进口饲料添加剂直销服务商

服务热线400-822-8070

梵蓝饲料添加剂更有针对性

水解单宁酸的作用机制及其在畜禽生产中的应用进展

返回列表 来源: 发布日期: 2019.11.26
摘 要: 单宁酸是一种具有较强生物学特性和药理活性的多酚类天然植物提取物,可分为水解单宁酸和缩合单宁酸。 水解单宁酸具有收敛、抗菌抑菌、抗氧化和抗炎症等作用,可改善畜禽生长性能及肠道健康。 本文集中探讨水解单宁酸的作用机制和应用前景,为其科学推广应用提供理论依据。
作者:刘汉锁 龙沈飞 尚庆辉 朴香淑 ∗(中国农业大学动物科技学院,动物营养学国家重点实验室,北京 100193)
关键词:水解单宁酸;作用机理;畜禽;生产应用

畜禽饲粮中使用抗生素导致动物体内产生耐药菌及粪便残留问题对人类健康和环境污染造成极大威胁。 单宁酸作为天然多酚类植物抗生素,具有抑菌、抗氧化、抗炎症和改善肠道微生态环境的作用,有较强的生理活性和生物特性。 单宁酸最初是描述植物提取物中用于将动物皮肤转化为稳定皮革的物质 [1] ,1962 年 Swain 等 [2] 研究发现几乎所有的植物均含有少量单宁酸。 近年来,随着科技的发展,单宁酸可通过浸提法、超声波提取法、微波提取法、超临界流体萃取技术和酶转化提取法从植物中提取 [3] ,并在皮革、日用化学、医药及食品等行业广泛应用。在动物生产中,将单宁酸用作饲料添加剂替代抗生素,有改善动物肠道健康及促进生长性能的作用。

1 单宁酸概述
1.1 单宁酸的定义

单宁酸化学式为 C 76 H 52 O 46 ,又称单宁、鞣酸,是一种广泛存在于植物中含量仅次于木质素的多酚类天然产物。 1920 年,Freudenberg [4] 从结构与活性上将单宁酸分为 2 种类型:水解单宁酸(图 1)和缩合单宁酸(图 2)。 缩合单宁酸是单胃动物植物性饲料原料中一种重要的抗营养因子 [5] ,但在反刍动物瘤胃中其水解产物儿茶素能使植物性饲料中的蛋白质表面活性和溶解度降低并与之结合,使瘤胃微生物降解蛋白质的速度减慢,过瘤胃蛋白数量增加,从而提高蛋白质利用效率 [6] 。 水解单宁酸可作为饲料添加剂应用到畜禽饲粮中,它的水解产物没食子酸和葡萄糖对单胃动物的生长性能和肠道健康有显著改善作用。

水解单宁酸的作用机制及其在畜禽生产中的应用进展1

1.2 单宁酸的分类及性质
水解单宁酸是多元醇和糖通过酯键与酚酸及其衍生物聚合形成的多酚,分子质 量 为 500 ~3 000 u,水溶性为 250 g/ L(20 ℃),在稀酸、稀碱和单宁酸水解酶作用下水解成棓单宁和鞣花单宁等较简单的化合物 [7] ,可从中国五倍子、栗木树、漆树叶、黄栌、金缕梅树等植物树皮与果实中提取。 研究表明,水解单宁酸分子中含有没食子酸、三羟基苯甲酸等以 D-葡萄糖为核心的酚醛酸聚酯类化合物,其分子内葡萄糖没食子酸酯的酯键具有很强的抗氧化作用 [8] 。 缩合单宁酸是由黄烷-3-醇和黄烷-3,4-二醇经反复聚合形成的多聚体,是由黄烷-3-醇通过碳-碳双键连接构成的分子质量在 10 00~ 20 000 u 的黄烷醇衍生物,根据分子质量的大小分为黄烷醇单体和聚合体,多来源于红豆草、百脉根属的长柄百脉根、小冠花属茎叶及葡萄皮、籽中 [9] 。 缩合单宁酸在酸、碱或菌的作用下氧化脱水缩合成高分子红棕色不溶于水的沉淀,降低单胃动物的生长性能,产生抗营养作用 [10] 。
1.3 水解单宁酸的吸收
水解单宁酸作为植物性多酚类化合物,可在单胃动物小肠和肝脏吸收。 当胃内 pH 较低时,水解单宁酸发生分解,其分解产物可被空肠和回肠吸收,经门静脉进入肝脏进一步代谢,最终代谢产物部分进入到细胞和神经元的神经递质发挥作用,部分葡萄糖苷酸经肾脏随尿液排出体外。 此外,水解单宁酸经胃分解的产物在结肠可通过微生物群落将其降解为较小的酚酸进行吸收,没被吸收的代谢产物经粪便排出体外.

2 水解单宁酸的作用机理

研究表明,水解单宁酸具有收敛、抗氧化、抗菌抑菌和抗炎症等作用,可通过发挥以上作用使畜禽肠道菌群环境得到改善(表 1),从而提高畜禽的生产性能。 然而,水解单宁酸的来源、产地和加工工艺等因素的不同会影响其在动物体内的应用效果,需对其具体的作用机理展开进一步研究。

水解单宁酸的作用机制及其在畜禽生产中的应用进展2

2.1 收敛作用
水解单宁酸是多酚类天然植物提取物,分子内的疏水键可使多酚向蛋白质分子表面靠近,蛋白质活性中心与多个位点键结合生成水解单宁酸蛋白,小肠碱性肠液将肠道内的水解单宁酸蛋白分解释放单宁酸 [24] ,促进血管收缩、减少炎性渗出物及减轻肠内容物的刺激,为消化道的发育提供良好环境。 此外,水解单宁酸通过对肠道的收敛作用延长食糜在小肠的停留时间,减少小肠过料,提高饲料利用率及降低粪便水分含量,促进饲料消化吸收,降低腹泻率和改善生长性能 [25] 。
2.2 抗菌作用
栗木单宁酸等植物多酚类物质是由数个“酚核”构成,蛋白质分子中的苯环和碳氢链等疏水基团与其分子内的苯环疏水基相结合而凝固生物体内的原生质和酶,抑制微生物氮代谢,从而抑制细菌和真菌的繁殖 [26] 。 水解单宁酸能够抗菌也可能是它能与金属离子络合使微生物必需的金属离子减少,影响金属酶的活性而产生抗毒性,破坏细胞壁结构和改变细胞膜通透性,使得关键酶对药物的屏蔽作用减弱,再通过氢键结合病原体的酶和毒性蛋白抑制酶的活性而影响新陈代谢,表现出抗菌抑菌效果 [27] 。 然而,并非所有的水解单宁酸都具有抑菌能力,水解单宁酸的抑菌能力与其分子质量大小相关,并且对不同类型的细菌表现出不同的作用 [28] 。 郑正男等 [29] 研究表明,水解单宁酸对金黄色葡萄球菌和藤黄微球菌的最小抑菌浓度分别为 0.39 和 0.09 mg/ mL。 此外,0.1 mg/ mL剂量的水解单宁酸可使大肠杆菌数量减少 34%,乳酸菌和双歧杆菌数量分别增加 11%和 10%[25] 。Rice 等 [30] 研究表明,0.125 和 0.250 mg/ mL 水解单宁酸可显著抑制酿酒酵母菌和金黄色葡萄杆菌的繁殖。 从虎杖、大飞扬和杠板归等植物中提取的单宁酸对病毒亦有抑制作用,浓度为 2.50 或5.00 mg/ mL时 对 烟 草 花 叶 病 毒 的 抑 制 率 高 于80%[31] 。 单
宁酸对小鼠的半致死剂量(LD50 )经腹腔和静脉途径最低剂量分别为 360 和 130 mg/ kg,而经小鼠皮下和肌肉途径最低剂量在1 600 mg/ kg以上 [32] 。
2.3 抗氧化作用

水解单宁酸具有抗氧化作用,由于其分子中的邻位酚羟基是一种优良的供氢体,可直接通过调控类似核因子 E2 相关因子 2(Nrf2)等氧化还原敏感元件的信号通路影响抗氧化相关基因的表达 [33] 。 抗氧化作用机理(图 3)是,在氧化应激的条件下 Keap1 和 Nrf2 之间的相互作用受到破坏,不断累积的 Nrf2 易位到核内启动抗氧化基因的转录,上调超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶等其他细胞抗氧化酶活性及表达量将机体氧化损伤降低 [34] 。 此外,水解单宁酸是一种有效的天然抗氧化剂,能有效清除二苯基苦基苯肼(DPPH)自由基和超氧离子自由基(O -2 ·),并且能够络合亚铁离子,从而抑制氧化反应中羟自由基的形成,抑制脂质过氧化及亚油酸乳状液的过氧化作用 [35-36] 。 庞树坤 [37]发现,在育肥猪饲粮中加入 1 900 mg/ kg 的水解单宁酸可有效清除体内氧自由基,提高抗氧化酶活性及降低体内氧化应激水平。 Liu 等 [38] 报道,在家兔饲粮中加入5 g/ kg栗木单宁酸,与对照组相比,能显著降低肌肉中硫代巴比妥活性物质(TBARS) 的平均值。Ebrahim 等 [16] 研究表明,与 25 ℃ 饲养环境相比,在 35 ℃饲养环境下肉鸡饲粮中添加 1%的水解单宁酸能显著提高肉鸡胸肌多不饱和脂肪酸的含量,水解单宁酸可作为炎热条件下家禽营养的生物抗氧化剂。

水解单宁酸的作用机制及其在畜禽生产中的应用进展3

2.4 抗炎作用
炎症是从机体移除有害病原体和毒素的重要生物反应,吞噬细胞通过激活含有 TIR 结构域的衔接子诱导干扰素(TRIF)信号通路和 TRIF 相关接头分子(TRAF)信号通路,经以上信号通路激活核因子 κB(NF⁃κB)的抑制蛋白(IκB)激酶(IKK)导致 NF⁃κB 从复合物中分离出来并转运到核内,且在特殊的 DNA 序列上编码促炎因子白细胞介素(IL)-1、IL⁃2、IL⁃6 和肿瘤坏死因子-α(TNF⁃α)及产生次级炎症介质的酶。 动物体内炎症调控是通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)对转录因子磷酸化,调节 IL⁃1、IL⁃6、IL⁃8 和 TNF⁃α 等细胞因子在内的基因转录表达,激活后的 MAPK 通过磷酸化转录因子、细胞骨架相关蛋白及酶类等底物调节多种细胞生理过程,达到抗炎作用 [39] ,水解单宁酸则可能通过影响吞噬细胞阻断炎症通路而起抗炎作用。 研究表明,水解单宁酸与肠道细胞壁结合可形成一个保护层,阻断细菌与肠道受体结合,改善肠道微生态环境和抑制细菌的感染,提高小肠吸营养物质的面积及小肠内消化酶活性,促进动物对营养物质的吸收 [40] 。 魏海峰 [41] 通过建立糖尿病大鼠模型检测 TNF⁃α 及其蛋白 mRNA 的表达,推测水解单宁酸可能通过减少单核或巨噬细胞在肾小球浸润,减轻糖尿病导致的肾脏的微炎症反应发挥抗炎作用。

3 水解单宁酸的应用
水解单宁酸在畜禽饲粮中的饲用效果受其来源、浓度、提取工艺、植物种类和产地等因素影响 [19] 。 研究表明,水解单宁酸在畜禽肠道中浓度适当时,会发挥驱虫、抗菌和抗病毒作用,降低腹泻 [42] 。 反之,水解单宁酸浓度过高时会降低饲粮摄入量和营养物质消化率,根据不同生长阶段添加一定剂量的水解单宁酸可改善畜禽的生长性能及肠道健康。
3.1 水解单宁酸对鸡生长性能的影响

水解单宁酸在家禽饲粮中应用的研究较多,大量研究表明饲粮中添加水解单宁酸可改善家禽的生长性能(表 2)。 Schiavone 等 [43] 在肉仔鸡饲粮中加入水解单宁酸后发现水解单宁酸可降低肠蠕动和食糜通过小肠的速率、提高平均日增重(ADG)、平均日采食量( ADFI) 和 饲 料 转 化 率(FCR)及降低粪便水分含量。 吴雅清 [44] 研究表明,黄羽肉鸡饲粮中添加水解单宁酸显著提高了黄羽肉鸡的 ADG 和 FCR。 安文亭等 [45] 研究显示,在 1~21 日龄肉仔鸡饲粮中添加 1 000 mg/ kg水解单宁酸和在 21 ~ 42 日龄肉鸡饲粮中添加1 500 mg/ kg水解单宁酸为提高肉鸡 ADG 和 FCR的较佳添加量。 侯海锋等 [46] 研究表明,畜禽饲粮中加入 1 000 mg/ kg 水解单宁酸可以显著提高蛋鸡的产蛋率,降低料蛋比,提高生产效率。

水解单宁酸的作用机制及其在畜禽生产中的应用进展4

3.2 水解单宁酸对猪生长性能的影响
水解单宁酸对猪生长性能和养分消化率的影响在猪的各生产阶段应用效果不同(表 3)。 研究显示,在断奶仔猪饲粮中添加 1 500 mg/ kg 水解单宁酸和在育肥猪饲粮中添加 450 mg/ kg 水解单宁酸对生长性能有提高作用 [50] 。 孙展英等 [19] 研究表明,饲粮中添加 1 000 mg/ kg 水解单宁酸可提高断奶仔猪的 ADG 及 FCR。 大量研究表明,水解单宁酸并非添加剂量越高越好,在断奶仔猪饲粮中添加 700~1 500 mg/ kg 的水解单宁酸替代抗生素或氧化锌能促进肠道消化、降低腹泻率和提高生长性能,可对减少实际生产中氧化锌的用量进行替代。 Mansoori 等 [51] 研究表明,随着水解单宁酸

添加剂量的升高,水解单宁酸可能干扰参与简单分子吸收的转运机制,使断奶仔猪的 FCR 呈下降趋势。 Brus 等 [20] 研究表明,在生长猪饲粮中加入1 900 mg/ kg 的水解单宁酸可以使其 ADG 和 FCR分别提高 46%和 21%。

水解单宁酸的作用机制及其在畜禽生产中的应用进展5


4 小 结
饲粮中添加 700 ~ 1 500 mg/ kg 和 1 000 ~2 000 mg/ kg水解单宁酸分别能显著改善断奶仔猪和肉鸡的生长性能,对肠道具有收敛性及对机体产生抗菌抑菌、抗氧化性和抗炎症等作用,具有替代抗生素和氧化锌的潜力。 但有部分试验结果显示水解单宁酸对畜禽的生长性能具有抑制作用,可能受水解单宁酸理化特性、加工工艺及产地来源等影响。 为更有效地将水解单宁酸应用到畜禽生产中,需进一步深入研究其在肠道内的代谢过程和作用机理并完善加工提取工艺,以达到高效、精确且经济适用的饲用效果。

【相关推荐】

咨询热线

400-822-8070