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单宁酸的生理功能及其在畜禽生产中的研究进展

何子煜 张佩华

摘要:单宁是一种广泛存在于植物中的多酚类天然产物,从结构与活性上又分为水解单宁和缩合单宁。水解单宁因其独特的化学特性和生理活性,可作为添加剂在动物生产中运用,缩合单宁酸具有较强的抗营养吸收作用,被定义为饲料中的抗营养因子。本文主要介绍了单宁酸的营养作用,并整理了其在猪、鸡生产中的研究进展,
关键词:单宁,单宁酸,营养作用
长期以来,单宁这类物质一直被简单地视为一种抗营养因子,但近年来的研究表明,单宁中的水解单宁具有抗菌抑菌、抗氧化、抗炎症等作用,且在动物饲料中添加适当剂量的单宁酸能改善动物肠道微生态环境、促进动物生长、提高营养物质利用率。本文主要介绍了单宁酸的功能及在猪、鸡生产中的研究进展,为在实际养殖及生产中应用单宁酸提供建议与指导。
1 单宁介绍
单宁广泛存在于天然植物中体的叶、壳、果肉及树皮中,从结构与活性上又分为水解单宁和缩合单宁。
水解单宁主要存在于中国五倍子、石榴、漆树叶、黄栌、金缕梅树等植物的树皮与果实中,相对分子质量500—3000,由没食子酸酯或含糖基的鞣酸及其衍生物组成。单宁酸为重要的一种水解单宁,又称鞣酸,化学式C76H52046,结构如图l所示,它是具有特异微臭、味极涩的黄色或淡棕色轻质无品性粉末或鳞片,易溶于甘油,溶于水及乙醇,可水解为没食子酸、葡萄糖。单宁酸由于其多酚羟基的结构使得它有独特的化学特性和生理活性,大量研究表明单宁酸具有较强抗菌抑菌、杀灭病毒、抗氧化、收敛及提高动物生产性能的作用,可作为添加剂在动物生产中运用。
缩合单宁是由黄烷-3-醇(儿茶素)为单元构成的聚合物,主要存在于红豆草,百脉根属的长柄百脉根、小冠花属茎叶及葡萄皮、籽中,相对分子质量1900—28000,又名前花色素、多聚黄烷醇。缩合单宁酸具有较强的抗营养吸收作用,被定义为饲料中的抗营养因子。
2 单宁酸的生理功能及作用
2.1 收敛作用
单宁酸在猪肠道内有很强的收敛作用,使肠道蠕动减慢,减缓食糜在肠道中的移动,使得水分及营养物质被更好的消化吸收,从而减少断奶仔猪腹泻的发生。隋慧等(2013)在22日龄断奶仔猪饲料中添加以单宁酸为主要成分(含量80%)的植物提取物0.07%.并与添加0.04%的15%金霉素进行对比。试验结束时,相比金霉素組,单宁酸组仔猪腹泻率降低30.4%(p<0.05),对比得知添加以单宁酸为主要成分的植物提取物效果抗腹泻效果优于添加抗生素金霉素。安文亭等(2014)确定在仔猪日粮中添加1500g/t单宁酸,相比对照组能使仔猪腹泻率降低55.61%(p<0.05),进而死淘率降低75.03% (p<0.05)。表明单宁酸具有优良的抗腹泻效果,存在替代抗生素及高铜高锌的潜力。
2.2 抗菌抑菌
单宁酸通过破坏细胞壁结构、改变细胞膜通透性,使得其对药物的屏蔽作用减弱,再通过与细菌的酶和毒性蛋白等形成氢键作用,而使酶和蛋白质失去活性从而表现出抗菌抑菌效果.郑正男等(2015)报导,单宁酸对革兰氏阳性菌的抑制效果明显优于对革兰氏阴性菌,且其对藤黄微球菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌的最低抑菌浓度(MIC)分另0为0.19mg/mL、0.39 mg/mL和0.39 mg/mL,而防腐剂山梨酸钾对这三种菌的MIC均大于6.25mg/mL;此外,单宁酸对大肠杆菌、绿脓杆菌、青霉菌也有较好的抑制效果.最低抑菌浓度小于山梨酸钾对这几种菌的最低抑菌浓度。单宁酸抑菌效果明显,作用效果优于食品防腐剂山梨酸钾。尉骁等(2015)通过药敏试验,将试验所用的9种临床常见菌株分为多重耐药组和非多重耐药组,以探究单宁酸是否对多重耐药菌有抑制作用。抗菌结果表明,单宁酸对每种菌的多重耐药组和非多重耐药组抗菌活性差异不显著(p>0.05),说明对多重耐药菌株同样有抗菌活性。此外,单宁酸能抑制各类细菌生物膜的形成,在0.08mg/mL时,能显著减少细菌形成生物膜的数量(p<0.05),发挥抗菌抑菌作用。表明单宁酸具有治疗临床上“超级细菌”所导致的感染的潜力。
2.3 提高机体抗氧化能力
单宁酸有较强的体外抗氧化活性。经体外抗氧化实验测定,0.01mg/mL单宁酸纯品对DPPH,清除率为92.13%,清除效果好于同浓度的抗坏血酸;1.0mg/mL单宁酸纯品对OH,清除率为65.58%;单宁酸纯品IC50值为2.10μg/mL(屈恋等,2016)。魏海峰等(2011)建立糖尿病大鼠模型后,分别向腹腔注射高(30mg-kg-l·d-l)、低(20mg·kg-1·d-l)剂量单宁酸,给药10周。实验结果表明,与糖尿病模型组相比,单宁酸低剂量处理组大鼠血清中丙二醛(MDA)含量极显著降低(p<0.01),高剂量组血清中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性显著升高(p<0.05),且高、低剂量均极显著提高血清中总SOD活性(p<0.01)、显著提高过氧化氢酶(CAT)活性(p<0.05);进一步将大鼠肾皮质制成lO%组织匀浆评判抗氧化能力,发现单宁酸高剂量组肾皮质中MDA含量极显著降低(p<0.01),GSH-Px活性极显著升高(p<0.01),总SOD及CAT活性也有所升高(p>0.05)。庞树坤(2015)研究发现,随着育肥猪日粮中单宁酸添加量的增加,猪只血清中肌酸激酶(CK)含量呈降低趋势,T-SOD含量逐渐升高,且MDA含量均显著低于对照组。其中添加量为0.045%单宁酸组的猪血清中CK含量较对照组显著降低(p<0.05),T-SOD含量显著升高(p<0.05) ,MDA含量显著降低(p<0.05),说明单宁酸可有效清除体内氧自由基,提高抗氧化酶活性,降低体内氧化应激水平。
2.4 抗炎症
目前,与单宁酸抗炎症相关的实验研究很少,魏海峰等在2014年再次通过建立糖尿病大鼠模型,检验相关指标以研究单宁酸对炎性因子表达是否有抑制作用。结果表明单宁酸能降低糖尿病大鼠血清C反应蛋白(CRP)水平及肾组织细胞间黏附分子l (ICAM -1)、单核细胞趋化蛋白l(MCP-1)mRNA和蛋白的表达。推测单宁酸可能可通过减少单核/巨噬细胞在肾小球浸润,减轻糖尿病导致的肾脏的微炎症反应。
2.5 改善肠道微生态环境
饲料中添加一定量的單宁酸,能提高小肠吸收营养物质的面积、提高小肠内消化酶活性,从而有利于动物对营养物质的吸收。李茜等( 2016)证明在饲粮中添加单宁酸利于AA肉鸡的肠道发育,试验结果表明,在21日龄时,与对照组相比.0.20%单宁酸组十二指肠肠绒毛高度/隐窝深度显著升高(p<0.05)、空肠绒毛高度/隐窝深度差异达极显著(p<0.01)。42日龄时0.10%单宁酸组十二指肠绒毛高度显著升高(p<0.05),添加0.10%、0.15%单宁酸组绒毛高度/隐窝深度显著高于对照组(p<0.05),添加0.20%单宁酸组极显著高于对照组(p<0.01)。且添加单宁酸能有效提高小肠消化酶活性,其中添加0.20%单宁酸在42日龄时能显著提高小肠淀粉酶、胰蛋白酶活性(p<0.05),小肠脂肪酶活性也有所提高。单宁酸降低了肠道内pH、改善肠道内环境,进而使得肠道发育、小肠消化酶活性提高。孙展英等(2014)研究表明,在断奶仔猪日粮中添加1000mg/kg的单宁酸能提高仔猪消化酶活性。相比不添加单宁酸的对照组,添加0.1%单宁酸组胃蛋白酶活性提高37.5l%(p<0.05),淀粉酶活性提高44.03% (p<0.05),脂肪酶提高34.45% (p<0.05)。另有研究表明(李茜等,2015),在肉仔鸡基础日粮中分别添加0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的单宁酸,均可增加肉鸡盲肠内双歧杆菌、乳酸杆菌的数量,并抑制大肠杆菌的生长;其中添加0.1%单宁酸组相比对照组,双歧杆菌数量提高5.65%(p<0.05)、乳酸杆菌提高3.96% (p<0.05)、大肠杆菌数量减少7.07%(p<0.05);添加单宁酸也能降低鸡粪中氨气含量,以添加0.15%为最佳,相比对照组降低18.66% (p<0.01)。单宁酸调节肠道内环境,调整了菌群组成,同时减少氨气的生成。
2.6 提高营养物质消化率、提高动物生产性能
陈宝江等(2012)研究发现,添加适量单宁酸能明显改善肉鸡后期生产性能,且添加量1.5kg/t为最佳。相比对照组,在42日龄时,添加0.15%单宁酸组肉鸡平均体重增加10.65%(p<0.05),采食量添加14.39%(p<0.05),肉料比降低13.74%(p<0.05)。刘树栎等(2014)选用日龄相近、品种相同的60公斤左右生长育肥猪,在日粮中添加不同水平的单宁酸。结果表明,单宁酸在育肥猪日粮中适宜添加量为450g/t。与对照组相比,添加450g/t组猪采食量提高1.05%,日增重提高11.11%,料肉比降低8.76%,对能量利用提高4.30%,对蛋白质利用提高5.04%,对脂肪、钙、磷的利用也有所提高;此外,在断奶仔猪日粮中添加lOOOmg/kg的单宁酸可使粗蛋白表观消化率提高4.14%(p<0.05),粗脂肪观消化率提高10.08% (p<0.05)(孙展英等,2014)。
3 小结
自2006年欧盟全面禁止在动物饲料中添加抗生素以来,欧洲对单宁酸的研究一直处于领先水平,并已批准一些来源于甜栗木的单宁酸作为安全的新型饲料添加剂应用于动物饲料中。然而国内对单宁酸的研究较少、起步较晚,将单宁酸添加到动物饲料中的研究更少;并且国内大多教材直接将单宁这一类物质定义为了抗营养因子,没有对水解单宁和缩合单宁加以区分,一定程度上妨碍了对单宁酸的正确认识与开发应用。但大量试验证明,在饲料中添加一定剂量的单宁酸具有良好的促进动物生长、抗菌抑菌、改善肠道微生态环境、防止仔猪腹泻等作用。通过查阅大量文献,笔者推荐单宁酸在断奶仔猪饲料中添加剂量为1500g/t、在猪育肥阶段饲料中添加剂量为450g/t;在肉仔鸡(0—21日龄)饲料中添加剂量为1000g/t、21—42日龄肉鸡饲料中添加剂量为1500g/t。
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