葉黃素在反芻動物生產中應用的研究進展

呂仁龍 李 茂 胡海超 周漢林

(中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所，儋州 571737)

葉黃素(lutein)屬含氧類胡蘿卜素，廣泛存在于自然界植物中(如牧草、藻類和果蔬)[1]，它可在人體內合成維生素A[2]。葉黃素具有多種生物學功能，其強抗氧化功能有助于增強機體免疫力[3]，對多種癌癥和心血管疾病具有抑制作用[4-5]，同時可防止氧化引起的脂質過氧化[6]。葉黃素是人眼視網膜黃斑區主要組成成分，人體內不能自行合成葉黃素，外來食物是攝入葉黃素的唯一來源[7]。此外，葉黃素有顯著的著色功能，研究人員針對這個功能，將其作為飼料和食品添加劑進行了大量研究[8-9]。一些研究者對添加了葉黃素的家禽和水產飼料進行了評價[10-11]。奶牛飼糧中補充葉黃素會直接影響乳制品的營養品質[12]。此外，Alvarez等[13]研究表明，葉黃素只出現在放牧羔羊的血漿中，這可以有助于很好地區分放牧羔羊和舍飼羔羊。研究結果顯示，在反芻動物飼養過程中，以精飼料為主飼養的方式和完全以青綠飼料飼養的方式進行對比后發現，反芻動物脂肪組織和肉色存在顯著差異[14-15]。

在反芻動物飼養中，葉黃素的來源主要來自于青綠飼料和葉黃素制劑。盡管牧草中存在大量葉黃素，但由于栽培管理方式、日照降雨和加工處理方法的不同導致牧草中葉黃素的含量差異較大[16]；此外，飼糧中的葉黃素轉化到肉制品、脂肪組織和奶制品中的比例偏低，補充葉黃素制劑可以有效提升畜產品中葉黃素含量。葉黃素制劑主要提取自萬壽菊的花瓣[17]。Jeon等[18]發現小球藻中也有大量葉黃素存在。隨著需求量的不斷擴大，研究者們開始關注利用體外培養方法獲得游離態葉黃素[19]。

近年來，反芻動物規模化飼養的高效發展加大了谷物飼料的投入，這對環境帶來了巨大壓力，因此，擴大粗飼料資源的利用效率對生態環境具有積極作用。另外，充分利用牧草中的色素資源，對改善粗飼料利用方法、提升粗飼料價值、動物健康飼養及獲得高品質畜產品都具有重要意義[20-21]。綜上所述，本文針對粗飼料中葉黃素和葉黃素制劑，結合國內外現有研究進展對牧草中葉黃素含量的變動和對反芻動物飼養的影響進行綜述。

1 葉黃素含量在青綠飼料中的動態變化

1.1 葉黃素的結構與特性

葉黃素廣泛存在于植物中，其化學式中含有2個酮環，3個手性中心，8種立體異構體，可在光合作用中捕獲光能，調節植物生長和發育[22]。葉黃素難溶于水且穩定性差，易受氧、光、熱、金屬離子、pH等因素的影響[23]。作為一種抗氧化劑，葉黃素具有很強的抗氧化能力，可以消除活性氧自由基活性，防止正常細胞受損，從而保護機體免受代謝損傷[24-25]。在不同植物中，葉黃素以游離態和酯化形態存在[26]，在制備葉黃素制劑過程中，需要將酯化態葉黃素經過皂化反應來提純葉黃素[27]。

1.2 葉黃素含量在青綠飼料中的變化

青綠飼料中的葉黃素含量受光合作用強弱的影響[28]。氮元素參與了植物光合作用，因此，對牧草施加氮肥可以顯著提升葉黃素含量[29]。Lv等[16]對不同施肥條件和不同收割階段條件下的意大利黑麥草中葉黃素含量進行了測定，發現早期收割樣品中的葉黃素含量顯著高于晚期收割樣品中的葉黃素含量，并且都隨施肥量增加而呈線性升高，特別是120 kg/hm2施氮肥條件下的早期收割樣品中，葉黃素的含量高達1 003 mg/kg。Elgersma等[30]對多種牧草中葉黃素含量進行了測定，發現百脈根中的葉黃素含量最高，為206 mg/kg，菊苣、小地榆、葛縷子、車前草、黃香草木樨和苜蓿中的葉黃素含量分別為129、174、152、149、131和129 mg/kg。另外，研究表明大多數牧草中葉黃素含量與牧草產量呈負相關[16，31]。Reynoso等[32]測定墨西哥境內干燥區域和潮濕區域的盤固草和狗牙根草混合物中的葉黃素含量后發現，在潮濕區域內，混合牧草的葉黃素平均含量為185 mg/kg，而干燥區域混合牧草的葉黃素平均含量僅為64 mg/kg。研究結果證明了地域和氣候條件也會影響牧草中葉黃素的含量。李建華[33]探究了柱花草和象草中葉黃素在不同干燥條件和加工方法下的變動規律，結果表明牧草經高溫干燥后色素損失量遠遠高于低溫干燥，此外，相比制備草粉，制作壓縮草塊可顯著減緩葉黃素的流失。

1.3 葉黃素含量在青貯過程中的變化規律

Lv等[29]探究了青貯過程中葉黃素含量的動態變化，發現在整個青貯過程中，葉黃素含量不發生變化，并且沒有受到青貯品質的影響，在低pH的青貯環境中，葉黃素可以被完好的保存。因此，青貯中的葉黃素含量與青貯前原料中的葉黃素含量幾乎相同，也會受到來自施肥水平和收割階段的影響[16]。Kara等[34]在青貯玉米中添加了馬來酸后，玉米青貯中葉黃素含量顯著提高，可見青貯是保存粗飼料中葉黃素含量的有效手段。

2 葉黃素在反芻動物中的應用

2.1 葉黃素在反芻動物體內的代謝

Mora等[35]探究了葉黃素在瘤胃內的分解機制，盡管沒有得到確切結果，但這些結果表明葉黃素在瘤胃內的消失可能是由于某些細胞成分的參與，而不是葉黃素分子在瘤胃內直接被破壞或受到瘤胃微生物的攻擊所導致，上述結果也有待進一步探明。此外，葉黃素的代謝機制在不同品種動物或不同瘤胃環境下可能也存在差異。Cardinault等[36]認為瘤胃微生物具有釋放共軛葉黃素的能力。研究表明，在奶牛飼糧中添加小球藻后發現，奶牛的血清和生長卵母細胞的葉黃素含量均有顯著提高[37]。Jeon等[38]認為飼糧中的葉黃素在被反芻動物采食后，經由血液進入肝臟和乳腺堆積。有報告也指出，反芻動物中類胡蘿卜素和視黃醇主要沉積在肝臟中[39]。Mireia Blanco等[40]也發現了葉黃素含量在放牧乳羊的肝臟中顯著偏高。Wang等[41]篩選了葉黃素與乳腺代謝相關的乳腺蛋白，發現有33種相關蛋白發生變化，其中有15種呈現上升趨勢，這些蛋白與奶牛的葡萄糖代謝、脂肪酸代謝和免疫功能有關。盡管不同品種反芻動物的脂肪顏色存在差異[42]，但Dunne等[43]證實，通過對比肉牛脂肪組織顏色可以判斷其飼養方式，在放牧條件下，脂肪黃度值顯著偏高。Reynoso等[32]的試驗分別對干燥和潮濕熱帶地區不同性別放牧牛的脂肪組織中葉黃素含量進行了監測，結果表明脂肪組織中葉黃素含量沒有受到氣候、區域和性別的影響。

Prache等[44]的研究表明，在羔羊、公羊和閹割羊的腎臟周圍的脂肪組織中，葉黃素是沉積的唯一類胡蘿卜素。Yang等[45]的研究表明，在羔羊脂肪組織中難以檢測到葉黃素。Tucker等[46]早在1967年就已經發現綿羊的回腸和糞便中存在較多的葉黃素。盲腸和結腸不是葉黃素的主要吸收部位，由于葉黃素的親脂性，反芻動物可能優先通過淋巴管完成對葉黃素的吸收[36]。周利梅等[47]詳細探討了葉黃素在山羊體內的吸收機制，在山羊小腸內，葉黃素的吸收量隨灌注時間增長而上升，在灌注2 h后達到峰值，此外，在葉黃素灌注液中添加游離脂肪酸后可以顯著促進吸收，上述現象的詳細機理還有待進一步探明，相信這與腸道菌群、信號表達等存在潛在關聯。上述研究大體揭示了葉黃素在不同品種反芻動物和不同飼養條件下的代謝規律，但沒有報告指出葉黃素在反芻動物體內的詳細代謝路徑，這有必要在未來的研究中明確。

2.2 葉黃素對反芻動物畜產品的影響

葉黃素不僅通過抗氧化活性間接地影響乳制品的營養價值[12]，而且還直接影響乳制品的感官特性，因為它可使消費者正面地感受到乳制品顏色偏黃[48]。Ripoll等[49]的研究發現在放牧條件下，牛血漿中的葉黃素含量顯著升高，但當飼養條件由放牧變成干草飼喂后，血漿中葉黃素含量明顯降低。可見飼糧中的葉黃素含量可以有效地推測反芻動物血漿和畜產品中葉黃素含量。

一般情況下，牛乳中葉黃素含量占總類胡蘿卜素的12%～25%[50-51]。Mireia Blanco等[40]的研究對比了飼喂山羊鮮草和干草后羊乳中葉黃素含量，結果表明，鮮草飼養條件下的羊乳中葉黃素含量明顯偏高。韓吉雨等[52]在奶牛飼糧中補充了葉黃素制劑，結果顯示，在投喂10 d后，牛乳中的葉黃素含量顯著高于對照組，但并沒有影響牛乳產量、乳脂肪、乳蛋白和葡萄糖含量。Xu等[53]的試驗表明，奶牛飼糧中，葉黃素制劑的最佳含量為150～200 g/(d·頭)，在這個范圍內，葉黃素轉化到牛乳中的比例約為0.08%，含量為1.2～1.5 μg/dL。試驗結果還表明在奶牛飼糧中補充葉黃素制劑可以提高奶牛的抗氧化能力，改善機體免疫力，預防疾病[53]。Jeon等[38]的試驗對荷斯坦奶牛投喂葉黃素后發現，最高劑量組牛乳中葉黃素的含量達71.9 μg/dL，這個結果高于Xu等[53]的結果40～50倍。引起這個差異的原因可能是由于葉黃素來源不同，也可能與飼養環境、基礎飼糧等存在潛在關系。Mora-Gutierrez等[54]發現選擇適當類型的酪蛋白對提高低脂類乳制品飲料中葉黃素的化學穩定性具有重要意義，結果將有助于提升葉黃素乳制品生產工藝。另外，與脂肪組織類似，放牧也增加了肌肉中葉黃素和視黃醇的含量[55]，但沒有報告進一步揭示反芻動物肌肉中葉黃素含量的變化機制。

3 小 結

葉黃素是人類重要的功能性物質之一，對機體健康起到重要作用。青綠飼料中富含葉黃素，也是反芻動物體內和畜產品中葉黃素的主要來源，隨著近年來葉黃素提取工藝成熟，在反芻動物飼糧內補充葉黃素制劑成為了生產高品質畜產品的主要手段。多項研究結果表明，在牧草栽培和生長過程中，影響葉黃素含量的因素較多，制定適當的栽培管理標準將有助于提升粗飼料品質和營養穩定。飼養方式、地域、飼糧的差異導致了畜產品品質的差異，在未來研究中有必要結合粗飼料中葉黃素資源，同時配合葉黃素制劑來制定完善的規模化飼養標準。此外，在反芻動物畜產品加工和保存的過程中，探究葉黃素在畜產品中的穩定性將有助于進一步明確葉黃素化學特性和畜產品生產標準。