綠原酸的生物學功能及在養殖業中應用研究

韋良開 李 瑞 陳鳳鳴 文 偉 黃興國*

(1.湖南農業大學動物科學技術學院，湖南長沙410128；2.湖南省畜禽安全生產協同創新中心，湖南長沙410128)

綠原酸（CGA）是一種于植物體內由咖啡酸和奎尼酸構成的縮酚酸，廣泛存在于雙子葉植物和蕨類植物體中，其中杜仲、咖啡、金銀花、野菊花等具有較高含量的CGA，此外，蘋果、胡蘿卜、獼猴桃、小麥、土豆等蔬菜水果作物中也含有綠原酸[1]。綠原酸具有抗菌、抗病毒、抗氧化、消炎、降血脂血糖、調控機體免疫等多種生物活性[2-4]。目前，兼具多種功效的綠原酸已經成為天然產物的研究熱點之一，被廣泛應用于食品、醫藥等行業。但是，其在畜牧業應用研究較為鮮見。本文主要從綠原酸的功能以及在養殖業中的應用進行綜述，為綠原酸在養殖業中的推廣應用提供科學的依據和參考。

1 綠原酸的理化性質

綠原酸又稱咖啡單寧酸，是一種穩定性較低、易異構化極性有機酸，在植物體內主要通過有氧呼吸中的莽草酸途徑產生，其產生的綠原酸通常為混合物，如綠原酸甲酯、綠原酸乙酯、單咖啡酰奎尼酸[5]。其化學名為3-O-咖啡酞奎尼酸，分子式為C16H18O9，分子量354.30[6]。綠原酸在常溫時溶解度僅為4%，熔點為208℃,當溫度為110℃時會形成無水化合物，其半水化合物為白色或淡黃色針狀晶體，易溶于有機溶劑（如乙醇、丙酮、甲醇等），微溶于乙酸乙酯，難溶于苯、乙醚和氯仿等。

2 綠原酸的生物學功能

2.1 抗菌及抗病毒

綠原酸是殺菌藥物的重要組成成分，具有廣泛的抑菌或殺菌作用，能有效的抑制或殺死大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、痢疾球菌等致病菌。一方面，綠原酸能夠抑制細菌相關代謝酶活性，影響營養菌體對營養物質的消化吸收，進而抑制細菌的生長繁殖[7-8]。另一方面，增加的膜通透性是抗微生物活性機制的主要因素，而綠原酸是一種極性有機酸，能夠與細菌表面結合，增大細胞膜通透性導致的細胞完整性喪失，使細菌內核苷酸、酶及營養物質外泄，進而抑制菌體的生長[9-11]。

目前研究表明，綠原酸對人類免疫缺陷病毒（HIV）、腺病毒、乙型肝炎病毒、單純皰疹病毒（HSV）、豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）等病毒具有抑制作用[12-15]。綠原酸抗病毒機制可能與抑制病毒核蛋白的表達形成新的病毒顆粒，阻斷受感染細胞的后代病毒粒子的釋放和擴散有關，但是由于綠原酸在抗病毒方面研究較少，其抗病毒機制尚不明了，具體的作用機制仍需要進一步探究[16-17]。

2.2 抗氧化

綠原酸是一類具有酚羥基的高效天然抗氧化劑，在機體內復雜的反應中，能夠通過形成穩定的半醌式自由基，阻斷自由基的鏈式反應，同時還能通過自身還原Fe3+及清除化學類自由基和活性氧自由基發揮抗氧化作用[18-19]。綠原酸的抗氧化機制主要分為三種：①氫原子轉移機制（HAT），即自由基從綠原酸的酚羥基奪取氫原子形成苯氧自由基，苯氧自由基可以通過分子內氫鍵穩定。②單電子伴隨質子轉移機制（SET），即當發生電子轉移生成正離子自由基時，隨后形成質子轉移完成抽氫過程，形成通過分子內共振穩定的苯氧自由基，阻斷或減慢自由基鏈式反應[20]。③金屬離子絡合機制，動植物體內存在的游離金屬離子能夠通過Fenton反應生成羥基自由基，導致機體損傷，而綠原酸能夠絡合有力的金屬離子減少羥基自由基產生[21]。綠原酸除自身具有抗氧化作用外還具有協同抗氧化作用，其與α-生育酚、β-胡蘿卜素、蘆丁等具有良好的協同抗氧化作用，而且在協同效果方面綠原酸在脂溶性自由基體系要優于水溶性自由基體系[22]。目前，綠原酸的協同抗氧化作用的機理主要分為五種：酚羥基重生理論、氧化偶聯理論、氧氣吸收機制、形成新抗氧化劑理論、界面理論，但是這些理論研究尚未深入，具體的作用機制還需更進一步的研究。

2.3 調節糖、脂代謝

機體糖代謝與機體健康密不可分，當機體糖代謝發生紊亂時，易引發糖尿病等代謝綜合征。彭冰潔等[23]在研究綠原酸對高脂飼喂大鼠骨骼肌糖代謝的影響時發現，綠原酸能通過調節PI3K/Akt途徑、AMPK途徑中糖代謝相關mRMA表達和胰島素敏感性，改善骨骼肌中糖代謝，顯著減少大鼠體重增加。隨著技術的進步，研究發現綠原酸調控機體糖代謝機制主要有[3，24-25]：抑制機體糖代謝途徑中相關酶活性；調控機體糖代謝相關激素分泌，改善胰島素抵抗；抑制糖基化終末產物形成（AG?Es）；激活AMP活化蛋白激酶（AMPK），提高葡萄糖轉運蛋白（GLUT-4）的轉移，從而增加葡萄糖的轉運。

綠原酸不僅能調控機體血糖代謝，對機體的脂肪代謝也具有一定的調節作用。在大量的人體試驗和肥胖動物模型中，綠原酸能改善機體血脂水平，抑制肝臟脂肪含量的升高。研究表明，綠原酸調節脂肪代謝機制主要為：抑制脂肪代謝途徑中相關代謝酶活性；影響機體脂肪合成與分解代謝、脂肪酸氧化的關鍵酶基因的表達；調控脂肪組織中脂肪因子的分泌；提高過氧化物酶體增殖激活受體（PPARs）和降低肝臟X受體（LXR）的表達[26-30]。目前研究發現，PPARs主要有三種亞型：PPARα、PPARγ、PPARβ，PPARα能夠誘導脂肪酸的轉運蛋白（FATP）和脂肪酸轉移酶（FAT）表達，在脂肪β氧化中發揮非常重要的作用。PPARγ在褐脂細胞和白色細胞相互轉化中發揮非常重要的作用，同時它還能增強機體對胰島素的敏感性。而LXR中的肝臟X受體α（LXRα）能夠直接激活編碼脂肪酸合成酶（FAS）和乙酰輔酶A羧化酶（ACC）的脂肪酶的基因來調節脂肪酸和甘油三酯的合成。

2.4 抗炎

炎癥是由外源性或內源性源引起的組織損傷的生理反應。外源誘導物包括病原體相關的分子模式、毒力因子、過敏原、異物和有毒化合物，內源性炎癥誘導物是由細胞信號傳導而引起的。在不同的動物和人體炎癥模型中，綠原酸均表現出良好的抗炎癥作用。研究發現，綠原酸能夠通過抑制核轉錄因子kap?pa B（NF-κB）和Toll樣受體4（TLR4）兩個信號通路活性，下調促炎細胞因子[白細胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）]、趨化因子[單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）、白細胞介素-8（IL-8）]和細胞黏附分子[細胞間黏附分子-1（IVAM-1）、血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）]等因子的表達，從而發揮抗炎作用及緩解機體損傷[31-34]。

3 在養殖業中應用研究

3.1 在養豬業中應用

綠原酸作為一種綠色無污染的植物提取物，在養豬業中取得良好的應用效果。劉英等[35]研究發現，在斷奶仔豬日糧中添加綠原酸能改善其生長性能和抗氧化能力。黃少文等[36]在研究綠原酸和維生素E對母豬繁殖和抗氧化性能的影響時發現，日糧中添加120 UI/kg維生素E和300 mg/kg綠原酸都能顯著提高仔豬初生重，增強仔豬的抗氧化能力。龍次民[37]研究表明，日糧中添加800 g/t的綠原酸能顯著降低育肥豬的料肉比(F/G），改善其胴體品質和豬肉品質。周艷[38]報道指出，育肥豬日糧中添加富含綠原酸的杜仲葉多酚能顯著提高末重和平均日增重，顯著降低料肉比，提高背最長肌肌肉品質，調節脂肪代謝。陳鵬等[39]試驗發現，含有綠原酸的杜仲提取物能顯著提高斷奶仔豬的平均日增重改善生長性能，顯著降低血清中谷丙轉氨酶（ALT）和堿性磷酸酶（AKP）活性，緩解機體炎癥。劉則學等[40]試驗表明，綠原酸能顯著降低仔豬的料重比和腹瀉率，降低每千克增重成本，提高仔豬的生長性能和經濟效益。賴星[41]報道發現，在斷奶仔豬日糧中添加綠原酸能顯著提高末重、平均日增重、平均采食量，顯著降低料肉比，促進免疫器官的發育，提高機體免疫力。

3.2 在家禽業中應用

陳玉敏等[42]研究發現，在愛拔益加雞日糧中添加杜仲提取物綠原酸能提高日增重，降低料肉比，提升免疫機能。呂武興等[43]在研究杜仲提取物對三黃雞生產性能和腸道微生物菌群的影響時發現，含有綠原酸的杜仲提取物能顯著提高三黃雞的平均日增重，顯著降低盲腸中大腸桿菌的數量。張軍民等[44]試驗表明，添加含有綠原酸的杜仲提取物能提高屠宰率，改善生長性能和肉品質。王瑞等[45]研究表明，在固始雞飼料中添加含有綠原酸的提取物能提高其生長性能，改善其屠宰性能。牛瑞萍[46]試驗指出，在肉雞的飼糧中添加富含綠原酸的蒲公英提取物能改善其生長性能和免疫機能。

3.3 在漁業中應用

李乃順等[47]在研究綠原酸對草魚魚種生長、非特異性免疫指標和肌肉品質的影響時發現，添加0.04%綠原酸的增重率顯著提高，飼料系數顯著降低，肝臟超氧化物歧化酶活性顯著提高，肌肉中異亮氨酸、組氨酸、纈氨酸、必需氨基酸、總氨基酸、粗蛋白質含量顯著提高。張純等[48]試驗表明，日糧添加200 mg/kg綠原酸能顯著提高建鯉的相對增重率、血漿溶菌酶活性、過氧化氫酶（CAT）活性，顯著降低丙二醛（MDA）含量，從而提高建鯉的生長性能、機體免疫力和抗氧化力。宋文華等[49]研究發現，在草魚幼魚日糧中添加0.08%綠原酸能顯著提高草魚幼魚末重、肝體比、堿性磷酸酶活（AKP）。陳曉安[50]研究表明，在青魚日糧中加入200 mg/kg綠原酸能顯著降低飼料系數進而提高生長性能，顯著提高脾臟指數、肌肉蛋白水平、精氨酸含量，進而促進免疫機能生長和改善肉品質。溫安祥等[51]在研究不同劑量的綠原酸對中華鱉生產性能及抗氧化能力的影響時發現，添加200 mg/kg能顯著提高中華鱉的生長、裙邊和肌肉膠原蛋白的含量、抗氧化能力，顯著降低肌肉膽固醇水平。

4 結語

綠原酸是具有多種生物活性功能的天然化合物，被廣泛應用于各行各業。我國擁有豐富能提取綠原酸的植物資源，但是目前國內對綠原酸的提取、合成、活性等方面研究仍存在著許多問題阻礙其利用。首先，綠原酸的作用機理尚未清楚；其次，提取、合成技術尚未成熟，未能形成產業鏈；第三，制作成本高，經濟效益不高；第四，在養殖業中應用研究較少。所以，對于綠原酸的應用我們仍需要做大量研究，從分子層面了解其作用機制，完善其提取合成工藝，降低其生產成本，大量的挖掘其應用潛力。