手機(jī)掃碼訪問本站
微信咨詢
單寧酸是一類多酚類化合物，廣泛存在于植物體內(nèi)，具有抗菌、抗寄生蟲、抗病毒、抗氧化、抗炎，以及免疫調(diào)節(jié)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(qiáng)的蛋白質(zhì)親和力，已成功應(yīng)用于反芻動(dòng)物營養(yǎng)中，減少瘤胃蛋白質(zhì)的降解，從而提高蛋白質(zhì)的利用率和動(dòng)物的生產(chǎn)效率。在反芻動(dòng)物日糧中加入含單寧酸的飼料還具有三個(gè)重要作用，即控制動(dòng)物胃氣脹、腸道寄生蟲和致病菌。單寧酸在傳統(tǒng)上被認(rèn)為是單胃動(dòng)物和家禽的“抗?fàn)I養(yǎng)因子”，但最近的研究表明單寧酸應(yīng)用得當(dāng)，改善了腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)了腸道健康，從而提高了生產(chǎn)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(dǎo)致其觀察到的效果的巨大的可變性。
單寧酸是一種天然存在的多相酚類化合物，有不同的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)合和沉淀蛋白質(zhì)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(fā)現(xiàn)，而PT只出現(xiàn)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?nèi)菀妆凰帷A或酯酶水解，因此容易在消化道中降解和吸收，并可能對(duì)食草動(dòng)物造成潛在的毒性作用(Dollahite et al.，1962;Mdeod, 1974)。縮合單寧酸是由黃烷-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(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，分子量更高1000~20000Da。與HT不同，只有強(qiáng)氧化和酸性水解才能解聚不容易被厭氧酶降解的CT結(jié)構(gòu)(McSweeney et al.，2001)。PT是間苯三酚(1.3.5-三羥基苯)聚合的產(chǎn)物，在結(jié)構(gòu)上沒有陸地單寧(HT和CT)復(fù)雜(Ragan and Glombitza, 1986)。PT的分子量為126 - 650 kDa (Targett and Amold, 1998)，根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)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(yǎng)價(jià)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(fā)現(xiàn)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(qū)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(xì)胞胞質(zhì)中(Ragan and Glombitza, 1986;魯?shù)潞涂巳R頓，2004:柴田等，2004)。單寧酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度在植物種類、生長階段和生長條件(如溫度、光照強(qiáng)度、養(yǎng)分和暴露于食草環(huán)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）。
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(xué)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(duì)現(xiàn)代食用動(dòng)物生產(chǎn)最為重要，現(xiàn)綜述如下。
單寧酸的抗菌活性早已得到公認(rèn)，單寧酸對(duì)細(xì)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(jī)制包括抑制胞外微生物酶，剝奪微生物生長所需的基質(zhì)，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(xì)胞壁形態(tài)變化和膜透性增加的細(xì)菌形成細(xì)胞膜復(fù)合物(Scalbert, 1991; Liu et al., 2013)。證據(jù)表明微生物細(xì)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(xì)胞聚合和細(xì)胞膜的破壞和功能(圖2)。雖然蛋白質(zhì)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(xué)組成和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
一般來說，單寧酸對(duì)革蘭氏陽性菌的抗菌活性大于對(duì)革蘭氏陰性菌的抗菌活性(Ikigai et al., 1993; Smith andMackie, 2004)，因?yàn)楦锾m氏陰性細(xì)菌的外膜是由脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)組成，脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)由外膜的脂多糖和蛋白質(zhì)組成，內(nèi)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(duì)革蘭氏陰性菌具有較強(qiáng)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(duì)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(fā)現(xiàn)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(qiáng)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(shù)量和過氧化氫的釋放是影響單寧酸抗菌性能的兩個(gè)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(huán)的黃酮醇(沒食子兒茶素)對(duì)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(huán)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(duì)肉毒桿菌的毒性也大于它們的非沒食子對(duì)應(yīng)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(duì)目標(biāo)微生物有效且特異的單寧酸將是一項(xiàng)連續(xù)不斷的研究工作。
圖2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(xì)胞培養(yǎng)10 h(對(duì)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(duì)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
單寧酸的抗寄生蟲特性已在體內(nèi)和體外的研究中得到證實(shí)。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(fā)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(zhuǎn)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(jiān)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(duì)幼蟲的遷移有明顯的抑制作用，且呈劑量依賴性。這些結(jié)果表明單寧酸的抗寄生蟲作用發(fā)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(nèi)研究中得到證實(shí)(Paolini et al., 2003; Heckendorn etal., 2007; Chaweewan et al.,2015; Desrues et al., 2016)。
植物單寧酸的驅(qū)蟲機(jī)制已經(jīng)被提出，“直接”作用寄生蟲細(xì)胞，通過1)減少感染性的第三階段幼蟲在宿主體內(nèi)，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(fā)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(duì)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(qū)蟲效果也因單寧酸的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)、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)。
天然酚類化合物長期以來被認(rèn)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(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可預(yù)防心血管疾病、癌癥或骨質(zhì)疏松癥等氧化應(yīng)激相關(guān)疾病(Hollman and Katan, 1999; Scalbert etal., 2005)。結(jié)果表明，相對(duì)分子質(zhì)量較高的CT和HT具有較強(qiáng)的抗氧化活性(Hagerman et al.1998)。羥基的數(shù)量和單寧酸的聚合程度被認(rèn)為與清除自由基的能力有關(guān)(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(fù)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(shí)(Ho et al., 1999; Lin et al., 2001Beninger and Hosfield, 2003: Barreira et al., 2008)。單寧酸在不同動(dòng)物組織中的體內(nèi)抗氧化活性也得到了證實(shí)。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(tài)(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(jiān)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(tài)，并通過在冷藏過程中延遲肌紅蛋白氧化來增強(qiáng)肉色的穩(wěn)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(shí)體如何在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮抗氧化活性。Lopez-Andres et al.(2013)發(fā)現(xiàn)白堅(jiān)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(dòng)物組織的抗氧化狀態(tài)。單寧酸蛋白絡(luò)合已經(jīng)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(jù)推測，膳食單寧酸可能會(huì)在消化過程中使其他營養(yǎng)性抗氧化劑得以保留，也可能在消化過程中保護(hù)消化道中的蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂質(zhì)免受的氧化損傷(Marshall and, Roberts, 1990)。然而，單寧酸在動(dòng)物組織中的抗氧化機(jī)制尚不清楚。這一領(lǐng)域還需要進(jìn)一步的研究，因?yàn)樘岣呖寡趸芰Ρ徽J(rèn)為是飼喂單寧酸對(duì)動(dòng)物健康和性能的最大收益之一。
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(guān)(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(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)可以降低低級(jí)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(dǎo)RAW264.7細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮(NO)(一種誘導(dǎo)炎癥的促炎介質(zhì))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(duì)巴豆油致小鼠耳部水腫及膠原誘導(dǎo)的DBA/1小鼠關(guān)節(jié)炎均有明顯的抗炎作用(Liu et al., 2015a,b)。作者推測抗炎作用機(jī)制與清除自由基的能力有關(guān)，而不是HT對(duì)NO和促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生的抑制作用。來源于A. nodosum和Ecklonia cava的褐藻多酚在抑制細(xì)胞因子釋放(Dutot et al., 2012)、NO和前列腺素- E2產(chǎn)生的能力上也顯示出強(qiáng)大的抗炎作用(Wijesinghe et al., 2013)。需要指出的是，這一領(lǐng)域的研究大多是利用體外模型進(jìn)行的。單寧酸在動(dòng)物體內(nèi)消化后的抗炎作用尚需在體內(nèi)模型中進(jìn)一步評(píng)價(jià)。
單寧酸已被證明對(duì)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(guān)病毒和諾如病毒(Uchiumi et al., 2003: Dil Pasqualeet al. 2012: Zhang et al., 2012)。Yang等(2013)發(fā)現(xiàn)HT (訶子鞣酸)在體外具有相當(dāng)大的抗71型腸道病毒活性，在小鼠模型中通過抑制病毒復(fù)制有效降低死亡率，緩解臨床癥狀。已經(jīng)證明單寧酸對(duì)HIV-1的抑制作用通過作用于病毒逆轉(zhuǎn)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(fù)制，或通過干擾gp41 sex-helix束形成(Liuet al . 2004)抑制HIV-1進(jìn)入靶細(xì)胞。據(jù)報(bào)道，綠茶中的表沒食子兒茶素具有抑制丙型肝炎病毒(HCV)進(jìn)入的作用(Ciesek et al.，2011; Calland et al., 2012)。Liu等(2015a,b)發(fā)現(xiàn)單寧酸(HT)抑制HCV進(jìn)入和細(xì)胞間傳播，但不干擾細(xì)胞內(nèi)HCV復(fù)制。三種HT (punicalagin punicalin andgeraniin)通過阻止cccDNA的形成和促進(jìn)cccDNA的衰變，通過雙重機(jī)制抑制乙肝病毒ccDNA的生成(Liu et al.，2016)。Ueda等(2013)發(fā)現(xiàn)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(duì)部分病毒有效，蛋白質(zhì)聚集似乎是柿子單寧酸抗病毒作用的基本機(jī)制。從E cava中分離的褐藻多酚對(duì)流感病毒神經(jīng)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(qiáng)的抗病毒活性，其中豬流行性腹瀉病毒是通過抑制病毒進(jìn)入和/或病毒復(fù)制(Kwon et al., 2013)。從Eisenia biclis分離的PT對(duì)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(xué)成分和結(jié)構(gòu)。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(xì)胞，抑制病毒滲透進(jìn)入細(xì)胞核和抑制病毒反轉(zhuǎn)錄酶可能是一些潛在的機(jī)制(Buzzini et al ., 2008)，單寧酸作為天然抗病毒制劑用于動(dòng)物和家禽行業(yè)需要體內(nèi)的研究進(jìn)一步探索。