邓奇风 刘志强 范觉鑫 张 颖 肖淑华
(湖南九鼎动物营养研究院,湖南长沙 410003)
抗生素滥用在养殖业中问题突出,一直备受人们关注。在养殖业不断追求高生产效率的同时,抗生素替代成为一项热门研究。牛至油是世界范围内认可的天然饲料添加剂,它能较好地促进动物生长、提高动物机体免疫力,无毒副作用,是一种天然、环保、安全的理想抗生素替代品。我国农业部已经批准牛至油作为一种药物饲料添加剂可长期在饲料中添加。因其提取工艺较为简单,生产成本较抗生素低并随工艺的改进逐步下降,在现代畜禽生产中具有广阔的发展和应用前景。
牛至油的主要成分为单萜类和双环倍半萜类。GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)常用来鉴别混合物质中有机物成分分析。霍务贞等[6]采用GC-MS方法分析牛至油,检测结果为单萜类占出峰面积的69.31%,双环倍半萜类占20.25%。邓雪华等[7]也利用GC-MS方法分析采自湖北植物牛至提取的精油,发现了69种成分,占总油量的98.28%,并指出主要成分为香芹酚,占比37.80%。牛至油的化学成分因不同种属、产地、收割时间和加工工艺变化很大。赵海伊[8]对牛至油不同加工工艺研究对比,水蒸气蒸馏法共鉴定出79个峰,相对面积94.97%;SDE法(同时蒸馏萃取法,是将有机溶剂和装有提取物的蒸馏水同时加热蒸馏的方法)共鉴定出71个峰,相对总面积97.38%;微波辅助水蒸气法共鉴定出40个峰,相对总面积96.84%。三种方法制备精油中含量较多的是醇类和烯烃类。郑国华等[9]研究指出,7月份提取的牛至油含量为5.53 mL/kg,其中百里香酚含量为0.177 g/mL,明显高于其他月份。
牛至油呈淡黄色至红棕色透明油状液体,约占全草1%~10%(mL/100固体重),具有百里香油似的辛辣气味,溶于乙醇和大多数非挥发性油,不溶于甘油和水。牛至油在4℃和20℃贮存24个月,其有效成分无损失[10];饲料、制剂和产品中牛至油具有较为稳定的理化性质,在80℃以上,有效成分损失量约0.79%;当温度达到105℃时,有效成分损失约2.01%。
牛至油中多酚类和萜类物质是其抗菌作用的有效成分,其中多酚类物质是牛至油抗菌、杀菌作用的主要成分。多酚类物质抗菌机制是:作用于细菌细胞膜,使膜蛋白变性,一是通过减少三磷酸腺苷(ATP)合成和增加ATP消耗,抑制细菌生长;二是通过改变K+和H+的渗透性,导致细胞内渗透压失衡,促使细菌死亡[11]。萜类物质抗菌机制是:阻碍细菌DNA的自我复制,抑制细菌的繁殖和生长过程[12]。
牛至油抗菌谱广,使用后无抗药性、无残留等,其对大量的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抗菌作用,对多种真菌也有抑制或杀灭的功效。Sivropoulou等[13]研究表明,牛至油对8种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有强烈的抑制作用,将其稀释4 000~5 000倍,仍具有杀菌活性,并在试验过程中发现其还具有抗疟原虫活性。林清华等[14]研究报道,牛至油对31株肠炎常见菌均有不同程度的杀菌和抑菌作用,其中金黄色葡萄球菌最为敏感,对绿脓杆菌的影响最弱,并指出抑菌浓度和杀菌浓度之间无一定的线性关系。Marino等[15]用牛至油作用于多种单一的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌,结果发现,革兰氏阴性菌中以大肠杆菌O157∶H7最敏感,革兰氏阳性菌中以李斯特杆菌最敏感。Abdelrhafour等[16]研究发现,墨西哥地区的牛至油对真菌不同生长阶段都有抑制作用,过程抑制强度排序为菌丝生长>孢子萌发>芽孢生成。由此看来,牛至油的抗真菌特性可用于饲料防霉保存,减少因饲料霉变引起的经济损失。此外,廖芳等[17]研究认为牛至油是一种有效的抗痢疾杆菌药物。
酚酸类和萜类物质是牛至油抗氧化作用的有效成分。酚酸类化合物在其苯环上的酚羟基是抗氧化活性基团,其发挥抗氧化作用的机理与酚类一致,通过脱氢反应清除烷氧自由基[18]。萜类发挥抗氧化作用的机理是:其含有大量的烯键,参与氧化还原反应,防止细胞膜和线粒体膜中不饱和脂肪酸被氧化,进而维持细胞的正常功能。此外,牛至油能激活机体的内源性抗氧化剂,调节抗氧化防御酶系活性,提高血清中超氧化物歧化酶(SOD)活性,增强机体清除氧自由基的能力,防止机体受脂质过氧化损伤[19]。
Mejia等[20]对比多种天然药物抗氧化活性,发现牛至精油具有很高的抗氧化活性。Ding等[21]在牛至油中分离出迷迭香酸酯,它具有较强的抗氧化和抗黑色素生成的作用。牛至油在食品保鲜方面表现出很好的抗氧化性能,Kintzios等[22]将牛至油添加于食用香油中可防止油脂被氧化,说明牛至油具有较好的抗氧化作用。Skandamis等[23]将牛至油添加于肉糜中可有效抑制微生物的生长,防止食物腐败。Vichi等[24]报道牛至油可延长食物的货架寿命。此外,牛至油能改善肉类感官品质及肉质风味,肉类色泽是评价肉类品质好坏的重要指标之一。有研究表明,牛至油在一定程度上遏制了肌红蛋白的氧化,使得肉品色泽不易恶化[25]。此外还有研究报道添加牛至油对肉质也有一定改善作用[26]。
牛至油促进动物生长作用主要表现在两个方面:一是牛至油中乙酸桧萜烯酯含量相对较高,具有浓郁的芳香味,具有一定的诱食性。二是牛至油中的百里香酚和香芹酚能够增强肠道的屏障功能,抑制有害微生物增殖,维持肠道菌落平衡,提高动物对营养物质的吸收能力。呙于明[27]在鸡饲料中添加牛至油和维吉尼霉素对比研究发现,添加牛至油组小肠蛋白酶的活性比添加维吉尼霉素组高50%,牛至油组饲料转化率优于维吉尼霉素组。牛至油在提高动物采食量方面以肉牛最为明显,张善芝[28]研究牛至油对夏季肉牛生长性能的影响,按精料的0.045%添加牛至油10%效果表明,采食量显著高于对照组(<0.05),且腹泻指数显著低于对照组(<0.05)。
牛至油增强动物机体免疫力的方式是通过提高巨噬细胞的吞噬能力,增加吞噬细胞数目,促进机体免疫器官的生长发育,提高脏器指数等发挥免疫调节作用。牛至油高剂量与低剂量添加对机体免疫力产生不同效应。林清华等[29]研究指出,高剂量牛至油不利于小鼠免疫,甚至起阻碍作用;而低剂量的牛至油可提高小鼠的体液免疫效应。冯志华等[30]对比牛至油和喹乙醇在獭兔饲粮中的效果,发现牛至油组脾质量、胸腺质量及胸腺指数等升高趋势较喹乙醇组更显著。陈会良等[31]在罗曼蛋鸡日粮中添加牛至油,一个月后发现,牛至油组高于对照组血清新城疫抗体效价。王秋梅[32]在42日龄肉仔鸡中添加100 mg/kg牛至油,发现肉鸡T淋巴细胞的酸性α-醋酸萘酯酶的活性和T淋巴细胞转化率显著高于对照组(<0.05)。国外研究者也得出相似结论,Malayoglu等[33]在肉鸡日粮中添加500 mg/kg牛至油,发现肉鸡血液中IgG含量较对照组有很大提升,且新城疫抗体滴度显著增加(<0.05)。Hashemipour等[34]研究指出,长期添加牛至油的主要成分香芹酚和百里香酚能够增强肉鸡的细胞和体液免疫。此外,有研究表明,香芹酚和百里香酚能加速肠绒毛表面成熟腔上皮细胞更新,从而减少病原体对腔上皮细胞的感染,提高营养物质的吸收力[35]。
牛至油在仔猪生产中的应用研究较多,主要集中在预防和控制仔猪断奶应激、提高日增重、提高饲料转化率、减少仔猪腹泻。王萌[36]在断奶仔猪日粮中添加牛至油(1 g/kg),能显著提高平均日增重(<0.05),极显著降低腹泻率(<0.01)。姚佳等[37]在日粮中添加适量的牛至油能改善断奶仔猪生产性能,显著提高日采食量,降低料肉比,并提高血清中的总抗氧化水平(T-AOC),提高谷胱甘肽过氧化酶(GSH-PX)、SOD活性,降低脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量,增强机体的抗氧化性能。在牛至油和抗生素添加于断奶仔猪日粮对比研究中,汪莉等[38]在断奶仔猪日粮中添加20 mg/kg牛至油,结果表明,牛至油能提高饲料中蛋白质和干物质的消化率、提高日增重、降低仔猪腹泻率,还有缓解应激的作用。黄国清等[39]研究指出,牛至油、金霉素和“金霉素+黄霉素”添加于仔猪日粮中,在日增重、料肉比、收益等方面的表现为“金霉素+黄霉素”>牛至油>金霉素。韩庆功等[40]对比研究牛至油与抗生素(硫酸黏杆菌素+恩拉霉素)在仔猪生产中的应用效果,牛至油组较对照组和抗生素组日增质量分别显著提高18.03%(<0.05)、14.89% (<0.05),同时添加牛至油组仔猪粪便中大肠杆菌数量比对照组、抗生素组少,而乳酸杆菌、双歧杆菌数量均比对照组、抗生素组多。此外,牛至油预防和治疗仔猪大肠杆菌感染效果较好,肖希龙等[41]在试验仔猪经人工接种大肠杆菌第5天后,添加5%牛至油预混剂后仔猪腹泻症状基本消失,病死率为10%,而基础日粮组发病率达70%,病死率高达60%。整体来说,牛至油在仔猪生产中的应用效果显著,适宜浓度牛至油可以替代抗生素使用。
牛至油在生长育肥猪中的应用主要集中在提高生产性能、增强机体免疫和替代抗生素等方面。牛至油提高育肥猪生产性能表现在提高其日增重和提高饲料利用率,刘应林等[42]在育肥猪的基础日粮中添加牛至草粉(含牛至油有效成分),能显著提高育肥猪日增重、显著提高饲料转化率、大幅度降低腹泻率并能改善试验猪毛色。周晓容等[43]在生长猪日粮中添加100 g/吨的牛至油发现,牛至油具有改善猪生产性能、提高养分表观消化率的趋势。在添加量的研究中,于向春等[44]饲喂198头三元杂育肥猪,设两个梯度200 mg/kg、500 mg/kg牛至油添加在基础日粮中,添加500 mg/kg组可降低猪腹泻率、发病率和死亡率分别为0.6%、0.59%和1.45%,提高日采食量,促进生长,平均日增重为762.48 g,料肉比为2.37:1;200 mg/kg添加量对猪只健康状况虽有一定程度的改善,但不明显。在替代抗生素研究中,武晶等[45]对比金霉素(50 mg/kg)、牛至油(20 mg/kg)、益生素(1.5 g/kg)、营养调控(提高日粮维生素E、维生素B、微量元素Zn、Mn和I水平)、牛至油+营养调控、益生素+营养调控的研究,结果表明,营养调控同时添加牛至油完全可以替代抗生素。此外,在牛至油对比小肽的功效研究中,肖正中等[46]认为20~40 kg小猪阶段添加小肽+牛至油组效果最优(生产性能和抗病效果),40~60 kg中猪阶段添加小肽效果最优,60~90 kg大猪阶段添加牛至油效果最好。在上述试验中牛至油添加量引起的效果反差可能与牛至油的百分含量不同有关。
牛至油在母猪生产中的应用效果主要表现为:提高繁殖性能、改善泌乳性能和减少母猪便秘。国内对牛至油在母猪生产中的应用研究从2014年开始,谭成全等[47]在妊娠和泌乳母猪基础日粮中添加300 mg/kg止痢草油(牛至油),发现止痢草油组显著提高母猪在泌乳期第3周采食量;并相应地提高了仔猪第3周的平均日增重及第3周仔猪窝增重。敖江涛[48]在日粮中添加15 g/吨的止痢草油,研究结果与上述一致,试验结果还表明,添加止痢草油在一定程度上提高了体内抗氧化酶的活力,降低了脂质过氧化程度,减少了活性氧对DNA的攻击,缓解了母猪产后的氧化应激。在国外,研究牛至油对母猪生产的应用较早,结论与国内大体一致。Peter等[49]对3 710头母猪(试验组母猪1 801头,其中初产母猪601头,经产母猪1 200头;对照组母猪1 809头,其中初产母猪705头,经产母猪1 104头)进行产前和哺乳期间的饲养试验,试验组母猪饲喂含1 000 mg/kg牛至(干燥的牛至叶和花,牛至油含量500 g/kg)日粮,对照组饲喂基础日粮。结果表明,牛至组母猪年死亡率(4.02%)极显著低于基础日粮组(6.92%)(<0.01);牛至组母猪哺乳期的淘汰率(8.01%)显著低于基础日粮组(14.02%)(<0.05)。此外,牛至组母猪在产仔率、窝产活仔数、死胎率等方面都有显著改善,另外通过饲喂试验发现,牛至组经产母猪日采食量显著高于基础日粮组的经产母猪(<0.05)。Khajarern 等[50]指出牛至油中的香芹酚和麝香草酚对促进和加速母猪小肠绒毛成熟更新起直接作用,有利于母猪维持在健康的状态。综上所述,可以看出母猪日粮中的牛至油能替代抗生素的使用效果,对母猪的生长性能、繁殖性能、泌乳性能等都起到了一定的改善作用。
牛至油在育肥猪运输应激上也有应用研究,张挺[51]在育肥猪日粮中添加500 g/吨的牛至油产品,可提高宰前30天育肥猪的生长性能。还能缓解高密度(252 kg/m2)、长时间(5小时)运输等应激反应,从而有效缓解运输应激所带来的负效应。牛至油对肉质的改善效果优于维生素E,牛至油可以减少肌肉滴水损失,改善肉色等指标。在粪便除臭上,黄灿等[52]研究表明,牛至油的添加减少了猪粪尿中粪大肠杆菌和总厌氧菌的数量,并对挥发性脂肪酸的产生具有抑制作用。此外,牛至油和其他植物精油一样,还有改善公猪精液品质[53]和改善育肥猪肉质[54]的作用。
牛至油是一种安全、高效、绿色、无配伍禁忌的天然药物添加剂,其在猪生产应用范围广,大小猪、公母猪均适宜,且效果均较好,在仔猪和育肥猪的应用上,可在一定程度上替代抗生素使用,在未来猪生产中具有极其良好的应用前景。但由于市场上牛至油产品参差不齐,所含有效成分比例不同,使用效果也不一致,所以牛至油在猪生产中的适宜添加量还有待研究。综上所述,牛至油的开发利用具有重要的现实意义。
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