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1401-55-4 / 單寧的生物學功能及其應用

抗生素等藥物添加劑造成的負面影響引起了社會的廣泛重視。在禁抗、氧化鋅限量使用的行業背景下,綠色安全有效飼料添加劑的開發成為熱點。

單寧(Tannin)是除木質素外含量最豐富的一類植物酚類化合物,廣泛存在于五倍子、栗木、茶、葡萄、檸條、堅木、百脈根、高粱和咖啡等植物。植物體內的單寧儲存于一種源自葉綠體的細胞器中,被包裹在胞液內,不與蛋白質等營養物質相互作用,因而不干擾植物自身代謝。

單寧的生物學功能及其應用

以往對單寧的認識局限為飼料中的“抗營養因子”,近年來發現單寧對動物腸道具有特殊的收斂抗腹瀉作用,能夠抑制病原微生物,增強動物機體抗氧化、抗病毒和抗癌能力。飼糧添加適量單寧能夠有效提高畜禽的生產性能,改善畜禽營養狀況并促進畜禽健康。因此,單寧成為了當前“替抗”的重要關注對象。

目前,美國食品藥品監督管理局(FDA)已將單寧作為食品添加劑,可以添加到飲料和肉產品。歐盟于 2016 年批準單寧作為一種新型的飼料添加劑應用于部分畜禽。

1 單寧的化學性質

寧酸、鞣酸、鞣質,是一種重要的植物次級代謝產物。單寧的多個酚羥基能夠結合多糖、生物堿、蛋白質和金屬離子等發生絡合或靜電反應,進而改變其理化特性。單寧根據化學性質可分為縮合單寧、水解單寧和復雜單寧。

2 單寧的抗營養與多種生物學功能及其機理

2.1 抗營養作用

單寧味道苦澀,能夠結合飼料中淀粉、蛋白質和消化酶形成不溶性復合物,降低了飼料適口性和養分消化率。單寧進入動物消化道后,與胃腸黏膜表面的蛋白質或部分消化酶結合,以減少動物腸道對營養物質的消化吸收,因此單寧具有抗營養活性。

2.2 腸道收斂作用

單寧通過凝固蛋白使腸道黏膜表面形成保護膜,進而促進腸道局部達

到消炎止血鎮痛及減少滲出的作用。單寧通過與腸道黏膜蛋白質以疏水鍵和氫鍵等方式發生聚合反應,產生腸道收斂作用,并且減弱刺激腸蠕動,減緩食糜在腸道中的推移,促使腸道內水分被充分地吸收利用,進而達到緩解腹瀉的作用。

2.3 抗菌、抗寄生蟲、抗病毒和抗癌作用

單寧通過結合病原體細胞膜蛋白、多糖和磷脂等聚合形成沉淀,并干擾細菌吸收營養物質和代謝,以及單寧自氧化產生過氧化氫,降低細

菌細胞膜的通透性,進而對大部分細菌、寄生蟲和真菌表現為抑制作用。

2.4 提高機體抗氧化能力

單寧具有豐富的鄰位羥基,該羥基釋放出的氫通過還原Fe3+、清除自由基(ROS、DPPH、OH·、HO2·、NO·)并阻斷其鏈式反應和抑制脂質過氧化,從而表現出較強的抗氧化能力。單寧的抗氧化作用機理如圖 2 所示。體外抗氧化試驗表明,單寧對 DPPH 自由基清除效果優于抗壞血酸,并能夠提高抗氧化酶活性,降低體內氧化應激水平。

單寧的生物學功能及其應用

SOD:超氧化物歧化酶;GSH-Px:谷胱甘肽過氧化物酶;CAT:過氧化氫酶;ROS:活性氧;DPPH:1,1-二苯基-2-三硝基苯肼;OH·:羥基自由基;HO2·:過氧化氫自由基;NO·:NO 自由基。

圖2 單寧抗氧化作用機理

2.5 改善腸道微環境

單寧具有緩解腸道炎癥、改善腸黏膜形態以及調節腸道微生物菌群等功能。單寧與蛋白質復合形成單寧蛋白,單寧蛋白在小腸堿性環境下分解釋放單寧,使腸黏膜炎癥表面的蛋白質凝固、炎性滲出物減少,從而起到緩解腸道炎癥的作用。

也有研究報道,單寧能夠上調乳酸菌中參與氧化應激防御及細胞壁生物轉化蛋白質的合成,增殖有益菌(乳酸菌和雙歧桿菌等)及適應動物腸道。這提示可應用單寧調控畜禽腸道菌群來發揮促進腸道免疫調節和腸道健康。

3 單寧在動物生產上的應用研究進展

3.1 單寧在單胃動物上的應用

單寧在單胃動物上的應用是一把“雙刃劍”。單寧對單胃動物的促生長作用依賴于其作為“抗營養因子”產生的負面影響和促進動物健康(調節腸道菌群、抗炎、抗應激、抗氧化)的平衡。大量研究表明,單寧在單胃動物上的應用效果最終取決于動物的種類、生理狀態、飼糧組成、單寧類型及其在飼糧中的濃度。

高劑量單寧對單胃動物生長性能存在負面影響,但適量濃度的單寧和適當方式應用能夠緩解單胃動物腹瀉、提高抗氧化和免疫力,提高生產性能,有效減少抗生素和Zn O 的用量。高劑量水解單寧和縮合單寧都不利于單胃動物的養殖生產,但可應用于改善抗氧化和免疫抗應激能力。近年來單寧在單胃動物上的相關研究見表 1。

單寧的生物學功能及其應用

表1 單寧在單胃動物上的相關研究

3.2 單寧在反芻動物上的應用

在反芻動物中應用研究主要以縮合單寧為主,在反芻動物營養中,縮合單寧在瘤胃中的水解產物兒茶素通過降低植物性飼料中蛋白質溶解度和表面活性,并降低瘤胃微生物對蛋白質的降解速度,使過瘤胃蛋白數量和小腸消化的蛋白質增加,這個過程被稱為瘤胃逃逸蛋白。

單寧的生物學功能及其應用

4 總結與展望

單寧具有腸道收斂、抗菌、抗寄生蟲、抗病毒、抗癌、抗氧化和改善腸道微環境的作用。大量試驗表明,低濃度單寧對畜禽生長性能無不良影響,不同水平單寧增加畜禽腸道消化酶活性和對營養物的吸收面積。適量添加單寧可以提高畜禽生產性能、抗氧化和抗應激能力,改善畜禽營養狀況和促進畜禽健康。

單寧與微生態制劑、植物精油等聯合使用,能夠增強畜禽抗病促生長作用,可替代部分抗生素和氧化鋅。單寧作為天然植物提取物,具有多種生物學功能,在動物生產上具有廣闊的應用前景。目前,縮合單寧在反芻動物上的應用研究較多,而水解單寧酸在仔豬、肉仔雞、蛋雞中的應用較多。

致敬本文作者:唐青松,徐娥,蔣宗勇,易宏波