槲皮素在奶牛饲料添加剂中的应用研究

袁天翔

长春职业技术学院，吉林长春 130000

近年来，随着乡村振兴战略的大力开展，养殖业和饲料行业也得到了飞速的发展，企业在注重畜禽生产性能和料肉比的同时，对胴体品质和饲料品质也提出了更高的要求。一直以来，使用抗生素、促生长类饲料添加剂可以有效促进动物生长并提高养殖效率，但长期使用对于食品安全和环境污染也带来了较大的隐患，严重制约着我国畜牧业和饲料产业发展。所以从2020年1月起，国家农业农村部明确规定禁止在畜禽饲料中使用药物类添加剂，表明以抗生素类药物为代表的饲料添加剂将全部退出饲料市场。从目前形势来看，亟需寻找替代品来增强饲料添加剂中的抗病活性，使畜禽能够健康生长。中草药、植物提取物等活性成分逐渐被越来越多的饲料企业所重视并进行合理使用。槲皮素作为较常见的植物中提取的黄酮醇类物质，在很多中草药、植物以及水果中广泛存在，其作为食品添加剂或营养补充剂，具有促进动物消化吸收、提高机体免疫机能、改善畜禽胴体品质等功能，据相关研究表明，槲皮素对于奶牛来说还有提高泌乳量的作用。本文通过对槲皮素生理功能及在奶牛饲料添加剂中应用进行综述，为今后奶牛饲养中形成安全、有效、绿色饲料添加剂提供理论依据。

1 槲皮素的来源及理化性质

1.1 槲皮素的来源

槲皮素作为一种黄酮类化合物广泛存在于自然界中，可在很多种蔬菜、水果等植物或中草药中找到，如苹果、洋葱、银杏、车厘子、三七、黄芪等，也有人在蜂胶、红酒、绿茶和橄榄油等食物中提取到了槲皮素，其生理作用对人类和动物的健康具有较多的有益作用。

1.2 理化性质

槲皮素的分子式为 C15H10N7，分子结构表现为3，3',4',5，7—五羟基黄酮。从槲皮素化学结构可以看出，A环和B环为典型芳香族结构，而C环属于杂环结构，正是因为C环这一杂环结构具有多样性，可以形成黄酮类化合物多种亚类，如黄烷酮、黄酮醇、黄酮、花青素和异黄酮等。槲皮素广泛存在于植物中，且大部分以糖苷衍生物的形式存在。虽然槲皮素化学结构中存在4个酚羟基结构，但槲皮素平面型的分子结构导致其在液体中的溶解性较差，难溶于水分子，在液体中很难被分解，加之化学降解性同样较低，尤其是在如动物体内的碱性环境中，最终导致其在动物体内具有较低的生物利用效率。近些年，通过许多科研人员的研究发现，对槲皮素结构进行合理的改造和修饰，可以极大程度地提高其在液体中的溶解能力，并最终合成可在动物体内高效率利用的化合物，也有学者通过聚合物纳米颗粒技术，将槲皮素以靶向定位的方式进行运送，极大程度地发挥其生物学活性，以达到预期效果。除此之外，槲皮素分子结构中还含有5个羟基，从生物活性方面进行判断，羟基数量和抗氧化能力成正比关系，相邻羟基数量越多，则抗氧化能力越强，从结构来看，槲皮素含有5个羟基，所以可以得出结论，槲皮素具有较强的抗氧化作用[1]。

2 生理功能

2.1 抗氧化功能

黄酮类物质是天然的植物多酚类化合物，最主要的生物学功能便是抗氧化性，存在范围广、利用效率高。槲皮素作为典型的黄酮类物质，是人和动物摄入最多的黄酮类物质之一，其抗氧化功能在动物体内和体外均有功效。有研究学者通过槲皮素对奶牛乳腺上皮细胞抗氧化性能和乳脂合成的影响表明，槲皮素能够有效提高奶牛乳腺上皮细胞的抗氧化功能，进而增强乳腺细胞的活性并降低乳脂的合成，表明槲皮素能增强机体内细胞组织的抗氧化能力。槲皮素在体内主要作用于血管的内皮细胞，提高一氧化氮含量和外周血总抗氧化能力，以此来提高抗氧化功能[2]。在体外主要体现在消除羟自由基、单线态氧以及超氧阴离子实现抗氧化功能。此外，槲皮素还可以提高谷胱甘肽转移酶等抗氧化酶的活性，从而促进酶的活性，使表达效果增强，起到抗氧化作用。研究发现，在动物发生病理变化时，槲皮素可以通过调节机体内谷胱甘肽水平整合机体的解毒功能，进而有效清除体内过量的活性氧，达到提高机体抗氧化能力的效果。

2.2 抗菌功能

槲皮素在人类医学或动物医学中作为一种植物性杀菌剂，因为具有不易引起耐药性的特点近些年被广泛关注，具有良好的广谱抗菌性和体内外抑制细菌生长的作用。经研究发现，槲皮素对杀灭多种细菌有明显疗效，包括金黄色葡萄杆菌、沙门氏菌、枯草芽孢杆菌以及较常见的大肠杆菌等，对革兰氏阴性菌更加敏感，杀菌作用强于革兰氏阳性菌[3]。幽门螺旋杆菌感染鼠胃肠黏膜的试验模型研究表明，槲皮素在幽门腔黏膜和胃体黏膜中能导致细菌数量的显著减少，表明槲皮素除了可在体外抗菌以外，在体内抗菌的作用也十分明显，且其抗菌能力与细菌的群感效应基因表达和抑制细菌生物膜形成有较大相关性。

2.3 抗癌功能

槲皮素的抗癌功效主要体现在针对性较强，可直接作用于癌细胞，使细胞死亡，对机体正常组织细胞损伤较小。且在癌细胞死亡的同时，对抗致癌和促癌因子，从而抑制癌细胞数量增殖和生长，作用明显[4]。槲皮素还可通过抑制细胞色素P-450和磺基转移酶活性而减少杂环胺类等致癌前体物质的生成。另外，槲皮素还可通过逆转癌症的多药性和耐药性，与其他抗癌药物共同起到药物联合的作用，发挥自身疗效的同时，增强其他抗癌药的效果。槲皮素可诱导乳腺癌、结直肠癌、前列腺癌细胞的凋亡,通过NF-κB途径抑制癌细胞增殖和细胞周期阻滞,从而降低肺癌、膀胱癌、结肠癌等的核苷二磷酸激酶β活性,有效预防癌症。

2.4 消炎功能

所谓炎症，是指由不同种类的细胞和细胞因子参与其中并受多种信号通路调节的复杂反应，对动物机体损伤较大。降低炎症是槲皮素核心作用之一，效果比较显著。槲皮素可直接调控白细胞并通过细胞信号通路中的蛋白激酶和磷酸酶来改善炎症以及影响机体免疫。对于槲皮素的众多研究成果中均显示，在人类或动物体内外不同细胞类型，均可通过抑制炎症酶类物质和炎症细胞因子来进行抗炎症作用，虽然利用率不高，且易转化成其他衍生物，但产生的衍生物对于槲皮素的消炎作用不会产生不良影响。槲皮素还可直接或间接作用于机体中较常见的内毒素-脂多糖，通过抑制脂多糖诱发巨噬细胞肿瘤坏死因子-α（TNF-α），从而抑制机体炎症的产生。除以上功能以外，对于槲皮素的报道还证实其具有保护肝脏器官、保护心脑血管、调节脂肪代谢、调节血脂浓度以及抗血栓等，具体实验均可以在动物实验中得到证实，以便进行下一步研究[5]。

2.5 抗病毒作用

加拿大公共卫生局邱香果教授等已经证实，槲皮素3-β-O-D-葡萄糖苷（Q3G）包含一个葡萄糖苷分子，是槲皮素的天然衍生物。被摄取后显示出更好的溶解性和生物活性。早前的研究聚焦于槲皮素及其衍生物的抗癌、提升免疫力和治疗代谢相关疾病的疗效上，最近邱香果教授等的研究表明这些化合物还具有广谱抗病毒的效果，如抗流感病毒、基孔肯雅病毒、EB病毒、乙肝病毒、丙肝病毒、马雅罗病毒及埃博拉病毒等[6]。

2.6 其他功能

槲皮素作为较为常见，且被广泛利用在人类和动物膳食中的黄酮类化合物之一，除了上述功能以外，研究表明槲皮素还具有抗肥胖、心脏保护、抗血栓、降低血压血脂、抗纤维化等多项功能。人类在食用蔬菜和水果过程中，可以通过槲皮素其多酚类物质潜移默化的影响内皮细胞功能来降低心脑血管疾病的风险；摄入体内的槲皮素可以调节体内抗氧化酶等物质的基因表达来预防氧化应激，有效预防缺血性心脏病、高血压、中风偏瘫以及心力衰竭等疾病。以上功能对于动物同样有效，某些具体功能在畜禽方面的应用可以通过动物试验来进一步研究和证实。

3 槲皮素在奶牛生产中的应用

笔者通过饲养对比试验发现，在饲料中添加槲皮素，对奶牛的产奶能力和抗病性的提高均具有积极作用，具体表现为：可以有效提高奶牛免疫功能，提高产奶量、乳脂率、乳蛋白率以及乳糖率，有效降低牛奶中尿素氮的含量，增强奶牛对营养物质的消化率，对奶牛提高料重比、降低死淘率及提高器官指数均有促进作用，且对奶牛肠绒毛、肠道内容物酸碱值和微生物数量具有积极影响。综上所述，通过在奶牛饲料中添加适量槲皮素，能够有效提高奶牛产奶量、增强乳品质，提高奶牛抗病能力[7]。

3.1 提高奶牛生产性能

奶牛生产性能高低很大程度取决于饲料尤其是精料的利用率，奶牛属于反刍动物，依靠瘤胃对营养进行消化吸收，瘤胃中富含各种微生物，如瘤胃细菌、厌氧真菌及少量噬菌体等。研究证明，槲皮素在瘤胃内的生物利用率较低，发挥作用不明显，而通过瘤胃部位后的生物利用率则接近猪、鸡等单位动物的消化吸收水平，生物利用率明显增强，因此过瘤胃添加槲皮素可充分发挥其功能，促进消化吸收作用，提高生产性能。此外，还有试验数据表明，槲皮素还可通过提髙奶牛精料中营养物质的存留率、增大采食量、提高日增重等生产性能相关指标，促进奶牛生长。

3.2 提高奶牛抗病能力

现代畜牧业生产中，感染疾病造成畜禽死亡，是导致养殖效益下降的最主要原因。槲皮素作为广泛存在的黄酮类化合物，具有抗菌、消炎、提高免疫功能以及调节动物机体菌群平衡等多项功能，已被证实可有效提高畜禽自身免疫机能、调节肠道菌群，从而有效提高畜禽抗病能力的功效。

奶牛处于围产期时，由于采食量降低导致摄入能量不足，机体难以满足泌乳的需要，此时奶牛会分解体内脂肪提供能量，当奶牛肝脏吸收的脂质超过其分泌和氧化的含量时，奶牛就会产生脂肪肝，脂肪肝发生的同时会造成肝脏组织损伤和肝细胞功能下降。研究证明，槲皮素能有效降低肝脏脂肪聚积，有效预防脂肪肝的发生。除此以外，槲皮素还可提高奶牛血液中胰岛素的含量，从而降低葡萄糖的吸收作用，与在人糖尿病中的作用相类似，且对糖代谢的相关基因不产生显著影响，因此槲皮素可通过促进胰岛素的分泌、降低其他组织对葡萄糖的吸收而降低血液中葡萄糖的含量，从而促进奶牛机体健康生长。

3.3 提高奶牛产乳性能

研究表明，在奶牛瘤胃中长期灌服槲皮素的衍生物-芦丁，可使奶牛产奶量提高10%左右，且对乳品质无显著影响，效果明显[4]。在饲料中添加槲皮素可提高奶牛泌乳期牛乳中的乳蛋白含量，且不影响乳糖和乳脂含量，这一结果的产生与前文提到的槲皮素可提高血液中胰岛素含量关系密切。2007年陈光明利用槲皮素对奶牛乳腺上皮细胞抗氧化性能和乳脂合成试验数据表明，槲皮素能够有效提高奶牛乳腺上皮细胞的抗氧化能力进而提高乳腺细胞活性，并通过抑制脂肪酸合成酶和转运蛋白的表达，提高奶牛产奶性能，降低乳脂率[6]。

3.4 提高营养物质代谢率

在奶牛饲养过程中，提高蛋白质利用率会极大提高机体中各种营养物质的消化吸收代谢率。研究发现，在奶牛饲粮中添加槲皮素可有效增强肠胃中蛋白酶活性，并可通过激活雷帕霉素靶蛋白信号转导途径来促进蛋白质的沉积并提高蛋白质在消化吸收过程中的利用率。槲皮素可通过调控氨基酸转运载体的表达来提高小肠上皮细胞对蛋白质的利用效率[7]。此外，利用槲皮素对体外培养奶牛小肠上皮细胞生长影响结果分析可以得知，槲皮素能够有效提高奶牛小肠上皮细胞的抗氧化酶活性，降低小肠上皮细胞产生活性氧，进而抑制上皮细胞的凋亡，促进细胞活性，从而有效提高小肠上皮细胞对营养物质包括蛋白质的消化吸收率，增强蛋白质的利用效率。

4 小结

目前，槲皮素在奶牛生产性能方面的诸多应用还处于起步阶段，许多功能还有待研究和开发。从当前的研究来看，槲皮素具有抗菌、消炎、抗癌、抗氧化等多种有益功能，可作为新一代绿色、安全的饲料添加剂成分，在国家对促生长类药物、抗生素等成分禁止使用的情况下，将槲皮素添加到奶牛饲料中，可有效提高奶牛生产性能，增强奶牛抗病能力，提高产奶量、降低乳脂率，从而增加养殖收益，应用前景非常广阔，同时也为新型饲料添加剂的研发与生产提供了依据。但不可否认的是，目前市场中槲皮素的相关产品在制作过程中存在问题，具有较大的局限性，诸如产品价格相对比较昂贵、生产工艺还不完善、相关设备有待开发、生物活性明确但作用机理还需深入研究等，最主要的问题还是使用剂量尚不明确，需要科研工作者和相关科研单位通过科学严谨的试验和数据进行有针对性的研究，使其早日形成产品投入市场，助力奶牛无抗养殖早日步入正轨。