植物黄酮的生物活性及其在畜禽生产中的应用_岳稳.pdf

2023(15):31-35专论与综述收稿日期:2022-12-29;修回日期:2023-03-17基金项目:福建省人民政府 中国农业科学院农业高质量发展超越“5511”协同创新工程项目(XTCXGC2021012;XTCXGC2021019);福建省农业科学院自由探索科技创新项目(ZYTS202226)作者简介:岳稳(1995),男,研究实习员,硕士,研究方向为畜禽健康养殖关键技术与疫病防控,.通信作者:陈鑫珠(1985),女,副研究员,博士,研究方向为 动 物 营 养 与 饲 料 资 源 的 开 发 利 用,010622051 .DOI:10.13881/ki.hljxmsy.2022.12.0196 植物黄酮的生物活性及其在畜禽生产中的应用 岳 稳,缪伏荣,刘 景,陈鑫珠(福建省农业科学院 畜牧兽医研究所,福州 350013)中图分类号:S816.75文献标识码:A 文章编号:1004-7034(2023)15-0031-05摘 要:植物黄酮可从多种植物中提取获得,品种多样,来源广泛,因其具有抗菌、抗氧化和可增强动物机体免疫功能等优点,在动物养殖生产中受到越来越多的关注,用量不断提高。文章综述了植物黄酮的生物活性及其在畜禽生产中的应用,以期为其在畜牧生产中的广泛应用提供参考。关键词:植物黄酮;生物活性;畜禽;生产;应用 抗生素因具有促生长、抗菌、抗炎等优点,曾作为饲料添加剂被广泛应用于畜禽生产中,但随着药物残留和细菌耐药等问题的不断出现,很多国家和地区逐步出台法律法规禁止和限制抗生素在养殖过程中的使用1。我国农业农村部在第 194 号公告中规定,从2020 年 7 月 1 日起饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂(中药类除外)的商品饲料。植物黄酮广泛存在于自然界中,是一种具有抗菌和抗氧化功能的天然化学物质2-3,其作为一种安全有效的饲料添加剂在畜禽生产中具有良好的应用前景。目前主要通过有机溶剂提取法、微波提取法、超声提取法、半仿生提取法、酶提法、蒸气爆破法、超临界 CO2萃取法和亚临界流体萃取法等方法提取植物黄酮,再采用柱层析色谱法和膜分离法等方法分离纯化4。本文综述了植物黄酮的生物活性及其在畜禽生产中的应用研究进展,以期为植物黄酮在畜禽生产中的应用提供参考。1 植物黄酮的生物活性植物黄酮具有抗炎、抗菌、抗氧化、抗癌和雌激素样作用等活性,具有功能多样且毒副作用小的特点,可增强动物免疫功能,提高生产性能及提升畜禽产品品质等。1.1 抗炎付依依等5研究结果表明,大果沙棘黄酮能够显著增加细胞吞噬能力及抑制 Raw264.7 细胞内一氧化氮(NO)、白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-(TNF-)和环氧合酶-2(COX-2)的产生,通过调控细胞因子和炎症因子分泌而抑制炎症反应。王翠芳等6研究结果表明,经 35%、75%乙醇洗脱的沙葱黄酮可通过提高小鼠腹腔巨噬细胞活性、调控细胞因子及炎症因子的分泌发挥抗炎作用。Li Y.L.等7研究结果表明,三叶青黄酮的干预降低了 c-Jun 氨基末端激酶(JNK)和 p38 的磷酸化表达,并伴随着 Nrf2和 FoxO1 下调,减轻了炎症引起的 RAW264.7 巨噬细胞系的氧化损伤。1.2 抗菌吴萌萌等8研究结果表明,苦荞麸皮黄酮粗品及精品对大肠杆菌、志贺氏杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌、肠球菌等 6 种常见致病菌均有一定的抑制作用,其中对金黄色葡萄球菌的抑制作用最强。刘思佳等9研究结果表明,紫苏黄酮对4 种供试菌均有一定的抗菌效果,抗菌活性顺序由强至弱分别为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌和霉菌。章烨雯等10研究结果表明,白眉草总黄酮提取物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有较强的抑制作用,对大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为 12.5 g/L,最小杀菌浓度(MBC)为 25 g/L;对金黄色葡萄球菌的 MIC 为25 g/L,MBC 为 50 g/L。李新明等11研究结果表明,大枣黄酮提取物能够抑制大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、副溶血性弧菌、肉毒杆菌、化脓性链球菌、铜绿假单胞菌和枯草芽孢杆菌的生长,且对大肠杆菌和沙门氏菌的抑制效果最好。1.3 抗氧化动物机体内的自由基是一种正常的代谢产物,主要来自于酶促反应与非酶促反应,当机体的自由基氧化与抗氧化防御系统的动态平衡失调时,则会直接或间接地对机体造成危害12。黄酮类物质是一种天然抗氧化剂,其化学结构中包含容易被自由基夺走的电132023(15):31-35专论与综述子,从而能够有效防止自由基引发的氧化反应13-14。龚频等15对野葛总黄酮的 DPPH 自由基清除能力、OH 自由基清除能力、总还原能力进行测定,发现在一定浓度范围内,其抗氧化能力随着野葛总黄酮浓度的增大而增强。苏建青等16研究结果表明,刺五加总黄酮具有较强的清除体外氧化自由基的能力,对氧化损伤的 CEF 细胞具有保护作用,调节氧化损伤引起的总抗氧化能力(T-AOC),改变超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和丙二醛(MDA)含量。袁带秀等17研究结果表明,杜仲黄酮可有效缓解呕吐毒素引起的断奶仔猪氧化应激损伤,血清 SOD、GSH-Px 活性和 T-AOC 显著提高,血清 MDA 和活性氧(ROS)含量显著降低。张一涵等18研究结果表明,沙棘黄酮能够通过调节泌乳中期荷斯坦奶牛的抗氧化酶活性,提高抗氧化能力。不同浓度的竹叶黄酮可通过调控 Nrf2 信号通路中关键基因缓解热应激对人骨髓间充质干细胞(BMECs)的氧化损伤,可抑制 ROS 生成、减少细胞凋亡和线粒体损伤19。添加大豆异黄酮可提高体外氧化应激仔猪肠上皮细胞的抗氧化能力,并通过调控核因子 B(NF-B)和 JNK 信号通路抑制氧化应激诱导的细胞炎症反应20。陈浩瀚等21研究结果表明,与对照组相比,添加大豆异黄酮降低了仔猪血浆 MDA 含量,提高了过氧化氢酶活性,显著改善了血浆抗氧化指标。肖凡等22研究结果表明,大豆异黄酮可显著提高荷斯坦犊牛血清 GSH-Px、SOD 活性和 T-AOC,降低 MDA 含量,提高抗氧化能力。1.4 抗癌植物黄酮一方面通过上调 caspase 家族中的促凋亡蛋白含量或下调抑凋亡蛋白含量引起细胞凋亡;另一方面通过影响细胞周期蛋白的表达,诱导细胞周期阻滞,最终抑制癌细胞增殖23。李晓等24研究了无花果叶类黄酮促进癌细胞凋亡的机制,发现无花果叶类黄酮可以抑制细胞发育,将大部分细胞周期阻滞在S 期,少量阻滞在 G2 期;细胞线粒体膜电位明显下降,促细胞凋亡基因 Bax 和 p53、细胞周期调控基因E1F2 表达量显著提高,降低抗凋亡基因 Bcl-2 及细胞周期相关基因 Cyclin D1 和 CDKs 的表达量。李辉敏等25通过体外抗肿瘤活性试验发现,刺头复叶耳蕨中的总黄酮可引起肝癌细胞 Hep G2 的凋亡。1.5 雌激素样作用在日粮中添加染料木黄酮能够激活下丘脑-垂体-性腺轴,增强卵巢组织抗氧化性能及生殖激素的分泌功能,提高产蛋后期种母鸡的繁殖性能26。王永霞等27研究结果表明,菟丝子总黄酮对卵巢早衰大鼠的卵巢功能有明显的恢复作用,可提高卵巢早衰大鼠的卵巢重量、卵泡数量和雌激素水平,对卵巢早衰有明显疗效。2 植物黄酮结构式及提取纯化方法植物黄酮是黄酮类化合物中最大的一个亚类之一,其特征是黄酮骨架中的 C-2 和 C-3 之间存在双键,并且具有不饱和的 C-3 链,其结构见图 128。图 1 植物黄酮结构图Fig.1 Flavonoids structure diagram提取植物黄酮的方法主要有有机溶剂提取法、微波提取法、超声提取法、半仿生提取法、酶提法、蒸气爆破法、超临界 CO2萃取法和亚临界流体萃取法等。有机溶剂提取法常以乙醇、甲醇和丙酮作为溶剂,成本低,操作简单,但由于耗费时间长、效率低及提取物活性损失较大,不适用于工业生产;微波提取法工艺简单、提取效率高,但萃取温度高易破坏有效成分;超声提取法应用常压操作、工艺安全、提取效率高,但大规模生产中可能因罐体直径大出现超声空白区而导致提取失败;半仿生提取法设备简单、提取效率高,但提取温度较高易造成有效成分失活;酶提法条件温和,催化速度快,但酶易失活;蒸气爆破法不需使用有害的化学物质和溶剂即可提取,但容易破坏黄酮化合物机构;超临界 CO2萃取法安全性好、无有机溶剂残留,但对设备要求高、能耗大,不适于大规模生产;亚临界流体萃取法无毒、环保、低能耗,但设备成本高,且有一定局限性。分离纯化植物黄酮的方法主要包括硅胶柱色谱法、葡聚糖凝胶柱色谱法和膜分离法等。硅胶柱色谱法操作简单、应用广泛,但洗脱时易受金属离子干扰、分离能力低;葡聚糖凝胶柱色谱法淋洗速度快、可反复使用,但洗脱时易受酚羟基数量和分子量影响;聚酰胺柱色谱法成本低、容量大、分离效果好,但周期较长、死吸附较大;膜分离法较为环保、操作简单、应用较广,但膜的分离性会随时间的延长而降低4。3 植物黄酮在畜禽生产中的应用植物黄酮在畜禽生产中的应用广泛,可提高畜禽生长和繁殖性能及抗氧化能力,增强免疫功能,改善肉品质和蛋品质,并且能缓解低蛋白日粮对生长猪造成的不良影响。3.1 植物黄酮在肉鸡生产中的应用唐子婷等29研究结果表明,辣木叶粗黄酮可以提高天府肉雏鸡生长性能、免疫功能,调节肠道菌群232023(15):31-35专论与综述和改善抗氧化功能,且添加 120 mg/kg 时效果最佳。在 AA 肉仔鸡日粮中添加艾蒿黄酮可以提高平均日增重,显著降低滴水损失和剪切力,改善肉品质30。刘博等31研究结果表明,在日粮中添加 10 mg/kg 葛根总黄酮对提高 AA 肉鸡生长性能的作用明显,添加250 mg/kg 和 1 250 mg/kg 葛根总黄酮有改善肌肉色泽和嫩度的作用,肉品质随着日粮中葛根总黄酮添加水平的提高显著改善。张锦玥等32对环磷酰胺导致免疫抑制肉鸡进行研究,发现竹叶黄酮可提高免疫器官指数和新城疫、H5 型禽流感抗体效价,一定程度上促进免疫抑制肉鸡的生长。宋扬等33研究结果表明,泡桐花黄酮粗提物能提高 AA 肉鸡的生长性能、屠宰性能和肉品质及饲料利用率,降低生产成本,且以添加 0.4%的泡桐花黄酮粗提物效果最佳。陈咏然等34在 AA 肉鸡高能量日粮中添加染料木黄酮,结果发现染料木黄酮能调控胆固醇代谢关键因子SREBP-2 及其下游因子 HMGCR、LDLr 和 CYP7A1等基因 mRNA 的表达,从而调节这些因子的蛋白质含量和活性,抑制胆固醇合成,促进胆固醇代谢,维持机体胆固醇水平的动态平衡,减少肉鸡血清、肝脏胆固醇合成和沉积。王小宁等35研究结果表明,添加不同浓度的飞机草总黄酮对 AA 肉鸡日均增重、料重比、胸肌率的影响显著,添加 400 mg/kg 的飞机草总黄酮对肉鸡胸腺指数、法氏囊指数、免疫球蛋白 G(IgG)、分泌性免疫球蛋白 A(SIgA)含量的影响显著。3.2 植物黄酮在蛋鸡生产中的应用田何芳等36在产蛋后期京粉 1 号蛋鸡日粮中添加 10 mg/kg 大豆异黄酮,发现其可提高蛋壳品质,增强血浆抗氧化功能,显著增加了蛋壳厚度、蛋壳强度、血浆钙和磷含量及血浆中 GSH-Px 活性。杜晓霞等37研究结果表明,在日粮中添加槲皮黄酮可以提高蛋鸡的生产性能,改善蛋黄氧化稳定性,提高鸡蛋新鲜度,延长保质期。肖蕴祺等38研究结果表明,大豆黄酮能提高如皋黄鸡蛋鸡产蛋率和哈氏单位,试验组血浆雌激素含量显著高于对照组,卵泡刺激素含量显著低于对照组,可改善产蛋后期皋黄蛋鸡生产性能、蛋品质及血浆激素含量。曹满湖等39研究结果表明,在日粮中添加大豆异黄酮能显著提高产蛋后期蛋鸡产蛋率,改善卵巢机能,促进卵泡的发育和增加成活量,其作用原理可能为雌激素和-内啡肽直接作用于卵巢,大豆异黄酮提高了这两种激素水平,增加了卵黄蛋白质的贮备量,为促进卵泡数目的增多提供了能量。丰源等40研究结果表明,在 4956 周龄海兰褐蛋鸡日粮中添加 10100 mg/kg 桑叶黄酮对改善产蛋量和生殖激素水平的效果较好,能提高产蛋率、蛋形指数、排卵后卵泡数量、输卵管重量,以及降低腹脂率。张硕等41研究结果表明,在日粮中添加500 mg/kg 竹叶黄酮可提高仙居鸡机体抗氧化能力和免疫功能,调节肝脏抗氧化能力和脾脏免疫相关基因的表达,与包膜丁酸钠复合添加无协同作用。3.3 植物黄酮在水禽生产中的应用黄芪黄酮可降低绍兴鸭胸腺组织中 Bcl2 基因的表达 量,提 高 caspase 3、诱 生 型 一 氧 化 氮 合 酶(iNOS)、COX-2、干扰素(IFN-)、IFN-、IL-1、TNF-、视黄酸诱导基因 1(RIG-1)、Toll 样受体 3(TLR3)和 TLR7 基因的表达量,在其天然免疫中发挥重要的调控作用42。杨汝才等43研究结果表明,在基础日粮中添加适量的辣木黄酮可提高 128 日龄蛋雏鸭的饲料利用率、免疫及抗氧化功能。杨净净等44将黄芩苷、淫羊藿黄酮、野菊花黄酮及适量助溶剂制成黄酮复方,研究其对鸭病毒性肝炎的治疗效果,结果该复方能够改善受感染雏鸭肝脏和血浆中各项氧化损伤评价指标,减轻氧化应激导致的机体损伤,显著减轻染病雏鸭的肝损伤,显著提高炎症因子和肝细胞生长因子(HGF)的分泌水平及染病雏鸭的存活率45。大豆异黄酮能显著提高咔叽-康贝尔鸭小肠黏膜的免疫功能,增加小肠黏膜内淋巴细胞数量46。栾新红等47-48研究结果表明,适量的大豆黄酮可增加产蛋初期豁眼鹅的蛋重,提高鹅蛋受精率和蛋品质,改善蛋黄颜色;在一定程度上影响产蛋期豁眼鹅的脂肪代谢,提高血清总蛋白和葡萄糖含量,稳定血清钙含量。在日粮中添加 0.05%沙棘黄酮可改善 514 周龄广西小麻鸭的肉品质,调节脂质代谢,提高抗氧化能力和免疫力49。3.4 植物黄酮在牛羊生产中的应用肖凡等50-51将大豆异黄酮添加至荷斯坦犊牛基础日粮中,结果表明 600 mg/d 的大豆异黄酮可显著提高犊牛血清生长激素(GH)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)和甲状腺素(T4)和 IgA、IgG、IgM、IFN-、IL-1 和 IL-4 水平,降低生长抑素(GHRIH)水平,有效改善荷斯坦犊牛内源激素水平,促进生长、提高增重,降低腹泻率和血清 TNF-含量,提高犊牛免疫功能。添加桑叶黄酮可提高断奶前犊牛饲粮代谢能和氮的生物学价值,提高断奶后犊牛总能代谢率和氮的利用率,降低粪能和总排出氮量,同时具有改善瘤胃发酵的作用52。在日粮中添加 150 mg/d 大豆异黄酮有助于增加萨能种公羊采食量,促进体重增加,激活血清中 SOD和 GSH-Px 活性,增强机体抗氧化能力,上调血清中免疫球蛋白含量,增强萨能种公羊的免疫机能53。陈新丹等54研究结果表明,在妊娠后期及泌乳期母羊日粮中添加苷元型大豆异黄酮可有效减轻母羊的氧化损伤,提高初乳中免疫球蛋白含量,促进羔羊生长发育,且添加量以 30 mg/kg 效果更佳。在日粮中添加 2233 mg/kg 的沙葱黄酮可显著提高肉羊的平均日采食量和平均日增重,并显著降低料重比,从而332023(15):31-35专论与综述提高生产性能;可改善十二指肠、空肠和回肠的免疫机能,显著提高肠道免疫因子-防御素 sBD-1、sBD-2 基因的相对表达量55。在日粮中添加 11 33 mg/kg 沙葱黄酮可促进肉羊外周血淋巴细胞转化,并使细胞向 DNA 合成期转化,促进细胞分裂及细胞凋亡;显著提高体内抗氧化水平,且其效果具有时间和剂量依赖性56-57。在绵羊日粮中添加沙棘叶黄酮可以促进蛋白质合成,调节脂类代谢,增加细胞因子含量,提高免疫力58。3.5 植物黄酮在猪生产中的应用高歌等59研究结果表明,在日粮粗蛋白水平降低 3%时,生长猪的生长性能会降低,在低蛋白日粮中添加 75 mg/kg 大豆黄酮可提高抗氧化能力、改善激素水平和增加营养物质利用率,缓解低蛋白带来的不良影响。在日粮中添加大豆异黄酮可提高生长猪平均日增重,显著改善生长猪血清免疫水平、血浆抗氧化水平21。日粮中添加适量大豆异黄酮可提高母猪抗氧化能力和初产母猪的产仔能力60。王芳芳等61-62将葛根异黄酮添加至基础日粮中,可显著提高与泌乳相关激素的水平,提高母猪泌乳性能、血清中生长激素含量和抗氧化能力。Yuan X.X.等63研究结果表明,在成年母猪日粮中添加 25 mg/kg 大豆异黄酮可以提高母猪各项血液生理生化指标的水平,且无不良反应。4 小结植物黄酮在天然植物中分布广泛,具有抗炎、抗菌和抗氧化等多种生物活性,具有提高动物生长性能、繁殖性能和增强免疫功能等作用。但提取过程中存在着污染环境、成本高等问题,因此进一步优化提取工艺,在相对低廉的生产成本下提高效率和产量,并且减少环境污染,是实现植物黄酮产业化的关键。植物黄酮的种类和含量易受植物品种、生长时土壤条件和温度等多种因素的影响,主效成分因植物的来源不同而出现较大差异,质量稳定性较差,因此通过现代分析技术对不同批次和品种植物黄酮的主效成分进行表征,是对植物黄酮质量稳定性进行评价的有效方法。同时对于不同来源的植物黄酮,应进一步探究明确应用的物种、生长阶段及适宜添加量。此外,有研究表明植物黄酮可调控反刍动物瘤胃微生物生态系统,抑制甲烷生成,减少温室气体排放,未来有望开发成为有效的甲烷抑制剂。参考文献:1 张成岗.确保生物安全与发展生物经济的多维思考J.人民论坛 学术前沿,2022(14):37-46.2 ZHANG L L,LIANG E J,CHENG Y C,et al.Is combined medication with natural medicine a promising therapy for bacterial biofilm infection?J.Biomed Pharma,2020,128:110184.3 ZHI K,SUN Y,ZHAO H,et al.Self-assembled supramolecular material derived from traditional chinese medicine:injectable self-assembled natural product gel for drug delivery with biological activityJ.Mater Today Commun,2020,23:101149.4 徐赫,李荣华,夏岩石,等.黄酮类化合物提取、分离纯化方法研究现状及展望J.应用化工,2021,50(6):1677-1682.5 付依依,王永霞,李月,等.大果沙棘中黄酮的体外抗炎及抗氧化活性研究J.中国食品添加剂,2021,32(10):67-74.6 王翠芳,王特日格乐,丹妮,等.不同浓度乙醇洗脱沙葱黄酮对脂多糖诱导的小鼠腹腔巨噬细胞的抗炎作用J.动物营养学报,2019,31(1):342-350.7 LI Y L,CHU Q,LIU Y Y,et al.Radix tetrastigma flavonoid ameliorates inflammation and prolongs the lifespan of caenorhabditis elegans through jnk,p38 and nrf2 pathwaysJ.Free Radical Res,2019,53(5):562-573.8 吴萌萌,刘怡,严馨,等.苦荞麸皮黄酮提取物及有效成分的抑菌活性J.食品与生物技术学报,2021,40(11):77-83.9 刘思佳,邢钰彬,星萍,等.紫苏黄酮抗菌活性表征J.食品研究与开发,2021,42(23):163-168.10 章烨雯,臧青民,蒋德旗,等.白眉草总黄酮超声辅助提取工艺优化及抗菌活性研究J.中国饲料,2022(3):29-33.11 李新明,李群.大枣黄酮的抗菌与抗肿瘤活性研究J.农产品加工,2020(11 下):12-14.12 王梦竹,刘艳丰,张文举.紫花苜蓿黄酮类化合物对动物机体生理活性影响的研究进展J.中国畜牧兽医,2015,42(10):2688-2694.13 CHEN 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