植物提取物饲料添加剂在动物生产中的应用研究及发展前景

(英国美瑞康(广州)生物科技有限公司，广东广州 510080)

植物提取物饲料添加剂是一类“安全、高效、稳定、可控”的饲料添加剂。在过去的20多年中，由于消费者对抗菌药物在动物产品中的残留和细菌产生抗药性的关注，科研工作者都在加紧研究新型抗菌、杀菌型饲料添加剂，特别是绿色环保的植物提取物饲料添加剂[1]。本文主要综述了植物提取物饲料添加剂的研究概况和发展前景，供参考。

1 国外研究概况

在亚洲，日本和韩国是较早开展植物提取物饲料添加剂方面研究的国家。尤其是日本，早在明治维新后就开始研究中草药添加剂。欧洲、美国也很早就对其传统药用植物进行了大规模的研究，并在此基础上申请了很多专利，开发了很多在人类和动物生产中应用的添加剂产品。研究的植物种类包括蔬菜、水果、绿茶、洋葱、大蒜、丁香、槐树叶、刺柏、麦芽、万寿菊、桃类、熊霉叶、蓟草、黄连、鼠尾草、肉豆寇、肉桂、止痢草/牛至、海藻、蘑菇等植物的提取物或精油等。研究内容包括：绿茶或绿茶中的多酚类物质治疗心血管疾病的效果及其抗微生物作用和免疫刺激作用；海藻和蘑菇用作药物、饲料或食品添加剂的有效成分研究(详见表1)。

表1 植物提取物的应用情况与前景

由表1可见，抗菌方面，以大蒜、止痢草/牛至和芥菜的提取物抗菌能力最强。大蒜能防止鸡的胸肌和腿肌中不饱和脂肪酸氧化，但大蒜素性能不够稳定，且有很强烈的大蒜味道，为很多消费者不接受。止痢草/牛至的天然提取物(OEO)抗菌性很强，且性能稳定，使用方便。研究表明，专利的止痢草/牛至提取物(商品名为Orego-Stim®(OS)，中文译名：好力高®)可以控制仔猪腹泻，降低仔猪死亡率以及明显促进猪生长，提高饲料转化率，还具有抗氧化和免疫调节功能[2-3]。

澳大利亚科学家K A Hammer、C F Carson和T V Riley(1999)[2]比较了茶树、柠檬、百里香、生姜、芫荽、马郁兰、兰草莓、艾灌、三叶草、止痢草/牛至等10种植物提取物对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果。结果表明，茶树、芫荽、马郁兰和止痢草/牛至的提取物对3种致病性细菌表现出较强的抑菌能力，尤其是止痢草/牛至提取物的抑菌性最强(见图1)。

图1 几种植物提取物对致病性细菌的最小抑菌浓度(MIC)

2 OEO的抗菌性及影响因素

国外对从止痢草/牛至类植物中提取的精油(OEO)已有大量研究[3]。早在1985年，希腊亚力士多德大学生物系科学家就对止痢草/牛至类植物进行了大量研究并成功地将研究成果申请到了美国专利(专利号：6106838)和欧盟专利(专利号：0835120)，其专利被授权为“含有Origanum vulgaressp.hirtum植物提取物的活性成分，产品可以用于动物和人类，具有抗菌、杀菌功能，可有效对抗引发炎症、感染、腹泻及球虫等病原菌，从而可以保证动物肠道健康，防治动物腹泻，提高动物生产性能和养殖效益”，并被美国FDA认定为“公认安全性”(Generally Recognized As Safe，GRAS)产品。该专利植物在希腊低温高原进行种植，从而保证了原料供应和产品质量的稳定性。其专利产品OREGO-STIM®(OS，好力高®)的抗菌、杀菌等生物学功能已得到广泛研究。另外，有关OS在促进仔猪和母猪食欲、提高其采食量和促进猪鸡等单胃动物的营养物质的消化吸收方面，科学家们也在进行广泛研究。

2.1OEO抗菌的体外试验研究 长期来，OEO被认为具有抗微生物的活性,Hammer等(1999)[2]大量研究表明，专利产品OS(好力高®)对致病性的大肠杆菌、沙门氏菌、巴氏杆菌、葡萄球菌、链球菌等均能有效抑制或杀灭(详见表2)。由于其良好的抗菌杀菌特性，OS可以保障动物肠道健康和防止腹泻，尤其难得的是OS对某些耐药菌株也有很好的杀灭作用。另外，OS对病原菌和肠道微生物的选择性抑制，也许会对肠道微生物平衡起到一定作用。

表2 专利产品OS最小抑菌浓度(MIC)测验的结果

2.2抗菌作用机制 目前，有关OEO抗菌的作用机制尚在研究阶段。膜穿孔和膜粘合被认为是首要作用模式，导致细菌细胞膜渗透性提高及胞内生命物质外泄，从而损害细菌酶系统，导致微生物死亡。Helander等(1998)研究了OEO的香芹酚和百里香酚杀灭大肠杆菌O157和沙门氏菌时发现，这些酚类活性物质可使细胞膜破裂，胞内物质外溢。这表明萜类和苯丙素类因具有亲脂特性可穿透细胞膜而进入细胞(Helander等,1998)。另外研究发现，OEO的抑制或杀灭微生物的特性与其亲脂性质(功能团)和芳香族的化学结构等有关。

为了抵抗作用于细胞膜的细胞毒素物质的侵害，细菌细胞也形成了一些适应机制。3种补偿性应对毒性疏水物质在细胞膜上积累的机制为：(1)在膜上保持足够的液体原晶体脂肪，以重塑细胞膜的流动性；(2)维持一定的双分子层和非双分子层磷脂的平衡，以保持细胞膜的完整性；(3)药物排出系统，如细菌细胞膜脂肪中的脂肪酸组成变化是众所周知的细菌细胞适应现象。细菌适应方式根据脂肪酸组成的变化情况而不同，如改变支链、链的长度和脂肪酸的不饱和度。此外，细菌产生适应的另一机制是改变磷脂的头部基团成分

Ultee等研究发现，在芽孢杆菌中添加纯品香芹酚，呈现剂量相关的外延推迟及最终较低的数量密度；在1mM以上的浓度(取决于温度)时，纯品香芹酚能降低芽孢杆菌的发育能力指数；但芽孢杆菌仍能在高至0.4mM的浓度中生长。有趣的是，这种现象在OEO试验并没有出现。因此得出结论，当香芹酚在培养基中以非致死剂量添加时，芽孢杆菌细胞在30℃能适应纯品香芹酚，分析膜的流动性显示，适应后的细胞比非适应细胞流动性低，这可能是细胞的某种防御性机制的表现。而这种现象在使用OEO的试验中并未发现，这可能与OEO中含有香芹酚之外的30多种活性物质协同抑菌作用有关。

2.3影响OEO抗菌性的因素 OEO抗菌活性取决于植物的品种、成分组成和精油的浓度、目标微生物的种属和浓度、加工工艺和储藏环境等。

2.3.1品种 止痢草/牛至唇型科植物(Labiatae)，国内外均属常见品种。我国民间将其用于防治腹泻和肠炎。在所有影响OEO的因素中，最重要的是植物的来源、部位、生长阶段以及气候和生长环境(温度、土壤、肥料)、蒸馏和储藏条件。OEO中抗菌作用的成分，以亲脂性的烃链和亲水性的功能团为最重要。其主要活性成分是香芹酚和百里香酚及其各自生物合成的前体：g-萜品烯和p-异丙基苯(Sivropoulou等,1996)[4]。不同品种之间的主要成分浓度差异很大，尤其是香芹酚(0.43%～79.58%)和百里香酚(0.44%～31.8%)。专利产品OS(好力高®)是使用Greek oregano、viz.OriganumvulgareL.ssp.植物作为制备原料。该植物属于高精油品种(含量>2%)，其精油产量是我国普通野生品种的5～7倍，其提取物中的主要杀菌、抗菌成分的浓度也是普通品种的3倍左右，所以由该植物品种制备的产品—OS的杀菌、抗菌成分的浓度是普通品种的20倍左右。

2.3.2活性物质及比例 OEO的成分是复杂的天然挥发性二级代谢产物，是将植物通过干馏和蒸馏方法分离产生的。精油的主要成分是单萜烯和倍半萜烯，包含碳水化合物、醇、醚、醛和酮，具有芳香和生物学功能。其抗菌活性的大小顺序为：苯酚>醛>酮>醇>醚>烃基。其中，活性最强的是苯酚。百里香酚和香芹酚的羟基能与酶的活性中心形成氢键。因此，含有苯酚的精油成分具有抗微生物的最高活性，其抗菌谱也是最广的。来源于O.vulgare subsp.Hirtum(通常是希腊止痢草/牛至)植物的精油提取物以其高苯酚含量为特点，专利产品OS中含有85%左右的香芹酚和百里香酚以及它们的前体，g-萜品烯(g-terpinene)和p-异丙基苯(p-cymene)(Poulose和Croteau,1978)，是普通品种的3倍以上。

研究表明，决定植物提取精油活性的不仅是组分含量，各组分之间的比例也至关重要。很多研究者试图在植物提取精油的功能性质和其单独成分之间建立关联；有的研究者则比较植物提取精油的不同成分及其组合，试图发现其间可能的增效效应。有人则研究了OEO中不同活性组分比例对病原菌生长抑制与杀灭的影响，发现OEO中的香芹酚与百里香酚的比例在30∶1左右时效果最佳。

2.4OEO抗氧化作用的体外试验与动物实验 研究表明，OEO的百里香酚和香芹酚有很强的抗氧化性质。在评估OEO的抗氧化性质研究中发现，与其它植物提取物(如：百里香、薄荷、马郁兰和薰衣草)比较，OEO对75℃猪油的稳定保存最有效。经比较植物提取精油抗氧化性质与其结构之间的关系发现，百里香酚结构苯环上的羟基为脂肪氧化中第一步产生的自由基提供氢离子，以延缓过氧化过程，被认为是百里香酚高抗氧化活性的原因。

在动物实验研究方面，S.G. Deans(2000)[5]发现，添加百里香酚组白鼠比对照组白鼠维持较高的多不饱和脂肪酸含量，尤其是肝、脑、肾和心脏磷脂中的C20：4n-6和C22：6n-3。同时，对家禽实验研究也取得类似结果。研究认为，OEO能在肌肉和腹部脂肪中发挥抗氧化的作用主要是由于OEO中的抗氧化成分进入细胞膜所致。

除了具有抗微生物和抗氧化性质外，OEO还在人类食品中充当香料。百里香酚也被用作食品调味剂(Furia and Bellanca,1975)。OEO提取物的香料功能可以用于对仔猪断奶阶段的原料变化引起味道和气味进行统一(Ariza-Nieto,2006)[3]。OEO作为香料在猪营养中的使用可以刺激猪的舌咽神经从而提高唾液分泌及提高猪的食欲(Lee等，2003)。

3 OEO在动物生产上的应用研究

3.1促进肉鸡生长 OEO可以提高肉鸡生长和降低死亡率。研究发现，当OEO添加量在20～200 mg/kg时，试验组比对照组增重效果明显，并且采食量增加。研究认为，日粮中添加OEO可改善料重比与改善饲料利用效率和/或改变胴体品质，OEO不仅对肠道微生物有影响，还可能影响营养物质的利用(详见表3)。由表3可见，OEO可以提高肉鸡增重16%，降低死亡率44.5%。

表3 OEO在家禽上的应用效果

3.2养猪生产中的应用研究 研究表明，OEO不仅可通过抗菌或杀菌维持动物肠道健康，防治腹泻，同时能促进消化和提高食欲，并且还可作为天然饲料添加剂来促进猪的生长和改善繁殖性能。试验表明，在断奶后仔猪日粮中添加1000 mg/kg OEO能显著提高增重速度和改善猪的健康；饲料中添加OEO可以促进生长猪的采食、日增重和提高饲料利用率。

此外，OEO的抗菌、消炎、抗氧化和促进食欲等功效可以提高母猪的采食、降低死淘率，并改善后续的生长性能。OEO中香芹酚和百里香酚对消化道内皮层的成熟有促进作用，能加速肠道微绒毛内皮的更新，减少病原菌在消化道内皮上的附植，从而改善母猪对营养物质的吸收。OEO对母猪繁殖力的影响主要是由于稳定了肠道的微生物，减少不良微生物的数量，减少或延缓免疫反应和减少子宫白细胞的活性，提高母猪的健康，从而改善了分娩后的免疫功能[6](详见表4)。

表4 OEO对猪生产性能的影响

3.3水产生产中的应用研究 近年来，OEO在水产动物上的应用也进行了广泛研究。在虾和鱼类生产中应用的研究结果均证实，专利产品OS不仅能有效抵抗病原菌对水产动物的侵害，且能增强动物自身的免疫功能。在部分科研院校所进行的小型试验以及企业内大型的生产试验证明，OS可以提高水产动物的成活率，降低疾病发病率，从而提高鱼和虾类的生产性能和养殖效益(详见表5)。

表5 OEO在水产上的应用效果

4 植物提取物饲料添加剂的发展前景及研发思考

植物提取物饲料添加剂的研究开发已为世界各国越来越重视,从禽流感到SARS病毒等，对疾病的预防与治疗，科学家们都试图从植物提取物中寻求答案。

笔者认为，植物提取物饲料添加剂的研发首先应进行应用基础研究，筛选出高效、可靠、安全的植物，然后对其主要的有效成分进行提取、分离、鉴定和中试开发。对优质高效的植物品种，利用荒山草坡、闲置地区进行大面积种植，以确保植物原料的广泛来源，从而利用先进的提取生产手段进行产业化生产。

4.1植物提取物饲料添加剂的有效监测与质量控制 目前市场上很多称作“植物提取物饲料添加剂”的产品，不论是有关部门还是产品使用者(饲料生产商或养殖企业)都无法对其进行有效监测，造成该类产品质量参差不齐，效果不稳定。

现代化学仪器分析手段已经相当发达，对植物提取物饲料添加剂有效成分进行提取、分离、鉴定已经相对比较容易。对植物提取物饲料添加剂有效成分分析和进行动物试验测试其有效性，同时提出质量控制方法已并非太难之事。同时，政府管理部门应制定科学的质量标准，从简到易，根据对植物提取物有效成分的分析、动物实验及安全实验结果，可以制定相关的检测标准。

4.2解决植物资源短缺问题 目前我国无论是人用中草药还是植物提取物饲料添加剂，绝大部分植物是野生的。因此，规模化生产面临植物或药用植物源来源有限、质量不一等问题，受季节、植物收成、天气等因素影响。尤其是植物提取物饲料添加剂还常常与中医药、中兽医药治疗争药源，一般将质量次、价格低的植物用于生产植物提取物饲料添加剂的原料。

为改变上述状况，相关生产企业必须建立自己的植物种植基地，应用传统的植物育种技术和先进的生物技术和基因工程技术相结合，以解决植物资源短缺问题。

4.3开展相关生产技术现代工艺产业化研究 为了更深入地研究植物提取物饲料添加剂，有必要应用现代生物技术对中草药的有效成分进行提取、分离和纯化。这既有利于探讨植物提取物饲料添加剂的作用机理，又便于植物提取物饲料添加剂生产和微量化、包装的小型化。

目前世界各国已通过定向提取、提纯取得成果的有：OEO、大蒜素、常山酮、糖萜素、黄芪多糖、甜菜碱、穿心莲内脂、香辛料精油和其它植物精油等，尽管上述成果中的大部分植物尚没有用于饲料添加剂。

4.4加强植物提取物饲料添加剂作用机制的研究 结合植物提取物中的有效活性成分，利用现代营养学、免疫学、分子生物学等现代研究手段，从体内营养物质的代谢利用途径，免疫调节机理和激素的分泌调控等方面，加强植物提取物饲料添加剂的作用机理研究。

致谢

本文形成过程中，参阅并引用了美国明尼苏达大学动物科学系ARIZA-NIETO博士的博士毕业论文；同时也引用了英国美瑞康集团公司研发部公开发表的研究成果和内部的研究报告，程学慧硕士帮助校阅和编辑，在此深表谢意！

[1]金立志.国外饲料添加剂的研发与创新点[D].中国北京第四届中国动物营养与保健品国际研讨会论文集,2006.9.25-26.

[2]Hammer K.A.,C.F.Carson and T.V.Riley.Antimicrobial activity of essential oils and other plant extracts[J]. J.Appl.Microbio.1999,86:985-990.

[3]Ariza-Nieto C.,M.Bandrick,T.W.Molitor,S.K.Baidoo.University of Minnesota[D].2006.

[4]Sivropoulou A.et al.Antimicrobial and cytotoxic Activities of origanum essential oils[J].Agric.Food Chem.1996,44:1202-1205.

[5]S.G.Deans Antimicrobial agents from plants:antibacterial activity of plant volatile oils[J].J.Appl.Microbio.2000,88:308-316.

[6]Amrik B.,Bilkei G.Influence of farm application of oregano on performances of sows[J].Can.Vet.J.2004，45:674-677.