姜黄素的生物学功能及其在养猪生产中的应用

陈 辉

（华中农业大学农业动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室，农业农村部猪遗传育种重点开放实验室，

湖北 武汉 430070）

我国养猪业已由传统的粗放型养殖模式转变为集约化生产模式，养猪业的效益也取得了较大的提升，然而现代集约化养猪中不可避免的滥用抗生素给养猪生产带来了巨大的经济损失，因而，寻求一种绿色的抗生素可替代物成为了养猪生产领域中的一个研究热点。姜黄素（CU）是一种天然色素，为酚类化合物，是姜黄提取物的主要活性成分，其来源于姜科植物（姜黄、莪术、郁金等）[1-3]。笔者梳理了相关文献，发现有关CU 的研究主要集中于食品加工领域[4]、抗炎症[5]、癌症预防[6]以及抗氧化[7]等领域；同时笔者通过web of science 进行主题检索“Curcumin”，结果共有23 889 条相关文献纪录，其中Curcumin在动物学研究领域仅有572 条记录（2.394%），表明CU 在养猪生产中具有良好的应用前景和开发潜力。已有的研究表明，CU 具有抗氧化[7]、免疫调节[8]、改善肠道微生态[9]、消炎抗病毒[10-11]以及降脂[12]等诸多生物学功能，同时其还具有天然性、无毒性以及无残留等优良特性[13]，使之成为当之无愧的绿色饲料添加剂。CU 在仔猪生产[14]、肥育猪生产[15]以及种猪生产[16]中均有广泛的应用。文章就CU 的生物学功能及其在养猪生产中的应用展开综述，并简要分析其理化特性和提取工艺，旨在为CU 更好地应用于养猪生产提供参考。

1 CU 的理化特性及提取工艺

1.1 CU 的理化特性

CU 分子式为C21H20O6，分子量为368.37，是一种橙黄色的结晶性粉末，其熔点为183 ℃，不溶于水而易溶于有机溶剂如乙醇、甲醇以及冰醋酸等。研究表明，CU 在酸性条件下可稳定存在，但在中性或碱性条件下不稳定，易分解为阿魏酸和阿魏酰甲烷[17]。

1.2 CU 的提取工艺

鉴于CU 诸多的生物学活性，近年对CU 的提取工艺的研究越来越多，主要提取工艺为高压辅助法[18]、有机溶剂法[19]、超声法[20]以及正交试验法[21]等工艺。在高压辅助法提取CU 方面，毕晓丹等[18]为探索一种家用CU 提取工艺，采用高压辅助法对CU进行了提取，该研究确定最佳高压辅助条件为：当压力为5 kPa，时间为30 min，料液比为1∶60 时提取率最高，提取率为0.50%。在有机溶剂法提取CU 的研究方面，蔡婧婧等[19]研究表明当生姜与93.38%乙醇料液比为1∶4（g/mL）、匀浆时间3.49 min、搅拌时间30.01 min 时CU 的得率最高，为2.34 mg/g。单后松等[20]发现超声波法提取CU 的效果优于浸渍提取法，研究认为提取温度为48 ℃、料液比为1∶30（g/mL）、乙醇浓度为75%时为CU 最佳提取条件，此时CU的得率为2.716 mg/g。郭辰旭[22]的研究结果同样表明超声辅助提取CU 优于传统的提取工艺，且该法具有低毒、低污染以及高提取率的优良特性。羊青等[21]采用正交试验方法筛选出CU 的最佳提取工艺为：乙醇浓度为75%、提取时间为1.5 h/次、提取次数为3 次以及粉碎粒度为80 目，此时CU 提取率为3.18%。综上，关于CU 提取工艺的研究很丰富，采用超声法优于其他提取方法，这将是今后CU 提取工艺的发展方向；但上述研究中CU 的提取效率并不高，这提示今后仍需加大对CU 提取工艺的研究，以提高CU 的提取效率，进而使其更好地应用于养猪生产。

2 CU 的生物学功能

2.1 抗氧化

CU 的化学结构含有羟基苯基和二酮，因而大量的研究表明CU 具有很好的抗氧化活性。钟宇等[23]探讨了CU 对HT29 细胞氧化应激的保护机制，使用不同浓度的CU（2.5、5、10 μmol/L）处理氧化损伤的HT29 细胞，结果表明细胞凋亡率、细胞内活性氧（ROS）以及丙二醛（MDA）含量均显著降低（P<0.05）、而超氧化物酶（SOD）活性则显著增加（P<0.05），并且效应与剂量呈线性关系，研究认为CU 可能是通过清除ROS 以及减轻DNA 氧化损伤来改善细胞抗氧化性能。Nrf2/ARE 信号通路是清除ROS、产生抗氧化蛋白的重要通路[24]，明建华等[25]研究认为CU 可通过激活Nrf2/ARE 信号通路相关基因的表达而改善草鱼的抗氧化性能；而赵永伟等[7]研究发现小鼠饲粮中添加400 mg/kg CU 可显著提高肌肉中Nrf2 mRNA 表达、SOD 活性、过氧化氢酶（CAT）活性、腺苷一磷酸依赖的蛋白激酶（AMPKα1）活性（P<0.05），研究同样表明CU 可通过调节Nrf2 以及AMPKα1等相关基因的表达来改善肌肉的抗氧化性。上述研究表明CU 通过调节相关通路基因表达进而提高抗氧化酶活性，从而改善抗氧化性能。在仔猪中的研究表明[26]，仔猪饲粮中添加200 mg/kg CU 可显著降低仔猪空肠和回肠中MDA 的含量（P<0.05）；而邓卉等研究表明川藏黑仔猪饲粮中添加50 mg/kg CU 并不会对其抗氧化性能产生影响[27]，原因可能是添加剂量和品种差异所致。肉鸡中的研究表明[28]，1 日龄AA 肉鸡饲粮中添加200 mg/kg CU 可显著提高肉鸡血清SOD 和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，而显著降低血清MDA 含量（P<0.05）。综上表明，CU可通过调节激活抗氧化通路相关基因的表达，提高ROS 的清除能力，进而提高机体抗氧化酶活性，最终改善机体的抗氧化性能。

2.2 免疫调节

CU 作为姜黄科的提取物，具有良好的免疫活性。研究表明，CU 可通过提高机体免疫器官指数以及免疫因子水平而改善机体免疫性能。在增加机体免疫器官指数方面，孙全友等[28]以1 日龄AA肉鸡为研究对象，在其饲粮中添加200 mg/kg CU和100 mg/kg 地衣芽孢杆菌，饲喂42 d，检测肉鸡免疫器官指数，结果表明CU 组肉鸡脾脏指数和法氏囊指数均显著提高（P<0.05）。王鹏[29]的研究表明，1 日龄AA 肉鸡饲粮中添加200 g/t CU 可极显著提高42日龄肉鸡法氏囊指数、脾脏指数、胸腺指数（P<0.01），且联合低聚木糖（300 g/t）使用效果更佳。提示CU与芽孢杆菌联合使用对肉鸡免疫性能具有改善作用。同样，周璐丽等[30]在1 日龄文昌鸡中的研究表明，其饲粮添加100~200 mg/kg 姜黄提取物（含86%）可提高9~12 周龄文昌鸡胸腺和法氏囊指数，表明CU 对免疫器官的发育具有积极作用。在提高免疫因子方面，有研究为探索CU 对大鼠心肌免疫的影响[8]，对大鼠进行灌胃CU[50 mg/（kg·d）]，持续22 d后检测免疫相关因子水平，结果表明，大鼠心肌炎症因子（IL-1β 及iNOS）表达水平显著降低，而抗炎症因子（MMR、KLF-4、Arg-1）则显著升高（P<0.05）。在肉鸡中的研究表明[29]，1 日龄AA 肉鸡饲粮中添加200 g/t CU 可极显著提高肉鸡血清中总蛋白、白蛋白以及免疫球蛋白的含量（P<0.05）。据报道，在断奶仔猪饲粮中添加300 或400 mg/kg CU 可显著提高血清sIgA 含量（P<0.05），且研究认为可替代喹烯酮的使用[31]。除此以外，有研究表明CU 也可通过改善机体的非特异性免疫功能而有效改善免疫性能[32]。综上表明，CU 具有良好的免疫活性，对畜禽免疫性能具有改善作用。

2.3 改善肠道微生态

CU 作为活性物质，对机体肠道微生态的改善具有积极意义，前人的研究表明CU 可通过改善机体肠道形态以及调节肠道菌群而有效改善机体肠道微生态。良好的肠道形态一般具有较高的绒毛高度以及较低的隐窝深度，绒毛高度与隐窝深度的比值（V/C）越大表明肠道形态较好。荀文娟等[33]研究表明，21 日龄断奶仔猪饲粮中添加300 或400 mg/kg CU 可显著提高回肠绒毛高度和V/C 值（P<0.05），且效果优于喹烯酮；而在其2019 年的最新研究也表明[9]，断奶仔猪腹腔每天注射2 mg/kg CU，持续5 d，通过检测肠道指标发现，CU 组仔猪回肠绒毛高度和V/C值同样得到了显著的提升（P<0.05）。也有研究显示CU 可显著减轻急性胰腺炎所导致的胰腺损伤和肠黏膜受损程度（P<0.05）[34]。研究显示，CU 可通过增加机体肠道有益菌的数量，降低有害菌的数量而改善肠道微生态。在肉鸡中的研究表明[35]，饲粮中添加200 mg/kg CU 可极显著提高肉鸡盲肠有益菌双歧杆菌和乳酸杆菌的数量（P<0.01）、而降低大肠杆菌和沙门氏菌的数量（P<0.05）。在鼠中的研究表明，CU 干预后可通过提高中暑大鼠回肠、结肠内双歧杆菌的表达量、抑制回肠、结肠内大肠杆菌和肠球菌的增殖，进而改善其肠道形态[36]。胡炜等[34]研究表明，大鼠灌胃CU 后可有效降低SAP 大鼠厚壁菌门（包括梭菌纲、芽孢杆菌纲）、毛螺菌属数量菌群含量，提高拟杆菌门（包括拟杆菌纲、拟杆菌属）和乳酸杆菌属的含量。综上显示，CU 对机体肠道微生态改善具有积极作用，其改善机理是通过改善肠道形态以及调节肠道菌群数量而实现。

2.4 消炎抗病毒

CU 最初的用途是在医学中，大量的研究显示CU 具有良好的消炎抗病毒作用。CU 可通过降低机体炎症因子水平而产生消炎作用，研究表明，通过CU 处理的仔猪体内肿瘤坏死因子（TNF-α）以及细胞间黏附分子（ICAM）等炎症因子水平显著降低（P<0.05），进而有效的发挥消炎作用[10]；Kakkar 等[37]利用受伤小鼠为模型以评估CU 的抗炎活性，结果表明CU 对皮肤炎症具有很好的抑制作用；Fonseca-Santos 等[38]在2016 年中的研究同样显示CU 可用作皮肤炎症的治疗；这表明CU 具有良好的消炎活性。CU 在抗病毒方面也发挥着积极作用，对多种病毒具有抑制作用。研究表明，CU 可通过抑制病毒内化以及通过阻止G 蛋白介导的细胞融合抑制病毒脱衣壳，从而使猪巨噬肺泡细胞（PAMs）不被猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）感染[39]；CU 对猪圆环病毒2 型（PCV2）也具有良好的抵抗能力，据报道，14 日龄仔猪注射PCV2 灭活疫苗时，同时注入CU 0.5 mL，可有效提高仔猪对PCV2 的免疫活性，进而提高对PCV2 的抵抗能力[11]；也有研究显示CU 通过减弱人巨细胞病毒（HCMV）早期诱导的抗凋亡作用，从而提高机体对HCMV 的抵抗能力[40]。综上表明，CU 具有良好的消炎抗病毒作用。

2.5 降脂作用

CU 除上述生物活性外，还具有降脂作用，大量研究表明，CU 通过调节脂肪细胞的增殖分化而发挥降脂作用。2014 年，张庆美等[41]探讨了CU 对猪骨髓间充质干细胞（BMSCs）成脂分化的影响机制，在细胞培养基添加20 μmol/L CU，发现成脂分化基因PPARγ2 的mRNA 水平明显受到CU 的抑制，研究认为CU 可抑制BMSCs 分化为脂肪细胞。刘志敏等[42]在2016 年的研究同样表明CU 可显著抑制猪脂肪间充质干细胞（BMSCs）中成脂分化基因KLF15 的表达而发挥抑制脂肪沉积作用。刘京霞等[43]以及潘士锋等[44]在2017 年均探讨了CU 对BMSCs 中成脂相关基因表达的影响，研究均表明CU 显著抑制了PPARγ2、C/EBP-β 以及脂肪合成关键酶FAS、ACC的mRNA 表达水平（P<0.05），研究认为CU 通过抑制脂肪合成相关基因的表达而有效降低猪脂肪沉积，这表明CU 有望成为降低猪脂肪沉积的新型饲料添加剂。袁嘉晟等[12]2018 年的研究表明CU 可显著增加自噬相关基因LC3 的表达，从而显著抑制猪脂肪沉积，表明CU 可通过激活自噬而发挥抑制脂肪沉积的作用。综上表明，CU 通过抑制成脂相关基因的表达而发挥降脂作用，这为改善猪饲料利用效率提供了新的饲料添加剂研发思路。

3 CU 在养猪生产中的应用

3.1 仔猪生产

CU 在仔猪中的应用主要在改善仔猪生长性能、免疫应激以及抗氧化等方面。芦娜等[45]以28 日龄杜长大断奶仔猪为研究对象，探讨CU 对其生长性能的影响，研究发现，仔猪饲粮中添加200 mg/kg CU，饲喂28 d，检测生长性能指标，结果表明，与基础饲粮组相比，CU 组仔猪平均日增重（ADG）以及平均日采食量（ADFI）分别显著提高14.67%、12.38%（P<0.05），同时显著提高了仔猪对粗脂肪的表观消化率（P<0.05）；而赵春萍等[46]研究表明21 日龄断奶仔猪饲粮中添加400 mg/kg CU 可显著降低仔猪料重比（P<0.05）；这提示CU 对仔猪的生长性能具有改善作用。CU 对仔猪免疫应激的改善也具有积极作用，余嘉瑶等[26]研究发现28 日龄仔猪饲粮中添加200 mg/kg CU 可显著上调空肠黏膜中钠/葡萄糖协同转运蛋白1（SGLT1）以及回肠黏膜中葡萄糖转运蛋白2（GLUT2）mRNA 表达量（P<0.05），同时显著降低了空肠和回肠中MDA 的含量（P<0.05），表明CU对仔猪肠道免疫应激具有改善作用；Lu 等[14]研究也得到类似的结论，仔猪饲粮中添加200 mg/kg CU 显著降低了Bcl-2、Bax、SREBP-1c 和SCD-1 mRNA的mRNA 表达水平（P<0.05），研究认为CU 可改善脂多糖（LPS）对仔猪肝脏的应激。在改善仔猪抗氧化方面，研究报道，仔猪饲粮中添加200 mg/kg CU 可显著降低仔猪空肠和回肠黏膜MDA 的含量（P<0.05）[26]；而添加400 mg/kg CU 可显著提高仔猪血清GSH-Px、CAT、SOD 活性以及总抗氧化能力（T-AOC），显著降低血清MDA 含量（P<0.05）[46]。除此以外，CU 对仔猪肠道形态具有改善作用，研究表明，仔猪腹腔注射2 mg/kg CU，持续5 d，发现仔猪绒毛高度、V/C 值显著提高，而隐窝深度显著降低（P<0.05），研究认为CU 对仔猪肠道形态具有改善作用[9]。综上表明，CU作为生物活性因子，在改善仔猪生长、免疫应激以及抗氧化等方面均具有广泛的应用。

3.2 肥育猪生产

关于CU 在肥育猪中应用的研究报道较多，研究表明，CU 具有改善肥育猪的生产性能、胴体性能以及肉品质等应用功效。颜国华等[15]探讨了CU 在肥育猪应用的潜力，比较了抗生素（1 000 mg/kg 金霉素）与CU（300 mg/kg）的应用效果，结果表明，CU组（n=15）肥育猪日增重比抗生素组（n=15）高9.81%，料重比降低6.5%，胴体性能两者差异不大，而CU组有较高的pH24以及较低的滴水损失，提示CU 对肥育猪生产性能以及肉品质具有改善作用，效果优于抗生素。周明等[47]在肥育猪中的研究同样表明肥育猪饲粮添加300 mg/kg CU 可显著提高日增重、饲料转化率、猪瘟血清抗体以及猪O 型口蹄疫血清抗体水平（P<0.05），猪肌肉pH 有提高趋势，而滴水损失显著降低（P<0.05），提示CU 对肥育猪生产性能、免疫性能以及抗氧化性能等均有一定的改善作用。而张靖等[48]研究表明，肥育后期饲粮中添加300 mg/kg CU 可有效改善生长性能，且饲粮添加CU 不会对肥育猪的健康产生不利影响，同时对血清生化指标和抗氧化性具有改善作用，研究表明CU 可替代喹烯酮的使用。在改善胴体性能和肉质方面，王斌等[49]研究表明，肥育猪饲粮中添加400 mg/kg CU 可极显著提高肥育阶段日增重、眼肌面积（P<0.01），显著降低料重比以及背膘厚（P<0.05）；祝国强等[50]探讨了CU对肥育猪胴体性能及肉质的影响，在其饲粮中添加400 mg/kg CU，与对照组相比，CU 组肥育猪胴体糖酵解能（GP）和背膘厚（极显著降低14%）显著降低（P<0.05），瘦肉率极显著提高，研究认为CU 通过降低胴体GP 积累，从而使肌肉pH 提高，进而有效改善胴体性能以及肉品质。除此以外，Wei 等[51]研究认为肥育猪运输前口服8 mg/kg CU 可有效缓解运输应激，其机理是CU 可调节海马一氧化氮（NO）的产生和猪脑源性神经营养因子（BDNF）表达的神经保护作用来减轻猪的亚急性应激反应。综上表明，CU对肥育猪具有多种应用功效，是一种具有很大应用潜力的绿色添加剂。

3.3 种猪生产

CU 作为良好的天然提取物，具有多种生物活性，但相关文献鲜有报道，主要集中于改善母猪的繁殖性能以及公猪精液品质方面。在改善母猪繁殖性能方面，已有的研究表明，在新西兰兔饲粮中每天添加20 g CU，探索CU 对母兔繁殖性能的影响，结果表明，CU 可增加母兔初级卵泡数、次级卵泡数、产活仔数以及断奶数，同时减少了幼仔的死亡率，这表明CU 对母兔繁殖性能具有很好的改善作用[52]。PRRSV是影响母猪繁殖性能发挥的主要困难，Du 等[16]研究发现CU 通过抑制病毒介导的细胞融合从而增强母猪对PRRSV 的抵抗能力，表明CU 通过提高母猪抗蓝耳病能力而有效改善其繁殖性能。CU 对猪精液品质具有很好的改善作用，Chanapiwat 等[53]探讨了CU对冷冻公猪精液品质的影响，在冷冻剂中分别添加0.25 和0.5 μmol/L CU，检测解冻后精液活力以及顶体完整率等指标，结果表明，CU 组直线前进运动的精子数以及顶体完整率均极显著提高（P<0.01）；在成年大鼠中的研究发现，给蛋白质缺乏鼠饲喂50 mg/kg CU 有助于缓解营养不良引起的繁殖障碍以及精子异常的发生率[54]；而在水牛中的研究发现[55]，冷冻剂中加入1.5 mM CU 可显著提高精子的运动速度、前进直线运动精子数、体外存活时间以及DNA 的完整性，表明CU 可提高冷冻精液的保存效果；因而表明CU 对公猪精液谱品质具有很好的改善作用。总而言之，CU 对种猪的繁殖性能具有积极作用，但需要加强相关的研究。

4 小结与展望

综合全文，CU 来源于姜科植物，具有天然性、无毒性以及无残留等优良特性，同时还具有抗氧化、免疫调节、改善肠道微生态、抑菌抗病毒以及降脂等诸多生物学功能，在仔猪生产、肥育猪生产以及种猪生产均具有广阔的应用前景。但有关CU在养猪业中的研究报道尚不够多，可见CU 仍具有很高的开发应用价值；同时CU 的提取工艺研究尚有待深入，表现为CU 提取效率低下等；除此以外，CU 具有多种生物活性，对种猪繁殖（母猪繁殖性能以及公猪精液品质）具有积极作用，但有关此方面的研究鲜有报道，提示今后需加大CU 在种猪繁殖性能方面的研究。尽管目前CU 在养猪业中的推广应用存在一定困难，但随着畜牧科技、分子生物学技术以及相关研究的不断深入，上述问题将会被有效解决。总体而言，CU 作为一种具有极大开发价值的绿色饲料添加剂将会在未来养猪生产中发挥积极作用，进而有效地促进养猪业实现高效及绿色发展！