绿原酸类物质在畜禽生产中的应用及研究进展

陈 芳，杜恩存，樊启文，魏金涛

（湖北省农业科学院畜牧兽医研究所/动物胚胎工程及分子育种湖北省重点实验室，武汉 430064）

绿原酸类物质（Chlorogenic acids，CGAs）是植物体在有氧呼吸过程中经莽草酸途径产生的一类苯丙素类化合物，具有抗氧化、抗菌消炎、抗病毒、调节糖脂代谢等生物活性，其在医药、食品、日用化工等方面被广泛应用。随着人们对畜牧生产中抗生素大量使用产生的环境和食品安全等问题的认识越来越深刻，植物提取物在动物生产中的应用受到广泛关注。本文对绿原酸类物质的生物活性和在畜禽生产中的应用研究进展进行概述，旨在为绿原酸类物质在畜牧生产中的进一步应用提供参考。

1 绿原酸类物质的化学结构

绿原酸类物质是指由咖啡酸、奎尼酸、阿魏酸和香豆酸组成的一类缩酚酸［1］。随着分离鉴定技术的进步，有超过400种绿原酸类物质（包括非食物源性）被分离鉴定出来［2］。由于绿原酸类物质生物合成途径相似，天然植物中提取的绿原酸常常为混合物。其中植物中常见的有单咖啡酰奎尼酸（Caffeaoylquinic acid，CQA），二咖啡酰奎尼酸（dicaffeoylquinic acids，diCQA）和阿魏酸酰奎尼酸（Feruloylquinic acid，FQA）。根据IUPAC命名法，单咖啡酰奎尼酸主要包括5-咖啡酰奎尼酸（绿原酸，5-CQA）、4-咖啡酰奎尼酸（隐绿原酸，4-CQA）和3-咖啡酰奎尼酸（新绿原酸，3-CQA）3种同分异构体。值得注意的是，在IUPAC命名法之前，绿原酸也被称为3-CQA，应用中应避免混淆。二咖啡酰奎尼酸类化合物又名异绿原酸，主要包括3，5-二咖啡酰奎尼酸（异绿原酸A，3，5-di CQA）、3，4-二咖啡酰奎尼酸（异绿原酸B，3，4-diCQA）、4，5-二咖啡酰奎尼酸（异绿原酸C，4，5-di CQA）等。阿魏酸酰奎尼酸同分异构体主要包括3-FQA、4-FQA和5-FQA。其中，绿原酸是植物中主要的绿原酸类物质。

2 绿原酸类物质的植物来源

绿原酸类物质植物来源广泛，但含量高的植物却不多，主要集中在杜仲科（如杜仲）、忍冬属（如金银花）和菊科（如向日葵）等。不同季节、不同生长环境下生长的植物以及植物不同部位含量差异较大。杜仲叶是提取绿原酸的主要原料之一，含量约为0.30%～4.60%，其绿原酸含量叶＞雄花＞皮＞果，春叶含量高于秋叶［3］。金银花为忍冬科多年生植物，其花、茎、叶在特定的提取工艺下绿原酸得率分别为6.67%、5.43%和4.80%［4］；向日葵子含有较多的绿原酸类物质，提取率可达1.36%［5］。巴拉圭绿茶叶中绿原酸类物质含量可达8.70%～13.20%，其中CQA和di CQA的含量分别占绿原酸类物质的58.50%和40.00%［6］。除此之外，关于咖啡、蒲公英、菊花、苎麻、山楂、甘薯茎叶等多种植物中绿原酸类物质相关研究均有报道［7］。

3 绿原酸类物质在机体的吸收与代谢

绿原酸在胃和小肠部分吸收主要以原型形式吸收［8］，且吸收量较少，仅为30%左右［9］。体外试验表明，不同绿原酸异构体对小肠绿原酸酯酶敏感性不同，5-CQA比3-CQA更易被水解，而4-CQA则对水解有一定的耐受性。大部分的绿原酸在结肠微生物群作用下经多种途径代谢为小分子化合物（奎尼酸、咖啡酸、阿魏酸、苯甲酸等）后被吸收或者排出体外［10］，同分异构体具有类似的代谢方式。

4 绿原酸类物质的生物学功能

4.1 抗氧化作用

绿原酸类物质具有良好的抗氧化特性，其化学结构中含有一定量的活性羟基，能消除超氧阴离子等自由基的活性，从而降低自由基对机体组织造成的氧化损伤等。抗氧化能力评定试验方法不同，测得的绿原酸类物质抗氧化活性存在一定差异。采用ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力、DNA破坏保护能力对绿原酸类物质抗氧化能力进行评价，di CQA的抗氧化性高于CQA，而4，5-diCQA的抗氧化活性略高于3，5-diCQA和3，4-diCQA［11］。在猝灭超氧阴离子和亚油酸甲酯过氧化抑制能力方面，不同CQA异构体间无显著差异［12］。体系pH和反应温度对绿原酸异构体抗氧化活性具有显著影响［13］。在酸性和中性介质下，绿原酸可以采用氢原子转移机制和自由基加合机制发挥抗氧化作用；而在生理pH环境中，逐步质子转移-电子转移机制则可能是主要途径［14］。动物试验研究结果表明，绿原酸类物质不仅能通过其结构清除体内活性氧自由基，还能通过调控如Nrf2/ARE信号通路、Nrf2/HO-1信号通路、FOXO家族基因等，加强机体抗氧化防御体系［15，16］。

4.2 抗菌及抗病毒作用

绿原酸类物质具有广谱的抗菌作用，已证实其对大肠杆菌、藤黄八叠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎杆菌等致病菌抑菌效果显著［17］，对白色念珠菌等真菌也具有抑制作用，并可协同常规药物，如唑类药物发挥抗真菌功效［18］。绿原酸抑菌的可能机制主要有：部分破坏细菌细胞膜，抑制细菌生物膜形成，降低细胞壁刚度，靶向细胞内大分子等。绿原酸可使细菌毒力因子配体结合关键部位发生变构抑制，从而降低细菌毒力因子活性［19］。在抗病毒方面，绿原酸能抑制单纯疱疹病毒［20］、猪细小病毒、鸭乙型肝炎病毒、H5N1、猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）［21］等的复制。

4.3 调节机体营养物质代谢

绿原酸类物质可调节机体糖脂代谢。绿原酸通过调控肠道葡萄糖转运相关基因的表达影响肠道对葡萄糖的吸收［22］；绿原酸可抑制胰岛细胞凋亡并改善胰腺功能，从而具有显著的降血糖作用［23］；此外，绿原酸还可通过增加肠道双歧杆菌数量减轻非酒精性脂肪肝和糖尿病患者体重［24］。绿原酸对机体脂肪代谢也有重要调节作用。高脂饮食饲喂小鼠日粮中添加绿原酸类复合物可显著降低血浆和肝脏中胆固醇、甘油三酯和游离脂肪酸含量［25］，并可减少小鼠脂肪沉积［26］。绿原酸可通过降低肝脏脂肪酸合成相关基因表达，增加脂质降解相关基因表达调控机体脂代谢［26，27］，并可通过抑制胆固醇合成关键酶HMGCR的表达，从而缓解高胆固醇血症［28］。除此之外，脂联素受体信号通路、AMPK信号通路被认为在绿原酸调节糖脂代谢过程中起重要作用［29，30］。

4.4 机体免疫调节与抗炎作用

绿原酸对生物体固有性免疫和适应性免疫均具有一定的调节作用。绿原酸能通过激活钙调磷酸酶从而增强巨噬细胞的功能［31］；通过调节细胞因子和趋化因子的释放及抑制免疫细胞的凋亡，提高机体防御能力［32］；通过提高免疫相关基因如IL-2R和IFN-γ的表达，促进T细胞、巨噬细胞和NK细胞的活化和增殖等［33］。大量研究表明绿原酸对多种炎症模型，例如脂多糖引起的巨噬细胞炎症［34］、四氯化碳诱导的肝损伤［35］、内毒素应激造成的急性肝损伤［36］、葡萄糖硫酸钠诱导的结肠炎［37］、环磷酰胺诱导的间质性膀胱炎［38］等均具有显著的抗炎功效。

5 绿原酸类物质在畜禽中的应用

近年来，植物提取物因其安全、高效、稳定的特性在畜禽生产中得以广泛应用。绿原酸类物质在畜禽生产中研究及应用主要集中于绿原酸和以绿原酸类物质为主要活性成分的杜仲提取物、金银花提取物等。

在生猪养殖方面，日粮中添加绿原酸可显著提高断奶仔猪平均日增重，增加粗蛋白、粗脂肪的肠道表观消化率，降低料重比和腹泻率［39］，并改善肠道结构和菌群组成［40］；改善因氧化玉米油导致的猪生产性能和猪肉品质下降的情况［41］。在猪卵母细胞体外成熟培养过程中添加绿原酸可促进胚胎发育并提高电穿孔［42］和热应激后胚胎质量［43］。猪精液保存液中添加绿原酸有利于提高15℃保存条件下精液精子活力、精子顶体完整性和线粒体活力［44］。

在反刍动物研究方面，肉牛日粮中添加金银花提取物，可增加肉牛肌肉嫩度，提高肌肉单不饱和脂肪酸和风味氨基酸水平，改善牛肉的风味并可缓解高温应激引起的肉牛肌肉品质下降［45］。绿原酸还能减弱金黄色葡萄球菌对牛乳腺上皮细胞的侵染并减少金黄色葡萄球菌的生长，可作为治疗由金黄色葡萄球菌所引起的牛乳腺炎的一种潜在的治疗手段［46］。

在家禽方面，日粮中添加2.0%杜仲叶和1.5%金银花均可提高蛋鸡产蛋率和机体免疫力，改善蛋鸡体内胆固醇代谢，降低鸡蛋中胆固醇含量，提髙不饱和脂肪酸含量，改善蛋黄风味前体物质组成［47］。日粮中添加杜仲叶提取物还可缓解热应激对肉鸡生产性能和肉质的不利影响［48］。金银花提取物还可减轻幽门螺杆菌引起的鸡肠道功能紊乱和生产性能下降，改善鸡肠道菌群结构［49］。

除此之外，在水产养殖方面，草鱼日粮中添加0.04%绿原酸可改善草鱼生长性能、非特异性免疫功能和肌肉品质［50］。绿原酸亦可以增加对虾对低盐和亚硝酸盐联合胁迫的抗性，提高其存活率等［51］。

6 展望

植物提取物因含有多种营养成分和生物活性物质，具有天然性、功能多样性、无抗药性、生物安全性等特点，可用于畜禽生产上发挥防病、提高生产性能、改善畜禽产品品质等作用。因此，随着人们对食品安全越来越重视，植物提取物添加剂在畜禽生产上的研究与应用成为热点。绿原酸类物质因其在人类饮食中的广泛存在以及其良好的生物活性受到研究者广泛关注，并在医药、食品添加剂等方面广泛应用，但其在畜禽生产中的研究相对滞后。因此，在今后应注重加强以下几方面的研究工作，绿原酸类物质促进畜禽健康的作用机制研究、绿原酸类物质与其他有效成分的协调作用研究及绿色、安全、高效的复合添加剂研发等，对促进绿原酸类物质在畜禽生产中的应用具有重要的生产和科学意义。