植物提取物饲料添加剂的研究进展

王晓杰, 黄立新, 张彩虹,2, 谢普军, 丁莎莎, 邓叶俊

(1.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所；生物质化学利用国家工程实验室；国家林业局 林产化学工程重点开放性实验室；江苏省 生物质能源与材料重点实验室， 江苏 南京 210042； 2.中国林业科学研究院 林业新技术研究所， 北京 100091 )

抗生素作为饲料添加剂能增强肠道内微生物的活性，改善肠道菌群，以达到预防疾病和促进生长的目的。在畜禽饲料中加入抗生素已有60多年的历史，然而，随着抗生素在世界范围内的广泛使用，细菌通过染色体改变或通过质粒和转座子交换遗传物质已经对其产生了抗性[1]，随着抗生素引发的耐药性和药物残留问题的日益严重，许多国家相继禁止使用抗生素作为饲料添加剂[2]。在这种情况下，寻找替代抗生素的饲料添加剂非常必要。植物提取物是来源于植物的、具有一种或多种生物学功能的活性物质，既能起到预防疾病、改善肠道菌群、促进生长的作用[3]，又具有安全、高效、纯天然的优点，作为家禽饲料中的一类新添加剂在世界范围内引起了广泛的关注。笔者从植物提取物的活性成分、提取工艺、功能性评价以及质量控制要求等4个方面的相关研究情况进行综述。

1 植物提取物的原料来源和活性成分

植物提取物饲料添加剂的植物来源有中草药、天然香料等。由于植物种类、提取方法、收获季节、使用部位和产地等不同，植物提取物的活性成分差别很大[4]，其活性成分基本可以分为植物多酚、生物碱类、挥发油类、有机酸类、多糖类和植物色素等。

植物多酚在抗氧化、抗菌、抗病毒、抗微生物等方面具有良好的效果[5]，主要在茶叶、水果、蔬菜、橄榄等产品中以茶多酚、葡多酚、苹果多酚、橄榄多酚、石榴多酚等形式存在[6]。

生物碱具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗炎、抗氧化等多种生物学活性, 广泛存在于植物(主要是双子叶植物，如毛茛科、罂粟科、防己科、茄科、夹竹桃科、芸香科、豆科、小檗科等)、动物和微生物体内，饲料行业中主要应用的生物碱有甜菜碱、胆碱、肉碱、苦参碱和小檗碱等[7]。

挥发油也可称为精油，从天然植物(如松柏科、木兰科、芸香科、樟科、唇形科、伞形科、姜科、蔷薇科、菊科等[8])中提取，具有杀菌、抗氧化、抗病毒等生物活性[9]。植物精油是在饲料添加剂中应用较广泛的植物提取物，可清除自由基起到抗氧化的作用，同时还可调节肠道菌群、促进消化液分泌等[10]。

有机酸类是分子结构中含有羧基(—COOH)的化合物。在中草药的叶、根、特别是果实中广泛分布，如乌梅、五味子、覆盆子等。有机酸可减少细菌产生的毒性物质，改善肠壁形态，从而减少病原菌在肠道中的聚集[11]。

植物多糖是来源于天然植物的一种具有生物活性的高分子化合物[12]，在动物生长中能起到促生长、抗氧化和免疫调节的作用，且毒副作用小、在动物体内不易残留。

植物色素广泛地存在于植物的花、叶、果实、皮等部位中[13]，植物色素不仅具有着色的作用，而且能够增强人体功能、预防疾病等，可用作辅助药物和营养增补剂[14]。

2 植物活性成分的提取工艺

传统提取技术有溶剂提取法、水蒸气蒸馏法等，在植物提取中常用的溶剂提取方法有回流法、索氏提取法、冷浸法、渗流法等[15]。回流提取和索氏提取需要长时间的加热，极有可能使植物中的有效成分发生改变，冷浸法和渗流法则提取时间较长，溶剂使用量大。针对传统提取技术存在的不足，拥有产率好、纯度高、速度快、能耗少等优点的新式提取技术在植物提取中逐渐得到广泛的应用，主要包括超临界流体萃取、亚临界流体萃取、生物酶法和仿生提取法等。

2.1 超临界流体萃取

超临界流体萃取技术是20世纪80年代逐步在我国得到应用的一种高效、快速的提取技术，一般以二氧化碳作为萃取剂。因为超临界二氧化碳的疏水性较高，常用于提取疏水性化合物，如脂溶性维生素、类胡萝卜素、脂肪酸和脂肪族烃等[16]，加入适量的夹带剂也可以对极性物质进行提取。Cao等[17]进行了超临界流体萃取葡萄籽油的研究，在高压(30～40 MPa)和低温(35～40 ℃)的优化条件下，加入10 %的乙醇作为改性剂，葡萄籽油最大产率达到6.2 %，游离脂肪酸、不饱和脂肪酸在油中占约70 %。张良等[18]对川贝母游离生物碱的超临界CO2流体萃取条件进行优化，结果显示当乙醇用量为300 mL，萃取压力为20 MPa，萃取时间为2 h，萃取温度为45 ℃时，萃取率可达0.195 %。

超临界流体萃取可分为萃取和分离2个过程，在临界点附近利用流体与溶剂之间良好的传质性能，将所需组分从原料中萃取出来；恢复常温常压，提取物与气态的超临界流体分离。与传统提取方法相比，超临界流体萃取的温度为30～70 ℃，有利于挥发性、热敏性物质的提取；萃取剂一般为二氧化碳，无残留；提取速度快、效率高。但超临界萃取提取一些极性大、相对分子质量大的物质时，需要加入夹带剂，而且操作压力大，对设备要求高，因此更适合用于附加值高的物质的提取[19]。

2.2 亚临界流体萃取

亚临界流体萃取是在一定温度(介于沸点和临界温度之间)和一定的压力(低于临界压力)下使提取溶剂保持液体状态并进行提取的一种新兴技术[20]。丁烷和丙烷是最早应用的亚临界流体，随后液氮、二甲醚、水等溶剂也应用到亚临界流体萃取中。因为这些溶剂的极性不同，在应用中也各具特色。丙烷、丁烷、四氟乙烷为非极性溶剂常用于提取脂溶性物质，二甲醚既能提取极性物质也能提取非极性物质，液氮可用于水溶性成分的提取[21]。在亚临界条件下水的极性降低，可用于对中弱极性物质的提取[22]。王林林等[23]对超临界CO2萃取法、亚临界丁烷萃取法、有机溶剂萃取法和压榨法所得的石榴籽油进行分析，结果表明亚临界丁烷萃取法得到的石榴籽油的酸值和过氧化值最低，理化性质更好，抗氧化能力更强。Ravber 等[24]用亚临界水提取法从向日葵种子中同时去除油和水溶性相，在不同的温度和料液比下研究萃取动力学，水溶性提取物在100 ℃时发生水热降解产生各种水热降解产物，总酚含量降低，总体的抗氧化能力升高。亚临界水可以避免萃取产物受有机溶剂污染、萃取耗时等困扰，是一种清洁的提取方式。目前，亚临界提取技术主要应用于挥发油及活性物质的提取上。

2.3 酶法提取

酶法提取是利用酶催化反应的专一性、高效性，较温和地分解植物组织，使有效成分快速溢出，提高传质过程，提升收率、纯度和提取速度的一种提取方法[25]。生物活性成分常常处于细胞质中，由纤维素、半纤维素、木质素等组成的细胞壁会抑制活性成分的溢出。添加纤维素酶、α-淀粉酶和果胶酶等特定酶能够破坏细胞壁并水解结构多糖。傅博强等[26]比较了酶法和水提法对多糖提取率的影响，结果表明酶法提取的多糖提取率增加63.3 %，粗多糖增加98.9 %。酶提取法反应温和，能够避免热敏组分分解，同时能去除无效成分，提高提取物的品质，但是酶对温度、酸碱度反应敏感，只能在一个较窄的范围波动，酶反应也可能改变某些活性成分，造成提取率降低，引入其他杂质等，例如纤维素酶能水解黄芩苷会降低其提取率[27]。

2.4 半仿生提取法

半仿生提取是模拟口服药物在人体胃和肠道中的消化过程，选用特定pH值的酸性溶液和碱性溶液依次提取，以提取目标组分含量高的“活性混合物”[28]。相对于其他提取方式，半仿生提取是以某一种有效成分为目的的优化提取工艺，提取方法更加注重整体作用。同时，提取方法要符合工业化，不能完全与人体相同，故而称为半仿生。半仿生提取多应用于中药或中药复方活性成分的提取[29-30]，张晓丹等[31]用半仿生提取法提取中药复方银翘散，探讨了提取时间、溶媒用量、pH值对提取得率的影响。与水提法相比较，半仿生提取可提高银翘散的疗效。半仿生提取法不适合热敏性物质的提取，pH值的变化也可能产生副产物。

3 植物提取物饲料添加剂的功能性评价

3.1 抗氧化性

酚类物质具有很好的抗氧化性，如从绿茶中提取的茶多酚[32]，从菊科植物百里香、牛至和鼠尾草中提取的百里香酚、香芹酚、鼠尾草酚等[33-34]。迷迭香含有丰富的酚类物质，Teruel等[35]的研究发现喂养不同剂量的迷迭香提取物(3、6、 9 g/kg)可改善蛋鸡体内的抗氧化能力，它们不同程度地提高了超氧化物歧化酶活性、谷胱甘肽含量，降低了体内丙二醛含量，其中6 g/kg的迷迭香提取物使蛋鸡体内抗氧化能力最强[36]。牛至中含有14种具有抗氧化能力的活性物质，牛至提取物在饲料添加剂应用方面较为广泛[37]。史东辉等[38]分别将0、 100、 150、 200和250 g/t牛至提取物添加到肉鸡的日常饲料中，在21 d时测量血清总抗氧化能力、超氧化物歧化酶活性和血清丙二醛含量，结果表明：喂养200 g/t牛至提取物的肉鸡的总抗氧化能力和超氧化物歧化酶活性最高，血清丙二醛含量最低。在42 d时，喂养150 g/t牛至提取物的总抗氧化能力最好，其次为喂养200 g/t牛至提取物的肉鸡，其超氧化物歧化酶活性最高。Sadek 等[39]的研究表明补充百里香的肉鸡肝脏和胰腺的氧化状态明显改善，与对照组相比，肉鸡的血红蛋白浓度、总白细胞血清抗体滴度明显升高。虽然植物提取物中含有的抗氧化成分(如酚类物质)可能会减缓饲料中脂类氧化，这类似于二丁基羟基等抗氧化剂的作用，但是植物提取物的抗氧化性在家禽饲养方面还没有广泛的应用，是否能取代抗氧化剂尚无定论[4]。

3.2 抗菌性

植物提取物中起抗菌作用的主要活性物质也是酚类物质。表1总结了一部分植物提取物的最小抑菌浓度，其中百里香提取物和牛至提取物的抑菌效果相对较好。研究表明：植物提取物可以影响肠道微生物菌群，百里香精油可使回肠中大肠杆菌和乳酸菌含量明显降低，十二指肠中沙门氏菌的含量有降低趋势[40]，盲肠中的葡萄球菌、肠杆菌、乳杆菌减少[41]。牛至精油可增加乳酸菌的数量，降低回肠和盲肠中大肠杆菌、葡萄球菌和肠球菌的数量[42-43]。与合成的抗微生物剂相比，不同的植物提取物可能具有不同的抗菌效果。值得注意的是，并不是所有的植物提取物都有明显的抗菌性，Acamovic等[44]的研究表明百里香、牛至、马郁兰、迷迭香干粉和欧蓍草精油对家鸡粪便和盲肠中大肠杆菌、乳酸菌、总厌氧菌和产气荚膜梭菌几乎没有影响。植物提取物通过抗菌性可以改善动物胴体卫生，但目前尚不清楚是否是完全有效和可靠的。

表1 主要植物提取物添加剂的活性成分及其最小抑菌浓度[45]

3.3 肠胃功能调节

植物提取物能够减少肠道微生物群落，以此减少肠道营养需求和对可用营养物的竞争[46]，从而达到调节肠胃功能、促进质量增加的目的。此外，大量的研究还表明，在饲料中添加中草药作为添加剂能够刺激消化液的分泌，提高消化酶活性[47]，通过适当消化增加肠道对营养物质的吸收。丁祥文等[48]对喂养含有植物提取物(商品名百奥壮 TM-510)饲料的鸡盲肠和回肠中的淀粉酶酶活、糜蛋白酶酶活和胰蛋白酶酶活进行了测试，结果显示植物提取物在一定程度上能够提高肠道中消化酶的活性，提高肠道的消化功能。Amerah等[49]研究了加入肉桂醛和百里酚的磨碎小麦和全麦对肉鸡回肠氮消化率的影响，全麦包含物和精油的补充改善了回肠氮消化率，且添加精油的磨碎小麦饲养的肉鸡的回肠内容物中细菌种类的平均数高于未添加精油喂养的肉鸡。

小肠是动物重要的消化吸收器官，小肠绒毛是小肠的主要黏膜结构，绒毛高度和绒毛宽度增加、隐窝深度变浅有利于小肠吸收营养物质[50]。Amad等[46]用麝香草酚和茴香脑为主要活性物质的精油混合物喂养雄性肉鸡，肉鸡的血清总蛋白、白蛋白、总胆固醇和白细胞增加，空肠绒毛高度与隐窝深度增加。另外，植物提取物添加剂会导致空肠的形态变化，可能影响营养吸收，从而改善饲料转化率。

3.4 促生长性

植物提取物饲料添加剂能使家禽质量增加，提高饲料转化率和改善家禽的血清生化指标。在早期的研究中，植物提取物具有降低饲料消耗和提高饲料效率的功效，这种作用可能是由于芳香族化合物的存在。Çabuk等[51]测量了由牛至、月桂、鼠尾草、茴香精和柑橘精油的混合物饲养的肉鸡的生产参数，结果表明精油混合物能够显著提高饲料转化率，这可归因于肠道生态系统的变化，使得营养素被更有效地利用。表2总结了一部分植物提取物饲料添加剂对生产性能的影响，可以看出不同种类的植物提取物、不同活性成分、剂量多少都会对饲料转化率、生产性能产生一定的影响。总体来说，植物提取物添加剂具有改善肠道的微生物生态系统的平衡，促进家禽生长的作用，但这种机理尚未得到阐明。

表2 植物源饲料添加剂对家禽生产性能的影响

4 植物提取物饲料添加剂的质量控制

植物活性成分会随着品种以及外界条件的变化而变化，为确保饲料添加剂的质量，需要严格按照其活性成分制定相应的标准,例如有效成分结构明确，定性、定量分析，功效实验数据可靠，并有适合的提取方法工艺流程，产品应无污染、无残留，具备相应的检测方法和标准、毒理实验资料齐全等[61]。

4.1 农药残留

农药残留是制约我国植物提取物发展的瓶颈，影响我国天然植物产品的品质，制约我国产品在国际上的竞争力。针对上述问题，《中国药典》规定了六六六、滴滴涕、五氯硝基苯等有机氯和一些有机磷农药的痕量标准[62]，以及天然植物饲料添加剂中六六六、滴滴涕的允许量。气相色谱法是检测农药残留最为常用的方法，各国的药典也根据不同的需要配备不同的检测器作为标准检测方法。对于六六六、滴滴涕的检测采用的是配备有电子捕获检测器的气相色谱仪，其含量分别不得超过0.05和0.02 mg/kg。具体检测方法为采用含有少量丙酮的正己烷混合溶剂提取样品中的六六六、滴滴涕，过滤后定容，从中吸取一定量的提取液，净化后，将正己烷洗脱液浓缩定容后直接注入气相色谱，以外标法进行定性和定量分析[63]。

4.2 重金属残留

在植物生长、加工的过程中，不可避免地会受到重金属的污染，在污染重的地区尤为严重。在饲料产品中残留的汞、铅、砷、氟、铬和镉等重金属有毒元素通过食物链危害人体健康。原子吸收具有灵敏度高、测定结果准确等优点，可广泛应用于重金属的检测[64]。从农业部全国饲料和饲料添加剂质量监督抽查检测结果的通报来看，卫生指标不合格的情况几乎占1/2～1/3，主要是铅、砷和镉超标[65]。天然产物饲料添加剂通则中对砷、铅、汞和镉的含量进行限定。国标中规定用比色法测定砷含量[66]，用火焰原子吸收法或原子吸收光谱法测定铅含量[67]，用原子荧光光谱分析法或冷原子吸收光谱法测定汞含量[68]，用原子吸收分光光度法测定镉含量[69]。

4.3 微生物含量

植物提取物在生产过程中很有可能受到微生物的污染，微生物体积微小危害却极其严重，过度繁殖可使饲料及其产品腐败变质甚至产生毒性。对植物提取物中的微生物进行检测相当重要，美国、欧盟、英国和我国都制定了微生物的限量标准[70]。在天然植物饲料添加剂通则中规定霉菌数不得超过40×106个/kg，细菌总数不得超过2×109个/kg，黄曲霉毒素B1不超过50 μg/kg等。我国颁布的食品微生物检测指标有菌落总数[71]、大肠菌群[72]、致病性微生物以及霉菌和酵母菌数。菌落总数的测定方法有菌落总数PetrifilmTM测试方法(标准方法)、涂布平板法和点滴平板法等；大肠菌群MPN可以采用大肠菌群MPN计数法、大肠菌群平板计数法、大肠菌群PetrifilmTM测试片法等；霉菌和酵母菌数根据我国食品卫生微生物学检验标准规定采用平板培养菌落计数法。

4.4 毒性分析

天然植物的某一成分或某类成分作为饲料添加剂添加于饲料之前，必须做相应的毒理实验，毒理实验包括急性毒理学、蓄积毒性、微核和精子畸形试验等。杨贤强等[73]的研究证明茶多酚在急性毒性试验中属低毒性，在0.015 %范围内无蓄积毒性；慢性毒性试验表明, 当饲料中茶多酚的量为0.1 %时,对果蝇寿命无不良影响，且小鼠的质量、胸腺、脾脏的细胞数均与正常对照组无异，其致突变的Ames试验、骨髓微核试验、骨髓细胞染色体畸变试验及果蝇 SLRL诱变试验结果均为阴性。冯香安等[74]从毒性试验、蓄积毒性试验、致突变性试验3个方面对植物黄酮类化合物进行安全评价，大部分研究表明在一定的剂量下，植物黄酮类化合物无毒。

5 结 语

介绍了植物提取物的几种主要的活性成分，目前应用较多的提取工艺以及新兴的提取方法，此外，还介绍了植物提取物饲料添加剂在抗氧化、抗菌、调节肠胃、促生长方面的作用和作为饲料添加剂应用到家禽饲养中必要的质量评价标准。植物提取物主要活性成分拥有很好的抗菌、抗氧化能力，其含量随收获季节、使用部位和产地以及提取工艺等不同而变化，需要进一步研究品种、立地条件及提取加工工艺等对活性物成分变化的影响，据此制定适宜的加工工艺条件，另外提取工艺也各有利弊，微波和超声波提取已有工业应用，酶法提取和半仿生提取的工业条件尚不成熟，从应用前景来说，常温物理提取应用前景较好。由于植物提取物具有抗氧化、抗菌、调节肠道菌群、提高生产性能、安全、高效、纯天然等优点，目前茶多酚、迷迭香提取物、苜蓿提取物和杜仲叶提取物等已经被列入饲料添加剂目录。此外，植物提取物是一种混合物，今后的研究可进一步明确每种活性成分的作用方式、剂量以及与其他添加剂的相互作用关系。

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