:草药 (Herbs):药用植物/植物性药物(Phytoceuticles);中草药添加剂(Chinese traditional medicine) ;阳生素(Phytobiotics)等。

人类对药用植物的使用与探索的历史源远流长,应该始于人类的非常原始的时期。中国对药用植物(中草药)在人类和动物上的应用也有悠久的历史(如《本草纲木》《元亨疗马集》等)。西方使用植物做为香料和药物(称为草药,Herb)则始于两千多年前的罗马和希腊时期(Bauer et al., 2001);通常相信使用植物提取物相对较晚, 古时罗马和希腊也只有松节油的文字记载(Guenther, 1948) 。然而,使用蒸馏法生产植物提取物则源于两千多年前的东方国家(如埃及,印度,波斯等国)(Guenther, 1948);九世纪时阿拉伯人改进了传统的蒸馏方法(Bauer et al., 2001) 。 真正有可靠文字记载的通过蒸馏法提取的植物提取物是由维拉诺瓦(Villanova)医生完成的(约1235–1311年) (Guenther, 1948). 到了13世纪植物提取物开始被用于药物(Bauer et al., 2001) ,但直到16世纪才开始在欧洲普遍作为药物使用。此时经过提取的药用植物相对较少。第一个实验来测定植物提取物的抗菌杀菌效果的是De la Croix在1881年完成的 (Burt 2004)。从此以后,科学界进行了很多研究并发表了大量的科技论文探讨植物提取物的活性成分及其抗菌杀菌机制等。

随着近40年来化学分析手段和分析仪器的发展和改进,对植物提取物及其活性成分准确分析成为现实。植物提取物的主要活性成分是通过气相或液相色谱仪和质谱仪的分析而得到 (Burt,2004)。研究发现,植物提取物可以包含有多达60多种化学成分。有趣的是,尽管植物名称相同,但其主要活性成分的含量可以从高达整个提取物的85%到接近零(Bauer et al., 2001;金立志 2007) (见表一)。其主要原因是植物品种不同,种植地方不同,收获时间不同,从而导致其活性物质含量差异很大 (Burt,2004)。举例来说,经过希腊亚里斯多得大学从1986年得到欧盟的研究项目立项,经过10年的杂交育种和分子育种,最后培育成功的止痢草(Origanum heracleoticum L. (Origanum vulgare ssp.hirtum),其活性物质的产量就是普通品种的20-30倍;并且可以适应恶劣的气候保持一致的活性物质产量(Gill 1999)。该植物提取物(Orego-Stim㊣)也是唯一获得欧洲专利(专利号:0835120)和美国专利(专利号:6106838),并在欧洲和美国及中国农业部注册为饲料添加剂的纯天然植物提取物。表一列出了一些在商业上有应用前途的一些植物及其活性成分 (Bauer et al.2001)。

植物提取物抗菌的主要活性成分是酚类物质(Burt,2004)。但提取物中的一些少量物质在抗菌中也起到非常重要的作用,并可能与主要活性物质起协同作用。这种协同作用已经在鼠尾草 (Marino et al.,2001), 百里香的一些品种 (Marino et al.1999) 和止痢草/牛至(Paster et al., 1995)等植物提取物中被证明。

表 1 主要研究的植物提取物及其主要抗菌活性成分
植物名称        植物拉丁学名        主要有效成分        主要有效成分含量(%)        参考文献
芫荽
(叶子)        Coriandrum sativum        芳樟醇        26%        (Delaquis et al., 2002)
                E-2-癸醛        20%       
芫荽(种子)        Coriandrum sativum        芳樟醇        70%        (Delaquis et al., 2002)
                E-2-癸醛        -       
肉桂        Cinnamomum zeylandicum        肉桂醛        65%        (Lens-Lisbonne et al., 1987)
止痢草/牛至草        Origanum vulgare        香芹酚         微量-80%        (Lawrence, 1984; Prudent et al., 1995;
                百里香酚        微量-64%        Charai et al., 1996; Sivropoulou et al., 1996;
                g-萜品烯         2 –52%        Kokkini et al., 1997; Russo et al., 1998
                p-百里香素         微量-52%        Daferera et al., 2000; Demetzos and
Perdetzoglou, 2001; Marino et al., 2001)
迷迭香        Rosmarinus officinalis        a-蒎烯         2 –25%        (Daferera et al., 2000, 2003; Pintore et al., 2002)
                乙酸龙脑酯        0 –17%       
                樟脑         2 –14%       
                1,8-桉树脑         3 –89%       
鼠尾草        Salvia officinalis L.        樟脑        6 –15%        (Marino et al., 2001)
                a-蒎烯        4 –5%       
                h-蒎烯         2 –10%       
                1,8-桉树脑        6 –14%       
                a-tujone         20–42%       
丁香
(bud)        Syzygium aromaticum        丁子香酚        75–85%        (Bauer et al., 2001)
                乙酸丁子香酚        8 –15%       
百里香        Thymus vulgaris        百里香酚        10–64%        (Lens-Lisbonne et al., 1987;
                香芹酚        2 – 11%        McGimpsey et al., 1994;
                g-萜品烯        2 –31%        Cosentino et al., 1999; Marino et al., 1999;
                p-百里香素        10–56%        Daferera et al., 2000; Juliano et al., 2000)
(资料来源:Burt 2004)


3.植物提取添加剂抗菌作用及其作用机制的研究

3.1.植物提取添加剂抗菌作用研究

迄今为止已经研究的植物提取物的种类包括蔬菜、水果、绿茶、洋葱、大蒜、丁香、槐树叶、刺柏、麦芽、万寿菊、桃类、熊霉叶、蓟草、黄连、鼠尾草、肉豆寇、月桂、止痢草/牛至、海澡、蘑菇及其它类植物的提取物或精油等。澳大利亚科学家Hammer、Carson 和Riley(1999)比较了茶树、柠檬、百里香、生姜、芫妥、马郁兰、兰草莓、艾灌、三叶草、止痢草/牛至等 10 种植物提取物对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果。结果表明,茶树、芫妥、马郁兰和止痢草/牛至的提取物对3 种致病性细菌表现出较强的抑菌能力,尤其是止痢草/牛至提取物的抑菌性最强。表二列出了主要植物提取物的最小抑菌浓度(MIC),在所列出的所有植物种类中,止痢草/牛至和百里香草的提取物对大肠杆菌,金黄色葡萄球菌,沙门氏菌,和李氏杆菌的MIC是最小的, 换句话说,止痢草/牛至和百里香草的提取物的抗菌抑菌能力是最强的。近年来,对止痢草提取物对真菌的杀灭作用的研究表明,止痢草提取物可以有效的抑制白色念珠菌)的生长(Manohar et al.2001),该项研究结果发表在著名科学杂志上《Molecular and Cellular Biochemistry》。Adams(2008)也研究了对止痢草提取物对几种抑制动物和人类免疫能力的真菌的杀菌实验,发现对止痢草提取物对新生隐球菌, 红色青霉菌和白色念珠菌有很强的抗菌杀菌能力。

表2 主要植物提取物的活性成分及其最小抑菌浓度(MIC)
植物名称        病菌名称        MIC,
(μl/ml)        参考文献
迷迭香        大肠杆菌        4.5–>10        (Farag et al., 1989; Smith-Palmer et al., 1998;Hammer et al., 1999; Pintore et al., 2002)
        沙门氏菌        >20        (Hammer et al., 1999)
        蜡状芽孢杆菌        0.2        (Chaibi et al., 1997)
        金黄色葡萄球菌        0.4– 10        (Farag et al., 1989; Smith-Palmer et al., 1998;
Hammer et al., 1999; Pintore et al., 2002)
        李斯特菌        0.2        (Smith-Palmer et al., 1998)
止痢草/牛至草        大肠杆菌        0.5– 1.2        (Prudent et al., 1995; Hammer et al., 1999;
Burt and Reinders, 2003)
        沙门氏菌        1.2        (Hammer et al., 1999)
        金黄色葡萄球菌        0.5– 1.2        (Prudent et al., 1995; Hammer et al., 1999)
柠檬香茅草        大肠杆菌        0.6        (Hammer et al., 1999)
        沙门氏菌        2.5        (Hammer et al., 1999)
        金黄色葡萄球菌        0.6        (Hammer et al., 1999)
鼠尾草        大肠杆菌        3.5– 5        (Farag et al., 1989; Smith-Palmer et al., 1998;
Hammer et al., 1999)
        沙门氏菌        10– 20        (Shelef et al., 1984; Hammer et al., 1999)
        金黄色葡萄球菌        0.75–10        (Shelef et al., 1984; Farag et al., 1989;
Smith-Palmer et al., 1998; Hammer et al., 1999)
        李斯特菌        0.2        (Smith-Palmer et al., 1998)
丁香        大肠杆菌        0.4– 2.5        (Farag et al., 1989; Smith-Palmer et al., 1998;
Hammer et al., 1999)
        沙门氏菌        >20        (Hammer et al., 1999)
        金黄色葡萄球菌        0.4– 2.5        (Farag et al., 1989; Smith-Palmer et al., 1998;
Hammer et al., 1999)
        李斯特菌        0.3        (Smith-Palmer et al., 1998)
百里香        大肠杆菌        0.45–1.25        (Farag et al., 1989; Smith-Palmer et al., 1998;Cosentino et al., 1999; Hammer et al., 1999;Burt and Reinders, 2003)
        沙门氏菌        0.450–>20        (Cosentino et al., 1999; Hammer et al., 1999)
        金黄色葡萄球菌        0.2– 2.5        (Farag et al., 1989; Smith-Palmer et al., 1998;Cosentino et al., 1999; Hammer et al., 1999)
        李斯特菌        0.156–0.45        (Firouzi et al., 1998; Smith-Palmer et al., 1998;Cosentino et al., 1999)
姜黄
        大肠杆菌        >0.2        (Negi et al., 1999)
        蜡状芽孢杆菌        0.2        (Negi et al., 1999)
茶树        大肠杆菌        2.5–>80        (Bassole et al., 2003)
        痢疾志贺氏菌        5–>80        (Bassole et al., 2003)
        金黄色葡萄球菌        0.6– 40        (Bassole et al., 2003)
        蜡状芽孢杆菌        5–10         (Bassole et al., 2003)
(资料来源:Hammer 1999; 金立志 2007)   

3.2.植物提取添加剂抗菌作用机制的研究

尽管植物提取添加剂抗菌作用机制的已经进行了很多研究,但是其详尽的作用机制仍没彻底明了。由于植物提取物所用的植物的种类繁多,其活性成份也有很多。因此,植物提取添加剂抗菌机制可能有多种机制(Burt,2004)。图1总结了植物提取物在细胞上可能作用的位点和作用方式。这些作用机制包括:1)破坏/降解细胞壁; 2)破坏细胞质膜;;3)破坏细胞膜蛋白质结构;4)使细胞内容物泄露;5)使细胞质凝聚;6)减弱质子运动力(PMF)。需要说明的是,所提出的几种作用机制并非都是独立的,可以会相互影响。一种机制的反应可能受到另一种反应物或生成物的影响。

植物提取物及其活性成分一个重要的特点是其疏水性(hydrophobicity), 这使得植物提取物及其效有成分可以让细胞膜和线粒体上的磷脂结构分开,破坏细胞结构,增强细胞膜通透性,从而导致细胞内离子和其他物质的泄露 (Helander et al., 1998; Ultee et al., 2002)。尽管胞内有些物质的泄露细胞仍然可以存活,但大量细胞内容物或者重要离子或分子的泄露会导致细胞死亡。也有研究发现,利用茶叶提取物对大肠杆菌的抑菌实验中,细菌在裂解之前就已经死亡(Bert 2004);利用肉桂提取精油及其活性成分的研究也发现,肉桂提取精油及其活性成分可以抑制产气肠杆菌的氨基酸代谢中的脱羧酶的活性(Wendakoon and Sakaguchi,1995)。





图 1,植物提取物抗菌作用机制示意图 (adapted from Burt,2004)

3.3.止痢草提取物及其活性成分(香芹酚和百里香酚)的作用机制研究
研究发现,凡是抗菌性强的植物提取物中都含有比较高的酚类化合物,例如香芹酚,百里香酚和丁子香酚等(Farag et al., 1989; Dorman and Deans, 2000)。这样看起来有理由相信,这些酚类物质的抗菌机制是相似的,尽管单个组份的化学结构不同其准确的抗菌的作用机制也有略有不同 (Dorman and Deans,2000)。研究者对止痢草/牛至中的两个主要成分-香芹酚和百里香酚的作用机制研究报道最多。香芹酚和百里香酚化学结构相似,但羟基在苯环上的位置不同。膜穿孔和膜粘合被认为是首要作用模式(Stiles,1995),导致细菌细胞膜渗透性提高及胞内生命物质外泄,从而损害细菌酶系统(Farag等,1989),导致微生物死亡。一致的研究结果表面,香芹酚可以通过挤压开鳞脂的脂肪酸链,在细菌细胞膜上形成很多小管道,从而让细胞质中的离子从细胞质流出细胞外(Ultee,2000)。 已经证实,止痢草/牛至中的主要成分香芹酚可以使金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌细胞中的磷酸分子子泄漏 (Lamburt et al., 2001). Helander 等(1998)研究了止痢草/牛至中的香芹酚和百里香酚如何对大肠杆菌O157和沙门氏菌产生杀灭作用时发现,这些酚类活性物质可以使细胞膜破裂,胞内物质外溢。这表明萜类和苯丙素类能因它们的亲脂特性而穿透细胞膜进入细胞(Helander 等,1998)。另外研究发现,止痢草/牛至中的 的抑制或杀灭微生物的特性与其亲脂性质(如:存在功能团)和芳香族的化学结构(Farag 等,1989)有关。

除去抑制细菌自身细胞的生长之外,香芹酚也有可能抑制细菌内毒素的分泌。体外试验结果表明,香芹酚可以抑制蜡状芽孢杆菌(B. cereus)分泌导致腹泻的内毒素。对于香芹酚抑制细菌内毒素分泌的机制有两种可能:一是如果内毒素分泌是一个主动过程,那么香芹酚有可能导致细胞没有足够的ATP或PMF把内毒素转运到体外;另一可能是, 香芹酚抑制细菌生长使其速度减慢意味着,细菌细胞使用了所有的可利用的能量为了存活,而没有能力再产生内毒素(Ultee and Smid, 2001) 。

有趣的是,如果使用完整的植物提取物,其抗菌功能要比用主要成分的混合物要大的多(Gill et al., 2002; Mourey and Canillac, 2002)。这种结果也说明了非主要活性成分也起到重要的作用,并可能与主要活性成分有叠加效应。止痢草提取物中的两种主要活性成分,香芹酚和百里香酚在杀灭金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌方面有叠加效应 (Burt  2003)。已经证明,香芹酚和它的合成前体p-百里香素在抗菌方面也有协同作用。研究发现,提纯的p-百里香素抗菌作用很微弱, 但是它比香芹酚更能够让细菌的细胞膜膨胀,通过这种机制,p-百里香素能够帮助香芹酚更容易进入细菌体内,所以香芹酚和它的合成前体p-百里香素在抗菌方面通过这种机制达到协同叠加作用(Ultee et al., 2000)。
4.植物提取物的抗氧化作用
Deans等(1993)研究了从不同植物提取物添加剂中提取的精油的抗氧化活性(表3)。止痢草/牛至草提取物(OEO )抗氧化作用的体外试验与动物实验研究表明,OEO 的百里香酚和香芹酚有很强的抗氧化性质(Baratta 等,1998)。在评估OEO 的抗氧化性质研究中发现,与其它植物提取物如:百里香、薄荷、和熏衣草比较,OEO 对75C猪油的稳定保存最有效(Economou 等,1991)。

表3  植物提取精油的抗氧化活性和促氧化活性
抗氧化性        促氧化性        无效
苦杏仁油        豆蔻        甜杏仁油
丁香        芫荽        茴芹
肉桂        龙蒿        茴香
月桂        桉树        生姜
薄荷        莱檬        柠檬
肉豆蔻        鼠尾草        马郁兰
胡椒        马鞭草        蜜蜂花
薄荷油               
止痢草/牛至草               
迷迭香               
百里香               

(资料来源:Wenk 2003)

研究者使用不同的方法检测植物提取物的抗氧化活性,如酸败试验或微粒过氧化作用试验等。在酸败试验中,将植物提取物添加到油中,然后将油加热并通入空气来加速氧化。试验结果用抗氧化因子(AF值)来分析,其结果(AF)表示相对于未处理过的油的氧化时间,因此,此值越高就表明抗氧化能力越强(图2)。Scheeder等(2000)检测了不同的植物提取物作为抗氧化剂的效果。杜仲和三七提取物是最有效的抗氧化剂。淫羊藿的乙醇提取物和五味子提取物也有一些抗氧化活性。该酸败试验主要用来选择脂溶性的抗氧化物质,研究者进一步比对研究了微粒过氧化法试验与酸败试验,在微粒过氧化法中用FeCl2/H2O2作为催化剂,在老鼠的肝微粒体开始氧化后,测定了硫代巴比妥酸反应物。在该微粒过氧化测试中主要检测了水溶性抗氧化剂。给出的值是相对的,值越小表示氧化得越快。结果表明,其他植物提取物相比,迷迭香显示出最强的抗氧化能力(图2)。

图2  酸败试验和微粒过氧化试验中不同植物提取物的抗氧化能力(Scheeder等,1999)
通过长期的抗氧化实验,研究了止痢草/牛至提取物的利用猪油分析的在三个月储藏时间内的抗氧化值(图3)。在没有抗氧化剂的情况下(对照组)过氧化氢的生成速度在储藏10天后即显著飙升;添加止痢草/牛至提取物和糖苷配基(aglycones)组即使是在储藏了80天以后还可以抑制过氧化氢的形成,而纯化的百里香酚和百里香醌则表现出了很低的抗氧化效果。与著名的抗氧化剂a-生育酚(维生素E)相比较,止痢草/牛至提取物和糖苷配基的抗氧化效果优于a-生育酚;但是,纯化的百里香酚和百里香醌的抗氧化效果则逊于a-生育酚。这种结果表明,止痢草提取物中的其他活性成分也有作用,并与主要成分在抗氧化方面有协同作用。Farag 等(1989)比较了植物提取精油抗氧化性质与其结构之间的关系发现,百里香酚结构苯环上的羟基为脂肪氧化中第一步产生的自由基提供氢离子,以延缓过氧化过程,被认为是百里香酚高抗氧化活性的原因。

过氧化氢值(PV,mmol/kg)

图3  止痢草/牛至提取物及其主要组分对储藏在60C的主要氧化速度的影响
[◆对照组(没有抗氧化剂) □百里香醌 ▲百里香酚 ○生育酚 ●糖苷配基  +止痢草提取物]
(资料来源: Milos等(2000) Food Chemistry 71:79-83)。

在动物体内实验研究方面,Youdim 和Deans(1999)发现,添加百里香酚组白鼠比对照组白鼠维持较高的多不饱和脂肪酸的含量,尤其是肝、脑、肾和心脏磷脂中的C20-4n-6 和C22-6n-3。同时,对家禽实验研究也取得类似结果(Botsoglou 等,2002),并且还认为,止痢草提取物能在肌肉和腹部脂肪中发挥抗氧化的作用是主要是由于止痢草提取物中的抗氧化成分进入细胞膜引起(Botsoglou 等,2002)。

Gerber(1997)给猪投喂干燥的鼠尾草,结果显示随着将饲料中鼠尾草的添加量从0.6%增加到1.2%,猪油的TBARS(TBARS是三巴比妥酸实验,广泛用于评估食品中脂肪的氧化程度)会有显著的下降。在此相反,酸败试验却显示并无显著影响。Lopez-Bote等(1998)也报告,在添加迷迭香油树脂和鼠尾草油树脂投喂时,并没有发现其对猪肉抗氧化的作用。然而,给肉鸡喂食同样的植物提取物(500mg/Kg),TBARS指标显示与空白对照组相比能改善其红肉(腿肉)和白肉(胸肉)的抗氧化能力,而且胆固醇氧化产物更低(Lopez-Bote等,1998)。该油树脂虽然不能与生育酚醋酸酯(200mg/kg)一样有效,但可以推断,即至少部分所摄入的抗氧化物质会仍然分别留在肌肉中,并仍然能发挥活性作用。


5.在动物生产上的应用
5.1.仔猪

很多植物提取物本来在人类食品中作用香料使用。例如,止痢草主要成分之一百里香酚也被用作食品调味剂(Furia and Bellanca,1975)。止痢草提取物的的香料功能可以用于对仔猪断奶阶段的原料变化引起味道和气味进行统一(Ariza-Nieto, 2006)。止痢草作为香料在猪营养中的使用可以刺激猪的舌咽神经从而提高唾液分泌及提高猪的食欲(Lee 等,2004)。英国艾伯丁大学的研究结果表明,饲料中添加植物提取物28天后能有效促进断奶仔猪的生长和提高断奶仔猪的日增重。与对照组相比,添加组断奶仔猪增重提高12%,采食量提高4%,饲料报酬改善6.7%(表4)。在该项研究中也发现,即使在断奶后第一周饲料中含有抗生素,植物提取物也能增加断奶仔猪增重,研究者认为其主要原因可能与植物提取物增加可仔猪的采食量,以及部分病源微生物对抗生素产生抗药性等因素有关。

表4 植物提取物对断奶仔猪生产性能和下痢的影响
        对照组        植物提取物组        统计分析
开始平均体重 (kg/头)        6.75        6.71        -
结束平均体重 (kg/头)        15.43        16.44        p<0.05
平均增重 (kg/头)        8.68        9.73        p<0.001
平均日增重 (克/头日)        310        348 (+12%)        p<0.05
平均日采食量 (克/头)        513        533 (+4%)        -
采食量/增重(FCR)        1.64        1.53 (6.7%)        p<0.05
平均下痢率,%        与对照组相比,植物提取物组减少45%
平均粪水份含量,%        与对照组相比,植物提取物组减少28%
注1:试验天数(28);注2:试验用植物提取物为Orego-Stim(好力高)
资料来源: Veligratli E (2002) Aberdeen University (MSc Thesis)。

美国明尼苏达大学利用断奶仔猪的研究也表明,添加植物提取物添加剂可以提高断奶仔猪的平均采食量和日增重(P〈0.05)。其生产性能指标与与饲喂抗生素组的仔猪相相似(表5)。

表 5 植物提取物添加剂对断奶仔猪增重,采食量和饲料报酬的影响
        对照族        抗生素组        专利植物提取物组        专利植物提取物+抗生素组        标准误(SE)
动物头数        96         96         96         96       
始重, kg        6.1        6.1         6.1         6.0         0.09
末重, kg        18.1 b        19.5 a         19.2 a         19.4 a         0.32
平均日增重, g        341 b         382 a         374 ab         381 a         11.4
平均日采食量, g        633         642        660         662        9.8
采食量/增重(FCR)        0.54 b        0.60 a         0.57 ab        0.58 ab         0.011
注:抗生素=卡巴多(Carbadox); 植物提取物=好力高;同行不同字母标记表示统计差异显著(P<0.05)。
资料来源: Ariza Neito (2006) University of Minnesota (博士论文)

需要引起注意的是,部分植物提取物可能会对动物采食量产生负面影响。Gebert等(1999)对大黄提取物进行了研究,结果发现每日整体采食量减少,研究者认为这可能是大黄中的葱琨衍生物导致的负面作用。因此该研究小组在仔猪和肉鸡上进一步开展了一系列的生长实验来研究大黄对每日采食量的影响(图4)。结果发现,大黄添加量的不同导致了其对采食量的很大影响。在较低水平时添加大黄观察到仔猪和肉鸡的采食量略有增加,然后在较高水平时采食量便急剧下降。必须需要指出的是,不同实验里植物提取物的制备方法可能不同,因此类似大黄中葱琨这样活性物质的效力也是不一样的。


图4  大黄提取物对小猪和肉鸡采食量的影响(Gebert等,1999)
5.2 母猪
植物提取物不仅可以作为猪的抗菌促生长剂和提高食欲,而且可以提高母猪的繁殖能力(金立志和蓝干球,2008)。Allan等(2005)研究了添加止痢草提取物(OS)对母猪繁育性能的影响(研究发表在《繁育学报》(Theriogenology)Vol63:716–721)。结果表明,添加OS的经产母猪平均每日自由采食量比对照组高10%(P =0.04),但是OS组和对照组的初产母猪每日自由采食量相似。饲喂止痢草提取物(OS)的母猪分娩率提高,窝产活仔数也提高了0.5头/窝(表6)。

表6 母猪日粮中添加止痢草提取物(OS)对繁育性能的影响
        对照组        试验组        统计分析
母猪头数        1809头[705头初产;1104头经产(经产数为3.04±0.38)]        1801头[601头初产;1200头经产(经产数为2.99±0.43)]        -
母猪年死亡率        6.92±1.11%        4.02±0.4%        P=0.003
母猪淘汰率(泌乳期)        14.02±1.33%        8.01±1.11%        P=0.02
分娩率        69.91±2.32%        77.02±2.31%        P=0.01
窝产活仔数        9.95±1.22        10.49±1.5        P<0.05
产死胎数        0.909±0.01        0.807±0.01        P=0.05
每日自由采食量        7.0±0.42kg        7.7±0.32kg        P=0.04
*平均值±标准误
Khajarern和Khajarern(2002)报道,香芹酚和百里香酚影响肠粘膜并加速肠绒毛表面上皮细胞的更新率,而减少病原菌黏附肠上皮细胞,并且促进营养物质的吸收。在母猪断奶后日粮中添加止痢草(OS)可以显著提高猪的体增重和健康,饲料中添加止痢草提取物(OS)可显著增加泌乳母猪的日采食量和泌乳量。美国明尼苏达大学Baidoo博士领导的研究小组也发现,母猪日粮中添加止痢草提取物(好力高)不仅可以提高母猪的繁育性能,而且添加组仔猪的增重和饲料报酬也显著优于对照组(Ariza-Neito 2006)。在另外一项研究中,给泌乳母猪饲喂1000ppm大蒜,1000ppm山葵,50ppm恩诺沙星,或不加添加剂。与饲喂大蒜和不加添加剂的两组相比,饲喂山葵和恩诺沙星的母猪乳房炎-子宫炎-无乳症(MMA)和猪泌尿生殖道疾病(SUGD)的发生率显著降低。山葵中含有天然的酚类(与止痢草(OS)相似),它对围产期母猪的肠道紊乱提供保护作用。
止痢草提取物(OS)对母猪受精率的影响机制尚不完全明了。如果止痢草提取物(OS)可以稳定肠道菌群,减少有害的微生物的数量,提高饲料的消化率,则可促进动物健康,减少延迟免疫反应和产后子宫白细胞活性降低的不利影响从而有利于产后的免疫系统激活。由此,子宫复原可能加快,更好的保护母猪,使其不受产后泌尿生殖器的感染。从而快速的子宫复原提高下一胎的分娩率,抗菌消炎和抗氧化剂的作用可以降低母猪乳房炎-子宫炎-无乳症(MMA)和猪泌尿生殖道疾病(SUGD)的发生率(Amrik and Bilkei 2004)。
5.3.家禽
5.3.1 植物提取物饲料添加剂对肉禽生长性能的影响

植物提取物在家禽上的研究有很多报道(汪海峰2008;朱建平2008)。瑞典农业大学研究了免疫程序对肉鸡使用植物提取物饲料添加剂效果的影响。在雄性罗丝(Ross)肉鸡日粮中添加植物提取物(Orego-Stim 好力高,Meriden UK提供),试验中一半肉鸡在3日龄时进行Paracox的饮水免疫,另一半不免疫。试验结果发现,不论肉鸡免疫与否,添加植物提取物饲料添加剂都显著提高41日龄肉鸡增重(P﹤0.05, 见图5),在37日龄时饲料报酬显著改善(P=0.06〉(Waldenstedt 等,2003)。Botsoglou等(2002)研究发现,添加量止痢草提取物20 ppm到200 ppm,与对照组比较,试验组体增重和采食量增加。Lee等(2004)在4周的肉鸡试验中,结果显示尽管在增重和采食量方面差异不显著,但是日粮中添加200 ppm 止痢草提取物改善了饲料报酬。研究者认为,日粮添加止痢草提取物改善料肉比与改善饲料利用效率和/或改变胴体品质有关系,止痢草提取物不仅对肠道微生物有影响,还可能影响营养物质的利用(Tan 2007)。


活重(公斤)

图5 植物提取物添加剂对免疫与不免疫的肉鸡的增重的影响
资料来源:Waldenstedt(2003)

根据Yu等(1994)研究发现,与饲喂对照日粮相比,饲喂含有100或250 ppm甲基紫罗兰酮的日粮,增重分别提高10.6和22.3%,但由于组内个体差异太大,统计分析差异不显著(P﹥0.05)。Allen等(1997)报道日粮中添加119 ppm的樟脑和1,8-桉树脑两种植物提取物饲料添加剂,对没有感染球虫的家禽增重没有明显的作用,而对受球虫感染的家禽起到显著的促生长效果。这一结果以及其它一些研究均表明,当家禽在不利的饲养环境比如低消化率日粮和(或)不洁净饲养环境时,植物提取物饲料添加剂的促生长作用更容易显示出来。

植物提取物饲料添加剂对中国黄羽肉鸡生产性能的影响也做了研究,早期李国胜(2001)等报道,添加专利植物提取物饲料添加剂(好力高)可以提高黄羽肉鸡的日增重(11.4%)和改善饲料报酬(10.1%)。近来刘旭晨等(2008)的试验结果表明,在实际养殖条件下使用专利植物提取物饲料添加剂(好力高,MERIDEN)可以显著提高黄羽肉鸡日增重(17.6%)和改善饲料报酬(14.8%)。添加植物提取物饲料添加剂可以显著降低黄羽肉鸡的死亡率(40%),该研究结果与美国、瑞典和菲律宾等国的六个白羽肉鸡研究的平均值(44%)相接近(Saini 2003a; 2003b; 金立志2007)。

5.3.2 植物提取物饲料添加剂对蛋/种禽生长性能的影响
植物提取物饲料添加剂对蛋鸡/种鸡的生产性能的影响也有很多报道。Florou-Paneri等(2005)选择32周龄的罗曼(Lohmann)蛋鸡,在日粮中添加迷迭香、藏红花、止痢草的提取物或α-生育酚(VE)进行了56天试验,结果表明,四种添加剂对母鸡生产性能没有显著影响。但是,根据统计学原理可以把一个处理组与其他组的平均值进行比较,结果发现,添加止痢草提取物可以提高母鸡的产蛋率(+2%)和饲料报酬(+3%)(见表7)。在德国最大的散养蛋/种鸡的公司(Eifrisch)实验结果表明,在第26周到56周的蛋鸡饲料中添加专利植物提取物饲料添加剂可以提高产蛋量和降低母/种鸡死亡率与淘汰率(金立志, 2007)。
表7 植物提取物饲料添加剂对种/蛋鸡生产性能的影响
        产蛋率, %        日采食量,g/只        FCR
OS/止痢草        91.0        101.8        1.74
对照组 Control(剩余四组均值)        89.2        105.3        1.79
差异 Difference        2%        3.4%        3%
资料来源:Florou-Paneri (2005)。

5.3.3.植物提取物添加剂对家禽肠道健康的影响
植物提取物的主要作用是抑制与杀灭消化道中的病菌, 从而保证动物肠道健康而提高生产性能。Akhtar等(1987)验证了苦楝(Melia azedarach Linn)提取物的对自然感染小鸡的抗球虫作用。Allen等(1997)报道青蒿(Artemisia annua)干叶对于由艾美尔柔嫩球虫感染引起的损害具有保护作用。然而,Youn等(2001)研究发现苦参(Sophora flavescens)提取物比青蒿对于艾美尔球虫感染具有更有效的保护作用。

在一项球虫疫苗的研究中,Waldenstedt(2001)研究了通过日粮添加止痢草提取精油(Orego-Stim(好力高), Meriden Animal Health Ltd, UK)用用于促进肉鸡生长,及与抗球虫疫苗一起使用来控制球虫的发生和减轻球虫的危害。在这一试验中也发现,止痢草提取精油可以较少产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens) 在肠道的定植。通过人工感染艾美尔球虫的攻毒试验,GIANNENAS I.博士(2006)研究了止痢草提取精油(Orego-Stim好力高, Meriden Animal Health Ltd, UK)对感染球虫的肉鸡消化道病变的预防作用(研究发表在《动物营养学报(德国)》。研究结果发现,感染柔嫩艾美尔球虫肉鸡的增重和饲料转化效率显著低于非感染组。感染球虫并添加植物提取物组的肉鸡增重和饲料报酬显著优于感染组;达到了没有感染的对照组的生产水平(表8)。

表8 日粮中添加好力高和拉沙洛西对感染柔嫩艾美尔球虫的肉鸡生产性能的影响

小鸡日龄        感染对照组
(阴性对照)        非感染对照组
(阳性对照)        感染+好力高
0-14日龄                       
日增重        31.8±2.7a        32.3±2.9a        32.5±2.1a
采食量        37.2±1.7a        37.5±0.9a        38.5±1.2a
饲料转化效率        1.16±0.03a        1.16±0.02a        1.18±0.03a
0-42日龄                       
日增重        50.3±3.26a        54.9±4.12b        53.6±3.16b
采食量        98.9±5.70a        102.5±5.30a        100.9±6.50a
饲料转化效率        1.96±0.04a        1.87±0.06b        1.91±0.04b

通过人工感染球虫4天后,尽管所有感染组都出现便血性腹泻,植物提取物组的便血性腹泻程度比对照组显著减轻(表9)。感染7天后,非感染的对照组死亡率为0%,感染对照组为20%。植物提取物组为10%,比感染对照组下降了一倍。在肠道损伤方面,没有感染的对照组没有出现严重肠道损伤,而植物提取物组肠道损伤指数显著低于感染对照组(表9)。

表9日粮中添加好力高对感染柔嫩艾美尔球虫的肉鸡出血性腹泻、成活率和肠道损伤的影响

试验组别        粪血指数
感染后天数        死亡率(%)        感染7天后肠道损伤指数(X±SD,n=9)
        3        4        5        6        7               
非感染对照组(阳性对照)        -        -        -        -        -        0        0.0±0.0a
感染对照组(阴性对照)        -        +        +++        ++        +        20        3.7±0.6b
感染+好力高        -        +        ++        ++        -        10        2.8±0.9c


植物提取物添加剂和益生素对动物健康和生长性能都起到重要作用(Cavazzoni等,1998;Lan等,2003; Jamroz和Kamel,2002;Lee等,2003)。但是有关植物提取精油和益生素结合使用的试验研究十分有限。Koscova博士(2006)发表在《生物学报:细胞与分子生物学报(欧洲)》试验结果发现,与对照组相比,植物提取精油(OT)和乳酸杆菌(L)显著降低球虫在嗉囊中的定植(图6);植物提取精油(OT)组优于乳酸杆菌(L)组,比例分别下降到只有43%的感染率和57%的感染率。添加植物提取精油(OT)和乳酸杆菌(L)对盲肠中球虫定植比例影响不显著,但是两者合起来使用(LOT)可以非常显著减少沙门氏菌的定植。添加植物提取精油(OT)和乳酸杆菌(L)或两者同时使用(LOT)可以完全控制沙门氏菌对肝脏的感染定植,感染率在三个添加组均为零;添加植物提取精油(OT)可以非常显著减少沙门氏菌在脾脏中的感染定植(减少90%),但是乳酸杆菌(L)没有效果,跟对照组的感染率相同。改项研究结果表面,植物提取精油和乳酸杆菌结合添加获得最佳效果,降低了所有测定器官的沙门氏菌定植。结合使用植物提取精油和乳酸杆菌可以有效控制沙门氏菌在仔鸡消化道和功能性器官的感染定植(图6)。



感染率(%)

           嗉囔             盲肠           肝脏            脾脏
图6 植物提取物和乳酸杆菌对沙门氏菌在肉鸡消化道和器官定植的影响



6.总结与展望

近年来,欧洲美国日本等发达国家对植物提取物投入了大量研究经费进行基础和应用研究,从禽流感到SARS病毒再到爱滋病等疾病的预防与治疗,科学家们都试图从植物提取物中寻求一个答案。植物提取饲料添加剂的研究开发也为世界各国越来越重视。我国在这方面的研究多数还停留在“中草药”的概念上,主要表现形式为“复方混合物”或“复方制剂”,为“植物不提取物”。这类混合物的主要问题就是政府主管部门没有办法进行产品监测,用户也无法进行检测,所以质量稳定的复方混合物很难保证从而造成使用效果的参差不齐。

增加科技投入加强基础研究才是将来的发展方向。例如进行基础研究筛选出高效、可靠、安全的植物后对其主要的有效成分进行提取、分离、鉴定和中试开发,从而对植物进行育种改造提高活性物质的产量以确保植物提取物的植物资源。在动物营养中的应用方面,结合植物提取物中的有效活性成分,利用现代营养学、免疫学、分子生物学等现代研究手段,从体内营养物质的代谢利用途径,免疫调节机理和激素的分泌调控等方面,加强植物提取物饲料添加剂的作用机理的深入研究。

总之,效果显著、机理科学、成分明确可控的植物提取物及其相关产品已经逐步得到大众的认同,尤其是在欧美日本等发达国家的应用也越来越普遍。在发展中国家如中国,高效的植物提取物饲料添加剂不仅为动物养殖饲料业的营养师提供多一个选择,而且可以杀灭和抑制那些对抗菌素有耐药性的菌株, 从而减少动物下痢保障肠道健康,从而提高动物的生产性能。更为难得的是,植物提取物饲料添加剂无残留和耐药性问题,为动物养殖与饲料业能够高效生产安全健康营养的食品提高的保证。


7.主要参考文献 (60篇,来函索取 service@meriden.com.cn
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发表于 2010-6-2 14:56:57 | 显示全部楼层
good good study day day up 呵呵。。。
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发表于 2010-6-2 17:25:20 | 显示全部楼层
王婆卖瓜,自卖自夸。

点评

还忘记跟古先生说下,我还是觉得天龙八部的虚竹比你光明磊落多,至于“蝶恋花”嘛,呵呵,阁下QQ的ID还让我以为是女同胞呢~  发表于 2010-6-3 01:34
古先生认为楼主王婆卖瓜,那么就让我见识下阁下的功力,看看是不是也能够做出这条瓜的品质如何?还真是期待呢~:liuhan:  发表于 2010-6-3 01:30
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发表于 2010-6-11 16:34:28 | 显示全部楼层
请问这篇文献是在什么刊物上发表的啊?

点评

更正:本文主要内容发表在: 《中国动物营养学分会第十一次动物营养学术研讨会论文集》第234—251页; 部分内容发表在《饲料工业》2008年9月刊; 最新内容在《中国动物营养学报》  发表于 2010-6-11 23:31
该文是公司内部交流文章,但主要内容在一下刊物发表: 《中国动物营养学会第十届大会论文集》特邀综述 《中国畜牧杂志》 《饲料工业》 《中国动物营养学报》  发表于 2010-6-11 23:28
主要内容在  发表于 2010-6-11 23:25
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发表于 2010-6-11 16:39:16 | 显示全部楼层
我比较保守
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发表于 2015-6-29 14:53:44 | 显示全部楼层
能不能写的简短点呀,眼睛有点花呀
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