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植物性饲料添加剂及其对瘤胃发酵调控的影响

2019-01-22 20:17 荷斯坦奶农俱乐部网访问量：993 [ 字号：大 中 小 ]

宋振帅王新建王灏殷聪聪地绿康（中国）生物技术有限公司

精油，皂苷和辛辣物质等纯天然的植物活性组分具有抗氧化、抑菌、促进营养物质吸收和提高免疫性能等作用。瘤胃发酵参数调控在反刍动物营养研究中占有重要地位。目前关于纯天然的植物性饲料添加剂在反刍动物中的作用机理研究较少，因此本文就植物性饲料添加剂及其对瘤胃发酵参数的调控进行了论述，以完善植物性饲料添加剂在反刍动物中的作用模式，进一步促进植物性饲料添加剂在反刍动物中的推广应用。

随着人们生活水平的日益提高，对畜产品品质的要求也在逐步提高，消费者越来越倾向于选择绿色无公害的食品。而当前畜牧业中抗生素的使用及其产生的耐药性已引起广泛关注。因此，减抗及无抗养殖已经成为当前中国畜牧业研究的热点，纯天然的植物类添加剂在确保畜产品安全性的同时，亦可在调控瘤胃发酵，改善反刍动物生产性能方面发挥着重要作用。

目前植物类添加剂的种类很多，其工艺不同活性成分的含量亦不相同，常见的植物添加剂种类有：人工合成的天然等同物、植物提取物（Botanical extracts），中草药饲料添加剂（Traditional Chinese Herbs）以及植物性饲料添加剂（Phytogenic Feed Additive，简称PFA），其中奥地利地绿康生物技术有限公司（Delacon Biotechnik GmbH）于上世纪80年代最早提出了PFA这一概念（H.Dedl,1984）。PFA具有以下特点：（1）纯植物提取（并非人工合成）；（2）明确的成分组成；（3）对人和动物没有任何毒副作用；（4）能改善动物的生产性能，提高动物产品品质。爱吉福是地绿康针对反刍动物的生理特点设计的纯天然的植物性饲料添加剂，其是由三种纯天然的植物组分植物精油、皂苷及辛辣物质复配而成的植物性饲料添加剂，本文以此为基础，简要介绍植物性饲料添加剂在反刍动物中的应用。

植物性饲料添加剂组分简介

植物精油

植物精油是通过蒸汽蒸馏等方式从植物的挥发性成分中得到的混合物。植物精油中活性成分主要包括萜烯类化合物和苯丙类化合物。萜烯类化合物含有一个异戊二烯单元的五碳结构，在此化合物中，大多数精油的最主要成分是单萜（如香芹酚）和倍半萜类。苯丙类化合物中常见的精油成分为肉桂醛。

皂苷

皂苷是苷类的一种，由皂苷元和糖、糖醛酸或其他有机酸组成。组成皂苷的常见糖有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖及其他戊糖类，而糖链的结构差异决定皂苷的多样性和复杂性，根据皂苷水解后生成皂苷元的化学结构可分为2大类：甾体皂苷和三萜皂苷。甾体皂苷一般由27个碳原子组成，而三萜皂苷大多由30个碳原子组成，其又可分为四环三萜皂苷和五环三萜皂苷，其中以五环三萜最为常见。

辛辣物质

辛辣物质是具有辛辣刺激性气味物质的总称，常见的有：辣椒碱，大蒜素，姜辣素等。

辣椒碱是辣椒中极度辛辣的香草酰胺类生物碱，其又称为辣椒素或者辣素，化学名称是反-8-甲基-N-香草基-6壬烯基酰胺，可被水解为香草基胺和癸烯酸。大蒜素又称蒜素，其化学名称为二烯丙基三硫醚。纯品大蒜素为无色油状物，具有强烈的大蒜味。大蒜辣素化学名称为2-丙烯基硫代亚磺酸烯丙酯，大蒜辣素呈液体状，具有较强的辛辣气味。姜辣素是生姜中辣味物质的总称，是由多种物质组成的混合物，其化学结构中均含有3-甲氧基-4羟基苯基官能团。根据官能团所连接脂肪酸链的不同，姜辣素又可分为七类：姜醇类，姜酚类，姜酮类等。其中姜酚是姜辣素中主要活性成分。

植物性饲料添加剂组分的功能

抗氧化

植物性饲料添加剂中的精油组分因其特殊的结构可以在体内发挥抗氧化作用，目前对于精油抗氧化的机理主要分为两大类：直接作用和间接作用。直接作用指的就是含有酚类结构的精油诸如：牛至精油和百里香精油，其中酚类结构的羟基基团能作为脂肪氧化产生的过氧化物基团的氢供体从而延缓过氧化物产生。间接作用指的是不含酚类的精油，其可以通过刺激相关的信号通路促进抗氧化物酶的分泌，例如可以刺激NrF2-ARE通路，提高超氧化物歧化酶（SOD），谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等抗氧化物酶的基因表达。皂苷具有清除自由基[羟基、超氧、1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）]和螯合铁的能力，且抗氧化性随其皂苷浓度的增加而增强。Ippoushi等（2003）指出生姜可以抑制小鼠体内由有机磷杀虫剂诱导的脂质过氧化。

抑菌

精油中化合物发挥抑菌性并非单一模式，而是其中的不同组分协同作用致病菌不同位点发挥抑菌性，单萜酚类（百里香酚和香芹酚等）通过氢键与细胞膜相互作用增加细胞膜和线粒体通透性而破坏细胞膜，芳香质类（肉桂醛等）通过羰基结合蛋白质，阻碍重要的细胞酶-氨基酸脱羧酶作用。植物精油在精料中的添加量小于MIC添加量时，依然可发挥抑菌功效，这种抑菌作用主要是通过群体感应抑制效应实现的。皂苷对真菌有强毒性，皂苷能有效抑制大肠杆菌和枯草芽孢杆菌，其对细菌的抑制作用比真菌更强。辣椒碱能有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等致病菌，而且酸碱度和温度对其抑菌效果没有影响。研究指出大蒜素和抗生素有相似的杀菌效果，可以对葡萄球菌、链球菌等致病菌有明显的抑制作用。

促进营养物质消化吸收

精油组分可以通过促进胆汁等消化液和粘液的分泌来改善肠道功能，并提高消化酶活性。辣椒碱作为辣椒中极度辛辣的物质，其可以促进动物消化液分泌，促进食欲，增强血液循环。辣椒能促进动物生长提高饲料效率。大蒜素因其具有浓郁的大蒜香味，既可以改善动物的适口性亦能有效掩盖某些饲料原料的不良气味，大蒜素还可以加速胆汁的分泌，提高动物体内消化酶的活性。

植物性饲料添加剂对瘤胃发酵参数的影响

对挥发性脂肪酸的影响

挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acid, 简称VFA）对反刍动物十分重要，因其能量利用方式与单胃动物不同，主要依靠糖异生作用获得能量。乙酸是反刍动物乳脂合成的主要前体物质，丙酸则是反刍动物糖异生的主要前体，占葡萄糖合成原料的80%~90%。有研究指出茶皂素可以增加瘤胃总挥发性脂肪酸的含量，并且改变其比例；1500mg/L的混合精油能升高瘤胃中总挥发性脂肪酸的浓度；大蒜提取物可以改善瘤胃发酵类型，增加丙酸比例。如图1所示，INRA(2014)试验也指出由精油、皂苷及辛辣物质三种纯天然植物成分组成的植物性饲料添加剂既能增加瘤胃中挥发性脂肪酸的产量也能改善挥发性脂肪酸的比例，这与皂苷可减少瘤胃中原虫的数量有关。

图1植物性饲料添加剂对瘤胃中挥发性脂肪酸产量的影响（数据源自INRA/地绿康,2014）

对氨及蛋白质的影响

反刍动物因其瘤胃微生物的存在，使其对蛋白质的消化与单胃动物不同。瘤胃微生物将饲料中的蛋白质分解，供自身生长繁殖需要，合成微生物蛋白供宿主使用，因此瘤胃内主要存在两种蛋白质：未降解饲料蛋白和微生物蛋白。这两种蛋白质都容易被瘤胃微生物脱氨，产生的氨部分作为氮源用以微生物生长，大部分经过血液运输到肝脏，进而合成尿素，虽然其中一部分能通过瘤胃氮素循环重新回到瘤胃，但大部分会被排除体外。目前瘤胃内产氨的微生物主要是原虫和细菌，原虫又被认为是氨的净生产者。植物类添加剂产品可以作用于原虫和细菌，减少氨的产生，提高氮的利用效率。皂树提取物可以降低奶牛和绵羊中氨的浓度，丝兰皂苷具有减少氨浓度的作用。1000mg/L的百里香精油能降低瘤胃中氨态氮的浓度，20μL/L的牛至油和肉桂油等能显著降低氨态氮的浓度。皂苷降低瘤胃中氨的原因在于皂苷可以减少瘤胃中原虫的数量，其可以与原虫表面中的固醇结合，使其丧失活性。植物精油能够减少氨态氮的原因是植物精油具有抑菌作用，可以杀灭瘤胃中的高产氨菌，所以两者可以协同作用，提高反刍动物对氮的利用效率。

对甲烷的影响

甲烷是温室气体的主要组成部分，反刍动物排放的甲烷既造成了饲料能量的损耗,也带来了相应的环境问题。茶皂素可以显著降低甲烷产量，0.12g/kg的丝兰提取物可以降低绵羊的甲烷产量。400mg/L的百里香酚可以显著降低甲烷的生成；大蒜提取物能将甲烷产量降低至64%~74%。在反刍动物体内，产甲烷菌中的10%~20%是与原虫存在共生关系的，而且在甲烷生成的过程中还需要氢供体的存在。目前关于植物性饲料添加剂减少甲烷产生的主要原因可能是，皂苷等植物组分可抑制原虫活性，进而减少产甲烷菌的数量；精油、皂苷、辛辣物质等植物类组分亦可改变瘤胃发酵模式，增加丙酸比例，瘤胃内丙酸合成也需要底物氢，丙酸数量增加底物氢数量减少，进而减少反刍动物甲烷产量。

表1 植物性饲料添加剂对奶牛生产性能的影响

指标	台湾	法国	美国	台湾	德国	平均
产奶量 (kg/day)	+1.1	+0.7	+1.1	+1.7	+0.7	+1.1
ECM (kg/day)	+0.9	+0.7	+1.1	+1.3	+1.4	+1.1
乳蛋白 (%)	+0.03	+0.09	=	+0.02	+0.01	+0.05
乳脂 (%)	-0.07	0.11	-0.02	-0.24	0.13	-0.02
SCC (10³/ml)	-75.9	-204		-27	36	-68