水解单宁酸在畜禽饲料替抗中的应用研究进展

2022-06-20张成喜张小东

饲料博览 2022年3期

张成喜，张小东

（1.青岛润博特生物科技有限公司，山东青岛 266331；2.浙江农林大学，浙江临安 311300）

畜禽饲料中长期添加抗生素，会造成动物机体和粪便中抗生素的残留，不仅会对环境造成污染，还会使机体产生耐药菌，对动物和人类的健康产生威胁。据2012 年统计，全球兽用抗生素的用量是人类用量的2 倍[1]，猪、鸡和牛的平均单位动物生产过程中消耗的抗生素量分别为172、148 mg·kg-1和45 mg·kg-1[2]。2010 年中国（23%）是全球兽用抗生素用量最大的国家，其次为美国（13%）、巴西（9%）、印度（3%）和德国（3%）。根据我国《饲料药物添加剂使用规范》中的抗生素目录，可以将其分为两类：一类主要用于促进动物生长，可以长期在饲料中添加使用；另一类主要用于预防和治疗动物疾病，是通过混饲给药的饲料添加剂，并且规定了其用量、用法和休药期。在实际养殖过程中，因动物种类不同、养殖阶段不同，添加量都会有所不同，例如在生猪养殖的保育阶段，抗生素的添加量要远远高于养殖的其他阶段。农业农村部第194 号公告规定，自2020年7月1日起，我国禁止饲料生产企业在商品饲料中添加具有促生长类功能的药物饲料添加剂。这标志着我国全面禁止在饲料中添加抗生素。实际在禁抗前，我国养猪业者最希望从商品乳猪料上获取的收益，首先是具有良好的诱食性以提高教槽料的采食量；其次是改善仔猪肠道健康状况，减少腹泻的发生；再就是拥有良好的饲料转化率。抗生素是一种可以广谱杀菌、直接用于治疗腹泻的产品，无论是畜禽还是反刍动物都可以使用抗生素来治疗腹泻。所以，饲料企业愿意增加成本在饲料中添加抗生素来预防腹泻，降低客户投诉。禁抗之后，养殖者最需要解决的不是采食量问题，也不是饲料转化率问题，而是动物腹泻问题，这也直接影响到动物的成活率。市场上替抗的产品比较多，例如益生菌、益生元、合生元、植物天然提取物、有机酸、抗菌肽等等，本文主要针对植物天然提取物——水解单宁酸在畜禽饲料替抗中的应用进行综述。

1 单宁酸的概述

1.1 单宁酸的定义

单宁酸又名鞣酸、单宁，其化学式为C76H52O46，是一种广泛分布在于植物中的多酚类物质。1920年Freudenberg 根据单宁酸结构和活性的不同将其分为两类：一类是水解单宁酸（见图1），另一类是缩合单宁酸（见图2）[3]。水解单宁酸可以作为添加剂应用到畜禽饲料中，除本身具有收敛、抑菌和抗氧化作用外，其水解产物葡萄糖和没食子酸对单胃动物的肠道健康和生长性能都有积极的作用。缩合单宁酸是由没食子儿茶素、表没食子儿茶素、儿茶素和表儿茶素按照一定比例聚合而成的低聚物或高聚物（见图2）。缩合单宁酸分子质量较大，而且结构复杂，很难在消化道中被降解[4]，其生物活性和化学性质与植物来源、组成以及分子间相互作用的不同而存在很大差异[5]。

图1 水解单宁酸结构式

图2 缩合单宁酸结构

1.2 水解单宁酸的主要功能

1.2.1 收敛作用

天然提取物水解单宁酸属于多酚类物质，因为分子内存在疏水键，这会促使单宁酸分子向蛋白质分子靠近，水解单宁酸的多个位点键都可以与蛋白质分子的活性中心结合形成水解单宁酸蛋白（鞣酸蛋白），而在小肠内由于环境为碱性，又会促使水解单宁酸蛋白分解，重新释放出单宁酸分子[6]，通过促进血管收缩减少组织液的流出，以及减轻肠内容物对肠道的刺激等方式，来为消化道的健康发育提供良好的环境。此外，通过收敛作用水解单宁酸还能够延长食糜在小肠内的停留时间，这有利于减少小肠过料现象，提高动物对饲料的利用率，改善机体生长性能，涩肠止泻，降低腹泻率[7]。

1.2.2 抑菌作用

单宁酸通过结合抑制微生物代谢产生的酶类活性，结合微生物生长所需要的金属离子或蛋白质，改变微生物细胞膜结构或直接影响微生物的代谢过程来表现其抑菌活性[8]。单宁酸分子是由许多个酚羟基或“酚核”构成，其分子内的苯环疏水基团能够与蛋白质分子中的苯环、碳氢链等疏水基团结合，通过收敛作用凝固微生物体内的原生质和酶，来抑制氮的代谢过程，最终抑制了细菌和真菌的增殖[9]。有关研究发现，单宁酸浓度在8 mg·mL-1以上时，可以抑制金黄色葡萄球菌和变异链球菌的活性，在16 mg·mL-1以上时，可以杀死金黄色葡萄球菌和变异链球菌[10-11]。单宁酸抑菌作用具有浓度效应，这可能与其抑菌原理有关。

1.2.3 抗氧化作用

单宁酸化学结构中的临位酚羟基极易被氧化，在生物体内会释放出H+，可以与活性氧（ROS）等自由基竞争结合，通过阻断自由基链式反应的方式来保护脂质不被氧化，是一种良好的自由基猝灭剂。单宁酸的抗氧化能力与其化学结构有关，酚羟基的个数越多其对自由基的抑制作用就越强，抗氧化能力也就越强[12]。陶勇等[13]研究单宁酸和氧化锌组合使用对断奶仔猪的影响时发现，组合使用可以提高仔猪的抗氧化能力，作用机理可能是因为单宁酸通过核因子E2 相关因子2（Nrf2）通路，提高了仔猪机体的谷氨酰半胱氨酸合成酶的数量，促使还原型谷胱甘肽的合成增加，最终提高了仔猪的抗氧化能力。此外，水解单宁酸作为天然抗氧化剂可以通过清除超氧离子自由基（O2-·）、二苯基苦基苯肼（DPPH）和络合Fe2+等途径来抑制过氧化和氧化反应过程中脂质羟自由基的形成，以及抑制亚油酸乳状液的过氧化反应[14-15]。

1.2.4 抗炎症作用

炎症是机体重要的生物反应，是移除体内有害病原体和毒素的过程，吞噬细胞通过激活两种信号通路，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，来激活核因子κB（NF-κB）的抑制蛋白（IκB）激酶（IKK），促使核因子κB 从复合物中分离出来并转运到核内，依靠特定的DNA序列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[16]。动物通过利用丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）对转录因子的磷酸化处理来调控体内的炎症，调控IL-1、IL-6、IL-8 和 TNF-α 等细胞因子的基因转录和表达，激活后的MAPK还能通过细胞骨架、酶类以及相关蛋白磷酸化转录因子等底物，来调控机体多种细胞的生理过程，从而达到抗炎症的目的[17]，水解单宁酸具有抗炎症的功能，可能也是通过影响吞噬细胞阻断炎症通路的方式来实现的。陈赛娟等[18]研究单宁酸对家兔肠道形态和内源酶活性的影响时指出，水解单宁酸分子能够与肠道的细胞壁结合，形成一个肠道保护层，该保护层能隔断肠道受体与细菌的结合，以此来抑制细菌的感染，从而改善肠道健康状况，提高小肠吸收营养物质的面积和消化酶的活性，促进动物对营养物质的吸收。

2 单宁酸在畜禽饲料替抗中的应用

2.1 单宁酸在猪饲料中的应用

腹泻会导致畜禽生产性能下降和死亡率增加等问题，给我国畜牧业带来巨大经济损失的同时也一直制约着我国畜牧业的发展。传统的兽药、抗生素等保健措施带来了许多的负面影响。随着我国禁止饲料生产企业生产含有促生长类药物饲料添加剂的商品饲料，寻找天然的植物提取物越来越受到人们的重视。

水解单宁酸在预防治疗腹泻、减少水便、改善肠道健康方面都有明显的效果。纯天然水解单宁酸比较安全，在饲喂过程中也不会有药物残留的问题。大量研究表明，水解单宁酸对猪各阶段的生长性能和养分消化率的应用效果不同，断奶仔猪饲料中的抗生素或者氧化锌，可以用700～1 500 mg·kg-1的水解单宁酸来替代，可降低仔猪的腹泻率，促进肠道的消化吸收，提高仔猪的生长性能[16]。仔猪在小日龄断奶时，由于日粮和环境的改变，是最容易出现各种问题的阶段。水解单宁酸能够减轻仔猪断奶应激，减少仔猪的腹泻发生率，增加断奶体重和肠道健康，刺激小肠绒毛的生长，进而更好地消化吸收营养物质。孙展英等[19]在研究水解单宁酸对仔猪生长性能的影响中指出，在日粮中添加1 000 mg·kg-1的水解单宁酸可以提高断奶仔猪平均日增重（ADG）和饲料转化率（FCR）。适宜剂量的水解单宁酸对仔猪的生长性能有积极的影响，但是水解单宁酸的添加量并非越多越好，B.Mansoori等[20]研究表明，随着水解单宁酸添加水平的提高，断奶仔猪的饲料转化率有下降的趋势，这可能与水解单宁酸干扰参与简单分子吸收的转运机制有关。M.Brus 等[21]研究水解单宁酸对育肥猪生长性能的影响时发现，在日粮中添加1 900 mg·kg-1的水解单宁酸可以提高育肥猪的ADG（46%）和FCR（21%）。

2.2 单宁酸在禽饲料中的应用

李军辉等[22]研究水解单宁酸对肉鸡生长性能及肠道健康的影响时发现，添加400 mg·kg-1的水解单宁酸可以降低肉鸡的死淘率和料重比，提高欧洲效益指数、乳酸菌数量和肠道消化酶活性，促进肉鸡肠道健康发育。吴清雅[23]在研究不同水解单宁酸的添加量对黄羽肉鸡生产性能的影响中指出，在日粮中添加600 g·t-1水解单宁酸可以提高黄羽肉鸡的成活率（98.33%）。这可能与水解单宁酸的收敛作用和抑菌、抗炎症方面的功能有关：一方面是单宁酸分子通过收敛作用减缓了肠道中食糜的蠕动，延长了消化道中食糜的存留时间，有利于促进小肠的消化吸收，提高肉鸡的生长性能；另一方面，水解单宁酸具有抑菌和抗炎症等功能，这在一定程度上对提高肉鸡的免疫力有促进作用，对提高肉鸡的成活率有积极作用。安文亭等[24]研究表明，在肉鸡中后期添加1 500 mg·kg-1水解单宁酸可以降低料重比，提高肉鸡的采食量、小肠对饲粮养分消化和吸收的能力，与隐窝深度、肠绒毛高度、绒毛高度/隐窝深度方面密切相关[25]。如果肠道隐窝深度变浅、绒毛高度变高，这说明小肠吸收营养物质的能力增强；绒毛高度/隐窝深度越大，则说明肠道上皮的表面积越大，完整性越好，小肠的吸收能力就越强[26]。Liu H.W.等[27]研究板栗单宁对热应激状态下肉鸡的影响时发现，板栗单宁可以显著提高空肠绒毛长度，但是对肠道隐窝深度没有明显的影响。也有相关研究指出，水解单宁酸可以显著提高肉鸡十二指肠和空肠的肠绒毛高度、绒毛高度/隐窝深度，降低隐窝深度，但是对回肠并没有明显的影响。这可能是因为水解单宁酸的收敛作用有利于维护肠道的健康，减少了毒素对肠道形态的损伤，促进了肉鸡肠道的健康发育，提高了小肠对饲粮营养物质的消化吸收，进而提高了肉鸡的生长性能。目前，“禁抗”已经开始，“限锌”也将成为未来畜牧业发展的方向，单宁酸作为天然饲料添加剂安全性高，并且在预防腹泻和改善肠道健康等方面有很高的应用价值，对于畜牧业的健康发展具有积极的意义。