松樹皮提取物的主要成分、生理功能及其在畜禽飼料中的應用前景

王 楹 胡睿智 嚴佳豪 伍樹松

(湖南農業大學動物科學技術學院，長沙 410128)

松樹屬于松科植物中最大的一個屬——松屬，我國有30多種松樹，在云南、四川等地種植面積廣泛[1]。《名醫別錄》和《本草綱目》常將松樹的松針和松果作為藥材使用[2-3]。在我國松樹通常用于木材加工或生產紙漿和紙板，而占樹木總重量10%～15%的松樹皮被作為加工廢料丟棄。在20世紀60年代的時候，法國科學家從法國海洋松的松樹皮中提取出富含黃酮類化合物的天然活性物質——碧蘿芷[4]，具有很強的抗氧化能力，現在已經作為多種疾病的治療藥物[5]。

松樹皮中含有揮發油、多酚、多糖和微量元素等化學成分，其中多酚具有強抗氧化能力，多糖具有改善免疫力的作用，在現代規模化畜禽飼養中，松樹皮提取物可有效緩解動物應激，預防疾病。與普通的中草藥相比，松樹皮具有來源廣、價格低、易規模化生產等優勢，在畜禽生產中具有廣闊的應用前景。然而，松樹皮中主要活性成分及其作用機理尚不明確，這在很大程度上限制了其合理利用，本文基于前期有關松樹皮提取物的研究，綜述了松樹皮提取物的主要成分及其抑菌、抗氧化、抗炎生理功能，為篩選松樹皮多酚活性成分并明確相關作用機理提供新的思路，同時為松樹皮在畜禽飼料中的合理利用提供理論依據。

1 松樹皮的主要化學組分

松樹皮的主要成分由纖維素、半纖維素、木質素以及一些可溶性物質組成。黃占華[6]比較了中國興安落葉松樹皮和西伯利亞落葉松樹皮的化學成分組成，其區別如表1所示。從表格中可以看出，松樹皮中纖維素和木質素占比60%～70%，可溶性提取物占比差異較大，興安落葉松樹皮中水溶性提取物含量為14.2%，脂溶性提取物含量為3.5%，而西伯利亞落葉松樹皮中水溶性提取物含量僅占3.5%，但脂溶性提取物含量為5.1%。其余研究也表明，可溶性提取物在松樹皮中含量能達到10%以上，且具有很強的抗氧化[21-22]、抗腫瘤[23]、抗炎[24]等生理功能。

表1 松樹皮及其提取物的主要成分

2 松樹皮提取物的提取工藝及潛在活性成分

松樹皮飼用資源化利用的關鍵在于其提取工藝。傳統提取工藝主要有水提法和有機溶劑浸提法，根據相似相溶的原理將活性成分從松樹皮中萃取出來，其特點是方法簡便、成本低，但存在提取時間長、效率低、雜質多等不足。新型提取工藝主要有超聲波提取、聲波輔助提取、超臨界提取等，其原理是通過改變一些物理條件加速植物細胞中活性物質的釋放并溶于有機溶劑中，相較于傳統提取工藝，新型提取工藝的提取效率及純度均有很大程度的上升，但成本相對較高。筆者所在團隊將果膠酶、漆酶和纖維素酶按一定比例混合，通過酶解破壞細胞壁，促進活性物質的釋放，在很大程度上提高了提取效率，且具有操作簡單、能耗低、活性物質保存度高等優勢[25]，適用于大規模工業化生產。松樹皮提取物的活性物質受其種類、生長環境、提取方法等諸多因素的影響，但基于目前研究報道，其活性物質主要包括揮發油類、多酚類和黃酮類等化學活性物質。

2.1 揮發油類

揮發油也叫精油，是指一系列可揮發性的油類。揮發油主要由芳香族、脂肪族和萜類化合物組成。萜類化合物主要是倍半萜和單帖，在松樹皮含量較高，而含量相對較少的芳香族是主要的特異芳香味來源，并且具有很好的生物活性[26]。表1列舉了國外研究報道中松樹皮提取物的揮發油類活性成分，從表格中可以了解到，雖然每位研究者研究的松樹種類不同，但松樹皮中揮發油類活性成分具有較大的相似性，主要包含α-蒎烯、石竹烯、檸檬烯等成分。

2.2 多酚類化合物

多酚類化合物是指化學結構中含有酚羥基的一類物質，廣泛存在于植物中且具有多種生物學活性[27]。多酚類化合物包括芳香類、類黃酮類、兒茶素類等。研究表明，多酚類化合物不僅具有強大的清除自由基能力，還能通過抑制氧化酶和螯合過渡金屬離子發揮抗氧化作用[28]。Pan等[29]使用羥丙基葡聚糖凝膠、硅膠柱色譜和反相高效液相色譜對新鮮樟子松樹皮的乙醇提取液進行分餾，分離鑒定出26種多酚類化合物，主要有單芳基化合物、二苯乙烯苷、木脂素、類黃酮類、兒茶素和原花色素。Jerez等[30]利用質譜法檢測到松樹皮中原花青素的三聚體到十三聚體。表1總結了前人研究中松樹皮中多酚類化合物的種類及含量。

2.3 其他成分

樹皮是植物儲存和運輸養分的場所，所以松樹皮提取物中除了揮發油、多酚類物質外，還有一些維持生命活動的其他營養成分，比如氨基酸、多糖、維生素和一些微量元素[26]。吳杰等[31]以甘露糖為標準曲線測定了馬尾松、濕地松、華南五針松、黃山松、金錢松和加勒比松的水溶性多糖的含量，發現各種松樹皮中均含有多糖，且馬尾松的水溶性多糖含量最高，為(24.90±3.17)mg/g，最少的是濕地松，含量為(10.20±0.62)mg/g。何美君等[32]用感應耦合電漿放射光譜儀和半微量法測定了云南華山松中微量元素含量，發現華山松中含有鈣、鉀、鐵、鎂、磷、錳、鋅、銀等元素，其中鈣的含量最高。

綜上所述，松樹皮提取物中主要是由以萜類化合物為主的揮發油類和以原花青素類為主的多酚類物質組成，還含有少量的多糖、氨基酸、微量元素等一些營養物質。松樹皮提取物的生物學活性主要基于這些活性成分。

3 松樹皮提取物的生理功能

3.1 調節菌群

由上文可知，松樹皮提取物中含有揮發油類和多酚類化合物成分，如原花青素、槲皮素等，揮發油成分和多酚類化合物都具有很好的抑菌作用，能夠影響腸道菌群和腸道代謝功能，從而對動物生長發育產生有益作用[33]。Zhao等[34]研究了原花青素對巴馬迷你香豬的腸道菌群的作用，發現在飼糧中添加原花青素(250 mg/kg BW)相較于抗生素組(350 mg/kg BW金霉素和36 mg/kg BW頭孢菌素)能夠顯著降低在牙周疾病中常見的螺旋藻菌屬數量，并且提高腸道的操作分類單元(OTU)數量以及與碳水化合物代謝有關的菌群數量，可見原花青素可通過改善腸道菌群的豐度，增強代謝功能，從而對豬的腸道菌群產生有益影響。松樹皮提取物對不同的細菌或真菌均有抑制效果[35-38]。Sharma等[37]研究發現松樹皮提取物對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌最小抑菌濃度均為1 mg/mL。研究發現，松樹皮提取物中多酚類物質對致病菌大腸桿菌的抑制作用強于其對益生菌的抑制作用[39-40]。目前松樹皮提取物的抑菌作用機制尚不明確，有文獻報道，松樹皮提取物中原花青素能夠抑制大腸桿菌的菌毛產生黏附素，使大腸桿菌不能夠正常附著在上皮細胞的碳水化合物受體上，從而抑制大腸桿菌生長[41]。此外，多酚的非特異性氫鍵能與細菌細胞壁中的蛋白質發生非特異性相互作用，從而使酶和細胞膜轉運蛋白失活，影響蛋白質運輸，導致細胞周期停滯[42]。多酚還能通過抑制DNA的合成誘導細菌凋亡，如槲皮素可阻斷大腸桿菌中的拓撲異構酶Ⅳ，從而抑制DNA的合成并誘導細菌染色體中多個雙鏈斷裂，最終導致細菌死亡[43]。由此可見，松樹皮提取物對一些有害菌具有抑制作用，可改善動物腸道微生態環境，促進腸道對飼糧中營養物質的吸收。

3.2 抗氧化

多酚類物質具有良好的抗氧化活性，其中原花青素的抗氧化能力是維生素C抗氧化能力的20倍，是維生素E的50倍[44]。多酚類物質的抗氧化能力與其結構中的酚羥基有關，酚羥基可解離電子直接使自由基失活，其能力隨酚羥基數量增加而增強，且與其位置有關[45]。在氧化應激狀態下，多酚類化合物能夠以半胱氨酸修飾、泛素化、磷酸化和琥珀酰化的形式影響Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1(Keap1)的結構/殘基，導致紅系衍生的核因子2相關因子(Nrf2)從Keap1中解離出來，進入細胞核結合抗氧化元件，從而發揮抗氧化作用[46]。多酚的抗氧化能力主要從以下4個方面來實現：1)多酚類物質具有很強的活性氧自由基清除能力，增強機體抗氧化能力。Nakayama等[47]研究發現，松樹皮提取物具有很好的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除活性，并且能夠顯著抑制由自由基誘導的低密度脂蛋白的氧化。2)多酚類物質還能增加體內谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶和血紅素加氧酶等一些抗氧化酶的表達，進而增強抗氧化能力。Ko等[48]研究發現松樹皮提取物能降低由順鉑(肝臟損傷誘導劑)誘導的肝臟損傷，降低肝臟組織中的丙二醛含量，增加谷胱甘肽含量以及超氧化物歧化酶和谷胱甘肽轉移酶活性。這些結果表明松樹皮提取物可能是通過抑制脂質過氧化和增加抗氧化劑活性來預防順鉑在大鼠中引起的急性肝毒性。3)多酚類物質也可以與其他抗氧化劑產生協同作用，從而增強抗氧化能力。Dai等[49]研究了多酚、維生素E和維生素C對亞油酸過氧化的抑制作用，發現多酚、維生素E和維生素C的混合物可以通過協同作用來保護脂質過氧化，通過其抗氧化過程的動力學和機理研究表明，這種抗氧化協同作用是由于多酚與維生素E氧化產物發生反應，重新生成維生素E，然后維生素C再與多酚的氧化產物發生反應生成多酚。4)多酚類物質還能夠通過其結構中的酚羥基與金屬離子結合來中斷芬頓反應，緩解氧化應激帶來的損害[45]。

3.3 其他作用

除上述抗菌和抗氧化作用外，松樹皮提取物還有抗炎、神經保護、抗癌等其他生理功能。多酚類物質因其自由基清除能力在緩解炎癥反應中具有協同作用，阿魏酸、咖啡酸、兒茶素等已被報道具有顯著的抗炎活性，原花青素代謝物在體外顯示出比氫化可的松高100%的抗炎活性[24]。在炎癥反應中，一氧化氮(NO)是與炎癥有關的重要介質，一氧化氮合酶(NOS)是合成NO過程中涉及的主要酶，Vigo等[50]研究發現樟子松提取物能夠抑制NOSmRNA的表達，從而抑制NO的產生，緩解炎癥帶來的損傷。絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路是炎癥反應中調節促炎因子[例如白細胞介素-1(IL-1)、白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和誘導型一氧化氮合成酶(iNOS)]生成的重要細胞信號通路之一。Qin等[51]研究發現8-異戊二烯槲皮素可通過直接與蛋白激酶-1/c-Jun氨基末端激酶1/2(SEK1-JNK1/2)和絲裂原活化的細胞外信號調節激酶-1/細胞外信號調節激酶1/2(MEK1-ERK1/2)的信號分子靶向結合下調MAPK信號傳導途徑，從而抑制脂多糖(LPS)誘導的炎癥反應。

除抗炎作用外，Kim等[18]研究發現松樹皮提取物能防止過氧化氫誘導的細胞死亡，還能抑制乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶的活性，從而可以作為有效的神經保護劑。陸峰彬等[52]研究了松樹皮提取物對魚藤酮誘導帕金森小鼠神經元的保護作用，發現松樹皮提取物能夠增強腦組織的抗氧化能力，切斷脂質過氧化作用，并保護細胞膜結構和功能的完整性，從而抵抗魚藤酮誘導的黑質紋狀體多巴胺減少，保持紋狀體多巴胺處于正常水平；并且能阻斷α-突觸核蛋白的異常聚集，減少體內細胞凋亡和自由基的產生，從而減輕腦組織的病理損傷。如表2所示，松樹皮提取物在臨床上還有抗癌、降低血糖水平、緩解糖尿病和抗高血壓等作用，并且在食品行業中已經用其作為肉類食品的抗氧化劑和果汁中的添加劑[58]。

表2 松樹皮提取物的生理功能

4 松樹皮提取物在畜禽生產中的應用

松樹皮來源廣泛，原料價格低廉，富含多酚等多種活性物質，作為飼料添加劑具有提高動物免疫力、緩解動物生長過程中的炎癥和氧化應激的作用，從而提高動物生長性能的潛力。陳世偉等[59]研究發現，松樹皮提取物能夠增加單核巨噬細胞的吞噬作用和自然殺傷細胞的細胞活性，從而增強機體的非特異性免疫力。Lee等[60]研究發現，松樹皮提取物可通過恢復大鼠免疫功能障礙，比如增加淋巴細胞增殖和調節輔助性T細胞中細胞因子的釋放，來延長T細胞和B細胞的壽命。此外，松樹皮提取物還可提高雞外周血單核細胞、脾細胞和胸腺細胞的增殖能力[61]。

5 小 結

在全面“飼料禁抗”時間，開發安全、高效、廉價的促生長和預防疾病的飼料添加劑成為畜牧行業亟待解決的問題之一。松樹皮富含天然活性物質，其提取物具有調節菌群、抗氧化和抗炎等生理功能，且其來源廣泛、價格低廉、可持續發展，在畜禽飼料中具有很好的應用前景。但是，目前關于松樹皮提取物在畜禽生產中的研究還相對較少，其主要活性物質和作用機制尚不明確，且無相關安全性評價數據，這在很大程度上限制了其在畜禽生產中的合理利用。在未來研究中，如何利用現代生物學技術解決以上問題，是其實現飼用資源化利用的重點和難點所在。