皂甙在反刍动物营养上的研究进展

彭春雨 孟庆翔 张 勇

目前，由于动物生产的集约化程度的提高，动物疾病的危害性越来越大，很多养殖企业使用抗生素作为药物添加剂，来提高动物的抗病性；还有一些以提高动物生产性能的抗生素，如莫能菌素、拉沙里霉素等使用也很普遍。欧盟和日本分别在2006年1月和2008年已经禁止使用抗生素，美国也将在2013年禁止使用抗生素，抗生素的禁止使用必然趋势，急切需要开发新的添加剂来代替抗生素，植物提取物作为一种纯天然的添加剂产品，是一类植物非营养性代谢产物，可以使植物抵御病虫害、防止微生物侵袭，有些在生长和结果中有作用。近年来，在动物生产中，有很多非营养性植物提取物，包括皂甙、浓缩单宁和挥发油等，来调节瘤胃机能、提高生产性能。

皂甙作为植物次级代谢产物，为含有三萜烯或甾体配基和一个或多个糖链的一类物质，在植物中含量广泛，根据皂甙水解后生成皂甙元的结构，可分为三萜皂甙(triterpenoidal saponins)和甾体皂甙(steroidal saponins)两类。组成皂甙的糖有葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、半乳糖及鼠李糖等，常与皂甙元C3位的-OH连接成甙，在薄膜透性，促进免疫，降低血液胆固醇，抗癌性方面有很多研究，目前在食品、化妆品和药物等商业中广泛地应用，在动物方面，可以杀灭原生动物和贝类，可以作为抗氧化剂，阻碍蛋白质消化，从而有降低血糖，抗真菌和抗病毒活性。近年来，在皂甙应用于瘤胃调节方面有很多报道。但是，有些研究在皂甙对瘤胃微生物的影响未详细说明，有些研究结果不一致。本文就最常用的四种皂甙：茶皂素、单宁、丝兰皂甙、肉桂醛对瘤胃微生物区系、瘤胃发酵参数、生产性能以及消化代谢和对环境的影响等方面进行总结分析。

1 茶皂素

茶皂素又名茶皂苷,是存在于山茶科(茶、油茶、山茶)植物中的一类五环三萜皂苷类物质，主要包括配基（茶皂草精纯 A、B、D）、糖体结构（D－ 普通糖醛酸、D－葡萄糖、D－半乳糖、D－木糖）、有机酸（当归酸、惕各酸、α－甲基丁酸）等三部分，存在于茶籽、茶叶、茶树茎及根系中，尤以茶籽中含量最多，是一种纯天然性能优良的非离子型表面活性剂，目前研究主要是用水提法或有机溶剂浸提法从油茶籽饼粕中提取，在工农业及医药行业均有广泛应用。茶皂素中的配体糖基，具有提高畜禽免疫力，提高动物抗菌、抗病毒、抗炎能力，以及改善动物生产性能等多种生理功能。从分子水平研究表明，多糖通过与淋巴细胞表面多糖受体结合，作用于淋巴细胞信息传递过程，从而影响淋巴细胞基因表达和淋巴细胞功能，调节机体免疫功能。

1.1 对瘤胃微生物区系的影响

茶皂素可以显著降低原虫数量 (Guo Y Q等，2008；WL Hu 等，2005；W HU 等，2006；Wei－lian Hu 等，2005)，且随着添加量的增加，原虫的下降率增加（WL Hu等，2005），原虫数量和总细菌16S rDNA数量相关（HL Mao等，2010）。真菌数量下降（Guo Y Q等，2008），但HL Mao等（2010）在每头湖州山羊日粮中添加3 g/d茶皂素，真菌数量有轻微下降(P＞0.05)，这可能和茶皂素添加量过低有关，产甲烷菌数量未受影响（Guo Y Q等，2008;HL Mao等，2010）。茶皂素通过抑制原虫数量和与甲烷菌相关的原虫数量，来降低甲烷产量，说明添加茶皂素可能间接抑制甲烷产量(Guo Y Q 等，2008)。

1.2 对瘤胃发酵参数的影响

添加茶皂素可以显著降低甲烷产量(HL Mao等，2010;W HU 等，2006;Wei－lian Hu 等，2005)，增加产气量，降低甲烷占总产气量的浓度（WL Hu等，2005），但在茶皂素添加量为8 mg/200 mg饲料(玉米：牧草=1：1)时，在24 h与对照组有轻微差异（WL Hu等，2005）。对瘤胃pH值影响结果很不一致，分别为降低(P＜0.05)（HL Mao等，2010）、轻微下降（WL Hu等，2005）和无影响（Wei－lian Hu 等，2005），这受试验条件的影响，如WL Hu等（2005）研究日粮中添加量最高为40 g/kg，HL Mao等（2010）研究中为湖州山羊每头饲喂 3 g，Wei－lian Hu 等（2005）研究为发酵液中添加0.4 mg/ml。挥发性脂肪酸的产量和比例，可以说明瘤胃中精料和粗饲料的发酵程度，WL Hu等（2005）的研究结果显示，添加茶皂素对总挥发性脂肪酸和各个挥发酸浓度都无显著影响。HL Mao等（2010）虽然添加茶皂素3 g/(d·头)，但其对挥发性脂肪酸浓度都显著增加(P＜0.05)，处理间脂肪酸比例无影响。W HU等（2006）研究表明，瘤胃液中总挥发性脂肪酸浓度有轻微影响，乙酸比例下降，丙酸比例增加。也有研究表明，丙酸比例显著增加，丁酸比例显著降低（Wei－lian Hu等，2005）。对蛋白质消化方面，可以降低铵态氮浓度，增加微生物蛋白产量（WL Hu等，2005；HL Mao等，2010;W HU 等，2006;Wei－lian Hu 等，2005)。表明添加茶皂素可以在一定程度上调节瘤胃发酵参数。

1.3 生产性能

茶皂素在反刍动物中动物性试验较少，W HU等（2006）在波尔山羊日粮中添加茶皂素为 0、3、6 g/(d·头)，在整个试验期，消化代谢方面，3 g/(d·头)组干物质采食量、日增重、饲料转化率比6 g/(d·头)组和对照组高。血液指标方面，3 g/(d·头)组血清总蛋白、白蛋白、高密度脂蛋白、胆固醇、Ca、P和碱性磷酸酶比对照组和6 g/(d·头)组高，但血清尿素氮、肌酸酐、天门冬氨酸转氨酶不受茶皂素添加的影响。研究表明，适宜剂量的茶皂素有提高动物生产性能的潜力，但在高剂量下，可能对生产性能造成不良影响。关于茶皂素在反刍动物生产上的最适添加量有待进一步研究。

1.4 抗菌性和抗氧化性

茶皂素在抗菌性和抗氧化性的研究方面较少，在pH值8.0、浓度为2.0 mg/ml时，茶皂素清除90.5%超氧化游离基。在pH值为4.8时，茶皂素的最低抑菌浓度低于0.00625%(w/v)，依据pH值，茶皂素的抗氧化性和抗菌性发生变化（Yan Li等，2009）。表明茶皂素作为纯天然添加剂，作为环保型和安全型抗菌性和抗氧化性添加剂，有很好的应用前景，需进一步进行研究。

2 单宁

单宁又叫鞣质，是一种分子量在300以上的多酚类化合物，味苦涩，根据来源的植物品种，有白坚木单宁、栗木单宁、鞣酸等，目前，有水解单宁和浓缩单宁两类单宁产品。原来对单宁的研究主要在作为饲料中有害因子方面，单宁中的酚基或其氧化产物醌基可以和饲料蛋白质氨基酸残基的某些基团(如赖氨酸的ε－氨基、半胱氨酸的巯基)结合生成不溶性化合物，在消化道中和蛋白质酶结合，从而降低蛋白质消化率。同时，单宁还可以与胃肠道黏膜蛋白质结合后在其表面形成不溶性复合物从而损伤肠壁，干扰某些营养元素离子的吸收，目前添加的单宁抑制剂有聚氯乙烯和聚乙二醇。利用单宁可以结合蛋白氨基酸中残基等的性质，在反刍动物饲料中少量添加单宁，可以调节瘤胃发酵，提高生产性能。

2.1 微生物区系

单宁对原虫方面，由于添加量差异很大，结果不是很一致，BJ等（2002）研究日粮添加量为1 g/kg DM或2 g/kg DM，指出原虫数量无差异，Valentina V等（2010）在精料补充料中添加9.57%，结果为原虫数量增加，其他研究结果表明，添加单宁可以降低原虫数量（R.Bhatta等，2009；Al－Dobaib S N 等，2009；Onanong Poungchompu 等，2009），且随着皂甙添加量的增加，原虫数量降低（Al－Dobaib S N等，2009）。降低甲烷菌数量（R.Bhatta等，2009），增加纤维分解菌（Valentina V等，2010），添加皂甙1 g/kg DM比2 g/kg DM组细菌数量低（BJ等，2002）。表明添加单宁可以在一定程度上改变瘤胃微生物区系。

2.2 发酵参数

日粮中添加单宁，在产气量和甲烷产量方面，可以降低产气量（R.Bhatta等，2009；Oliveira SG 等，2007；Tomás F M等，2004），降低甲烷产量从而降低甲烷的能量损失，增加能量利用率（R.Bhatta等，2009；Oliveira S G 等，2007；Tomás F M 等，2004；Hariadi B T等，2010；Onanong Poungchompu 等，2009；A Jayanegara等，2009；Tiemann TT 等，2008），但 Getachew G 等（2008）指出添加鞣酸对产气量无影响，浓缩单宁的添加量和降低甲烷产量的相关性很差(r=0.09)（2009），究其原因，Tiemann T T等（2008）指出，通过降低半纤维素降解从而降低甲烷产量。pH值方面，Bhatta R等(2009)指出增加，Poungchompu O等(2009)研究的高精料组降低，而 BJ等(2002)指出无差异，这可能和添加量有关(BJ等研究中添加量为1、2 g/kg DM，且为水解单宁)。在挥发性脂肪酸产量方面，可以降低（R.Bhatta等，2009)或增加（Onanong Poungchompu等，2009)总挥发性脂肪酸浓度，差异可能在于饲料中精料添加比例不同（分别为50：50和70：30），增加丙酸比例 (R.Bhatta 等，2009；Onanong Poungchompu等，2009)，乙酸浓度和乙酸/丙酸比率下降(P＜0.05)(Onanong Poungchompu 等，2009)，降低支链脂肪酸浓度[8]和异戊酸浓度(P＞或＜0.05)(Getachew G等，2008)，但Getachew G等结果指出对脂肪酸的量和组成比例均无影响，降低瘤胃铵态氮浓度(Getachew G等，2008;B J等，2002;C Benchaar等，2008)。各种研究的差异表明，单宁可以降低产气量，降低甲烷产量，单宁的来源和量以及饲料配方(精粗比)等方面，对发酵参数中VFA的比例和产量的影响很大。

2.3 生产性能

在绵羊和鹿方面来说，绵羊饲料中添加占干物质含量2%的单宁可以防止苜蓿中蛋白质在瘤胃降解，从而促进增重(Al－Dobaib S N 等，2009)，提高羔羊对含皂甙高的苜蓿和含生物碱高的高羊茅采食量，降低饲料原料中单宁含量可以提高鹿的采食量(Chapman G A 等，2010;Lisonbee L D 等，2009)和增重(Lisonbee L D等，2009)，表明反刍动物可以识别含单宁的粗饲料，添加单宁可以增加不同种类粗饲料的有效利用率(Lisonbee L D等，2009)。单宁涩味可以刺激口腔上皮，进而影响短期采食量，而长期影响可能和降低瘤胃液中氨和挥发性脂肪酸浓度有关(N Silanikovea等，2001)。奶牛方面，在日粮中添加白坚木的浓缩单宁（含70%单宁，150 g/d），对干物质采食量、产奶量(33.1 kg/d)、乳脂率(4.3%)、乳蛋白(3.5%)均无影响(C Benchaar等，2008)、对乳脂中脂肪组成无影响(C Benchaar等，2008、2009)。表明添加一定剂量单宁可以提高反刍动物生产性能，绵羊和鹿应为干物质的2%左右，而奶牛要高于150 g/(d·头)。

2.4 消化代谢

在绵羊日粮中添加浓缩单宁 (占干物质的2%或3%)可防止苜蓿中蛋白质降解，显著降低可消化氮和尿氮排泄(P＜0.05)（Al－Dobaib S N等，2009），添加水解单宁对增加氮体内贮存量，降低氮排泄量作用不明显（B J等，2002），表明单宁的种类（浓缩或水解）对氮的有效利用和排泄有影响，日粮中添加单宁可以增加贮存氮占总消化氮的比例，降低单位采食氮的排除量，这对降低反刍动物排泄物的环境污染有重要意义。在饮水方面，反刍动物更喜欢清水（Scott L等，2008；Scott L等，2010），在仅仅饲喂含单宁的饮用水情况下，饲喂含单宁水组比清水组饮水量提高44%～58%，采食量日增加2.3%（Scott L等，2008）。在奶牛日粮中添加白坚木的浓缩单宁（含70%单宁，150 g/d）对干物质表观消化率，有机物、粗蛋白、NDF、ADF消化率无影响（C Benchaar等，2008），降低瘤胃NDF消化率（Oliveira S G 等，2007），原因在于低浓度单宁(20～45 g CT/kg DM)通过对pH值可逆系统调节蛋白降解（TN Barry等，1999），结合蛋白和降低瘤胃中蛋白水解细菌活性，降低瘤胃流动和颗粒物量，增加皱胃流出率（N Silanikovea等，2001），从而降低瘤胃对粗饲料中蛋白消化率，增加小肠对必需氨基酸的吸收率（BR Min等，2003），但高浓度单宁可以降低胰酶活性(胰蛋白酶和胰淀粉酶)，降低肠对氨基酸吸收率（N Silanikovea等，2001）。

3 肉桂醛

肉桂醛常称为桂醛，是一种醛类有机化合物，为黄色黏稠状液体，大量存在于肉桂等植物体内，自然界中天然存在的肉桂醛均为反式结构。分子结构为一个丙烯醛上连接上一个苯基，因此可被认为是一种丙烯醛衍生物，在医药方面应用较多，包括杀菌消毒，抗溃疡，加强胃、肠道运动，脂肪分解作用等，在美容、食品及动物饲料中也有应用，主要作为调味品和瘤胃机能调节剂等。

3.1 微生物区系

在体外实验中，在加拿大断奶小母羊基础日粮中添加肉桂醛，屠宰后分析结果表明，肉桂醛对总复制出的16S rRNA无影响，但增加产甲烷菌数量（S O－hene－Adjei等，2008）。奶牛日粮中添加白坚木的浓缩单宁（含70%单宁，150 g/d）可增加瘤胃液中纤毛虫数量（C Benchaar等，2008）。用培养皿培养细菌时加入肉桂醛，表明对P.bryantii的影响有浓度依赖性，而对瘤胃球菌P.23效应相反（Ferme D等，2008）。

3.2 发酵参数

在短期研究中，Chaves AV等（2008）在羔羊饲料中添加肉桂醛0.2 g/kg，可降低瘤胃pH值(P=0.06)，提高总挥发酸浓度 (P＜0.01)，乙酸和丙酸摩尔比、氨浓度无影响。M.Busquet等（2005）用体外连续培养，在培养液中添加12 mg/l肉桂醛，降低乙酸和支链性挥发脂肪酸浓度，增加丙酸比率，降低乙酸比率，增加丁酸比率。由于添加肉桂醛浓度不同，体内和体外实验瘤胃微生物所处环境不同，造成发酵参数差异很大。C.Benchaar等（2008）在奶牛饲料中添加白坚木浓缩单宁(含70%单宁，150 g/d)，对瘤胃pH值，挥发性脂肪酸浓度及比例均无影响。为期10 d的试验中，在短期内，对乙酸或丙酸含量有影响，饲喂6 d后，所有处理组各种挥发酸比率(mol/100 mol)相似，表明肉桂醛对瘤胃的调节有短期效应，长期饲喂可使瘤胃微生物适应。

3.3 生产性能和血液指标

在肉羊试验中，Chaves AV 等，（2008）指出，在以大麦或玉米为基础日粮添加肉桂醛0.2 g/kg，对羔羊的干物质采食量无影响，提高增重和活体重(P=0.10)（Chaves AV等，2008），对羔羊腰肉感官品质无影响（Chaves AV等，2008），对背膘及肝脏脂肪组成有微弱效应（A V.Chavesab等，2008）。肉牛试验中，Yang W Z等（2010）研究结果表明，小剂量添加肉桂醛在试验早期可以增加采食量和减少应激，但在整个试验期对增重、料重比和胴体品质效果微弱。在奶牛方面，日粮添加肉桂醛1 g/(d·头)，对采食量和乳组成均无影响（C Benchaar等，2008），这可能和添加量过低有关。血液指标方面，可以降低血液中脂肪酸脂蛋白A含量（Yang W Z等，2010），提高血浆甘油和甘油三酯含量（M Lourenço 等，2008）。

4 丝兰皂甙

丝兰(龙舌科)是商业上很重要的甾体皂甙来源，是一类含酚类的化学物质，包括3',4',5－三羟(基)芪、反式－3,3′,5,5′－四羟基－4′－甲氧基苏合香烯，在市面上有两种丝兰提取物产品，包括干细粉和机械挤压浓缩液(丝兰提取物)，可以作为软饮料[啤酒]的发泡剂、制药、化妆品、食品和饲料工业。丝兰产品主要应用在动物营养方面特别是作为饲料添加剂来降低排泄物中氨和粪便臭味。日粮添加丝兰提取物可以提高动物生长率、饲料转化率、畜禽健康。

4.1 微生物区系

细菌纯系培养中，在细菌培养基中添加丝兰皂甙250 μg/ml，通过改变抗甾体皂甙非纤维分解菌的细胞壁，抑制纤维分解菌的增值，从而降低对纤维的消化（Y Wang等，2000），延长牛链球菌ES1停滞期，停止丁酸弧菌属的fibrisolvens SH13生长。促进瘤胃球菌属的拟杆菌B(1)4生长，对反刍动物月形单胞菌无影响（Chapman G A等，2010）。但在通过瘤胃液培养时，丝兰皂甙对纤维分解菌、淀粉分解菌、蛋白分解菌影响不显著(P＞0.05)（Oliveira S G等，2007），对纤毛虫数量无影响(5.85 log10/ml)（Yan Li等，2009），原虫数量下降(P＜0.05)（Oliveira S G等，2007；Onanong Poungchompu等，2009），真菌数量下降（Onanong Poungchompu等，2009）。表明在体外培养中，日粮中添加一定浓度丝兰皂甙（10 g/kg左右），可以改变瘤胃微生物区系。

4.2 发酵参数

在体外培养中，奶牛日粮添加10 g/kg丝兰皂甙后，短时间内可以降低瘤胃顶部甲烷浓度，增加丙酸浓度（L Holtshausen等，2009），降低乙酸/丙酸比例（L Holtshausen 等，2009；Lisonbee L D 等，2009），降低蛋白质降解率（Chapman G A等，2010）从而降低氨浓度（ChapmanGA 等，2010；LHoltshausen 等，2009）。Lison－bee LD等（2009）指出，在瘤胃发酵液中添加丝兰皂甙75 μg/ml时，气体和挥发性脂肪酸产量最高，而Yan Li等（2009）指出，对挥发酸总量及各种挥发酸百分含量均无影响，这可能和添加量较低有关[含10%皂甙，60 g/(d·头)]。

4.3 生长性能及消化代谢

生长性能的研究主要在奶牛方面，在奶牛日粮中添加丝兰皂甙[含10%皂甙，60 g/(d·头)]，对产奶量、乳脂率、3.5%校正乳产量、固形物含量均无影响（C Benchaar等，2008），对血浆和乳中尿素氮无影响（NSilanikovea等，2001）。这可能和添加量过低有关[添加量仅为纯品的6 g/(d·头)]，需要进行更多试验才能找到丝兰皂甙的最适添加量。添加丝兰皂甙对干物质、NDF（Oliveira S G 等，2007；C Benchaar等，2008）、ADF（C Benchaar等，2008）消化率无影响，对氮平衡无影响（Oliveira S G 等，2007）。

植物或其他来源的高浓度皂甙可以作为瘤胃调节剂，皂甙的主要作用为改变瘤胃微生物区系，从而调节瘤胃发酵。皂甙最主要的作用在于降低原虫数量，这可以通过降低微生物蛋白，从而促进微生物蛋白合成效率和进入肠道的流出率。并且，皂甙可以通过降低甲烷菌活性或者量来降低甲烷产量。皂甙还可以选择性的影响瘤胃细菌和真菌，这可以促进或降低瘤胃机能。通过调节瘤胃机能，从而影响消化代谢和生产性能，对采食量、消化率以及污染物排放量和血液指标产生影响。皂甙对瘤胃微生物和瘤胃发酵的影响依赖于皂甙的化学结构和添加量，日粮组成，微生物区系和微生物对皂甙的适应，因此需要对皂甙的化学结构、日粮营养成分和对瘤胃微生物进行系统研究以获得一致结果。需要提纯并鉴定生物活性最强的皂甙，抑制原虫和产甲烷菌数量，促进细菌和真菌生长。虽然在正常添加时，皂甙无毒副作用，需要进行体内长期试验来研究是否对机体有毒害作用。如果机理研究透彻，并且提取提纯更优质的皂甙，将大大促进皂甙的推广应用。

40篇，刊略，需者可函索）