摘 要：我國(guó)對(duì)于飼用抗生素作為動(dòng)物生長(zhǎng)促進(jìn)劑的使用管控越來(lái)越嚴(yán)格，抗生素替代產(chǎn)品的研究成為熱點(diǎn)，而且在飼料中替代或者部分替代抗生素的應(yīng)用研究也逐步規(guī)模化。文章對(duì)天然植物提取物的有效成分、抗菌機(jī)制和在飼料中替代抗生素的可能性進(jìn)行研究。
關(guān)鍵詞：天然植物提取物；抗生素；抗菌作用；抗菌機(jī)理  作者：唐茂妍，陳旭東

天然植物提取物在人類(lèi)藥物或營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑中的使用已有數(shù)千年歷史，中國(guó)對(duì)藥用植物的研究也有悠久的歷史。西方把植物作為香料和藥物使用開(kāi)始于兩千多年前的羅馬和希臘時(shí)期 [ 1 ] 。但是天然植物提取物作為飼料添加劑使用是在2000年以后才開(kāi)始深入研究，特別是在抗生素禁止或限制在飼料中使用之后，歐洲、美國(guó)及日本等國(guó)家對(duì)于天然植物提取物的抗菌作用進(jìn)行了深入研究。本文綜述了天然植物提取物添加劑的抗菌作用、作用機(jī)理以及在動(dòng)物飼料中替代抗生素的應(yīng)用研究。

1 天然植物提取物的定義及分類(lèi)
1.1 定義與分類(lèi)
一直以來(lái)植物提取物的概念寬泛而混亂，但作為飼料添加劑使用的植物提取物應(yīng)符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)關(guān)于植物提取物的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19424-2003中對(duì)于天然植物飼料添加劑的定義如下：以一種或多種天然植物全株或其部分為原料，經(jīng)物理提取或生物發(fā)酵法加工，具有提高飼料利用率和改善動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)等功效的飼料添加劑。本文中還沿用習(xí)慣說(shuō)法“植物提取物”，特指從植物中提取（非化工合成）的活性成分明確且可以測(cè)定的、含量穩(wěn)定的、對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)沒(méi)有任何毒副作用，并已通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)驗(yàn)證可以提高動(dòng)物生產(chǎn)性能的飼料添加劑。植物提取物按照物理形態(tài)可分為固體和液體兩種，按照有效成分不同可分為多酚、多糖、萜類(lèi)、生物堿、黃酮等。
1.2 常見(jiàn)植物提取物
近10年來(lái)，植物提取物及其精油在畜牧業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用研究日漸深入，目前已有許多試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明牛至油、肉桂精油、丁香油、迷迭香油、茶
樹(shù)油等，均具有較好的抑制或殺滅細(xì)菌、真菌、曲霉菌和球蟲(chóng)的作用。主要植物提取物的活性成分見(jiàn)表1。
1.2.1 牛至與牛至油
牛至在植物分類(lèi)學(xué)中屬于唇形科、牛至屬，又名止痢草、野荊芥，是一種對(duì)寒冷敏感的多年生香草，帶有甜松和甜橘的香味。牛至含粗蛋白質(zhì)、多種維生素、微量元素、芳香味揮發(fā)油等。從牛至中提取的牛至油含有多種芳香味化合物，其中酚類(lèi)化合物>50%，主要有效成分為百里香酚、百里香素、香芹酚等。
1.2.2 肉桂與肉桂醛
肉桂屬于樟科、樟屬，生于亞熱帶地區(qū)，喜溫暖潮濕氣候的常綠喬木。樹(shù)皮灰褐色，具有芳香味。肉桂醛存在于肉桂等植物體內(nèi)，為黃色黏稠液體，是肉桂精油的主要活性成分。自然界中天然存在的或人工合成的肉桂醛均為反式結(jié)構(gòu)。因其分子為一個(gè)丙烯醛鏈接一個(gè)苯基，因而可被認(rèn)為是一種丙烯醛的衍生物。
1.2.3 迷迭香與迷迭香油
迷迭香屬唇形科灌木，原產(chǎn)歐洲和非洲北部地中海沿岸，喜溫暖氣候。迷迭香的花和葉子中能提取優(yōu)良的抗氧化劑和迷迭香精油。不同來(lái)源的迷迭香精油組分大致相同，包括α-蒎烯、1，8-桉葉素、莰烯、樟腦、龍腦和 β-蒎烯，但不同來(lái)源的迷迭香精油各組分的含量不同 [ 2 ] 。
1.2.4 丁香與丁子香酚
丁香是指桃金娘科蒲桃屬的熱帶植物，原產(chǎn)于印度尼西亞的群島上。丁子香酚又名丁香酚、丁香油酚，是丁香花蕾中含有的揮發(fā)油的主要成分，常溫下為無(wú)色至淡黃色油狀液體，在空氣中易變棕色、變稠。幾乎不溶于水，溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑。

2 天然植物提取物抑菌機(jī)理
迄今為止，植物提取物在抗菌、抗氧化方面的研究取得諸多進(jìn)展。特別是近年來(lái)，植物提取物在畜禽飼料中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其抑菌特性的研究也越來(lái)越深入。但因植物提取物的活性成分種類(lèi)繁多，其抗菌作用也可能有多種機(jī)制 [ 4 ] 。不同作用機(jī)制可能不是單獨(dú)進(jìn)行，相互之間是有影響的；一種機(jī)制的反應(yīng)物或生成物可能會(huì)影響另一種機(jī)制的運(yùn)行。
植物提取物的抗菌作用機(jī)制包括破壞/降解細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、破壞細(xì)胞膜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、破壞細(xì)胞質(zhì)膜、使細(xì)胞內(nèi)容物外泄、凝聚細(xì)胞質(zhì)、減弱質(zhì)子

2.1 牛至提取物及其活性成分的抗菌機(jī)理
研究發(fā)現(xiàn)，具有抑菌活性的植物提取物中酚類(lèi)化合物如香芹酚、百里香酚和丁子香酚的含量比較高 [ 3-4 ] 。而這些化合物中香芹酚和百里香酚的作用機(jī)制研究的最為深入。Stiles等認(rèn)為，二者的主要作用模式是膜穿孔和膜黏合，細(xì)胞膜通透性改變和胞內(nèi)物質(zhì)外泄，導(dǎo)致重要的酶系統(tǒng)受到損害，從而引起微生物死亡 [ 5 ] 。研究表明，香芹酚會(huì)作用于細(xì)胞膜上的磷脂脂肪酸鏈，從而使細(xì)胞膜損傷，引起細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物外泄造成細(xì)胞死亡 [ 6-7 ] 。
植物提取物的抗菌活性與其主要成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)聯(lián)。Dorman等認(rèn)為含有酚結(jié)構(gòu)的化合物的抑菌活性高于不含酚結(jié)構(gòu)的化合物 [ 4 ] 。百里香酚和香芹酚的結(jié)構(gòu)相似，化學(xué)結(jié)構(gòu)中均含有酚基，只是羥基在苯環(huán)上的位置不同。酚羥基是極度活躍基團(tuán)，極易與相關(guān)酶的活性位點(diǎn)形成氫鍵，從而影響酶的作用。
另外，試驗(yàn)表明植物提取物中不同成分之間具有協(xié)同抗菌作用，非主要成分也起重要作用。已經(jīng)證明香芹酚和百里香酚以及香芹酚和其前體物p-百里香素在抗菌方面存在協(xié)同疊加效應(yīng) [ 6, 8 ] 。完整的植物提取物的抗菌效能明顯優(yōu)于主要成分混合得到的混合物的抗菌效能 [ 9-10] 。

2.2 肉桂提取物及其活性成分的抗菌機(jī)理
肉桂因其獨(dú)特的氣味和防腐效用很早就被應(yīng)用到食品、醫(yī)藥和化妝品領(lǐng)域中。后因肉桂活性成分在抑菌方面的高效性和廣譜性（細(xì)菌、真菌和曲霉菌等），使之在飼料中的應(yīng)用日漸廣泛 [11] 。
肉桂醛分子中存在一個(gè)與苯環(huán)共軛的醛基，醛基是親水基團(tuán)，易被細(xì)菌表面的親水基吸附而穿入細(xì)胞壁，破壞細(xì)菌、真菌的細(xì)胞壁多糖結(jié)構(gòu) [12] 。肉桂醛的醛基還可與細(xì)菌中的蛋白及酶作用，破壞細(xì)菌正常的生理代謝，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。通過(guò)電鏡掃描、胞膜通透性、膜完整性、膜電位實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)肉桂醛可破壞菌體細(xì)胞的形態(tài)，使之出現(xiàn)形變，導(dǎo)致胞膜通透性、完整性受到破壞，影響細(xì)胞的代謝活動(dòng)從而抑制細(xì)菌生長(zhǎng) [13] 。
肉桂醛能作用于葡聚糖合酶和幾丁質(zhì)合酶，特異性抑制真菌細(xì)胞壁中葡聚糖和幾丁質(zhì)的合成 [14] 。謝小梅等研究認(rèn)為，肉桂醛可通過(guò)影響黃曲霉細(xì)胞膜麥角甾醇的生物合成，使細(xì)胞膜受損而影響其正常功能；同時(shí)霉菌細(xì)胞不能維持正常的細(xì)胞形態(tài)，胞內(nèi)外物質(zhì)交換受阻，胞內(nèi)生物大分子合成減少，從而抑制黃曲霉的生長(zhǎng)繁殖 [15-16] 。另外，肉桂醛可作用于黃曲霉的細(xì)胞膜，造成膜脂質(zhì)過(guò)氧化，干擾黃曲霉細(xì)胞的有序級(jí)聯(lián)反應(yīng)，破壞線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的氧化還原系統(tǒng) [17] 。

2.3 迷迭香提取物及其活性成分的抗菌機(jī)理
迷迭香的化學(xué)成分包括單萜、二萜、三萜、黃酮等，目前的研究主要集中在二萜類(lèi)化合物。二萜化合物主要以二萜酚類(lèi)和二萜醌類(lèi)為主。二萜酚類(lèi)包括鼠尾草酸、鼠尾草酚、迷迭香酸、迷迭香酚等化合物，這些物質(zhì)除具有較強(qiáng)的抗氧化性之外，大部分還具有顯著的抑菌作用 [18-21] 。
關(guān)于迷迭香提取物的抑菌機(jī)理報(bào)道不多，現(xiàn)在的觀點(diǎn)認(rèn)為，二萜和單萜化合物可改變革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌的細(xì)胞膜通透性，引起胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，使得細(xì)胞無(wú)法正常代謝，進(jìn)而減弱了DNA聚合酶活性，影響DNA復(fù)制，從而發(fā)揮抑菌作用 [22-23] 。

3 植物提取物抑菌作用及替代飼用抗生素的應(yīng)用效果
3.1 體外抑菌效果
Hammer等和金立志研究了不同天然植物提取物對(duì)有害菌的最小抑菌濃度，見(jiàn)表2 [24-25] 。研究結(jié)果表明，茶樹(shù)、芫荽、馬郁蘭和止痢草的提取物對(duì)3種致病性細(xì)菌（大腸桿菌、沙門(mén)氏菌和金黃色葡萄球菌）有較強(qiáng)的抑制效果，尤其是止痢草/牛至提取物的抑菌性最強(qiáng)。
韓乾杰等采用牛津杯法測(cè)定肉桂醛、百里香酚和香蘭素對(duì)于4種細(xì)菌（大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌和乳酸菌）的抑制效果 [26] 。結(jié)果表明，3種植物精油均對(duì)大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌有明顯抑制作用，而對(duì)乳酸菌無(wú)抑制作用。在相同濃度下，抑菌效果為肉桂醛>香蘭素>百里香酚。肉桂醛與香蘭素復(fù)合植物精油抑菌效果優(yōu)于單一植物精油，并且二者質(zhì)量比為6??1時(shí)抑菌效果最佳。單一丁酸鈉沒(méi)有表現(xiàn)出明顯抑菌效果，但丁酸鈉與植物精油復(fù)合可顯著降低植物精油的用量。

3.2 植物提取物替代飼用抗生素的應(yīng)用進(jìn)展
雖然2006年起歐盟已禁止抗生素作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑添加于飼料中，然而當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)對(duì)于抗生素替代品在實(shí)際養(yǎng)殖生產(chǎn)中的應(yīng)用研究并不多見(jiàn)。2017年硫酸粘桿菌素禁止作為促生長(zhǎng)劑在飼料中使用，才使得一系列的抗生素替代品研究逐步深入。這些替代品的研究主要集中于植物提取物、微生態(tài)制劑等。

3.2.1 植物提取物在豬飼料中的應(yīng)用
近年來(lái)關(guān)于植物提取物替代或部分替代抗生素的試驗(yàn)研究中，大多數(shù)表現(xiàn)為正效果，即所用植物提取物能替代特定劑量的某種或某些抗生素，并且不影響或改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能，提高機(jī)體免疫力。
紀(jì)少麗等在妊娠-哺乳期母豬飼料中添加止痢草精油（OE），發(fā)現(xiàn)母豬日糧中添加OE可顯著提高仔豬的日增重和日采食量，斷奶仔豬到屠宰全程添加OE能顯著改善肉豬的日增重。而且母豬日糧添加OE可顯著增加斷奶至肥育期間的豬血清IGF-Ⅰ水平，并且提高了肉豬屠宰性能 [27] 。
肖傳明等試驗(yàn)證明，在28 d斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加新型豬用植物提取物500 g·t -1 可顯著降低仔豬腹瀉率，提高日增重和日采食量；同時(shí)通過(guò)測(cè)定血液生化指標(biāo)說(shuō)明該植物提取物可顯著促進(jìn)斷奶仔豬免疫器官發(fā)育，增強(qiáng)動(dòng)物免疫力，可以取代飼料中抗生素的使用 [28] 。王亮等比較了牛至油提取物、苦木甘草提取物、植物精油復(fù)合物和抗菌肽（添加量均為1 000 g·t -1 ）對(duì)斷奶仔豬（284 d斷奶，大約克夏純種豬）生產(chǎn)性能、血液生化及免疫性能的影響。以抗生素組作為對(duì)照組，試驗(yàn)結(jié)果表明，抗生素替代產(chǎn)品能夠促進(jìn)仔豬生長(zhǎng)、促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)沉積、降低脂肪沉積并提高機(jī)體抵抗力，其中牛至油提取物作用效果最佳 [29] 。范覺(jué)鑫等用幾種抗生素替代產(chǎn)品（酸化劑、酶制劑、微生態(tài)制劑、植物提取物、中草藥添加劑等）組合使用配制無(wú)抗日糧，研究在 21 d 斷奶的杜×長(zhǎng)×大仔豬（平均體重 6.25±0.30 kg）飼料中替代抗生素的效果 [30] 。發(fā)現(xiàn)不同替代品的組合方案對(duì)于仔豬的影響差異顯著，或者提高了生產(chǎn)性能，或者改善了腹瀉率和腹瀉指數(shù)。但如何兼顧生產(chǎn)性能和腹瀉率的配方組合還需進(jìn)一步研究。田冬冬等也用 21 d 斷奶仔豬（平均體重6.5 kg）試驗(yàn)了幾種添加劑組合（復(fù)合有機(jī)酸+復(fù)合酶制劑+微生態(tài)制劑+植物提取物）對(duì)于仔豬生長(zhǎng)性能和抗腹瀉效果的影響，結(jié)果在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，試驗(yàn)組生產(chǎn)性能和腹瀉率與抗生素組均無(wú)顯著差異，表明在該試驗(yàn)條件下，上述組合能替代抗生素在斷奶仔豬日糧中使用 [31] 。楊斌研究發(fā)現(xiàn)，飼喂25 d斷奶的三元仔豬（7.32±1.16 kg）黃芪提取物（黃芪多糖、黃芪皂苷）42 d，結(jié)果與添加抗生素（金霉素+粘桿菌素）對(duì)照組相比，日糧中添加黃芪提取物能夠顯著改善斷奶仔豬的飼料轉(zhuǎn)化率，在一定程度上提高斷奶仔豬日增重 [32] 。劉艷霞用品種相同的斷奶豬80頭（體重8.0±0.5 kg）試驗(yàn)植物源性添加劑（主要成分為鞣花酸、木桔素、飛燕草色素-3，5-二糖苷等腸道上皮細(xì)胞更新促進(jìn)劑）和天然殺菌劑（主要成分是由植物提取物高濃度、高純度的有機(jī)分子單體Cimenol環(huán)及檸檬酸組成）對(duì)保育豬生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)與空白對(duì)照組相比，試驗(yàn)組仔豬生長(zhǎng)速度、飼料利用率提高，糞便顏色等得到改善，同時(shí)保育豬腹瀉率大幅度降低（11%和3%）。

3.2.2 天然植物提取物在禽飼料中的應(yīng)用
Zhang等試驗(yàn)表明，常山提取物可有效對(duì)抗艾美耳球蟲(chóng)感染，特別是添加20 mg·kg -1 時(shí)，可顯著提高肉雞體增重，降低出血性腹瀉、病變?cè)u(píng)分和蟲(chóng)卵排出量，效果與抗球蟲(chóng)藥地克珠利相當(dāng) [35] 。Liu等發(fā)現(xiàn)，肉雞飼料添加植物提取物（辣椒素、大蒜素和姜黃素）均可降低大腸桿菌攻毒時(shí)腹瀉評(píng)分和腹瀉頻率，并且攻毒后當(dāng)天的TNF-α、結(jié)合珠蛋白、回腸巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞數(shù)量以及攻毒11 d的白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞數(shù)量均顯著降低 [36] 。
史東輝等研究了牛至草提取物對(duì)肉雞血清的抗氧化作用和雞肉脂類(lèi)氧化影響，結(jié)果表明，整個(gè)試驗(yàn)期添加止痢草提取物的各試驗(yàn)組肉雞血清總抗氧化能力（T-AOC）均顯著高于空白對(duì)照組和抗生素組 [37] 。所有試驗(yàn)各組整個(gè)貯藏期間肌肉中丙二醛濃度均顯著低于空白對(duì)照組和抗生素組，可見(jiàn)，日糧中的止痢草植物提取物可提高肉雞血清中抗氧化酶的活性，有效延緩雞肉中脂類(lèi)的氧化。肖傳明等比較了植物提取物（含蒲公英等提取物，富含黃酮、生物堿等有效成分）和抗生素（10%硫酸粘桿菌素200 g·t -1 +10%金霉素預(yù)混劑400 g·t -1 ）對(duì)Cobb商品代肉雞生長(zhǎng)性能和血清生化指標(biāo)的影響，結(jié)果表明，與抗生素組相比，植物提取物組顯著提高肉雞血清總蛋白含量、谷草轉(zhuǎn)氨酶、淀粉酶、脂肪酶活力，以及鈣磷、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪消化率，并顯著降低死淘率 [38] 。
楊靜靜等發(fā)現(xiàn)，對(duì)于經(jīng)口感染柔嫩艾美耳球蟲(chóng)孢子卵囊的肉雞，復(fù)合植物提取物與陽(yáng)性對(duì)照組（地克珠利）相比療效顯著，且在飼料中添加復(fù)合植物提取物Ⅰ的增重效果優(yōu)于地克珠利，是替代抗球蟲(chóng)、促生長(zhǎng)抗生素的良好藥物選擇 [39] 。Abudabos等研究結(jié)果表明，在鼠傷寒沙門(mén)氏菌攻毒的肉雞飼料中添加復(fù)合植物提取物，與抗生素組相比改善了飼料利用率，其他生產(chǎn)性能指標(biāo)沒(méi)有顯著差異；血液生化指標(biāo)和肝臟酶活均無(wú)顯著差異，表明此提取物可在肉雞日糧中替代抗生素 [40] 。

3.2.3 天然植物添加劑在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用
劉泓宇等以基礎(chǔ)飼料為空白對(duì)照，添加氟苯尼考（Florfenicol）0.3%為抗生素對(duì)照組，其余4組分別添加RapXOL（植物提取物組，主要成分為牛至油、肉桂醛等）200 mg·kg -1 以及不同梯度含量益生菌，發(fā)現(xiàn)日糧中添加植物提取物可明顯提高凡納濱對(duì)蝦的成活率、全蝦蛋白含量。植物提取物RapXOL能提高對(duì)蝦的成活率和免疫能力，可作為良好的免疫增強(qiáng)劑 [41] 。

4 植物提取物應(yīng)用中存在的問(wèn)題
雖然植物提取物作為一種新型高效的飼料添加劑越來(lái)越多的應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖中，并且多數(shù)試驗(yàn)報(bào)告表明其在替代飼料抗生素促生長(zhǎng)劑方面有巨大潛力，但是在實(shí)際應(yīng)用中也存在問(wèn)題，影響了植物提取物在養(yǎng)殖業(yè)中的使用效果和范圍。
4.1 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定
雖然我國(guó)天然植物種類(lèi)十分豐富，但是植物品種、種植地、收獲時(shí)間、使用部位等不同會(huì)導(dǎo)致其活性成分差異大，即使植物名稱(chēng)相同，其主要活性成分的含量也可能不同 [ 1, 25] 。因而對(duì)于同種來(lái)源的植物提取物其質(zhì)量差異可能很大。
4.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一
在植物提取物方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失。主要原因在于：天然植物成分復(fù)雜，不同地域的植物有效成分含量不同，因而對(duì)于原料本身的標(biāo)準(zhǔn)難以制定；不同廠(chǎng)家設(shè)計(jì)植物提取物配方時(shí)參考的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)也不同；植物提取物活性物質(zhì)不明確或含量不穩(wěn)定，導(dǎo)致政府部門(mén)無(wú)法監(jiān)督，用戶(hù)也無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)，限制了植物提取物的評(píng)估和應(yīng)用。
4.3 實(shí)際應(yīng)用效果不確定
雖然很多植物提取物在體外對(duì)大多數(shù)消化道有害菌均有抑制作用，但在動(dòng)物養(yǎng)殖中使用時(shí)，效果往往千差萬(wàn)別，并且有時(shí)體外抑菌劑量并不能在體內(nèi)達(dá)到同樣的效果。另外，不同植物提取物產(chǎn)品的有效成分和含量不同，對(duì)于有害菌的抑制效果差異很大。因而，針對(duì)性使用植物提取物能降低抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用，但還需要更深入研究。
參考文獻(xiàn)略