植物提取物飼料添加劑的研究進展

王曉杰, 黃立新, 張彩虹,2, 謝普軍, 丁莎莎, 鄧葉俊

(1.中國林業科學研究院 林產化學工業研究所；生物質化學利用國家工程實驗室；國家林業局 林產化學工程重點開放性實驗室；江蘇省 生物質能源與材料重點實驗室， 江蘇 南京 210042； 2.中國林業科學研究院 林業新技術研究所， 北京 100091 )

抗生素作為飼料添加劑能增強腸道內微生物的活性，改善腸道菌群，以達到預防疾病和促進生長的目的。在畜禽飼料中加入抗生素已有60多年的歷史，然而，隨著抗生素在世界范圍內的廣泛使用，細菌通過染色體改變或通過質粒和轉座子交換遺傳物質已經對其產生了抗性[1]，隨著抗生素引發的耐藥性和藥物殘留問題的日益嚴重，許多國家相繼禁止使用抗生素作為飼料添加劑[2]。在這種情況下，尋找替代抗生素的飼料添加劑非常必要。植物提取物是來源于植物的、具有一種或多種生物學功能的活性物質，既能起到預防疾病、改善腸道菌群、促進生長的作用[3]，又具有安全、高效、純天然的優點，作為家禽飼料中的一類新添加劑在世界范圍內引起了廣泛的關注。筆者從植物提取物的活性成分、提取工藝、功能性評價以及質量控制要求等4個方面的相關研究情況進行綜述。

1 植物提取物的原料來源和活性成分

植物提取物飼料添加劑的植物來源有中草藥、天然香料等。由于植物種類、提取方法、收獲季節、使用部位和產地等不同，植物提取物的活性成分差別很大[4]，其活性成分基本可以分為植物多酚、生物堿類、揮發油類、有機酸類、多糖類和植物色素等。

植物多酚在抗氧化、抗菌、抗病毒、抗微生物等方面具有良好的效果[5]，主要在茶葉、水果、蔬菜、橄欖等產品中以茶多酚、葡多酚、蘋果多酚、橄欖多酚、石榴多酚等形式存在[6]。

生物堿具有抗腫瘤、抗病毒、抗菌、抗炎、抗氧化等多種生物學活性, 廣泛存在于植物(主要是雙子葉植物，如毛茛科、罌粟科、防己科、茄科、夾竹桃科、蕓香科、豆科、小檗科等)、動物和微生物體內，飼料行業中主要應用的生物堿有甜菜堿、膽堿、肉堿、苦參堿和小檗堿等[7]。

揮發油也可稱為精油，從天然植物(如松柏科、木蘭科、蕓香科、樟科、唇形科、傘形科、姜科、薔薇科、菊科等[8])中提取，具有殺菌、抗氧化、抗病毒等生物活性[9]。植物精油是在飼料添加劑中應用較廣泛的植物提取物，可清除自由基起到抗氧化的作用，同時還可調節腸道菌群、促進消化液分泌等[10]。

有機酸類是分子結構中含有羧基(—COOH)的化合物。在中草藥的葉、根、特別是果實中廣泛分布，如烏梅、五味子、覆盆子等。有機酸可減少細菌產生的毒性物質，改善腸壁形態，從而減少病原菌在腸道中的聚集[11]。

植物多糖是來源于天然植物的一種具有生物活性的高分子化合物[12]，在動物生長中能起到促生長、抗氧化和免疫調節的作用，且毒副作用小、在動物體內不易殘留。

植物色素廣泛地存在于植物的花、葉、果實、皮等部位中[13]，植物色素不僅具有著色的作用，而且能夠增強人體功能、預防疾病等，可用作輔助藥物和營養增補劑[14]。

2 植物活性成分的提取工藝

傳統提取技術有溶劑提取法、水蒸氣蒸餾法等，在植物提取中常用的溶劑提取方法有回流法、索氏提取法、冷浸法、滲流法等[15]?；亓魈崛『退魇咸崛⌒枰L時間的加熱，極有可能使植物中的有效成分發生改變，冷浸法和滲流法則提取時間較長，溶劑使用量大。針對傳統提取技術存在的不足，擁有產率好、純度高、速度快、能耗少等優點的新式提取技術在植物提取中逐漸得到廣泛的應用，主要包括超臨界流體萃取、亞臨界流體萃取、生物酶法和仿生提取法等。

2.1 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取技術是20世紀80年代逐步在我國得到應用的一種高效、快速的提取技術，一般以二氧化碳作為萃取劑。因為超臨界二氧化碳的疏水性較高，常用于提取疏水性化合物，如脂溶性維生素、類胡蘿卜素、脂肪酸和脂肪族烴等[16]，加入適量的夾帶劑也可以對極性物質進行提取。Cao等[17]進行了超臨界流體萃取葡萄籽油的研究，在高壓(30～40 MPa)和低溫(35～40 ℃)的優化條件下，加入10 %的乙醇作為改性劑，葡萄籽油最大產率達到6.2 %，游離脂肪酸、不飽和脂肪酸在油中占約70 %。張良等[18]對川貝母游離生物堿的超臨界CO2流體萃取條件進行優化，結果顯示當乙醇用量為300 mL，萃取壓力為20 MPa，萃取時間為2 h，萃取溫度為45 ℃時，萃取率可達0.195 %。

超臨界流體萃取可分為萃取和分離2個過程，在臨界點附近利用流體與溶劑之間良好的傳質性能，將所需組分從原料中萃取出來；恢復常溫常壓，提取物與氣態的超臨界流體分離。與傳統提取方法相比，超臨界流體萃取的溫度為30～70 ℃，有利于揮發性、熱敏性物質的提??；萃取劑一般為二氧化碳，無殘留；提取速度快、效率高。但超臨界萃取提取一些極性大、相對分子質量大的物質時，需要加入夾帶劑，而且操作壓力大，對設備要求高，因此更適合用于附加值高的物質的提取[19]。

2.2 亞臨界流體萃取

亞臨界流體萃取是在一定溫度(介于沸點和臨界溫度之間)和一定的壓力(低于臨界壓力)下使提取溶劑保持液體狀態并進行提取的一種新興技術[20]。丁烷和丙烷是最早應用的亞臨界流體，隨后液氮、二甲醚、水等溶劑也應用到亞臨界流體萃取中。因為這些溶劑的極性不同，在應用中也各具特色。丙烷、丁烷、四氟乙烷為非極性溶劑常用于提取脂溶性物質，二甲醚既能提取極性物質也能提取非極性物質，液氮可用于水溶性成分的提取[21]。在亞臨界條件下水的極性降低，可用于對中弱極性物質的提取[22]。王林林等[23]對超臨界CO2萃取法、亞臨界丁烷萃取法、有機溶劑萃取法和壓榨法所得的石榴籽油進行分析，結果表明亞臨界丁烷萃取法得到的石榴籽油的酸值和過氧化值最低，理化性質更好，抗氧化能力更強。Ravber 等[24]用亞臨界水提取法從向日葵種子中同時去除油和水溶性相，在不同的溫度和料液比下研究萃取動力學，水溶性提取物在100 ℃時發生水熱降解產生各種水熱降解產物，總酚含量降低，總體的抗氧化能力升高。亞臨界水可以避免萃取產物受有機溶劑污染、萃取耗時等困擾，是一種清潔的提取方式。目前，亞臨界提取技術主要應用于揮發油及活性物質的提取上。

2.3 酶法提取

酶法提取是利用酶催化反應的專一性、高效性，較溫和地分解植物組織，使有效成分快速溢出，提高傳質過程，提升收率、純度和提取速度的一種提取方法[25]。生物活性成分常常處于細胞質中，由纖維素、半纖維素、木質素等組成的細胞壁會抑制活性成分的溢出。添加纖維素酶、α-淀粉酶和果膠酶等特定酶能夠破壞細胞壁并水解結構多糖。傅博強等[26]比較了酶法和水提法對多糖提取率的影響，結果表明酶法提取的多糖提取率增加63.3 %，粗多糖增加98.9 %。酶提取法反應溫和，能夠避免熱敏組分分解，同時能去除無效成分，提高提取物的品質，但是酶對溫度、酸堿度反應敏感，只能在一個較窄的范圍波動，酶反應也可能改變某些活性成分，造成提取率降低，引入其他雜質等，例如纖維素酶能水解黃芩苷會降低其提取率[27]。

2.4 半仿生提取法

半仿生提取是模擬口服藥物在人體胃和腸道中的消化過程，選用特定pH值的酸性溶液和堿性溶液依次提取，以提取目標組分含量高的“活性混合物”[28]。相對于其他提取方式，半仿生提取是以某一種有效成分為目的的優化提取工藝，提取方法更加注重整體作用。同時，提取方法要符合工業化，不能完全與人體相同，故而稱為半仿生。半仿生提取多應用于中藥或中藥復方活性成分的提取[29-30]，張曉丹等[31]用半仿生提取法提取中藥復方銀翹散，探討了提取時間、溶媒用量、pH值對提取得率的影響。與水提法相比較，半仿生提取可提高銀翹散的療效。半仿生提取法不適合熱敏性物質的提取，pH值的變化也可能產生副產物。

3 植物提取物飼料添加劑的功能性評價

3.1 抗氧化性

酚類物質具有很好的抗氧化性，如從綠茶中提取的茶多酚[32]，從菊科植物百里香、牛至和鼠尾草中提取的百里香酚、香芹酚、鼠尾草酚等[33-34]。迷迭香含有豐富的酚類物質，Teruel等[35]的研究發現喂養不同劑量的迷迭香提取物(3、6、 9 g/kg)可改善蛋雞體內的抗氧化能力，它們不同程度地提高了超氧化物歧化酶活性、谷胱甘肽含量，降低了體內丙二醛含量，其中6 g/kg的迷迭香提取物使蛋雞體內抗氧化能力最強[36]。牛至中含有14種具有抗氧化能力的活性物質，牛至提取物在飼料添加劑應用方面較為廣泛[37]。史東輝等[38]分別將0、 100、 150、 200和250 g/t牛至提取物添加到肉雞的日常飼料中，在21 d時測量血清總抗氧化能力、超氧化物歧化酶活性和血清丙二醛含量，結果表明：喂養200 g/t牛至提取物的肉雞的總抗氧化能力和超氧化物歧化酶活性最高，血清丙二醛含量最低。在42 d時，喂養150 g/t牛至提取物的總抗氧化能力最好，其次為喂養200 g/t牛至提取物的肉雞，其超氧化物歧化酶活性最高。Sadek 等[39]的研究表明補充百里香的肉雞肝臟和胰腺的氧化狀態明顯改善，與對照組相比，肉雞的血紅蛋白濃度、總白細胞血清抗體滴度明顯升高。雖然植物提取物中含有的抗氧化成分(如酚類物質)可能會減緩飼料中脂類氧化，這類似于二丁基羥基等抗氧化劑的作用，但是植物提取物的抗氧化性在家禽飼養方面還沒有廣泛的應用，是否能取代抗氧化劑尚無定論[4]。

3.2 抗菌性

植物提取物中起抗菌作用的主要活性物質也是酚類物質。表1總結了一部分植物提取物的最小抑菌濃度，其中百里香提取物和牛至提取物的抑菌效果相對較好。研究表明：植物提取物可以影響腸道微生物菌群，百里香精油可使回腸中大腸桿菌和乳酸菌含量明顯降低，十二指腸中沙門氏菌的含量有降低趨勢[40]，盲腸中的葡萄球菌、腸桿菌、乳桿菌減少[41]。牛至精油可增加乳酸菌的數量，降低回腸和盲腸中大腸桿菌、葡萄球菌和腸球菌的數量[42-43]。與合成的抗微生物劑相比，不同的植物提取物可能具有不同的抗菌效果。值得注意的是，并不是所有的植物提取物都有明顯的抗菌性，Acamovic等[44]的研究表明百里香、牛至、馬郁蘭、迷迭香干粉和歐蓍草精油對家雞糞便和盲腸中大腸桿菌、乳酸菌、總厭氧菌和產氣莢膜梭菌幾乎沒有影響。植物提取物通過抗菌性可以改善動物胴體衛生，但目前尚不清楚是否是完全有效和可靠的。

表1 主要植物提取物添加劑的活性成分及其最小抑菌濃度[45]

3.3 腸胃功能調節

植物提取物能夠減少腸道微生物群落，以此減少腸道營養需求和對可用營養物的競爭[46]，從而達到調節腸胃功能、促進質量增加的目的。此外，大量的研究還表明，在飼料中添加中草藥作為添加劑能夠刺激消化液的分泌，提高消化酶活性[47]，通過適當消化增加腸道對營養物質的吸收。丁祥文等[48]對喂養含有植物提取物(商品名百奧壯 TM-510)飼料的雞盲腸和回腸中的淀粉酶酶活、糜蛋白酶酶活和胰蛋白酶酶活進行了測試，結果顯示植物提取物在一定程度上能夠提高腸道中消化酶的活性，提高腸道的消化功能。Amerah等[49]研究了加入肉桂醛和百里酚的磨碎小麥和全麥對肉雞回腸氮消化率的影響，全麥包含物和精油的補充改善了回腸氮消化率，且添加精油的磨碎小麥飼養的肉雞的回腸內容物中細菌種類的平均數高于未添加精油喂養的肉雞。

小腸是動物重要的消化吸收器官，小腸絨毛是小腸的主要黏膜結構，絨毛高度和絨毛寬度增加、隱窩深度變淺有利于小腸吸收營養物質[50]。Amad等[46]用麝香草酚和茴香腦為主要活性物質的精油混合物喂養雄性肉雞，肉雞的血清總蛋白、白蛋白、總膽固醇和白細胞增加，空腸絨毛高度與隱窩深度增加。另外，植物提取物添加劑會導致空腸的形態變化，可能影響營養吸收，從而改善飼料轉化率。

3.4 促生長性

植物提取物飼料添加劑能使家禽質量增加，提高飼料轉化率和改善家禽的血清生化指標。在早期的研究中，植物提取物具有降低飼料消耗和提高飼料效率的功效，這種作用可能是由于芳香族化合物的存在。?abuk等[51]測量了由牛至、月桂、鼠尾草、茴香精和柑橘精油的混合物飼養的肉雞的生產參數，結果表明精油混合物能夠顯著提高飼料轉化率，這可歸因于腸道生態系統的變化，使得營養素被更有效地利用。表2總結了一部分植物提取物飼料添加劑對生產性能的影響，可以看出不同種類的植物提取物、不同活性成分、劑量多少都會對飼料轉化率、生產性能產生一定的影響?？傮w來說，植物提取物添加劑具有改善腸道的微生物生態系統的平衡，促進家禽生長的作用，但這種機理尚未得到闡明。

表2 植物源飼料添加劑對家禽生產性能的影響

4 植物提取物飼料添加劑的質量控制

植物活性成分會隨著品種以及外界條件的變化而變化，為確保飼料添加劑的質量，需要嚴格按照其活性成分制定相應的標準,例如有效成分結構明確，定性、定量分析，功效實驗數據可靠，并有適合的提取方法工藝流程，產品應無污染、無殘留，具備相應的檢測方法和標準、毒理實驗資料齊全等[61]。

4.1 農藥殘留

農藥殘留是制約我國植物提取物發展的瓶頸，影響我國天然植物產品的品質，制約我國產品在國際上的競爭力。針對上述問題，《中國藥典》規定了六六六、滴滴涕、五氯硝基苯等有機氯和一些有機磷農藥的痕量標準[62]，以及天然植物飼料添加劑中六六六、滴滴涕的允許量。氣相色譜法是檢測農藥殘留最為常用的方法，各國的藥典也根據不同的需要配備不同的檢測器作為標準檢測方法。對于六六六、滴滴涕的檢測采用的是配備有電子捕獲檢測器的氣相色譜儀，其含量分別不得超過0.05和0.02 mg/kg。具體檢測方法為采用含有少量丙酮的正己烷混合溶劑提取樣品中的六六六、滴滴涕，過濾后定容，從中吸取一定量的提取液，凈化后，將正己烷洗脫液濃縮定容后直接注入氣相色譜，以外標法進行定性和定量分析[63]。

4.2 重金屬殘留

在植物生長、加工的過程中，不可避免地會受到重金屬的污染，在污染重的地區尤為嚴重。在飼料產品中殘留的汞、鉛、砷、氟、鉻和鎘等重金屬有毒元素通過食物鏈危害人體健康。原子吸收具有靈敏度高、測定結果準確等優點，可廣泛應用于重金屬的檢測[64]。從農業部全國飼料和飼料添加劑質量監督抽查檢測結果的通報來看，衛生指標不合格的情況幾乎占1/2～1/3，主要是鉛、砷和鎘超標[65]。天然產物飼料添加劑通則中對砷、鉛、汞和鎘的含量進行限定。國標中規定用比色法測定砷含量[66]，用火焰原子吸收法或原子吸收光譜法測定鉛含量[67]，用原子熒光光譜分析法或冷原子吸收光譜法測定汞含量[68]，用原子吸收分光光度法測定鎘含量[69]。

4.3 微生物含量

植物提取物在生產過程中很有可能受到微生物的污染，微生物體積微小危害卻極其嚴重，過度繁殖可使飼料及其產品腐敗變質甚至產生毒性。對植物提取物中的微生物進行檢測相當重要，美國、歐盟、英國和我國都制定了微生物的限量標準[70]。在天然植物飼料添加劑通則中規定霉菌數不得超過40×106個/kg，細菌總數不得超過2×109個/kg，黃曲霉毒素B1不超過50 μg/kg等。我國頒布的食品微生物檢測指標有菌落總數[71]、大腸菌群[72]、致病性微生物以及霉菌和酵母菌數。菌落總數的測定方法有菌落總數PetrifilmTM測試方法(標準方法)、涂布平板法和點滴平板法等；大腸菌群MPN可以采用大腸菌群MPN計數法、大腸菌群平板計數法、大腸菌群PetrifilmTM測試片法等；霉菌和酵母菌數根據我國食品衛生微生物學檢驗標準規定采用平板培養菌落計數法。

4.4 毒性分析

天然植物的某一成分或某類成分作為飼料添加劑添加于飼料之前，必須做相應的毒理實驗，毒理實驗包括急性毒理學、蓄積毒性、微核和精子畸形試驗等。楊賢強等[73]的研究證明茶多酚在急性毒性試驗中屬低毒性，在0.015 %范圍內無蓄積毒性；慢性毒性試驗表明, 當飼料中茶多酚的量為0.1 %時,對果蠅壽命無不良影響，且小鼠的質量、胸腺、脾臟的細胞數均與正常對照組無異，其致突變的Ames試驗、骨髓微核試驗、骨髓細胞染色體畸變試驗及果蠅 SLRL誘變試驗結果均為陰性。馮香安等[74]從毒性試驗、蓄積毒性試驗、致突變性試驗3個方面對植物黃酮類化合物進行安全評價，大部分研究表明在一定的劑量下，植物黃酮類化合物無毒。

5 結 語

介紹了植物提取物的幾種主要的活性成分，目前應用較多的提取工藝以及新興的提取方法，此外，還介紹了植物提取物飼料添加劑在抗氧化、抗菌、調節腸胃、促生長方面的作用和作為飼料添加劑應用到家禽飼養中必要的質量評價標準。植物提取物主要活性成分擁有很好的抗菌、抗氧化能力，其含量隨收獲季節、使用部位和產地以及提取工藝等不同而變化，需要進一步研究品種、立地條件及提取加工工藝等對活性物成分變化的影響，據此制定適宜的加工工藝條件，另外提取工藝也各有利弊，微波和超聲波提取已有工業應用，酶法提取和半仿生提取的工業條件尚不成熟，從應用前景來說，常溫物理提取應用前景較好。由于植物提取物具有抗氧化、抗菌、調節腸道菌群、提高生產性能、安全、高效、純天然等優點，目前茶多酚、迷迭香提取物、苜蓿提取物和杜仲葉提取物等已經被列入飼料添加劑目錄。此外，植物提取物是一種混合物，今后的研究可進一步明確每種活性成分的作用方式、劑量以及與其他添加劑的相互作用關系。

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