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單寧酸作為抗生素替代品在動物生產中的潛力和挑戰

返回列表 來源：發布日期： 2019.11.18

包括單寧酸、皂苷和精油在內的天然植物化合物被廣泛認為是飼料中抗生素的天然替代品。單寧酸是一類多酚類化合物，廣泛存在于植物體內，具有抗菌、抗寄生蟲、抗病毒、抗氧化、抗炎，以及免疫調節等多種生物活性。因此，單寧酸是飼料中抗生素天然替代品的主要研究方向。植物單寧酸具有較強的蛋白質親和力，已成功應用于反芻動物營養中，減少瘤胃蛋白質的降解，從而提高蛋白質的利用率和動物的生產效率。在反芻動物日糧中加入含單寧酸的飼料還具有三個重要作用，即控制動物胃氣脹、腸道寄生蟲和致病菌。單寧酸在傳統上被認為是單胃動物和家禽的“抗營養因子”，但最近的研究表明單寧酸應用得當，改善了腸道微生物生態系統，增強了腸道健康，從而提高了生產性能。植物單寧酸作為飼料中抗生素替代品的適用性取決于許多因素，這些因素導致其觀察到的效果的巨大的可變性。

1、引言
在動物生產中抗生素促進生長已經使用幾十年，并被證明在提高畜禽生產效率方面是有效的。然而，人們普遍認為抗生素作為生長促進劑促進了動物中耐抗生素微生物的進化和/或選擇(Chattopadhyay, 2014)。在過去的幾十年里，人們做了大量的研究來尋找天然的抗生素替代品，植物化合物(或植物源化合物)已經被發現有很大的潛力 (Yang et al., 2015)。其中植物單寧受到了廣泛的關注，可能是目前研究最多的化合物，特別是對反芻動物。單寧的生物學活性和動物對膳食單寧的反應已得到廣泛的綜述，主要集中在動物營養和生產方面(Mueller-Harvey et al., 2006; Waghorn, 2008; Wang and McAllister,2011; Redondo et al., 201) 。本文在簡述植物單寧酸的一些重要化學特性和生物學特性的基礎上，重點介紹了單寧酸在動物的抗菌、抗寄生蟲和免疫調節等方面的應用進展。

2、單寧酸的化學結構
單寧酸是一種天然存在的多相酚類化合物，有不同的結構，具有結合和沉淀蛋白質的能力。單寧酸主要分為三大類:水解單寧酸(HT)，縮合單寧酸(CT) 也稱為原花青素和褐藻多酚(PT)。前兩組在陸生植物中發現，而PT只出現在海洋褐藻中( 圖1)。可水解的單寧酸由多酚核(通常為D-葡萄糖 )組成，多酚核與酚酸(主要為沒食子酸或六羥基二苯酸)酯化。HT 的分子量在500~3000 Da之間(Haslam, 1989)。它們容易被酸、堿或酯酶水解，因此容易在消化道中降解和吸收，并可能對食草動物造成潛在的毒性作用 (Dollahite et al.，1962;Mdeod, 1974)?？s合單寧酸是由黃烷-3-0單位組成的寡聚或聚合類黃酮，包括兒茶素、表兒茶素、沒食子兒茶素和表沒食子兒茶素。與 HT相比，CT的結構更為復雜，分子量更高1000~20000Da。與 HT不同，只有強氧化和酸性水解才能解聚不容易被厭氧酶降解的CT結構(McSweeney et al.， 2001)。PT是間苯三酚(1.3.5-三羥基苯 )聚合的產物，在結構上沒有陸地單寧(HT和CT)復雜 (Ragan and Glombitza, 1986)。PT的分子量為126 - 650 kDa (Targett and Amold, 1998) ，根據其化學結構可分為6類(Phlorethols, Isofuhalos, Ehole, Fucole,Fuhalols, Fucophlorethols) 。它們主要是通過丙二酸酯途徑合成的(Herbert, 1989)，雖然有其他合成途徑被提出(Chen et al.， 1997)。

單寧酸在植物界分布廣泛，尤其在營養價值重要的牧草、灌木、谷類和藥材中含量豐富(Salunkheet al.，1982: Wang et al.，1999) 。在香蕉、黑莓、蘋果和葡萄等許多水果中，以及茶中也發現有單寧酸(Nonaka et al., 1984: Bravo et al., 1992: Mertz et al.,2007; Mercurio and Smith, 2008; Kheng, 2010)。在飼料豆類，樹木和灌木中最常見的類型是濃縮單寧酸，在熱帶地區 HT通常存在于樹葉和灌木葉中(Min et al, 2003)。通常情況下，在植物最脆弱的地方單寧酸更豐富，例如，新的葉子和花(Terrill et al., 1992; VanSoest,1982; Frutos et al., 2004) 。PT集中在植體外皮層的細胞胞質中 (Ragan and Glombitza, 1986;魯德和克萊頓，2004: 柴田等，2004)。單寧酸的化學結構和濃度在植物種類、生長階段和生長條件(如溫度、光照強度、養分和暴露于食草環境) 之間有很大的差異 (Frutos et al., 2004: Amslerand Fairhead, 2006; Berard et al., 2011; Li et al., 2014; Huanget al.2017）。

3、單寧酸的生物活性
單寧酸是植物次生代謝物，是植物抵御病原體入侵和昆蟲侵襲的化學防御體系的重要組成部分。單寧酸具有許多生物活性，其中一些對現代食用動物生產最為重要，現綜述如下。

3.1抗菌性能

單寧酸的抗菌活性早已得到公認，單寧酸對細菌、真菌和酵母的毒性也有綜述(Scalbert. 1991)。到目前為止單寧酸抗菌活性機制包括抑制胞外微生物酶，剝奪微生物生長所需的基質，通過氧化磷酸化抑制微生物代謝，剝奪金屬離子或與引起細胞壁形態變化和膜透性增加的細菌形成細胞膜復合物(Scalbert, 1991; Liu et al., 2013) 。證據表明微生物細胞膜是單寧酸抑制作用的主要場所(Mcallister et al., 2005;Liu et al.,2013)，通過細胞聚合和細胞膜的破壞和功能(圖 2)。雖然蛋白質沉淀是所有單寧酸的普遍特性，但是單寧酸的抗菌活性是微生物種特異性的，與單寧酸的化學組成和結構密切相關。一般來說，單寧酸對革蘭氏陽性菌的抗菌活性大于對革蘭氏陰性菌的抗菌活性(Ikigai et al., 1993; Smith andMackie, 2004)，因為革蘭氏陰性細菌的外膜是由脂質雙層結構組成，脂質雙層結構由外膜的脂多糖和蛋白質組成，內層由磷脂組成。然而，從幾種植物中分離到的單寧酸，尤其是 CT單寧酸對革蘭氏陰性菌具有較強的抗菌活性。值得注意的是，大腸桿菌0157:H7、沙門氏菌、志賀氏桿菌、葡萄球菌、假單胞菌、幽門螺桿菌等病原菌均對單寧酸敏感(Funatogawa et al. ，2004: Doss et al.，2009;Banso and Adeyemo, 2010;Liu etal.，2013) 。Wang等(2013)比較12種單寧酸，發現僅從紫色草原三葉草中分離的 CT(Dalea purpurea Vent)和褐藻(Ascophylhum nodosum)中分離的PT具有較強的抗大腸桿菌和抗大腸桿菌 0157:H7活性。褐藻多酚的抗菌活性也高于CT和HT (Wang et al.， 2009)。已有研究表明，單寧酸氧化過程中羥基的數量和過氧化氫的釋放是影響單寧酸抗菌性能的兩個重要因素(Akagawa et al.，2003: Smith et al.2003:Mueller-Harvey, 2006) 。有研究表明，具有三羥基B環的黃酮醇(沒食子兒茶素) 對鏈球菌、梭菌、變形桿菌和葡萄球菌的抑制作用大于具有二羥基B環的兒茶素(Sakanaka等， 1985)。同樣，表兒茶素沒食子酸和表沒食子兒茶素酸對肉毒桿菌的毒性也大于它們的非沒食子對應物表兒茶素和表沒食子兒茶素(Okuda et al.，1985) 。由于單寧酸的來源廣泛其抗菌活性具有很大的多樣性，因此篩選和鑒定對目標微生物有效且特異的單寧酸將是一項連續不斷的研究工作。

單寧酸作為抗生素替代品在動物生產中的潛力和挑戰1

透射電子顯微圖，引自 Wang et al.(2009, 2013) 和Liu et al. (2013)

(A) 大腸桿菌(25922 株) 細胞培養10 h( 對照組) 、(B) 200 ug /ml 紫色牧場三葉草的濃縮單寧酸

(C) 大腸桿菌(3081 株) 孵化24 h( 對照組) 、(D) 50 ug / mL 酚類單寧酸

(E)50 ug / mL 可水解單寧酸、(F) 50 ug / mL濃縮單寧酸

3.2 抗寄生蟲性能

單寧酸的抗寄生蟲特性已在體內和體外的研究中得到證實。從豆類牧草中提取的濃縮單寧酸，如紅豆素、大三葉草、牛角花和蝶兒草等，以劑量依賴的方式降低了紅毛圓線蟲卵的孵化比例，抑制肺線蟲和胃腸道線蟲的發育呈劑量依賴性的方式(Molan et al ., 2000 a, 2000 b, 2002)。四種熱帶植物單寧酸提取物主要影響捻轉血矛線蟲和蛇形毛圓線蟲其幼蟲蛻皮過程(Alonso-Diaz et al.， 2008a, 2008b)。從白堅木 (Athanasiadou et al.，2001)、菊苣(Molan et al.，2003)和綠茶(Molan et al.，2004)中提取的單寧酸對幼蟲的遷移有明顯的抑制作用，且呈劑量依賴性。這些結果表明單寧酸的抗寄生蟲作用發生在寄生蟲生命周期的不同階段。在體外研究中觀察到的各種單寧酸的抗寄生蟲作用，在許多綿羊和牛的體內研究中得到證實(Paolini et al., 2003; Heckendorn etal., 2007; Chaweewan et al.,2015; Desrues et al., 2016)。

植物單寧酸的驅蟲機制已經被提出，“直接”作用寄生蟲細胞，通過1)減少感染性的第三階段幼蟲在宿主體內，從而減少宿主入侵,2)減少線蟲成蟲蟲卵排泄,3)降低第三階段幼蟲發育(Athanasiadou et al., 2001,2005;Brunet et al., 2008; Hoste et al., 2012)和通過“間接”作用提高宿主對線蟲的抵抗力(Coop and Kyriazakis, 2001; Min etal., 2003; Tzamaloukas et al., 2006; Pathak et al., 2016)。然而，與它們的抗菌活性相似，單寧酸的驅蟲效果也因單寧酸的化學成分和結構、寄生蟲種類或生長階段和/或宿主種類的不同而異(Hoste et al.， 2006,2012)。

3.3 抗氧化性能

天然酚類化合物長期以來被認為是有效的抗氧化劑(Rice-Evans et al.， 1995, 1996)，單寧酸的抗氧化性能在食品工業和醫學領域有著廣泛的應用，可預防心血管疾病、癌癥或骨質疏松癥等氧化應激相關疾病(Hollman and Katan, 1999; Scalbert etal., 2005)。結果表明，相對分子質量較高的CT和HT具有較強的抗氧化活性(Hagerman et al.1998)。羥基的數量和單寧酸的聚合程度被認為與清除自由基的能力有關(Ariga and Hamano,1990)，單寧酸中羥基最多最容易被氧化(Hodnick et al.,1988)，因此單寧酸具有最大的抗氧化活性。Ricci等(2016)證明，單寧酸作為天然抗氧化劑的有效性是由于其還原和氧化還原活性的復雜組合，這也有助于其清除自由基。

單寧酸作為潛在的生物抗氧化劑已在許多體外研究中得到證實(Ho et al., 1999; Lin et al., 2001Beninger and Hosfield, 2003: Barreira et al., 2008)。單寧酸在不同動物組織中的體內抗氧化活性也得到了證實。添加含有CT的飼料可以提高牛羊的血清抗氧化活性，從而改善牛羊的抗氧化狀態 (Dutta et al., 2012: Dey and De,2014; Huang et al.. 2015: Peng et al.. 2016)。在羊的日糧中添加白堅木單寧酸改善了肌肉 (Luciano et al., 2011)，肝臟和血漿 (López-Andrés et al., 2013)的抗氧化狀態，并通過在冷藏過程中延遲肌紅蛋白氧化來增強肉色的穩定性(Luciano et al., 2009)。由于HT在吸收前在胃腸道中被降解，而CT不能在消化道中被降解和吸收，因此很難解釋單寧酸作為完整的實體如何在動物體內發揮抗氧化活性。Lopez-Andres et al.(2013)發現白堅木單寧酸并未在胃腸道中降解或吸收，但是在綿羊肝臟和血漿的抗氧化能力增加，這說明CT可能間接影響動物組織的抗氧化狀態。單寧酸蛋白絡合已經表明單寧酸的抗氧化活性降低但沒有消除(Riedl and Hagerman, 2001: Arts etal., 2002)。據推測，膳食單寧酸可能會在消化過程中使其他營養性抗氧化劑得以保留，也可能在消化過程中保護消化道中的蛋白質、碳水化合物和脂質免受的氧化損傷(Marshall and, Roberts, 1990)。然而，單寧酸在動物組織中的抗氧化機制尚不清楚。這一領域還需要進一步的研究，因為提高抗氧化能力被認為是飼喂單寧酸對動物健康和性能的最大收益之一。

3.4 抗炎性能

單寧酸具有不同的抗炎活性 (Mota et al., 1985; Terra et al.,2007; Sugiura et al., 2013; Park et al.,2014)，與抗氧化活性呈正相關 (Gon?alves et al., 2005; Souza etal., 2007; Park et al., 2014)。體外研究表明，葡萄籽中的單寧酸通過調節細胞因子的表達可以降低低級別炎癥性疾病，如肥胖 (Terra et al., 2007; Chacon et al.,2009)。從黑樹莓籽中提取的CT具有抑制脂多糖誘導RAW264.7細胞產生一氧化氮(NO)(一種誘導炎癥的促炎介質)的能力，顯示了其抗炎活性(Park et al.,2014)。寬苞水柏枝單寧酸水解物對巴豆油致小鼠耳部水腫及膠原誘導的DBA/1小鼠關節炎均有明顯的抗炎作用(Liu et al., 2015a,b)。作者推測抗炎作用機制與清除自由基的能力有關，而不是HT對NO和促炎細胞因子產生的抑制作用。來源于A. nodosum和Ecklonia cava的褐藻多酚在抑制細胞因子釋放 (Dutot et al., 2012)、NO和前列腺素- E2產生的能力上也顯示出強大的抗炎作用(Wijesinghe et al., 2013)。需要指出的是，這一領域的研究大多是利用體外模型進行的。單寧酸在動物體內消化后的抗炎作用尚需在體內模型中進一步評價。

3.5 抗病毒性能

單寧酸已被證明對某些病毒有顯著的活性，例如…人體免疫缺陷病毒(HIV)，牛腺相關病毒和諾如病毒(Uchiumi et al., 2003: Dil Pasqualeet al. 2012: Zhang et al., 2012)。Yang等(2013)發現HT (訶子鞣酸)在體外具有相當大的抗71型腸道病毒活性，在小鼠模型中通過抑制病毒復制有效降低死亡率，緩解臨床癥狀。已經證明單寧酸對HIV-1的抑制作用通過作用于病毒逆轉錄酶(Tan et al . 1991)，蛋白酶(Xu et al ., 2000)，和整合酶(Au et al ., 2001)抑制HIV-1復制，或通過干擾gp41 sex-helix束形成(Liuet al . 2004)抑制HIV-1進入靶細胞。據報道，綠茶中的表沒食子兒茶素具有抑制丙型肝炎病毒(HCV)進入的作用(Ciesek et al.，2011; Calland et al., 2012)。Liu等(2015a,b)發現單寧酸(HT)抑制HCV進入和細胞間傳播，但不干擾細胞內HCV復制。三種HT (punicalagin punicalin andgeraniin)通過阻止cccDNA的形成和促進cccDNA的衰變，通過雙重機制抑制乙肝病毒ccDNA的生成(Liu et al.，2016)。Ueda等(2013)發現來源于柿子的單寧酸(Diospyros kaki)能顯著降低12種被測病毒的病毒感染性，而來源于綠茶、金合歡、五倍子的單寧酸只對部分病毒有效，蛋白質聚集似乎是柿子單寧酸抗病毒作用的基本機制。從E cava中分離的褐藻多酚對流感病毒神經氨酸酶(Ryu et al.,2011)，豬流行性腹瀉病毒(PEDV)和HIV-1 (Karadeniz et al.,2014)具有較強的抗病毒活性，其中豬流行性腹瀉病毒是通過抑制病毒進入和/或病毒復制(Kwon et al., 2013)。從Eisenia biclis分離的PT對小鼠諾如病毒(Eom et al.,2015)和人類乳頭狀瘤病毒(Kim and Kwak, 2015)也有類似的抗病毒活性。

以上信息表明，單寧酸具有不同的抗病毒活性，取決于化學成分和結構。雖然單寧酸的抗病毒方式不能完全理解，但是目前獲得的信息表明，抑制病毒吸附細胞，抑制病毒滲透進入細胞核和抑制病毒反轉錄酶可能是一些潛在的機制(Buzzini et al ., 2008)，單寧酸作為天然抗病毒制劑用于動物和家禽行業需要體內的研究進一步探索。

4. 單寧酸在反芻動物中的應用

單寧酸特別是CT廣泛分布于反芻動物經常食用的具有重要營養價值的牧草、喬木、灌木和豆科植物中。因此，CT對反芻動物營養、健康和生產的影響已被廣泛研究和綜述 (Frutos et al.. 2004:Mueller-Harvey. 2006; Waghorn 2008: Patra and Saxena, 2011; Wang et al., 2015)。濃縮單寧酸對反芻動物具有有益或有害的影響，這取決于反芻動物的食用量、種類和化學結構，以及其他飼料的組成，特別是飼料中CP濃度(Mueller-Harvev, 2006)。一般認為，在低-中(<50 g/kg DM)濃度的溫和飼料中，在不影響采食量和營養消化的情況下，CT有利于反芻動物提高蛋白質利用率(Barry and Mcnabb, 1999; Waghorn2008)，取決于CT的來源和用于測定濃度的分析方法/標準。單寧酸的蛋白質沉淀能力，抗微生物、抗寄生蟲和抗氧化活性是其在反芻動物應用最相關特性。Waghorn(2008)通過總結大量研究得出結論認為飼草作為唯一的食物喂養，在L corniculatus中的CT(約30 g CT /公斤DM)對反芻動物生產有益，但是除了減輕寄生蟲的影響，在紅豆素、姜黃和豆瓣菜中的CT(濃度通常大于50克/公斤DM)似乎沒有提高生產力。與溫帶農業相比，嫩草中的CT，典型的溫暖炎熱的氣候，對反芻動物幾乎是有害的，除了減少腸道寄生蟲數量(Waghorn, 2008)。低中濃度的濃縮單寧酸對反芻動物的生產效率是有益的，因為CT減少了瘤胃中的蛋白質降解，增加了食物到達小腸吸收的蛋白質量(Wang et al. 1994, 1996)。而高濃度時，由于CT具有收斂性，會阻礙采食量，通過對蛋白質的“過度”保護，降低蛋白質等營養物質的消化，降低瘤胃微生物活性，抑制內源性消化酶活性，從而對動物性能產生負面影響。日糧中CT的濃度根據來源不同對動物表現出負作用(化學成分及結構)。因此，大多數的研究都集中在篩選和評價不同的單寧酸來源，并確定它們在反芻動物飼料中的最佳濃度。篩選和識別潛在的含單寧酸的飼草(e.g.L corniculatus, L. pedunculatus,sainfoin)，可作為動物飼料 (Barry and Mcnabb, 1999; Berard etal., 2011 Acharva et al., 2013)，定義不同外源性單寧酸對集中飼喂的動物的性能影響的最佳添加量 (Dschaak et al., 2011;Anantasook etal.. 2015: Rivera-Méndez et al.. 2017)，開發利用熱帶和其他地區富含單寧酸的樹葉和灌木，飼料源性的單寧酸是有限的(如堿性處理、單寧酸結合劑、日糧混合等) (Murdiati et al., 1990; Smith etal., 2005; Wina et al., 2005; Brown and Ng'ambi, 2017)。

單寧酸在反芻動物生產中最成功的應用可能是減少胃脹氣。胃脹氣是反芻動物的一種常見消化障礙。胃脹氣的特征是氣體在瘤胃和網胃內積聚，這會損害消化和呼吸功能 (Wang et al.. 2012)。胃脹氣的原因很多，但植物細胞進入瘤胃后迅速溶解并釋放蛋白質，增加瘤胃液粘度是導致胃脹氣的主要因素。單寧酸通過在咀嚼和反芻過程中沉淀蛋白質而降低蛋白質在瘤胃中的溶解度，從而減少脹氣的發生。因此，含單寧酸的飼料被認為是“無脹氣”的。Li等(1996)估計只需1.0 mg CT/g DM就可以防止脹氣。在紫花苜蓿中添加紅豆素等含CT的飼料是控制脹氣的有效方法(Fig. 3; Wang et al., 2006; Sottie etal., 2014)。

單寧酸作為抗生素替代品在動物生產中的潛力和挑戰2

測定肉牛采食牧草后胃氣脹比率與牧草中紅豆草含量的回歸分析，(n = 12)

單寧酸在反芻動物，特別是放牧反芻動物中的另一個主要應用是控制消化道寄生蟲。Hoste等(2006)在體內研究表明在紅豆仁、蘇拉、胡枝子、牛蒡、菊苣中的單寧酸對綿羊、山羊和鹿的消化道有顯著的殺蟲作用。來自含羞草(HT)，板栗(HT) 和白堅木 (CT) 的外源性單寧酸以及用于控制反芻動物腸道中的各種寄生蟲 (Butter et al., 2001 ;Min and Hart,2003;Min et al.,2005, 2015)。日糧中單寧酸的濃度低于20 g/kg DM不能有效控制反芻動物腸道內寄生蟲。一個有趣的現象是綿羊可以檢測到體內寄生蟲或相關癥狀，并增加對富含單寧酸的飼料的偏好(Lisonbee et al.,2009;Juhnke et al.,2012)。
最近，將含單寧酸的飼料添加到日糧中作為減少反芻動物消化道食源性致病菌的一種方法，已被研究(表1)。紫色草原三葉草已被證明是一種潛在的可以減輕大腸桿菌0157:H7的飼料，大腸桿菌0157:H7這是一種存在于反芻動物消化道的致命的食物致病菌(lin et al.， 2015: Huang et al.,2015)。Huang等人(2015)研究發現給羔羊喂食含有36 g紫色紫色草原三葉草CT/kg DM其大腸桿菌0157:H7含量顯著低于不喂食CT的羔羊。同樣CT（16-20 g CT/kg DM）也被證明可以減少天然牧場糞便中的大腸桿菌(Jin et al.， 2015)。此外，在飼喂干草飼料的牛日糧中添加濃度為15 g/kg DM的板栗單寧酸可以減少糞便中的大腸桿菌(Min et al.， 2007)。然而來源于紅豆素和胡枝子的單寧酸在較低濃度(<13.5 g CT/kg DM)時對糞便中的大腸桿菌沒有影響(Lee et al., 2009a,b; Berard et al.,2009)。在日糧添加10~ 20g/kg DM A. nodosum可顯著減少牛糞便中的大腸桿菌0157:H7(表1)。在這些研究中沒有報道單寧酸濃度，但 A. nodosum是含有高水平PT的褐藻 (Wang and McAllister, 2011)。
這些研究表明飼喂植物單寧酸是一種切實可行的方法，可有效減少反芻動物消化道中大腸桿菌0157:H7的存在，從而降低動物體污染的風險，提高食品安全。

表1 日糧中單寧酸對反芻動物糞便中大腸桿菌和大腸桿菌0157:H7 的影響

來源	單寧酸類型	動物	日糧	添加量	可見效果	參考文獻
褐藻萃取物	Phlorotannins(PT)	飼養場牛	谷物基礎日糧	0, 10 or 20 g/kg日糧,14d屠宰前	減少糞便和隱藏的大腸桿菌和大腸桿菌O157:H7	Behrends etal. (2000)
褐藻	(PT)	牛	谷物基礎日糧	20 g/kg干物質	減少糞便和隱藏的大腸桿菌O157:H7和沙門氏菌	Barham et al. (2001)
褐藻	(PT)	飼養場牛	玉米基礎日糧	20 g/kg日糧, 14d屠宰前	減少標本和糞便中的大腸桿菌O157:H7	Braden et al. (2004)
褐藻	(PT)	受大腸桿菌O157:H7攻毒的牛	大麥基礎精料	10g/kg或20 g/kg日糧,直到14d	減少糞便中的大腸桿菌O157:H7	Bach et al. (2008)
紫色牧場三葉草	濃縮單寧酸(CT)	大腸桿菌O157:H7攻毒的羔羊	新鮮牧草	36 g/kgDM ECT	減少糞便中的大腸桿菌O157:H7	Huang et al. (2015)
胡枝子	(CT)	山羊	干草	13.5 g/kg DM ECT	對糞便中的大腸桿菌無影響	Lee et al. (2009a,b)
板栗	水解單寧酸(HT)	牛	干草	15 g/d	減少糞便中的大腸桿菌	Min et al. (2007)
紅豆草	(CT)	牛	干草/青貯飼料	1.1~12 g/kg DM	對糞便無影響	Berard et al. (2009)
紫色牧場三葉草	(CT)	牛	新鮮牧草	16~20 g/kg DM ECT	減少糞便中的大腸桿菌	Jin et al. (2015)

ECT ：萃取濃縮單寧酸

5. 單寧酸在單胃動物中的應用
與反芻動物不同，單寧酸在傳統上被認為是單胃動物營養中的“抗營養”因子，對采食量、營養物質消化率和生產性能有負面影響(Butler, 1992; Redondo et al., 2014)。因此，盡量減少含單寧酸的飼料在豬和家禽飼料中的使用或采取措施降低其膳食濃度，這是飼料工業的一種常見做法。然而，最近的一些報道表明一些低濃度的單寧酸改善了單胃動物的健康狀況、營養和動物性能(Schiavone et al., 2008; Zotte andCossu, 2009; Biagia et al., 2010; Brus et al., 2013; Star?evi? et al., 2015)。與反芻動物相比，單寧酸促進單胃動物生長的作用機制要少得多。雖然有報道表明，低濃度的單寧酸增加了單胃動物的采食量，從而提高了單胃動物的性能，但鑒于單寧酸具有澀味，這似乎不是通過提高飼料的適口性來實現的。目前的資料表明，單寧酸在單胃動物中生長促進作用依賴于平衡它們的正負面影響，負面影響是通過蛋白質和酶消化絡合對飼料的適口性的影響，正面影響是它們通過抗菌，抗氧化和抗炎活動促進腸道生態的健康狀況的影響。單寧酸對動物性能的影響最終取決于動物的種類和它們的生理狀態、飼料、單寧酸的種類以及它們在日糧中的濃度。與其他家畜相比，豬似乎對單寧酸有相對的抵抗力，它們能夠采食相對富含單寧酸的飼料而不會出現任何中毒癥狀(Pinna et al. 2007)。這可能是由于腮腺肥大和唾液中分泌的富含脯氨酸的蛋白質結合和中和單寧酸的毒性作用(Cappai et al.,2010, 2014)。與用于反芻動物的單寧酸的巨大來源相比，用于單胃動物的單寧酸的來源相當有限，到目前為止只有很少的單寧酸被研究并作為飼料添加劑(表2)。

表2 單寧酸在單胃動物中的應用

來源	單寧酸類型	動物	添加量	作用	參考文獻
板栗	HT	生長豬	0.15%HT+0.15% 4種酸的混合物	對健康狀況或生長性能無影響	Stukelj et al. (2010)
板栗	HT	豬 (22~127 kg)	0.19%HT+0.16% 5種酸	提高生長性能；增加乳酸菌；降低腸道中的大腸桿菌	Brus et al. (2013)
板栗	HT	豬 (11~50 kg)	0.71%, 1.5%	對采食量、體增重和胴體特性無影響；飼料轉化率降低；唾液腺和尿道腺體尺寸減小	Bee et al. (2016)
板栗	HT	豬 (8.2~20 kg)	0.11%, 0.23%, 0.45%	提高飼料轉化率；減少盲腸中氨、異丁酸和異戊酸的濃度；對盲腸細菌數量無影響；空腸乳酸菌數量有增加趨勢	Biagia et al. (2010)
板栗	HT	豬(6周)	0.3%	對糞便中沙門氏菌無影響；對腸道及腸道組織的定植無影響	Parys et al. (2010)
板栗	HT	豬	1%, 2%, 3%	增加小腸絨毛高度，以及絨毛周邊和黏膜的厚度；減少大腸有絲分裂和細胞凋亡；對肝臟無影響	Bilic-sobot et al. (2016)
板栗	HT	肉雞	0.15%~1.2%	減少腸道中的產氣芽胞桿菌（艾美耳球蟲）	Tosi et al. (2013)
板栗	HT	肉雞	0.15, 0.20, 0.25%	0.2%單寧酸提高生長性能；對氮平衡和胴體特性無影響	Schiavone et al. (2008)
板栗	HT	蛋雞(50周)	0.20%	對蛋重、細胞厚度和蛋黃顏色無影響；膽固醇含量降低；單不飽和脂肪酸增加	Antongiovanni et al. (2015)
葡萄籽	濃縮單寧酸(CT)和其他酚類化合物	豬 (130~150 kg)	1%	增加糞便微生物毛螺菌、梭菌、乳酸菌以及瘤胃菌的豐富度	Choy et al. (2014)
葡萄籽提取物	CT和其他酚類化合物	肉雞	0.72%	體增重降低，乳酸菌和腸球菌增加，回腸內容物中梭狀芽胞桿菌數量減少；盲腸內容物中的大腸桿菌、乳酸桿菌、腸球菌以及梭狀芽胞桿菌數量增加	Viveros et al. (2011)
葡萄籽提取物	CT	柔嫩艾美耳球蟲攻毒的肉雞	5, 10, 20, 40, 80 mg/Kg日糧	柔嫩艾美耳球蟲感染的肉雞死亡率降低，體增重增加，且呈劑量依賴性，10 ~ 20 mg/kg效果最好；感染肉雞的生長性能和抗氧化狀態增加	Wang et al. (2008)

表2 （續）

來源	單寧酸類型	動物	添加量	作用	參考文獻
葡萄籽提取物	CT	肉雞(0~42d)	125, 250, 500, 1,000, 2,000 mg/kg	對生長性能、死亡率、總脂、高低密度脂蛋白無影響;總膽固醇和低密度脂蛋白降低;對新城疫的抗體效價提高	Farahat et al. (2017)
葡萄籽提取物	CT	肉雞(21d)	0.025,0.25,2.5,5.0g/kg	添加5.0g/kg降低生長性能，回腸對蛋白質和氨基酸的消化率明顯降低；血漿中銅鐵鋅濃度線性下降；日糧中添加2.5 g/kg葡萄籽提取物對雞的生長性能、蛋白質和氨基酸的消化率無不良影響	Chamorro et al. (2013)
布拉酵母菌發酵的葡萄渣	CT	豬(19 kg)	0.30%	添加30g/kg可改善生長性能、營養物質消化率，改變皮下脂肪及部分豬的脂肪酸特性	Yan and Kim (2011)
葡萄渣	CT和其他酚類化合物	豬	2.80%	減少胃腸道對霉菌毒素的吸收；馬來西亞的白葡萄渣效果優于紅葡萄渣	Gambacorta et al. (2016)
葡萄渣	CT	豬	10%	不影響硫代巴比妥酸反應產物的產生；增加豬肉的紅度	Bertol et al. (2017)
葡萄渣	CT和其他酚類化合物	肉雞	6%	對生長性能無影響；乳酸菌和腸球菌增加；回腸內容物中的梭菌數量減少；盲腸內容物中大腸桿菌、乳酸菌、腸球菌和梭菌數量增加	Viveros et al. (2011)
葡萄渣	CT和其他酚類化合物	肉雞(1~21d)	5%, 10%	對生長性能無影響；增加氧化穩定性和多不飽和脂肪酸	Chamorro et al. (2015)
葡萄渣	CT和其他酚類化合物	肉雞(21~42d)	1.5%, 3%, 6% (0.22%, 0.45% ,0.9% CT)	對生長性能、消化器官大小、蛋白質消化率無影響；日糧、排泄物、回腸內容物以及胸部肌肉的抗氧化活性增加	Brenes et al. (2008)
單寧酸	HT	豬	125, 250, 500, 1,000 mg/kg	總的平均日增重、飼料效率和糞便大腸菌群計數呈線性下降	Lee et al. (2010)
單寧酸	HT	豬	125 mg/kg	對生長性能無影響；當日糧中鐵含量不足時，對血液學和血漿鐵含量有負面影響；總厭氧菌、梭狀芽孢桿菌和大腸桿菌數量減少，雙歧桿菌和乳酸菌數量增加	Lee et al. (2009a,b)

表2 （續）

來源	單寧酸類型	動物	添加量	作用	參考文獻
單寧酸	HT	肉雞(1~35d)	0.50%	生長性能增加；血糖水平降低；胸部和大腿部脂肪含量增加；肝臟膽固醇含量降低	Starcevic et al. (2015)
單寧酸	HT	肉雞(1~12d)	0, 0.75%,1.5%	對培養陽性的雛雞盲腸沙門氏菌和盲腸內容物中鼠傷寒沙門氏菌無影響	Kubena et al. (2001)
單寧酸	HT	肉雞	2.5%, 3%	體增重、蛋白利用率、法氏囊重、胸腺和脾臟重量降低；免疫球蛋白IgM、IgG水平、總白細胞數和絕對淋巴細胞減少	Marzo et al. (1990)
單寧酸	HT	肉雞	1%	體增重和采食量降低；，通過減少單不飽和脂肪酸，改善熱應激下肉雞胸肌脂肪的分布	Ebrahim et al. (2015)
甜板栗	HT	肉雞(1~42d)	0.025%, 0.05%, 0.1%	添加0.025%和0.05%對生長性能和飼料轉化率無影響；添加0.1%生長性能降低；對胴體品質無影響；小腸中的大腸桿菌和大腸桿菌菌群減少	Jamroz et al. (2009)
甜板栗	HT	雞 (21, 23 d)	0.07%, 0.2% (0.05%, 0.15%HT)	對生長性能無影響；對有機物、粗蛋白、鈣磷利用率無影響；糞便中干物質含量增加	Rezar and Salobir (2014)
含羞草	CT	肉雞(1~22d)	0.5%, 1.5%, 2.0%, 2.5%	采食量和體增重降低；添加量低于1.5%的飼料利用率有所改善；能量、蛋白和氨基酸在回腸的消化率降低；對胰腺和空腸酶類的活性無影響	Iji et al. (2004)
紅色白堅木	CT	攻毒過的肉雞	10%	攻毒過的肉雞體增重增加；絨隱比增加；卵囊排出量減少	Cejas et al. (2011)
橡子	HT	豬(14~28 kg)	0.516單寧酸當量/kg	對采食量無影響；飼料轉化率提高；對胃黏膜無影響	Cappai et al. (2013)

5.1 板栗單寧酸
來源于板栗的可水解單寧酸最近被認為是單胃動物飼料添加劑。雖然體外研究表明它對動物消化道寄生蟲和病原體有很強的抑制作用(Chung et al., 1998; Athanasiadou etal., 2000; Butter et al., 2001)，但體內評估對動物性能的結果并不一致。在豬日糧中添加0.11%-0.45%板栗HT，發現HT提高飼料效率傾向于增加空腸中乳酸桿菌數量和減少盲腸中氨，異丁酸，異戊酸的濃度，但是對盲腸中細菌數量，糞便中沙門氏菌數量沒有影響(Biagia et al.. 2010; Parys et al.,2010)。然而將濃度從0.71%提高到1.5%會降低飼料效率，但不影響采食量增長和胴體重量(Bee et al.， 2016)。Stukeli等(2010)報道，0.15%的板栗HT與0.15%的酸的混合物對豬的健康狀況或生長性能沒有影響，而Brus等(2013)研究發現0.19%的板栗HT與0.16%的酸混合使腸道中的乳酸菌增加，大腸桿菌數量減少。
Schiavone等(2008)研究了添加0.15%、0.20%和0.25%的板栗單寧酸產品(77.8% HT)對肉雞生長性能的影響。結果表明，添加0.20%的板栗單寧酸可提高日采食量和平均日增重。但是當添加0.25%時，由于所有的測量參數都是最低的，似乎會產生負面影響。Jamroz等(2009)研究了日糧中添加0.025%、0.05%和0.1%的甜栗單寧酸對雞的性能、腸道微生物菌群和腸道組織學特征的影響。結果表明，添加單寧酸對飼料轉化率和胴體質量無影響，但添加0.1%單寧酸，末體重下降，母細胞增殖速度減慢。添加0.05%~0.1%單寧酸，28日齡雞小腸大腸桿菌和大腸桿菌菌群減少。在另一項研究中，Rezar和Salobir(2014)研究發現，添加0.07%和0.2%的相同單寧酸產品(0.05%和0.1% HT)對肉雞生長性能或有機質、粗蛋白、粗灰分、鈣磷平衡和利用沒有影響，但糞便中干物質含量增加。在一項有挑戰的研究中，Tosi等(2013)報道，日糧中添加0.71%和1.5%的板栗HT可降低口服這些球蟲的肉雞腸道中的產氣莢膜梭菌(柔嫩艾美耳球蟲，錐形艾美耳球蟲，巨型艾美耳球蟲)。
添加0.45%和0.5%板栗HT可增加兔子活體重增加和采食量(Maertens and ?truklec, 2006;Zoccarato et al., 2008)。然而，Liu等(2009)研究發現添加0.5%和1.0%的板栗HT對兔子的生長性能沒有影響。以上信息表明，根據不同動物和日糧類型的不同，在豬和兔子的日糧中添加量低于0.5%板栗HT和在雞的日糧中添加量低于0.2%的板栗HT，對其生長性能和腸道健康會有積極的影響。日糧中添加高劑量的板栗HT（高于上述提及到的高劑量），很可能會通過降低營養物質的消化吸收導致動物生長性能降低(li et al.. 2004: Ebadi et al., 2005;Mansoori, 2009; Mansoori et al., 2015)。

5.2 葡萄單寧酸
葡萄籽和葡萄果渣提取物(釀酒葡萄)中含有大量的多酚類化合物，包括CT (Prieur et al., 1994; Choy et al.,2014)，已被評估作為天然飼料添加劑用于單胃動物生產中。Choy等(2014)研究發現在豬日糧中添加1%的葡萄籽提取物可增加糞便微生物菌群中毛螺菌、Clostridales、乳酸菌和瘤胃菌的數量。他們發現葡萄單寧酸中的低聚物(二聚-五聚物)只有部分被腸道微生物代謝，產生的酚類代謝產物更容易被吸收。這些酚類化合物可能有助于改變菌群數量，從而對結腸產生有益的作用。Wang等(2008)研究發現，用柔嫩艾美耳球蟲感染肉雞，在其日糧中添加5 ~ 80 mg/kg葡萄籽提取物CT顯著減少了糞便中柔嫩艾美耳球蟲，改善了抗氧化狀態，降低死亡率和生長性能的增加，其最有利的結果是添加10~20 mg CT/kg干物質。Farahat等(2017)研究表明在肉雞日糧中添加0.125%~2%葡萄籽提取物具有顯著的抗氧化和免疫刺激劑作用，添加0.125%~0.25%的劑量最佳。進一步增加濃度會對禽類的生長性能、蛋白質和氨基酸的消化產生負面影響(Chamorro et al.,2013)。葡萄渣是葡萄加工的副產品，包括果皮、果肉等，含有大量的CT和簡單酚類化合物。幾項評價葡萄渣對豬和家禽性能影響的研究表明，日糧中添加10%富含單寧酸的產品，對肉雞的生長性能沒有影響，但增強了抗氧化狀態，增加了腸道中有益菌的數量 (Brenes et al., 2008; Viveros etal., 2011; Chamorro et al., 2015)。Yan和Kim(2011)的研究表明，在豬的日糧中添加0.3%的使用布拉酵母菌發酵的葡萄渣，可以改善豬的生長性能、營養物質的消化率，改變皮下脂肪中的脂肪酸模式以及豬肉的一些特性。葡萄渣還能提高豬肉的抗氧化活性，降低豬對霉菌毒素在胃腸道的吸收。然而，葡萄渣的這些影響可能并不完全歸因于CT，因為其他酚類化合物也存在于產品中。

5.3 單寧酸
單寧酸是一種HT，來自不同的植物，包括塔拉豆莢(Caesalpinia spinosa)，五倍子（Rhus semialat）沒食子或西西里漆樹葉 (Rhus coriaria)。Lee等(2010)研究表明，日糧添加0.0125% ~ 0.1%的單寧酸對豬的生長性能、血液指標和血漿狀態有負面影響，糞便大腸菌數量呈線性下降。然而，同樣的作者研究發現，當添加0.0125%的單寧酸時，對豬的生長性能沒有影響，但對血液學和血漿鐵狀態有負面影響。添加0.0125%的單寧酸使總厭氧菌、梭狀芽胞桿菌和大腸桿菌數量減少，雙歧桿菌和乳酸菌數量增加(Lee et al.， 2009a,b)。在肉雞日糧中添加0.5%單寧酸，肉雞的生長性能提高，胸部肌肉和大腿肌肉的脂肪含量增加，但血糖濃度和肝臟中膽固醇的含量降低(Star?evi?et al ., 2015)。也有報道稱，日糧中添加0.75%和1.5%的單寧酸不會改變盲腸沙門氏菌呈陽性的肉雞，也不會改變肉雞盲腸中鼠傷寒沙門氏菌的數量(Kubena t al.， 2001)。添加2.5%和3.0%單寧酸會降低生長雞的體增重和蛋白質效率，并通過減少法氏囊、胸腺和脾臟的重量損傷免疫功能，減少總免疫球蛋白M (1 g)和免疫球蛋白G的水平，減少總白細胞和淋巴細胞，且呈劑量依賴性(Marzo et al ., 1990)。Ebrahim等(2015)發現添加1%的單寧酸降低肉雞體增重和采食量，在熱應激條件下，通過減少單不飽和脂肪酸，改善了肉雞胸部肌肉的脂肪酸分布。從以上結果可以看出，單寧酸在豬和家禽中的應用均高于其他來源的單寧酸，但對動物的性能產生積極影響的報道較少，雖然在一些研究中報道了抗氧化能力提高。高劑量的(如21%)似乎會降低動物的生產效率。

5.4 其他來源的單寧酸
有些研究評估了其他來源的單寧酸用于單胃動物。Iji等(2004)研究表明在肉雞日糧中添加0.5%、1.5%、2.0%、2.5%含羞草單寧酸提取物(CT)，采食量和體增重降低，但在低于1.5%的水平上可以提高飼料效率。在禽類日糧中添加單寧酸降低了回腸對能量、蛋白質和氨基酸的消化能力，但對胰腺和空腸酶的活性無明顯影響。Cappai等(2014)研究發現日糧中添加橡子HT，0.516單寧酸當量/kg日糧，HT對采食量和胃粘膜無影響，但提高了日糧的效率。本研究評估了紅色堅木CT對減少柔嫩艾美耳球蟲攻毒肉雞球蟲病的影響(Cejas et al.， 2011)。研究表明，添加10%CT提取物可使受試雞體重增加，增加腸絨毛比例，減少卵囊排泄。本研究表明，紅色堅木CT可能是一種潛在的預防抗球蟲產品。Zotte和Cossu（2009）研究發現在為期6周的飼養試驗中，1%和3%的紅堅木單寧酸顯著改善了兔子的體增重和飼料轉化率。

6 單寧酸作為家畜飼料中抗生素的替代品的挑戰
上述信息清楚地表明，雖然植物單寧酸在體外具有較強的抗菌和抗寄生蟲作用，但在體內觀察到的效果差異很大。許多因素，包括由于植物來源、生長條件、加工方法以及使用方法和飼養條件的不同，使得產品的化學組成有變化，從而導致這種巨大的多樣性。由于這些問題的復雜性，很難對這些化合物的有效性和安全性進行系統和全面的評估，這無疑阻礙了單寧酸和單寧酸產品用于畜牧業作為一種可行的抗菌促生長劑的應用。因此，控制這種變化是開發單寧酸產品作為天然抗菌飼料添加劑的關鍵。這可能包括從生產到應用的所有程序。
藥用植物和草藥長期使用而不引起耐藥性的原因之一可能是配方中含有的多種化合物或復合處方具有協同作用。在復雜而動態的混合物中，單個化合物之間的這種協同作用使微生物難以適應多種化合物。然而，在長期使用分離的單一植物性抗菌化合物時可能不會出現這種情況，這可能導致某些微生物產生耐藥性。抗瘧化合物青蒿素就是一個很好的例子，它存在于傳統中藥青蒿(青蒿，菊科)中。青蒿作為一種草藥，在中醫歷史上一直被用來有效治療瘧疾(Miller and Su. 2011)。然而經過幾十年的使用，純化的青蒿素對瘧疾的有效性降低，表明微生物對這種化合物產生了某種程度的耐藥性。這一趨勢與細菌抗生素耐藥性的發展趨勢相似。這表明，在動物飼料中長期使用純化的植物化合物作為抗微生物生長促進劑有產生耐藥性的風險。目前用于動物工業的單寧酸主要是不同分子大小的混合物的粗提物或含有一系列次生化合物的整株植物。再加上來自不同來源和生長條件的化合物的化學成分和結構的變化，將降低微生物對復雜單寧酸形成耐藥性的可能性。然而在這方面的研究很少，管理機構、科學界和生產工業需要共同努力，防止微生物對單寧酸和其他對人類健康重要的植物次生化合物形成耐藥性，因為這將對人類產生巨大的影響。