孜然中的活性物质及其在畜禽生产中的应用

李杨辉 席琳乔 陈 宁 周小玲*

(1.塔里木大学动物科学学院，阿拉尔 843300；2.新疆农垦科学院，石河子 832000)

孜然(CuminumcyminumL.)，又名孜然芹、枯茗、安息茴香等，为伞形科孜然芹属一年生或两年生草本植物，花期在4月份，果期在5月份，原产埃及和埃塞俄比亚[1]，我国主要在新疆和甘肃种植。孜然全株带粉绿色或绿色泛白，光滑无毛，植株高20～40 cm，叶柄长1～2 cm或近无柄，有狭披针形的鞘；叶片三出式二回羽状全裂，末回裂片狭线形，长1.5～5.0 cm，宽0.3～0.5 mm[2]。孜然有强烈的芳香气，略有甜、苦、辣味，是著名的辛香调味料。干燥的孜然果实研碎后得到孜然粉，可用于调味，或提取精油作为药品，剩余部分基本未开发利用。孜然整株都含有活性物质，以种子中含量最高，孜然秸秆和提取精油后的固体残留物含有大量纤维、部分蛋白质和脂肪酸以及矿物质元素，可以直接饲喂给动物，有成为新型饲料的潜力。近些年我区畜禽养殖业快速发展，饲草料供应短缺成为养殖业的首要问题，本文就孜然的活性物质、营养价值及其在畜禽生产中的应用研究进展进行综述。

1 孜然在国内外的种植和生产情况

孜然作为一种非常受欢迎的香料，在马耳他、摩洛哥、阿尔及利亚、伊朗、叙利亚、印度、巴基斯坦、印度尼西亚、土耳其等多个国家都有种植[1]。根据联合国粮食及农业组织(FAO)、世界贸易组织(WTO)、联合国国际贸易统计数据库(UN Comtrade)统计资料[3]，世界上大约91%的孜然产自4个国家：印度、叙利亚、土耳其和阿拉伯联合酋长国(阿联酋)。2019年，世界上最大的孜然生产国是印度，占世界总产量的70%左右，其次是叙利亚(13%)、土耳其(5%)、阿联酋(3%)和伊朗。印度孜然种植面积估计为80万hm2，产量为50万t；2016年伊朗的孜然产量为15 000 t；叙利亚孜然产量曾在2004年达55 000 t，但由于内战影响，在2015年降至25 000～28 000 t。另外，印度也是最大的孜然出口国，2018年向150个国家出口约187 000 t孜然，其三大出口市场分别是越南、孟加拉国和美国；2018年土耳其向大约80个国家出口了约7 000 t孜然，最大的出口目的地是孟加拉国；2018年，叙利亚出口了约16 000 t孜然，大多数运往中东地区。

在国内外文献及中国农业农村部官网的数据和国家统计年鉴等资料中，没有发现近年中国有关孜然的总产量和进出口统计数据，因此对我国孜然总体生产和进出口情况尚需进一步调查。

中国孜然产地主要分布于新疆(南疆的库车、沙雅、喀什、和田等地，北疆的吐鲁番、托克逊等地)，其次是甘肃酒泉地区，尤其集中在新疆吐鲁番等地和甘肃酒泉、张掖等地。新疆孜然种植面积为3.3万hm2[4]，甘肃孜然种植面积达1.5万hm2[5]。

2 孜然中的活性物质及其生理作用

据美国香料贸易协会(American Spice Trade Association，ASTA)标准规范，孜然种子的概略养分含量为：灰分9.5%，酸不溶灰分1.5%，挥发油2.5%和水分9.0%[6]。主要产地国孜然种子的主要营养成分[6-9]如表1所示。另外，根据Ghafari等[10]报道，伊朗地区的孜然种子含有221 g/kg蛋白质、146 g/kg脂肪、328 g/kg中性洗涤纤维(经淀粉酶处理)和324 g/kg非纤维性碳水化合物。总体来看，孜然种子中蛋白质含量在180～270 g/kg，脂肪含量在150～420 g/kg，碳水化合物含量较高，矿物质含量变化较大，各营养成分在不同国家之间存在较大差异。

表1 孜然种子的主要营养成分Table 1 Main nutritional components of cumin seeds[6-9]

国内外研究发现，孜然中主要的活性物质是黄酮类、糖脂类、磷脂类和胆碱类等化合物。权美平[11]对国外不同产地孜然精油进行分析后发现，枯茗醛、γ-萜品烯、对伞花烃、1,3-对孟二烯-7-醛、α-蒎烯、百里香酚等化合物占较大比重，然而由于种植地域、品系、分析条件等不同，其主要成分的含量存在差异。Ghafari等[10]研究得出孜然种子中总酚类和总类黄酮化合物的含量分别为40和11.5 g/kg；孜然种子脂肪酸中有50%是油酸，还包含228.0 g/kg亚油酸和177.6 g/kg肉豆蔻酸；此外，在孜然种子中鉴定出18种化合物，主要化合物是单萜碳氢化合物、氧化单萜和倍半萜碳氢化合物。姜子涛等[12]对国内孜然精油化学成分进行了研究，发现其主要成分为枯茗醛(37.18%)、二氢枯茗醛(26.24%)、γ-萜品烯(12.59%)、β-蒎烯(11.49%)、β-对伞花烃(8.70%)。γ-萜品烯、枯茗醛、β-蒎烯、β-对伞花烃等具有不同程度的抗氧化能力，有着清除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，也是孜然发挥降血糖作用的有效成分[14]。在小鼠试验中发现，枯茗醛具有减少疼痛感和抗神经病变的作用[15]。孜然中的萜类化合物还具有抗癌和消除致癌物亚硝酸钠(NaNO2)、抗血小板等功能[13]。Tabarsa等[16]从孜然中提取出孜然多糖，研究发现孜然多糖能够诱导小鼠免疫细胞呈现出一种高度的促炎性效应，释放细胞因子，并参与直接细胞毒性，有作为免疫刺激剂的可能。孜然种子提取物还可以用于合成孜然银纳米粒子，有着很好的抗乳腺癌活性，同时降低了化学合成银纳米粒子的细胞毒性，是未来可靠的抗乳腺癌药物[17]。

孜然不仅含有蛋白质、脂肪、纤维、矿物质、维生素等营养成分，还含有黄酮类、糖脂类等多种活性物质，这些活性物质具有抗氧化、降血压、降脂保肝、免疫调节等多种药理活性，在人体保健、食品医疗、畜禽饲料等方面都有广阔的发展前景。

3 孜然的主要利用方式

孜然是一种香料，在世界范围内广泛用于食品加工，同时也应用到饮料、药品、香水等领域。目前孜然的主要利用方式有3种：一是将果实粉碎后用作调味料或其他食用用途；二是对果实或种子提取精油后进一步利用；三是在将果实用作饲料添加剂，精油参与青贮发酵。

3.1 孜然果实或种子

孜然果实具有强烈的芳香气味，味道辛辣，作为调味品自古就流行于印度、北非、中东、欧洲及我国各地。在印度、北非和中东地区，孜然广泛用于食品、饮料、酒类、药品、化妆品和香水；在荷兰和法国，孜然还用于烹饪和医药[6]。

中医研究表明，孜然味辛，性温，具有散寒止痛、理气调中、兴奋、驱风、健胃、利尿、镇痉、止血、调经等多种功效；主治脘腹冷痛、消化不良、月经不调等，还有益于心脏和子宫，可以用于产后妇女恢复[18]。孜然种子的概略营养成分和活性物质前文已述，此外，其还富含铁、锰、钾、锌、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、谷蛋白等蛋白质，以及不饱和脂肪酸如油酸、岩芹酸和亚油酸[19]，具有潜在的医疗和药用价值。

3.2 孜然精油

孜然精油是孜然果实中脂溶性成分的萃取物。孜然精油比较成熟的提取方法有水蒸气蒸馏法、超临界二氧化碳(CO2)萃取法、溶剂萃取法、微波法、同步蒸馏/萃取法和动态吸附法等[20]，这些方法各有优缺点，获得的孜然精油组成成分和品质也有差异。目前应用最多的是水蒸气蒸馏法，提取孜然精油后的副产物包括液体废物和固体残留物。

孜然精油具有较高的抗细菌、抗真菌和抗氧化活性。孜然精油的抗菌活性与化学成分相关，这取决于孜然生长地点的气候和土壤条件[21]。Gachkar等[22]的研究表明，孜然精油对部分革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有抗菌活性，如大肠杆菌(Escherichiacoli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和单核细胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)，并且孜然精油含有的活性物质具有一定的清除自由基的作用，还可以防止不饱和脂肪酸氧化，可用作食品保鲜剂，例如：孜然精油熏蒸双孢蘑菇(AgaricusbisporusL.)后能够延长双孢蘑菇的保质期[23]。在其他相关研究中发现，与迷迭香精油相比，孜然精油对大肠杆菌、支气管败血性博代氏杆菌(Bordetellabronchiseptica)和金黄色葡萄球菌有较强的抑制作用，并且灭杀率较高[24]。孜然精油对蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)和伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphi)的抗菌活性则较低[25]。孜然精油对烟曲霉(Aspergillusfumigatus)和黄曲霉(Aspergillusflavus)具有抑制和杀灭活性，通过干扰负责细胞壁合成的酶，引起细胞质高度空泡化、纤维层细胞壁脱落、质膜断裂、核和线粒体结构紊乱，进而导致真菌形态结构改变，抑制或灭杀真菌[26]。

孜然精油还能作为熏蒸剂和生物防控剂灭杀昆虫。孜然精油对绿豆象(Callosobruchuschinensis)和米象(Sitophilusoryzae)具有杀灭作用，可以降低产卵率、增加卵子和幼虫死亡率、阻碍性发育等[27]，导致种群数量的减少，进而减少对植物的损伤；孜然精油对桃蚜成虫和家蝇成虫也有很好的杀灭作用，并且对蚜虫捕食者没有影响[28]。另外，研究发现，花园蜗牛螺旋食道下神经节F1神经元周围神经细胞外使用孜然精油能够抑制神经细胞瘤膜的兴奋性和放电速率，抑制戊四唑诱导癫痫的活动频率，达到抗癫痫的作用[29]。

4 孜然副产物的潜在价值

孜然是一种具有广泛生理活性的作物，各部分都具有生理功效，目前主要开发利用的是其种子和精油。孜然的副产物主要为秸秆、水溶胶(提取精油后的液体废物)和提取精油后的固体残留物等，生物量大，具有潜在应用价值。

4.1 水溶胶

精油提取过程中会产生大量液体废物，被称为水溶胶。水溶胶有特殊的气味，含有相当数量的具生理活性的油脂类物质[30]。孜然的盐水和热水提取物具有的活性物质种类与未提取精油的孜然类似。此外，水溶胶中含有维生素，如硫胺素、核黄素和烟酸，还含有亚铁离子和锌离子，是一种丰富的矿物质来源。因此，提取过精油的孜然水溶胶具有相当的利用价值，可以作为功能性添加剂提供维生素、矿物质等，值得利用和开发。

4.2 孜然秸秆及提取精油后的固体残留物

孜然秸秆和提取精油后的固体残留物中富含膳食纤维，主要成分为纤维素、半纤维素、木质素，是数量可观的待利用资源。Sowbhagya等[31]研究发现，孜然秸秆中总膳食纤维(TDF)含量为59.0%，不溶性膳食纤维(IDF)含量为48.5%，可溶性膳食纤维(SDF)含量为10.5%，而孜然提取精油后的固体残留物中含有62.1%的TDF、51.7%的IDF和10.4%的SDF，还含有7.7%的淀粉和5.0%的结合脂肪。孜然膳食纤维具有较好的持水性、持油性、葡萄糖吸收能力及抑制α-淀粉酶活性等特性,可作为功能性成分添加到保健食品中，具有明显的降糖、降脂作用，能够预防和治疗糖尿病与高血脂症等疾病[32]。除膳食纤维外，孜然秸秆及提取精油后的固体残留物中还含有蛋白质、必需脂肪酸、矿物质、活性物质等，可以直接用作动物饲料。另外，孜然秸秆和提取精油后的固体残留物还可作为生物质充当生物燃料能源，参与沼气发酵或者堆肥，制造可再生的无黏结纤维板[30]，这些都是低成本且对环境友好的利用方式。

5 孜然在畜禽生产中的应用

5.1 孜然种子

孜然种子在畜禽养殖中已有一些应用，可直接添加在畜禽饲粮中。研究显示，饲粮中添加孜然籽能够增加奶牛的干物质采食量，添加200 g/d的孜然籽在不影响乳脂率的同时可以提高奶牛的产奶量，显著提高生产性能[10]；在蛋鸡饲粮中加入0.4%的黑孜然显著降低鸡蛋中胆固醇、丙二醛含量和血清中谷草转氨酶活性[33]，改善蛋重、饲料转化率、蛋黄和蛋壳质量特征，并且对蛋鸡的生殖形态参数没有产生负面影响[34]。

5.2 孜然精油

孜然精油用作青贮饲料发酵的添加剂，可以改善发酵品质，影响青贮饲料的化学和微观生物学特性。研究发现，紫花苜蓿青贮时添加300 mg/kg孜然精油，可以通过提高纤维素酶和果胶酶的活性促进苜蓿细胞壁分解，并能够增加乳酸菌的数量和活性[35]；孜然精油影响玉米穗腐病菌拟轮枝镰孢菌，使其菌株数量显著减少，并且孜然精油完全抑制了FUM1基因(镰刀菌中伏马毒素生物合成的必需基因)的表达[36]；羊草青贮中添加孜然精油可显著提高干物质、粗蛋白质含量和干物质消化率[37]。除作为青贮添加剂使用外，孜然精油还可直接添加在畜禽饲粮中，在饲粮中添加孜然精油可以促进肉鸡生长[38]。使用98%的孜然精油治疗吸虫病时，浓度为0.016 mg/mL的孜然精油对片形吸虫病有着最佳灭杀活性[39]。

5.3 茴香秸秆

目前，国内外关于孜然秸秆在畜禽中应用的文献几乎未见，但对于一种近属的伞形科植物——茴香(Foeniculumvulgare)秸秆有少量研究，此处对茴香秸秆在畜禽生产中的应用进行简要叙述，以作为借鉴。马梦梅等[40]研究发现，茴香(果实)及其秸秆膳食纤维均具有稳定的结构，两者的保水能力、吸水膨胀性、持油能力、葡萄糖吸收能力、α-淀粉酶活性抑制能力和胆汁酸阻滞指数等各有高低，值得开发利用。刘婷等[41]曾报道，饲粮中添加茴香秸秆显著增加绵羊瘤胃液pH、乙酸摩尔比、乙酸/丙酸、尿素氮和蛋白氮浓度，显著降低绵羊瘤胃液中丙酸和丁酸摩尔比；添加茴香秕壳显著增加绵羊瘤胃液中乙酸摩尔比，显著降低丁酸摩尔比。朱宝珍等[42]使用茴香秸秆替代50%的玉米秸秆饲喂湖羊，瘤胃异丁酸的含量和总菌数量最高，对湖羊瘤胃发酵参数和肌肉脂肪酸组成的影响中效果最优。Alamer[43]报道，哺乳期山羊饲粮中添加茴香秸秆不会对其哺乳性能产生不利影响。

孜然为伞形科孜然芹属植物，而茴香为伞形科茴香属植物，两者作为伞形科植物在形态、营养成分和功用方面有相似之处，开发利用策略方面有借鉴价值。然而，前者挥发油中有效成分为岩芹酸、芋烯油酸和亚油酸等，后者主要为茴香醚、茴香醛、茴香酮等，存在生理活性差异。因此，在参考茴香相关研究的基础上，尚需对孜然开展专门研究。

6 小结与展望

孜然用作调味剂和医药沿用至今，受到广泛欢迎。对于孜然中的活性物质、生理作用以及孜然精油的提取工艺的研究已经较为成熟。从孜然直接用于调味和医药，到提取精油扩大使用，再到秸秆、提取残渣的开发利用，孜然有望实现更全面的价值挖掘。目前，我国对于孜然的研究正在受到重视，但大部分研究主要聚焦在孜然的栽培方法、医学和食品应用、活性物质和生理功能等方面。孜然由于地域、品系、生长条件、利用方式的不一样，营养价值存在较大差异。目前，我国土地利用竞争激烈，饲草与粮食和经济作物间争地的矛盾愈发严重，开发孜然秸秆及其副产物这一非常规饲料，减轻饲料与粮经作物间的竞争很有必要。在畜牧生产中，添加孜然可改善青贮饲料发酵品质，提高畜禽生产性能，降低饲养成本等，孜然在畜禽生产中的应用效果已经初有成效。在今后的研究中，需要探索孜然及其副产物在畜禽养殖方面的养分消化率、生理作用以及适宜添加量、合理的饲料配方等，来推动孜然在畜禽养殖业的应用。