绿原酸功能及应用研究进展

2023-03-01 03:56河南省农业科学院畜牧兽医研究所李文嘉徐彬邓文王琳燚周莹李绍钰
河南农业 2023年2期
关键词:酸类奎宁绿原

河南省农业科学院畜牧兽医研究所 李文嘉 徐彬 邓文 王琳燚 周莹 李绍钰

随着我国畜牧业的快速发展,人均肉、蛋、奶消费比例逐步提高,其中,畜禽在优质蛋白质的提供方面占有很大比重。然而,集约化、高密度、快速化的现代化饲养模式导致畜禽应激加重、病害频发,使其生产性能、繁殖性能、免疫性能下降,从而导致畜产品品质下降,影响经济效益。因此,企业通常在饲料中添加低于治疗剂量的抗生素以预防常见疾病和促进养殖动物生长,以此达到提高生产效率和维持动物健康的目的。然而,自2020 年7 月1 日起,我国禁止在饲料中添加抗生素,因此应用新型绿色抗氧化剂来维持肉鸡机体氧化还原系统的平衡,减少氧化应激对生产造成的危害已成为研究热点。

绿原酸(Chlorogenic acid,CA)是饮食中常见的一种酚酸类物质,因其抗氧化特性备受关注。研究表明,在动物体内,绿原酸可以通过增强抗炎活性、抑菌活性、抗氧化活性和调节脂质代谢等生物功能来提高畜禽生长性能、免疫和肠道屏障功能;也有研究表明绿原酸在体外对细菌有抑制作用。绿原酸不仅可以通过其化学结构来清除体内的ROS 自由基,还可以通过调控信号通路(Nrf2/ARE、Nrf2/HO-1)及FOXO 家族基因等,加强机体的抗氧化防御体系。因此,在畜禽生产中绿原酸能作为一种新型的绿色抗氧化剂替代抗生素和激素类药物。

一、绿原酸化学结构及特性

绿原酸是由咖啡酸和奎宁酸生成的酚酸,是植物体在有氧呼吸过程中生成的一类苯丙素化合物。化学通用名为3-咖啡酰奎宁酸,系统名为1,4,5-三羟基环己烷甲酸3-(3,4-二羟基肉桂酸)或3-(3,4-二羟基肉桂酰基)奎宁酸,分子量为354.31,化学式为C16H18O9,分子式包含酯键、不饱和双键和多元酚。绿原酸在水中溶解度不大,且随着温度上升溶解度升高,25℃时其在水中溶解度约为4%,其与水形成的半水合物为针状结晶。绿原酸难溶于亲脂性有机溶剂氯仿、乙醚、苯等,微溶于乙酸乙酯,易溶于水、醇等;常温下为固体,颜色呈淡黄色。据报道,多种植物含有绿原酸,但由于在提取过程中分子内的酯基发生迁移及水解,绿原酸存在多种同分异构体,其中,单咖啡酰奎宁酸(1分子咖啡酸和1 分子奎尼酸之间形成的酯)和二咖啡酰奎宁酸(2 分子咖啡酸与1 分子奎尼酸之间形成的酯)较为常见,如新绿原酸(5-咖啡酰奎宁酸,5-CQA)、隐绿原酸(4-咖啡酰奎宁酸,4-CQA)、绿原酸(3-咖啡酰奎宁酸)、异绿原酸A(3,5-DICQA,3,5-二咖啡酰奎宁酸)、异绿原酸B(3,4-DICQA,3,4-二咖啡酰奎宁酸)、异绿原酸C(4,5-DICQA,4,5-二咖啡酰奎宁酸)及莱蓟素(1,3-DICQA)等。在以上由植物提取的绿原酸类物质中,绿原酸占绝大多数。

二、绿原酸来源

绿原酸类物质分子结构复杂,合成成本高昂,至今未见大规模化学工业合成生产的报道。然而,在自然界中绿原酸却来源广泛,主要被发现存在于高等双子叶植物和蕨类植物中,例如菊科蒿属植物(如向日葵)、忍冬科忍冬属(如金银花)、杜仲科杜仲属(如杜仲),还存在于绿咖啡豆、土豆、苹果以及茶叶中。研究发现,不同植物所含绿原酸种类不同,例如甜叶菊中主要提取出的绿原酸种类为异绿原酸A 和C;而在茵陈中含量较高的则为1,5-二咖啡酰奎宁酸,随后才是绿原酸和异绿原酸A;在对金银花提取物分析中发现,绿原酸和异绿原酸A 占绿原酸类化合物的比例较高。同时,不同植物及同一植物的不同部位,在不同季节和环境下绿原酸的含量均会有较大差异。例如向日葵籽粒的绿原酸提取率仅为1.36%,而作为忍冬科植物的金银花,在特定提取条件下,其花、茎、叶绿原酸的提取率分别为6.67%、5.43%和4.80%;绿原酸类物质含量较高的巴拉圭绿茶叶片中提取率为8.70%~13.20%。有研究发现,杜仲叶片在春季的绿源酸含量高于秋季,各组织间绿原酸含量(约0.30%~4.60%)由高到低顺序为叶、雄花、皮、果。此外,有诸多研究发现,在蒲公英、苎麻、甘薯茎叶、菊花、咖啡等植物中也含有绿原酸类物质。

三、绿原酸生物学活性

(一)抗氧化活性研究

绿原酸类物质不仅可以通过其化学结构来清除体内的ROS 自由基,还可以通过调控信号通路(Nrf2/ARE、Nrf2/HO-1)及FOXO 家族基因等,加强机体的抗氧化防御体系。文献指出,绿原酸是一种强有力的酚型抗氧化剂,化学结构中含有的活性羟基,可抵消动物机体组织产生的自由基,从而达到良好的抗氧化效果。绿原酸能促进细胞蛋白激酶B(Protein kinase B,PKB)的磷酸化作用,增强叉头盒家族转录因子(Forkhead box O)表达,降低活性氧对骨髓干细胞的破坏。此外,绿原酸能提高内源性抗氧化酶(如GSH-Px、SOD 和CAT)的活性,抑制黄嘌呤氧化酶等的活性。

(二)抗菌及抗病毒作用研究

绿原酸可以通过抑制病原菌生长和促进有益菌生长来改善肠道健康。文献研究指出,绿原酸能有效抑制大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、肺炎杆菌及白色念珠菌等致病作用。其主要机制可能是通过破坏细菌细胞膜、抑制细菌细胞膜的形成、降低细胞壁刚度和减少靶向细胞内大分子物质等。在抗病毒方面,有关绿原酸作用的报道较少,有研究指出,绿原酸能够抑制单纯疱疹病毒、猪蓝耳病毒、猪细小、鸭乙型肝炎、H5N1 等病毒的复制。

(三)免疫调节与抗炎活性研究

绿原酸对生物体免疫反应有一定的调节作用,可以通过抑制免疫细胞和免疫因子并活化免疫抑制因子等一系列活动起到抗炎和免疫调节作用。研究表明,绿原酸可以通过提高IL-2R 和IFN-γ 的基因表达,促进T 细胞、巨噬细胞和NK 细胞的活力,也可以通过调节钙调磷酸酶来增加巨噬细胞的作用效果;还可以通过调控白细胞介素8(IL-8),从而抑制由TNF-α 与H2O2引起的肠上皮细胞炎症反应。还有文献指出,绿原酸能够缓解免疫细胞的程序性死亡和增强细胞因子及趋化因子的释放能力,以此来提高动物体的免疫能力。

(四)调节糖脂代谢

绿原酸可以改善动物体的糖脂代谢功能。研究表明,绿原酸能减缓肝糖原的代谢速度,同时也是胰脂肪酶的抑制因子之一,因此,绿原酸对肥胖和糖尿病有一定的干预作用。绿原酸还可以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能力,有利于降低机体脂肪沉积,减少肝脏和血液中的脂肪含量。

四、绿原酸在畜禽养殖中的应用

杜仲、金银花等提取的绿原酸和绿原酸类物质,因不含有抗营养因子,对益生菌、益生素等无不良影响,在畜禽类替抗过程中发挥了重要作用。研究表明,饲料中添加绿原酸可以显著提高断奶仔猪的平均日增重,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。扶佳欢等研究发现,将绿原酸添入饲料可以改善肉鸡免疫性能和肠道菌群结构,且与益生菌配合添加效果优于其单独添加,说明绿原酸可强化益生菌对肉鸡肠道健康的作用效果。Chen 等研究发现,绿原酸可以降低肠黏膜组胺和胰蛋白酶含量,增加炎症抑制因子表达,抑制肠上皮细胞过度凋亡,提高机体免疫防御作用。张瑞仙研究发现,用1%~2%杜仲叶和金银花饲喂蛋鸡,可以提高蛋鸡的机体免疫力,降低热应激对蛋鸡生产性能的影响,增加蛋鸡产蛋率,降低胆固醇含量,改善蛋黄风味。刘英研究发现,在断奶仔猪饲料中添加0.3%绿原酸,血浆中GSH-PX、CAT 的活性显著增加。郑家宽研究发现,饲料中添加250 mg·kg-1的绿原酸,可以提高肉鸡生长性能,降低料重比,同时还可以调节肉鸡盲肠微生物中的优势菌群丰度,提高肉鸡肠道健康。潘亚丽在对肉雏鸡的研究中指出,胚蛋注射绿原酸可以提高孵化雏鸡的抗氧化能力,以及后期盲肠中厚壁菌门和乳杆菌属细菌的相对丰度。

五、结论

绿原酸是一种无污染、无残留的绿色饲料添加剂,因其具有较强的抗氧化性能,备受关注。绿原酸单独或与其他微生态制剂复配应用于饲料,对畜禽的生长、抗氧化性能和免疫能力具有一定的促进作用,同时也具有改善畜禽肠道健康和微生物组成的作用。然而,绿原酸种类与用量、基础饲料成分、肉鸡生长阶段、养殖环境的不同,可能导致绿原酸应用效果的不同。随着相关研究的进一步深入,绿原酸类物质在畜禽养殖业中的应用会越来越广泛。

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