孜然中的活性物質及其在畜禽生產中的應用

李楊輝 席琳喬 陳 寧 周小玲*

(1.塔里木大學動物科學學院，阿拉爾 843300；2.新疆農墾科學院，石河子 832000)

孜然(CuminumcyminumL.)，又名孜然芹、枯茗、安息茴香等，為傘形科孜然芹屬一年生或兩年生草本植物，花期在4月份，果期在5月份，原產埃及和埃塞俄比亞[1]，我國主要在新疆和甘肅種植。孜然全株帶粉綠色或綠色泛白，光滑無毛，植株高20～40 cm，葉柄長1～2 cm或近無柄，有狹披針形的鞘；葉片三出式二回羽狀全裂，末回裂片狹線形，長1.5～5.0 cm，寬0.3～0.5 mm[2]。孜然有強烈的芳香氣，略有甜、苦、辣味，是著名的辛香調味料。干燥的孜然果實研碎后得到孜然粉，可用于調味，或提取精油作為藥品，剩余部分基本未開發利用。孜然整株都含有活性物質，以種子中含量最高，孜然秸稈和提取精油后的固體殘留物含有大量纖維、部分蛋白質和脂肪酸以及礦物質元素，可以直接飼喂給動物，有成為新型飼料的潛力。近些年我區畜禽養殖業快速發展，飼草料供應短缺成為養殖業的首要問題，本文就孜然的活性物質、營養價值及其在畜禽生產中的應用研究進展進行綜述。

1 孜然在國內外的種植和生產情況

孜然作為一種非常受歡迎的香料，在馬耳他、摩洛哥、阿爾及利亞、伊朗、敘利亞、印度、巴基斯坦、印度尼西亞、土耳其等多個國家都有種植[1]。根據聯合國糧食及農業組織(FAO)、世界貿易組織(WTO)、聯合國國際貿易統計數據庫(UN Comtrade)統計資料[3]，世界上大約91%的孜然產自4個國家：印度、敘利亞、土耳其和阿拉伯聯合酋長國(阿聯酋)。2019年，世界上最大的孜然生產國是印度，占世界總產量的70%左右，其次是敘利亞(13%)、土耳其(5%)、阿聯酋(3%)和伊朗。印度孜然種植面積估計為80萬hm2，產量為50萬t；2016年伊朗的孜然產量為15 000 t；敘利亞孜然產量曾在2004年達55 000 t，但由于內戰影響，在2015年降至25 000～28 000 t。另外，印度也是最大的孜然出口國，2018年向150個國家出口約187 000 t孜然，其三大出口市場分別是越南、孟加拉國和美國；2018年土耳其向大約80個國家出口了約7 000 t孜然，最大的出口目的地是孟加拉國；2018年，敘利亞出口了約16 000 t孜然，大多數運往中東地區。

在國內外文獻及中國農業農村部官網的數據和國家統計年鑒等資料中，沒有發現近年中國有關孜然的總產量和進出口統計數據，因此對我國孜然總體生產和進出口情況尚需進一步調查。

中國孜然產地主要分布于新疆(南疆的庫車、沙雅、喀什、和田等地，北疆的吐魯番、托克遜等地)，其次是甘肅酒泉地區，尤其集中在新疆吐魯番等地和甘肅酒泉、張掖等地。新疆孜然種植面積為3.3萬hm2[4]，甘肅孜然種植面積達1.5萬hm2[5]。

2 孜然中的活性物質及其生理作用

據美國香料貿易協會(American Spice Trade Association，ASTA)標準規范，孜然種子的概略養分含量為：灰分9.5%，酸不溶灰分1.5%，揮發油2.5%和水分9.0%[6]。主要產地國孜然種子的主要營養成分[6-9]如表1所示。另外，根據Ghafari等[10]報道，伊朗地區的孜然種子含有221 g/kg蛋白質、146 g/kg脂肪、328 g/kg中性洗滌纖維(經淀粉酶處理)和324 g/kg非纖維性碳水化合物。總體來看，孜然種子中蛋白質含量在180～270 g/kg，脂肪含量在150～420 g/kg，碳水化合物含量較高，礦物質含量變化較大，各營養成分在不同國家之間存在較大差異。

表1 孜然種子的主要營養成分Table 1 Main nutritional components of cumin seeds[6-9]

國內外研究發現，孜然中主要的活性物質是黃酮類、糖脂類、磷脂類和膽堿類等化合物。權美平[11]對國外不同產地孜然精油進行分析后發現，枯茗醛、γ-萜品烯、對傘花烴、1,3-對孟二烯-7-醛、α-蒎烯、百里香酚等化合物占較大比重，然而由于種植地域、品系、分析條件等不同，其主要成分的含量存在差異。Ghafari等[10]研究得出孜然種子中總酚類和總類黃酮化合物的含量分別為40和11.5 g/kg；孜然種子脂肪酸中有50%是油酸，還包含228.0 g/kg亞油酸和177.6 g/kg肉豆蔻酸；此外，在孜然種子中鑒定出18種化合物，主要化合物是單萜碳氫化合物、氧化單萜和倍半萜碳氫化合物。姜子濤等[12]對國內孜然精油化學成分進行了研究，發現其主要成分為枯茗醛(37.18%)、二氫枯茗醛(26.24%)、γ-萜品烯(12.59%)、β-蒎烯(11.49%)、β-對傘花烴(8.70%)。γ-萜品烯、枯茗醛、β-蒎烯、β-對傘花烴等具有不同程度的抗氧化能力，有著清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基的能力[13]。枯茗醛和枯茗酸具有抑菌活性，也是孜然發揮降血糖作用的有效成分[14]。在小鼠試驗中發現，枯茗醛具有減少疼痛感和抗神經病變的作用[15]。孜然中的萜類化合物還具有抗癌和消除致癌物亞硝酸鈉(NaNO2)、抗血小板等功能[13]。Tabarsa等[16]從孜然中提取出孜然多糖，研究發現孜然多糖能夠誘導小鼠免疫細胞呈現出一種高度的促炎性效應，釋放細胞因子，并參與直接細胞毒性，有作為免疫刺激劑的可能。孜然種子提取物還可以用于合成孜然銀納米粒子，有著很好的抗乳腺癌活性，同時降低了化學合成銀納米粒子的細胞毒性，是未來可靠的抗乳腺癌藥物[17]。

孜然不僅含有蛋白質、脂肪、纖維、礦物質、維生素等營養成分，還含有黃酮類、糖脂類等多種活性物質，這些活性物質具有抗氧化、降血壓、降脂保肝、免疫調節等多種藥理活性，在人體保健、食品醫療、畜禽飼料等方面都有廣闊的發展前景。

3 孜然的主要利用方式

孜然是一種香料，在世界范圍內廣泛用于食品加工，同時也應用到飲料、藥品、香水等領域。目前孜然的主要利用方式有3種：一是將果實粉碎后用作調味料或其他食用用途；二是對果實或種子提取精油后進一步利用；三是在將果實用作飼料添加劑，精油參與青貯發酵。

3.1 孜然果實或種子

孜然果實具有強烈的芳香氣味，味道辛辣，作為調味品自古就流行于印度、北非、中東、歐洲及我國各地。在印度、北非和中東地區，孜然廣泛用于食品、飲料、酒類、藥品、化妝品和香水；在荷蘭和法國，孜然還用于烹飪和醫藥[6]。

中醫研究表明，孜然味辛，性溫，具有散寒止痛、理氣調中、興奮、驅風、健胃、利尿、鎮痙、止血、調經等多種功效；主治脘腹冷痛、消化不良、月經不調等，還有益于心臟和子宮，可以用于產后婦女恢復[18]。孜然種子的概略營養成分和活性物質前文已述，此外，其還富含鐵、錳、鉀、鋅、磷和必需氨基酸(谷氨酸和天冬氨酸)等，并含有清蛋白、球蛋白、谷蛋白等蛋白質，以及不飽和脂肪酸如油酸、巖芹酸和亞油酸[19]，具有潛在的醫療和藥用價值。

3.2 孜然精油

孜然精油是孜然果實中脂溶性成分的萃取物。孜然精油比較成熟的提取方法有水蒸氣蒸餾法、超臨界二氧化碳(CO2)萃取法、溶劑萃取法、微波法、同步蒸餾/萃取法和動態吸附法等[20]，這些方法各有優缺點，獲得的孜然精油組成成分和品質也有差異。目前應用最多的是水蒸氣蒸餾法，提取孜然精油后的副產物包括液體廢物和固體殘留物。

孜然精油具有較高的抗細菌、抗真菌和抗氧化活性。孜然精油的抗菌活性與化學成分相關，這取決于孜然生長地點的氣候和土壤條件[21]。Gachkar等[22]的研究表明，孜然精油對部分革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都具有抗菌活性，如大腸桿菌(Escherichiacoli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和單核細胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)，并且孜然精油含有的活性物質具有一定的清除自由基的作用，還可以防止不飽和脂肪酸氧化，可用作食品保鮮劑，例如：孜然精油熏蒸雙孢蘑菇(AgaricusbisporusL.)后能夠延長雙孢蘑菇的保質期[23]。在其他相關研究中發現，與迷迭香精油相比，孜然精油對大腸桿菌、支氣管敗血性博代氏桿菌(Bordetellabronchiseptica)和金黃色葡萄球菌有較強的抑制作用，并且滅殺率較高[24]。孜然精油對蠟狀芽孢桿菌(Bacilluscereus)、銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)和傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphi)的抗菌活性則較低[25]。孜然精油對煙曲霉(Aspergillusfumigatus)和黃曲霉(Aspergillusflavus)具有抑制和殺滅活性，通過干擾負責細胞壁合成的酶，引起細胞質高度空泡化、纖維層細胞壁脫落、質膜斷裂、核和線粒體結構紊亂，進而導致真菌形態結構改變，抑制或滅殺真菌[26]。

孜然精油還能作為熏蒸劑和生物防控劑滅殺昆蟲。孜然精油對綠豆象(Callosobruchuschinensis)和米象(Sitophilusoryzae)具有殺滅作用，可以降低產卵率、增加卵子和幼蟲死亡率、阻礙性發育等[27]，導致種群數量的減少，進而減少對植物的損傷；孜然精油對桃蚜成蟲和家蠅成蟲也有很好的殺滅作用，并且對蚜蟲捕食者沒有影響[28]。另外，研究發現，花園蝸牛螺旋食道下神經節F1神經元周圍神經細胞外使用孜然精油能夠抑制神經細胞瘤膜的興奮性和放電速率，抑制戊四唑誘導癲癇的活動頻率，達到抗癲癇的作用[29]。

4 孜然副產物的潛在價值

孜然是一種具有廣泛生理活性的作物，各部分都具有生理功效，目前主要開發利用的是其種子和精油。孜然的副產物主要為秸稈、水溶膠(提取精油后的液體廢物)和提取精油后的固體殘留物等，生物量大，具有潛在應用價值。

4.1 水溶膠

精油提取過程中會產生大量液體廢物，被稱為水溶膠。水溶膠有特殊的氣味，含有相當數量的具生理活性的油脂類物質[30]。孜然的鹽水和熱水提取物具有的活性物質種類與未提取精油的孜然類似。此外，水溶膠中含有維生素，如硫胺素、核黃素和煙酸，還含有亞鐵離子和鋅離子，是一種豐富的礦物質來源。因此，提取過精油的孜然水溶膠具有相當的利用價值，可以作為功能性添加劑提供維生素、礦物質等，值得利用和開發。

4.2 孜然秸稈及提取精油后的固體殘留物

孜然秸稈和提取精油后的固體殘留物中富含膳食纖維，主要成分為纖維素、半纖維素、木質素，是數量可觀的待利用資源。Sowbhagya等[31]研究發現，孜然秸稈中總膳食纖維(TDF)含量為59.0%，不溶性膳食纖維(IDF)含量為48.5%，可溶性膳食纖維(SDF)含量為10.5%，而孜然提取精油后的固體殘留物中含有62.1%的TDF、51.7%的IDF和10.4%的SDF，還含有7.7%的淀粉和5.0%的結合脂肪。孜然膳食纖維具有較好的持水性、持油性、葡萄糖吸收能力及抑制α-淀粉酶活性等特性,可作為功能性成分添加到保健食品中，具有明顯的降糖、降脂作用，能夠預防和治療糖尿病與高血脂癥等疾病[32]。除膳食纖維外，孜然秸稈及提取精油后的固體殘留物中還含有蛋白質、必需脂肪酸、礦物質、活性物質等，可以直接用作動物飼料。另外，孜然秸稈和提取精油后的固體殘留物還可作為生物質充當生物燃料能源，參與沼氣發酵或者堆肥，制造可再生的無黏結纖維板[30]，這些都是低成本且對環境友好的利用方式。

5 孜然在畜禽生產中的應用

5.1 孜然種子

孜然種子在畜禽養殖中已有一些應用，可直接添加在畜禽飼糧中。研究顯示，飼糧中添加孜然籽能夠增加奶牛的干物質采食量，添加200 g/d的孜然籽在不影響乳脂率的同時可以提高奶牛的產奶量，顯著提高生產性能[10]；在蛋雞飼糧中加入0.4%的黑孜然顯著降低雞蛋中膽固醇、丙二醛含量和血清中谷草轉氨酶活性[33]，改善蛋重、飼料轉化率、蛋黃和蛋殼質量特征，并且對蛋雞的生殖形態參數沒有產生負面影響[34]。

5.2 孜然精油

孜然精油用作青貯飼料發酵的添加劑，可以改善發酵品質，影響青貯飼料的化學和微觀生物學特性。研究發現，紫花苜蓿青貯時添加300 mg/kg孜然精油，可以通過提高纖維素酶和果膠酶的活性促進苜蓿細胞壁分解，并能夠增加乳酸菌的數量和活性[35]；孜然精油影響玉米穗腐病菌擬輪枝鐮孢菌，使其菌株數量顯著減少，并且孜然精油完全抑制了FUM1基因(鐮刀菌中伏馬毒素生物合成的必需基因)的表達[36]；羊草青貯中添加孜然精油可顯著提高干物質、粗蛋白質含量和干物質消化率[37]。除作為青貯添加劑使用外，孜然精油還可直接添加在畜禽飼糧中，在飼糧中添加孜然精油可以促進肉雞生長[38]。使用98%的孜然精油治療吸蟲病時，濃度為0.016 mg/mL的孜然精油對片形吸蟲病有著最佳滅殺活性[39]。

5.3 茴香秸稈

目前，國內外關于孜然秸稈在畜禽中應用的文獻幾乎未見，但對于一種近屬的傘形科植物——茴香(Foeniculumvulgare)秸稈有少量研究，此處對茴香秸稈在畜禽生產中的應用進行簡要敘述，以作為借鑒。馬夢梅等[40]研究發現，茴香(果實)及其秸稈膳食纖維均具有穩定的結構，兩者的保水能力、吸水膨脹性、持油能力、葡萄糖吸收能力、α-淀粉酶活性抑制能力和膽汁酸阻滯指數等各有高低，值得開發利用。劉婷等[41]曾報道，飼糧中添加茴香秸稈顯著增加綿羊瘤胃液pH、乙酸摩爾比、乙酸/丙酸、尿素氮和蛋白氮濃度，顯著降低綿羊瘤胃液中丙酸和丁酸摩爾比；添加茴香秕殼顯著增加綿羊瘤胃液中乙酸摩爾比，顯著降低丁酸摩爾比。朱寶珍等[42]使用茴香秸稈替代50%的玉米秸稈飼喂湖羊，瘤胃異丁酸的含量和總菌數量最高，對湖羊瘤胃發酵參數和肌肉脂肪酸組成的影響中效果最優。Alamer[43]報道，哺乳期山羊飼糧中添加茴香秸稈不會對其哺乳性能產生不利影響。

孜然為傘形科孜然芹屬植物，而茴香為傘形科茴香屬植物，兩者作為傘形科植物在形態、營養成分和功用方面有相似之處，開發利用策略方面有借鑒價值。然而，前者揮發油中有效成分為巖芹酸、芋烯油酸和亞油酸等，后者主要為茴香醚、茴香醛、茴香酮等，存在生理活性差異。因此，在參考茴香相關研究的基礎上，尚需對孜然開展專門研究。

6 小結與展望

孜然用作調味劑和醫藥沿用至今，受到廣泛歡迎。對于孜然中的活性物質、生理作用以及孜然精油的提取工藝的研究已經較為成熟。從孜然直接用于調味和醫藥，到提取精油擴大使用，再到秸稈、提取殘渣的開發利用，孜然有望實現更全面的價值挖掘。目前，我國對于孜然的研究正在受到重視，但大部分研究主要聚焦在孜然的栽培方法、醫學和食品應用、活性物質和生理功能等方面。孜然由于地域、品系、生長條件、利用方式的不一樣，營養價值存在較大差異。目前，我國土地利用競爭激烈，飼草與糧食和經濟作物間爭地的矛盾愈發嚴重，開發孜然秸稈及其副產物這一非常規飼料，減輕飼料與糧經作物間的競爭很有必要。在畜牧生產中，添加孜然可改善青貯飼料發酵品質，提高畜禽生產性能，降低飼養成本等，孜然在畜禽生產中的應用效果已經初有成效。在今后的研究中，需要探索孜然及其副產物在畜禽養殖方面的養分消化率、生理作用以及適宜添加量、合理的飼料配方等，來推動孜然在畜禽養殖業的應用。