牛至精油在兽药基础研究中的进展

牛 彪，梁剑平，刘 宇

(中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所/农业部兽用药物创制重点实验室/甘肃省新兽药工程重点实验室，甘肃兰州 730050)

牛至属于唇形科牛至属(Origanum)的一种多年生草本植物，俗称马玉兰、牛膝草、小叶薄荷等，味辛、性凉、无毒，具有良好的清热、解表、理气、化湿等功效。常见的种类有牛至、甘牛至、西班牙啤酒花、盆牛至等20多种[1]。由于地理环境及气候条件的影响，牛至在欧洲、亚洲、非洲北部等地区分布较多，而在我国主要集中于华北、西北及长江以南地区。牛至精油是一种通过物理、化学等方法从牛至中提取出来的天然无化学毒性且具有强烈杀菌消炎作用的植物精油，具有挥发性芳香味，且不具有耐药性，随着医疗保健行业的不断发展，人们追求更高质量的生活，牛至精油逐渐成为抗生素的替代品，甚至比抗生素更具有市场竞争力。

1 牛至的主要成分

通过阅读大量文献可知，牛至的主要成分可分为挥发性成分和非挥发性成分[2]，挥发性成分主要为酚类化合物，具有良好的杀菌效果，开发利用甚广，非挥发性主要为有机酸、黄酮、甾醇等化合物，研究利用相对较少。邓雪华等[3]采用GC-MS技术分析了牛至油的化学成分，所得到牛至油的69种成分中占挥发油总数的92.28%，其中具有杀菌作用的酚类以麝香草酚和香荆芥酚为主，分别占13.38%和37.80%。两者与聚伞花素、石竹稀、松油醇等6种成分占总含量的74.29%。而田辉等[4]应用GC-MS技术对得到的29种化合物进行鉴定，以酚类和倍半萜烯类占绝大部分。其中，对聚伞花素占9.58%，γ松油烯占10.02%，百里香酚占15.39%，香荆芥酚占38.22%。综上所述，牛至油的主要成分是香荆芥酚、百里香酚、γ松油烯及对聚伞花素，还包含一些少量的烯烃类化合物，前两者是发挥抗菌作用的主要物质，而对聚伞花素和相关烯烃是合成这两者的前体物质[2]。刘红兵等[5]通过测定我国9省18县(市)牛至有效成分香荆芥酚和麝香草酚的含量，进而确定牛至药材的质量，得到两种物质分子质量相同，结构不同，即两者互为同分异构体，且随产地的不同牛至中含有的两者产量不同，见表1所示。

对于非挥发性成分，刘刚等[6]利用硅胶色谱柱分离技术，应用理化性质及光谱方法对其结构进行鉴定，得出牛至油中含有异丙醛基甲苯、异香草酸、香草酸、原儿茶酸、迷迭香酸等非挥发性成分，其中前两者是首次从牛至中获得。Han Fei等[7]对湖北牛至药材“地下部分”和“地上部分”成分进行研究，发现在牛至茎干中存在11种组分，总占99.51%，其中棕榈酸占60.18%，亚油酸占14.25%，油酸5.65%，占总组分的80.47%；在根部发现29中组分，总占98.97%，其中棕榈酸58.23%，亚油酸12.11%，亚麻酸3.66%，占总组分的74.77%。可见酸类物质在非挥发性组分中占较大比例。

2 牛至精油的药理活性

牛至精油作为一种新型的抗生素替代天然植物，在传统中医中被用作治疗中暑、发烧、呕吐、腹泻、急性胃肠炎和呼吸系统疾病[7]。其药理作用主要表现在抗炎抑菌、抗氧化、促生长及消化、抗寄生虫及提高免疫力等方面[8]。在净化空气、防止污染方面也有重要的作用。

表1 牛至来源及测定结果(n=3)

2.1 抗炎抑菌作用

天然植物精油最主要的作用就是抗炎抑菌，有大量文献资料显示，其起抗炎抑菌作用的主要物质是组分中丰富的酚类及萜烯类，因为植物精油中这两种物质有破坏细菌细胞壁的通透性和使膜上蛋白变性及凝固的作用，酚类还可使线粒体吸收氧的能力减弱，进而抑制呼吸作用[8]。顾仁勇等[9]应用滤纸片法测定了牛至精油对革兰阳性菌、阴性菌、霉菌、酵母菌的抑菌圈，大批数据显示抑菌圈直径均在14.7 mm～25.3 mm之间，该试验表明，牛至精油对革兰阳性菌、阴性菌、霉菌、酵母菌均有很强的抑菌作用。田永强等[10]采用复凝法制备了以明胶/阿拉伯胶为载体的牛至精油微胶囊，研究了其对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、番茄灰霉菌、番茄早疫菌的抑菌效果。结果显示，通过微囊化后的牛至精油对4种供试菌株的抑菌效果更好。陈昊等[11]通过将牛至精油添加在荷斯坦奶牛全混合日粮中，来研究牛至油是否对奶牛乳房炎及腹泻有影响，通过统计得出饲喂含牛至油全混合日粮奶牛的单个乳房乳房炎的发病率比正常饲喂的奶牛降低2%，腹泻率则降低了约10%。李群英等[12]构建了以酪蛋白酸钠为乳化剂，菊粉和阿拉伯胶为稳定剂，牛至精油为油相并包埋白藜芦醇的乳液，探讨牛至精油-白藜芦醇及其乳液的抑菌效果，结果表明，牛至精油和白藜芦醇对鼠伤寒沙门菌有很好的协同抑菌作用。2.0%菊粉/阿拉伯胶可以显著提高牛至精油-白藜芦醇抵抗鼠沙门菌的效果。

2.2 抗氧化作用

由于牛至精油中含有酚酸类和萜类物质，因此其具有很强的抗氧化作用，其化学反应机理是酚酸类中的酚羟基在反应中可通过脱氢反应产生苯氧自由基，苯氧自由基比较稳定，从而以它来终止反应；而萜类化合物中含有不饱和键，容易发生加成反应，因此极易与氧化性很强的物质发生氧化还原反应，属于强还原性物质，其抗氧化作用在临床应用及抗衰老研究中有重要的研究价值[13]。陈会良等[14]在研究牛至油对小鼠抗氧化功能的影响时发现，将一定量的牛至精油添加到小鼠体内可显著提高小鼠器官组织的SOD活性，然而却显著降低了小鼠体内MDA含量。通过文献知道，SOD活性的提高间接反映了机体清除氧自由基能力的增强，即机体的抗氧化能力增强，而MDA含量的变化意味着机体内氧自由基含量发生变化，呈显著性减少的趋势[15]。试验结果表明，牛至油具有抑制脂质过氧化，增强SOD活性，即增强体内抗氧化能力，从而在抗衰老方面发挥一定的作用。戴然等[16]在兔日粮中以200 mg/kg为标准添加牛至油，发现牛至油的抗氧化能力与200 mg/kg的α生育酚醋酸盐相当，能有效的增强脂肪的抗氧化能力。从该次试验中得出，高剂量的牛至油可显著地增加血清、肝脏中的抗氧化酶的活性，使得终产物MDA的含量减少，从而提高机体抗氧化能力。王新伟等[17]采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼法、β胡萝卜素漂白法、硫代巴比妥酸法来研究牛至油的抗氧化性，作者发现DPPH法能很快地清除氧自由基，与温度成正比关系，最终出现饱和温度，其IC50为4.3 g/L；采用β胡萝卜素漂白法测定抗氧化性能时，IC50为2.2 g/L，且随浓度增大抗氧化性能增强。用硫代巴比妥酸法牛至油也表现出较好的抗氧化性能。因此，牛至油可作为保鲜剂应用于食品中[18]。

2.3 促生长及消化

伴随着抗生素的滥用，牛至油作为天然植物药材的提取物，在动物饲料中添加牛至精油可以调节反刍动物瘤胃微生物发酵来提高生产效率，即以饲料添加剂的形式添加至饲料中，用以对抗特定的病原微生物，从而维持肠道内有益菌群，进而促进动物的生长[19]。曹建国等[20]使用牛至油替代抗生素来研究断奶仔猪的生产性能及经济效益的影响。试验表明，由于仔猪喜食芳香成分，抑制了其他气味，增强了仔猪日粮的适口性。同时，由于牛至油抑菌杀菌作用，杀灭了特有的病原微生物，维持了肠道内正常菌群，显著降低了细菌腹泻病的发病率，仔猪饲料利用率提高，从而促进仔猪的生长。Tzora A等[21]研究牛至、苯甲酸及其组合对肉鸡生长性能、空肠和盲肠的微生物群落组成、肠道结构和乳房及大腿肉组成的影响。结果表明，牛至和苯甲酸可显著提高生长性能参数，其与苯甲酸组合的膳食补充剂可有益地调控肉鸡生长发育性能。

2.4 抗寄生虫

牛至油除了上述作用外，在抗寄生虫方面也有重要的作用。刘国华等[22]在向不同日龄的鸡饲料中添加牛至油，用以研究牛至油是否对鸡球虫有预防和治疗效果，通过测定血液中的抗球虫指数，发现其含量显著性地升高，从而得出牛至油对预防和治疗鸡球虫病有显著疗效。Giannenas I等[23]通过对日粮补充牛至精油对实验性艾美尔球虫感染肉鸡的影响，结果表明牛至油对肉鸡感染艾美尔球虫后生产性能有显著的改善作用，并能使粪便中的出血量减少，促进肠道有益菌的繁殖。

2.5 提高免疫力

牛至油可改善动物肠道菌群，其作用机理主要是提高血清中IgG、IgA、IgM和补体C3、C4水平，提高淋巴细胞增殖率和吞噬率，从而提高免疫力[24]。刘猛[25]向日粮中按比例添加牛至精油，通过测定白细胞吞噬率、总蛋白、白蛋白、IgG、IgM、IgA和补体C4的含量，与空白对照组比较发现，试验组中淋巴细胞转化率和补体C3的含量显著提高。杜恩存[26]研究了将牛至精油中主要成分百里香酚和香芹酚添加在日粮中对肉仔鸡肠上皮屏障功能和免疫功能的影响，结果显示在日粮中添加两者具有显著地免疫调节作用，能直接影响LPS诱导的肉仔鸡炎症反应，还可影响肠道微生物区系，进而改善肠上皮屏障功能。由此可见，牛至油可提高机体免疫力。

牛至油不仅具有上述功能，其组成成分百里香酚可用作食品调味剂[27]，可帮助断奶仔猪刺激舌咽神经而提高食欲，促进其生长发育。有文献指出，牛至油可用于婴幼儿食品的保鲜，延长食品的保质期，这与其抗氧化性密切相关[28]。有相关论文中还提到牛至油可应用于化妆品，清洁皮肤，收敛毛孔，平衡油脂分泌，对粉刺及痘痘有极佳的治疗效果，但还没有得到有力的科学依据，还未应用于临床。因此，牛至油在医疗保健方面需要研究人员大力开发。

3 牛至精油的提取

天然植物精油在畜禽养殖中具有抗生素之功效。因此，研究天然植物精油的提取，是近年来研究的热点。通过查找文献可大体将提取方法分为传统方法和新兴方法[29]。传统方法主要包括水蒸气蒸馏法、溶剂提取法、压榨法及吸附法，新兴方法主要有超临界流体萃取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法及酶解辅助提取法。

3.1 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法(hydrodistillation,HD)是目前国内外最常用的植物精油的提取方法之一，属于传统方法。利用挥发油沸点低的性质，在加热过程中油中挥发性成分随水蒸气流出经过冷凝装置时将油水分离，从而得到牛至油。由于原料及设备不同，可将其分为水中、水上和蒸汽蒸馏。该法主要适用于具有挥发性，难溶于水且不和水发生反应的有效成分的提取。操作简单、设备要求低，由于水起携带作用，对环境友好；但因提取时温度过高，易对一些热敏感的成分发生热分解，使其失去原来的性质，能量损耗较大。

3.2 溶剂提取法

溶剂提取法是利用有机溶剂(石油醚、正己烷、乙酸乙酯、丙酮等)通过连续回流、冷浸、热浸等提取方式，将提取液又通过蒸馏或减压蒸馏除去部分有机溶剂即可得粗制精油，常见的溶剂提取法有浸提法、渗漉法、回流法等[30]，此法工艺简单，损耗少，产率高，但杂质含量高(如植物蜡、色素等)，溶剂回收利用难度大且使用量大，并且最终只有部分溶剂可分离除去，由于其本身的弊端，该方法多用于粗制品的提取，而对于牛至油的精制及纯化，必须通过醇沉及柱分离等技术。

3.3 压榨法

主要利用物理过程(机械压力)从含油饱满的牛至中先将牛至油挤压出来，然后通过离心等物理方法将牛至油分离出来。该法用于牛至油的提取较少，主要用于柑橘类(柠檬、香柠檬、白柠檬等)果皮中精油的提取。可保持原有挥发油的香味，但在提取的过程中可能溶于原料中的杂质。

3.4 吸附法

该法利用常见吸附剂(硅胶、活性炭等)来吸附挥发油，通过脱附回收得到挥发油，此法多为物理过程，无选择性且可逆，提取的精油质量不会发生变化，而且品质好。由于其本身的优越性，该法主要多用于一些贵重精油(玫瑰精油、茉莉花精油等)的提取，但也存在成本较高、生产周期长、产率较低的缺点，而对于牛至油的提取，意义不大[31]。

3.5 超临界流体萃取法

该法已经被广泛应用于多种植物精油的提取，其原理是利用超临界流体在高于或接近其临界温度和压强的条件下具有较好的穿透力和较强的溶解能力的特点，选择性的将极性、沸点、相对分子质量大小相近的物质萃取出来的过程[32]。萃取温度一般较低，因此主要用于天然热敏性物质，具有萃取效率高，耗能低等优点，但投资成本较高。由于其本身的优越性及该技术的成熟，被广泛应用于食品加工、制药及保健品领域。

3.6 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法(ultrasonic-assisted extraction，UAE)是利用超声波的空化作用和物理、化学等作用来加速有效成分的扩散，使其与特定溶剂结合，从而有利于植物有效成分的溢出[33]。该法提取时间短，产率高，温度较低，备受广大研究者青睐，尤其对天然产物中生物活性成分的提取有着广阔的应用前景。

3.7 微波辅助提取法

微波辅助提取法(microwave-assisted extraction，MAE)是通过微波加热植物中的目标产物，调节微波参数，利用植物样品中不同成分在微波场中吸收的能量不同(一般植物细胞内部获得能量高，而萃取剂周围吸收的热量少)，从而产生能量差，使得植物能量发生转移，由高能植物向低能植物转移，即被萃取物质因能量高，使细胞结构破裂，使能量向相对较低的萃取物中转移，从而加快了目标产物向萃取剂中转移的速度，强化了提取的过程。其优点是提取快速、高效，避免浪费，是目前国内外研究及应用较多的方法之一，广泛应用于牛至精油的提取。

3.8 酶解辅助提取法

酶解辅助提取精油是利用酶的高度专一性特点，将植物细胞壁表面物质(纤维素、半纤维素、果胶质)水解或降解，细胞壁的破坏可使细胞外部大量的溶剂进入细胞，使细胞内部物质溶于溶剂中，从而达到提取目的。该法提取时间短，有效成分破坏较少，在温和的条件下，可较大幅度的提高产率。在天然植物方面还未得到广泛的应用，但随着技术及方法的逐渐成熟，该法会成为一项很有前途的新技术。

4 展望

牛至在我国有很广的开发前景，其在饲料添加剂、基础兽医学中的作用不言而喻。牛至精油成分相对明确，在临床方面具有显著的临床效果，更重要的是不会产生药物残留及耐药性。Pesavento G等[34]表明牛至油可完全抑制多重耐药性囊性纤维化的生长。因此，开发牛至油势在必行。但是，牛至精油的许多潜能还未开发，许多模型还尚未建立及完善，需要进一步探索。在临床方面，还未正式走进临床，只是在基础研究中得到应用。如在不同养殖环境中下的效应、在添加于饲料中的稳定性及与其他饲料是否可产生相互作用、在食品保鲜中的分析方法、不同动物及不同病症侯群应使用的剂量模型的建立、在临床上的效力测定方法等等。在结构方面，可通过分析结构是否能寻找出具有协同作用的相关其他植物精油，达到资源的合理利用。在提取方面，可多利用高端仪器，研究其结构，结构决定功能，明确主要成分及次要成分，合理利用次要成分，尽量发挥其最优潜力。在医疗保健方面，牛至油可用于化妆品及保健品，其在这方面的价值始终未得到开发，有待医药科研工作者进一步发掘。本文通过对牛至油的概述，旨在让更多的研究人员更加深入了解牛至油，挖掘其潜在的功能，更多地开发复合型的植物油产品，让牛至油的相关产品尽快走进临床，走向医药市场，从而得到更广泛的应用。

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