单宁的生物活性及其在反刍动物生产中的应用

魏 晨 ， 游 伟 ， 张相伦 ， 万发春 *

（1.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，山东济南 250100；2.山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室，山东济南 250100；3.山东省肉牛生产性能测定中心，山东济南250100）

单宁是水溶性的多酚化合物，一般分子质量在500～3000 Da，能通过酚羟基基团与蛋白质、碳水化合物等形成复合物。起初认为单宁是有害无益的，但通过近些年来的不断研究，发现部分单宁在适量的情况下对动物会产生有益作用。本文主要对单宁的来源、分类、结构、性质、活性特点及其在反刍动物生产中的应用进行综述，以期为更好地利用单宁类物质提供一定的理论参考。

1 单宁的来源、分类、结构和性质

单宁广泛分布在树木、灌木、谷物籽实、豆科牧草和粮食作物中。不同植物中单宁的含量受温度、光照、降雨量、土壤质量和应激等因素的影响有较大差异，同一植物的不同组织如茎、叶、花、果实、种子中含有的单宁浓度也有所不同，一般叶子和花瓣中的单宁浓度较高。

单宁一般被分为缩合单宁和水解单宁两大类（Patra等，2011）。缩合单宁，也被称为原花青素，是儿茶酚和没食子儿茶酚单体的寡聚或多聚物，单体间通过类黄酮C4-C8和C4-C6键相互交联，一般不能被酸碱物质、动物肠道内酶或微生物分解。由于缩合单宁的酚羟基数量、位置不同和类黄酮单体间交联方式和数量的差异，使其化学结构十分复杂（Patra等，2011）。水解单宁由酸及其衍生物（没食子酸、鞣花酸等）与碳水化合物（葡萄糖或多元醇）酯化结合形成，一般分为没食子单宁和鞣花单宁两种，水解单宁中的多酚基团可进一步被酯化或氧化交联，形成更复杂的水解单宁。水解单宁容易在酸或单宁水解酶的作用下被水解，产物包括没食子酸、鞣花酸、邻苯三酚和间苯二酚等（Singh 等，2001）。

单宁最显著的特点是具有很强的极性，这与单宁众多的酚羟基有关，其与蛋白质等物质结合形成不溶于水的复合物沉淀，这种复合物并不稳定，结合的位点不停的发生解离与再结合（李元恒等，2013），该特性使得单宁具备多种生物学活性。

2 单宁的生物活性特点

2.1 抗菌 人们很早就发现众多植物中的多酚具有广泛的抗菌活性，并通过大量研究发现抗菌作用主要通过三种可能的机理实现：（1）通过结合重要的蛋白质或铁离子夺取微生物的营养物质（Scalbert，1991）；（2）通过抑制微生物产生的酶类阻碍微生物产生作用（Scalbert，1991）；（3）改变微生物细胞膜结构、破坏细胞膜的完整性、增加细胞膜通透性（Liu 等，2013）。

2.2 抗炎症 炎症是动物体遭遇致炎因子后的防御性反应，研究人员发现植物提取单宁表现出多种抗炎活性，主要通过清除自由基或调节炎症因子发挥作用（Huang 等，2017）。 Liu 等（2013）报道源自水柏枝（Myricaria bracteata）的水解单宁被注射到炎症模型小鼠后起到抗炎症的作用。另有报道，富含单宁类物质的委陵菜（Potentilla erecta）提取物在体外和体内试验中均表现出对紫外线B导致的炎症反应的抑制作用 （Hoffmann等，2016）。由于植物提取单宁的多样性和复杂性，研究人员还需继续探索，分离出起主要活性作用的单宁成分，为进一步阐明作用机理奠定基础。

2.3 抗氧化 酚羟基本身具有较强的还原性，也是单宁类物质的主要活性基团，因此，单宁具有很强的抗氧化特性。单宁的抗氧化活性被广泛报道（López-Andrés 等 ，2013；Luciano 等 ，2011；Hsu等，2007），一般分子量越高的单宁拥有越多的酚羟基集团，也就表现出更高的抗氧化活性（Hagerman 等，1998；Ariga 等，1990）。

3 单宁在反刍动物生产中的应用

3.1 提高生产性能 有研究表明，与饲喂不含缩合单宁的黑麦草或白三叶的对照组相比，饲喂含适量单宁的百脉根能提高羔羊的生长速率和绵羊的产毛量（Ramírez-Restrepo 等，2004）。 此外，相对于不含单宁的牧草，含有适量单宁的红豆草、雏菊和小冠花同样表现出提高反刍动物生产性能的特 点 （Piluzza 等 ，2014；MacAdam 等 ，2011；Mueller-Harvey，2006），可能的作用机制包括提高饲料蛋白质和必需氨基酸的利用率、减少病原微生物和寄生虫的侵袭和提高反刍动物自身免疫力（Patra 等，2011）。

3.2 提高氮利用效率 单宁对反刍动物氮利用率的改善作用源于其对饲料蛋白质的可逆结合，当pH在4.0～7.0时，单宁-蛋白质复合物相对稳定，低于或高于此范围则会发生分离。瘤胃环境的pH一般在5.0～7.0，单宁-蛋白质复合物不易被微生物降解产生铵态氮，减少铵态氮被瘤胃壁吸收，在肝脏中转化为尿素，随尿液排出体外，而是直接流向后部消化道，当流经真胃（pH＜2）和十二指肠（pH在8.0～9.0）时，单宁-蛋白质复合物发生解离，蛋白质被胃蛋白酶和胰蛋白酶进一步分解为肽类和氨基酸，在小肠内吸收 （Huang等，2017；潘发明等，2013）。单宁提高了过瘤胃蛋白的数量，保护饲料蛋白质不在瘤胃内降解，提高必需氨基酸的吸收利用或通过减少尿氮排放提高氮沉积率，改善反刍动物对饲料蛋白质的利用效率（Mueller-Harvey 等，2017）。

3.3 温室气体减排 温室气体是造成全球变暖的主要原因之一，主要包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、部分含氟类气体等，而反刍动物的瘤胃发酵和粪污储存过程中产生大量的甲烷和氧化亚氮，是温室气体排放的重要来源。Jayanegara等（2012）的研究分析了反刍动物日粮中单宁水平与甲烷产量的关系，结果表明随着单宁添加剂量的增加，甲烷产量逐渐降低。Tavendale等（2005）利用含缩合单宁的豆科牧草湿地百脉根研究了缩合单宁对体外甲烷产生的影响，指出单宁通过两种途径抑制甲烷产生，分别是通过抑制底物消化率降低H+的供应量和直接抑制产甲烷菌的生长繁殖。由于反刍动物对饲料蛋白质的利用效率相对较低，氮素排泄量高于单胃动物，排泄氮中粪氮占20% ～ 40%，尿氮占 60% ～ 80% （Varel，1997），然而尿氮更容易被微生物分解产生氨气和氧化亚氮等有害气体，单宁通过结合饲料蛋白质提高氮利用效率，同时改变氮排泄类型，增加粪氮排泄，减少尿氮排泄，最终减少氨气和氧化亚氮等有害气体的产生 （Grainger等，2009；Getachew 等，2008；Carulla 等，2005）。

3.4 防止瘤胃臌气 当反刍动物采食鲜嫩多汁的豆科牧草（三叶草或苜蓿）时，由于蛋白质溶解度较高，使瘤胃中产生大量稳定的泡沫（Waghorn等，2003），瘤胃发酵产生的气体聚集在瘤胃中无法排出体外，造成瘤胃臌气，严重时直接导致动物死亡。单宁通过结合可溶性蛋白和降低蛋白质溶解度减少泡沫的产生，从而有效降低瘤胃臌气的发病率（Ramírez-Restrepo等，2005）。 Li等（1996）报道单宁防止瘤胃臌气的最低有效剂量为5 g/kg DM。研究发现，与苜蓿草相比，肉牛采食苜蓿和红豆草（适量缩合单宁）混合牧草可以有效减少瘤胃臌气的发病率，但是不能完全避免瘤胃臌气的发生（Wang等，2006）。

3.5 减少寄生虫病发生 反刍动物生产过程中会受到寄生虫病的侵扰，尤其在放牧条件下，寄生虫的幼虫可以通过多种途径进入反刍动物体内，轻则影响动物生长发育和生产性能，重则导致死亡，给反刍动物生产带来经济损失。人们通过体外和体内试验均发现单宁具有有效的抗寄生虫效果，Mueller-Harvey 等（2017）和 Hoste 等（2012）指出单宁对寄生虫的抑制作用源于单宁的蛋白质结合特性，单宁能够结合寄生虫产生的关键酶，从而抑制寄生虫的生长。另外，单宁可以抑制幼虫的生长和成虫的繁殖 （Hoste 等，2012；Brunet等，2008）。虽然单宁具有抗寄生虫活性，但是由于单宁浓度和化学结构复杂多样，因此，研究结果并不一致（Hutchings 等，2003），还需继续探索单宁的化学结构与抗寄生虫活性之间的关系。

4 小结

植物单宁作为天然多酚类物质，由于其分子结构特点的多样性，使其具有多种对反刍动物生长有利的生物学活性，对维持反刍动物营养和健康有重要作用。目前，人们对单宁的结构和营养特性研究还不够充分，试验对象多集中于单宁复合物，单一单宁的作用研究较少，学科间的交叉研究也很欠缺，导致部分结论还限于推测，作用机理尚未清楚。研究人员需要进一步研究不同来源的单宁中起主要作用的活性成分、结构特点和发挥作用的机理，才能实现单宁在反刍动物上的精准应用。