植物黄酮化合物在反刍动物中的应用进展

门奎练，陈 飞

（潍坊市现代农业发展中心，山东潍坊 261041）

植物多酚一直被用于药用，近年研究学者开始更深入地研究其在反刍动物营养中的应用，以提高反刍动物的健康和生产力。抗生素长期以来被用于治疗和亚治疗目的，包括疾病治疗、疾病预防和促进生长。但由于饲用抗生素的限制使用，人们开始开发一些植物化合物以替代抗生素。植物除了是主要营养素（脂肪、碳水化合物、蛋白质）外，还含有次生代谢物，在植物与环境之间的信号相互作用中发挥作用。多酚是一种植物次生代谢物，由于其抗氧化和抗炎活性而被认为对健康有益（Balasundram等，2006）。根据酚环的数量，多酚可以进一步分为类黄酮和非类黄酮，其中黄酮类化合物由15个碳组成，以C6-C3-C6的结构排列。了解不同类黄酮结构很重要，因为其许多功效取决于结构。

1 植物黄酮化合物的生物利用

1.1 犊牛瘤胃前消化 类黄酮及其代谢产物的全身性是吸收后直接作用所必需的。黄酮类化合物的生物利用度随瘤胃的发育而变化，这是由于肠道通透性、吸收能力、微生物定植和瘤胃发育的变化引起的。如研究最多的槲皮素很容易被犊牛前胃获取，被瘤胃微生物降解。瘤胃发育成熟的影响是显而易见的，与新生儿相比，4周龄时使用槲皮素，小牛血浆总黄酮醇浓度曲线面积下降（Maciej等，2015）。肠道成熟也影响类黄酮的生物利用度。Gruse等（2015）报道，槲皮素的生物利用度在7日龄犊牛血浆中下降，在其生命的前2 d接受过初乳的犊牛与只食用过代乳品的犊牛相比更低。作者认为，在初乳喂养的犊牛中，槲皮素的生物利用度较低，这是因为初乳刺激肠道成熟，降低了通透性，并且含有已知可以降解槲皮素的细菌。

槲皮素的给药形式、槲皮素苷元和其糖苷也会影响其吸收动力学。Maciej等（2015）基于较高的血浆黄酮醇最大浓度和较短的血浆黄酮醇最大浓度认为，槲皮素苷元是新生犊牛较好的槲皮素生物利用来源。血浆黄酮醇浓度达到最高值的时间越短，表明肠道动力学改变或近端肠吸收相对于糖苷的增加。同时，随着瘤胃发育和微生物代谢效率的提高，槲皮素糖苷可作为槲皮素更好的来源。除了槲皮素苷元外，槲皮素单糖苷还能被机体有效吸收。

1.2 瘤胃降解对黄酮化合物生物利用的影响 虽然微生物活动为聚合物类黄酮的有效利用提供了机会，但类黄酮的瘤胃降解对某些单体类黄酮的系统生物利用度有负面影响。黄酮类化合物在小肠中被单胃和前胃吸收，但单分子形式是吸收所必需的。与在初生犊牛中发现的结果相反，瘤胃降解中总黄酮醇的相对生物利用度几乎是成年奶牛中槲皮素的8倍（Berger等，2012）。单胃微生物通常在大肠中被发现，而瘤胃微生物可以裂解聚合类黄酮类化合物中的糖苷成分，使它们可被肠道吸收。当以皮下注射方式给药时，聚合或糖化的类黄酮如芸香苷不能被小肠吸收，而槲皮素糖苷则易吸收。在反刍动物中，类黄酮是否被瘤胃上皮吸收尚不清楚，但在给予槲皮素30～35 min后，血浆类黄酮浓度出现了早期高峰（Warner等，2014）。考虑到槲皮素皮下注射后血浆总黄酮醇浓度的增加，从瘤胃流出的黄酮类化合物可能被小肠吸收。

儿茶素和表儿茶素是葡萄籽和果皮提取物中原花青素的主要单体形式，使用葡萄籽和果皮提取物可在血浆中检测到5种不同酚类化合物，包括表儿茶素（Gladine等，2007）。表儿茶素和其他酚类物质的相对高浓度可能是由微生物裂解聚合物原花青素的结果。黄酮类化合物在肠道和瘤胃中的转运机制尚不清楚，但Murota和Terao（2003）综述了槲皮素糖苷在肠道中的转运和吸收机制。槲皮素的肠上皮细胞吸收的单糖苷可能通过钠依赖性葡萄糖转运体上，但随后通过胞质β-葡萄糖苷酶水解。此外，槲皮素糖苷可被刷状边缘酶（如乳糖酶）水解，导致苷元以简单扩散的方式吸收。在肠上皮细胞内，槲皮素苷元在进入循环前可通过瘤胃降解-葡萄糖醛酸基转移酶或苯酚磺酸基转移酶转化为其共轭代谢物。

2 黄酮类化合物在幼畜上的应用

预防性抗生素通常在动物出生后的最初几天就开始用于动物生产。在美国50%的小母牛都使用加入药物的代乳料，其中在7.8%的断奶前小母牛死亡病例中，有58%是为了防治疥疮、腹泻、其他消化系统疾病和呼吸道疾病（Berge等，2012）。Drackley（2008）综述了药物代乳品的潜在替代品，包括甘露寡糖、半乳糖、低聚果糖、大蒜素和肠道活性微生物的功能。

2.1 黄酮类化合物对犊牛新陈代谢的影响 多项研究考察了黄酮类化合物对犊牛新陈代谢的影响，主要关注的是葡萄糖代谢。Cermak等（2004）研究结果显示，槲皮素在体外和体内均对肠道葡萄糖吸收有抑制作用。Gruse等（2015）更深入地研究了槲皮素对犊牛葡萄糖代谢的影响，初乳饲喂明显影响葡萄糖代谢，与无初乳饲喂的犊牛相比葡萄糖浓度更高，潜在的机制包括增加肠道葡萄糖吸收、乳糖酶活性和内源性葡萄糖生产。尽管添加了槲皮素的无初乳犊牛在饲喂含木聚糖日粮后血浆木聚糖浓度升高，且其峰值标记葡萄糖浓度高于无初乳犊牛，但添加槲皮素并不能完全弥补无初乳的发育缺陷，槲皮素也不能影响不依赖于初乳饲喂的肝糖异生或糖原分解酶的mRNA表达。

2.2 黄酮类化合物对犊牛健康的影响 Maciej等（2015）研究发现，当牛乳或代乳品中添加槲皮素时，对肝脏抗氧化酶（如过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶）和血浆氧化应激标记（如抗氧化能力、硫代巴比妥酸反应物质、铁还原能力）无显著影响，这些措施在患病或应激犊牛身上有所增加，但在这些研究中，犊牛接受初乳且相对健康，因此，结果不显著可能是因为黄酮类化合物对患病或处于应激的犊牛最有益。

与对照组相比，接种卵球蛋白疫苗后，接种石榴提取物的犊牛可产生更多的抗卵球蛋白免疫球蛋白G。因此，石榴提取物可能改善体液免疫和细胞免疫（Oliveira等，2010）。在正常生长条件下，断奶后1周补充从蜂胶中提取的黄酮类化合物，在剂量和时间依赖的情况下能有效调节循环中的IgG水平，但在出生后的第一个月，低剂量的黄酮类化合物可以有效降低循环中的IgG浓度。在8周龄时，中等剂量最有效地降低了循环IgG浓度，表明瘤胃发育需要更大的剂量。作者认为，观察到的免疫反应可能与黄酮类化合物的微生物影响有关，其通过限制某些类型的细菌，类黄酮可能有助于维持肠道完整性，从而调节IgG的循环水平（Yaghoubi等，2008）。总的来说，这些研究指出了一种可能性，即类黄酮补充剂可以在疾病、应激有限的时期以减少循环抗体的方式促进健康，同时增强应对应激的能力。

2.3 黄酮类化合物对犊牛生长的影响 黄酮类化合物对断奶前生长性能的影响不寻常，且主要报道在健康状况不佳的犊牛中。在大肠杆菌诱导的犊牛腹泻病中，犊牛接受肠溶性黄酮类化合物可以提高日增重，降低粪中孢子虫卵数量（Weyl-Feinstein等，2014），黄酮类化合物降低了腹泻的发生率和强度，所以体重差异可能是由于对照组犊牛粪便大量失水造成的。尽管高剂量黄酮化合物组在6周时体重增加，但在17周时各组间体重无显著差异，这些数据表明，增加黄酮类化合物的补充可以缓解犊牛向干饲料的过渡，减少代乳料的使用时间，并在4个月大时达到相似的生长速度（Yaghoubi等，2008）。在不影响采食量的情况下，补充黄酮类化合物可提高断奶后的生长性能。饲喂添加发酵绿茶益生菌和混合添加剂的犊牛的日增重与单独添加发酵绿茶益生菌的犊牛相比，前者日增重大于后者（Sarker等，2010）。日粮添加的单宁含量高或添加的果渣适口性差可能是导致采食量下降的原因，由于干物质消化率不受影响，饲料摄入量的减少可能是体重增加降低的原因（Oliveira等，2010）。尽管瘤胃发酵发生了一些变化，幼龄的荷斯坦牛在浓缩料中添加了植物提取物混合物与对照组公牛或服用莫能菌素的公牛在体增重方面无显著差异（Devant等，2007）。

3 黄酮类化合物对瘤胃发酵的影响

3.1 体外发酵 采用体外模拟瘤胃发酵方法研究黄酮类单体、多种黄酮类化合物组成的植物提取物、黄酮类化合物含量高的植物提取物和其他类次生植物代谢物的共混物。当研究5种富含类黄酮的植物提取物时，直到72 h，干物质降解性都无显著差异，但尽管槲皮素和桦树提取物检测到的总黄酮和多酚浓度相似，但干物质降解性的差异可能表明两种类黄酮谱存在差异（Kim等，2015）。黄酮类化合物、杨梅素类化合物、山柰醇类化合物能降低干物质降解性和挥发性脂肪酸总浓度，但儿茶素在降低干物质降解性时，挥发性脂肪酸浓度并没有降低，这表明儿茶素为微生物提供了一个替代碳源（Oskoueian等，2013）。总而言之，体外模拟瘤胃发酵表明，个体黄酮类化合物、杨梅素、黄酮和山奈酚对发酵产生强烈的抑菌作用，但对发酵性能有负面影响。植物提取物中黄酮类化合物的组合多呈阳性反应，同时体外试验结果为黄酮类化合物与瘤胃发酵的相互作用提供了有价值的初步数据。

3.2 体内发酵 黄酮类化合物对发酵和甲烷产生的影响在体内研究中不明显，且受日粮的影响。Berger等（2012）在干乳期奶牛日粮中添加懈皮素时未检测到瘤胃总挥发性脂肪酸浓度的变化，但添加芸香苷的泌乳奶牛瘤胃挥发性脂肪酸浓度更大。同样，Ma等（2017）发现，食用桑叶类黄酮的绵羊挥发性脂肪酸浓度升高，但乙酸与丙酸的比例没有变化。挥发性脂肪酸浓度的增加是由于有机物质的消化率增加或类黄酮的降解。由于槲皮素在瘤胃中迅速降解，黄酮类化合物被认为是瘤胃微生物代谢的替代碳源，可能产生更高的挥发性脂肪酸总浓度。但必须考虑到除了生产速率的变化外，吸收或通过速率的改变也会引起挥发性脂肪酸浓度的变化。桑叶类黄酮导致产甲烷菌和原生动物种群数量减少，同时使甲烷排放量减少12%（Ma等，2017）。相反，即使在采食量限制引起的代谢应激下，添加芸香苷也不会改变甲烷排放（Stoldt等，2016），作者将其研究缺乏效果归因于没有足够的停留时间来抑制产甲烷菌。

在精加工日粮中添加黄酮类化合物可以改善瘤胃发酵，可能降低酸中毒的风险，但这些影响并没有转化为生长性能的改善。与离子载体莫能菌素类似，在浓缩料中添加含有木犀草素等3种植物提取物可以降低瘤胃pH，降低乙酸与丙酸的比例，但莫能菌素饲喂的公牛额外生长不是通过植物提取物混合物实现的（Devant等，2007）。因此，在试验诱导酸中毒时，乳酸分解菌的增加可能是pH下降减弱和接受类黄酮混合物的小母牛体内乳酸浓度下降的原因（Seradj等，2014）。