植物精油及其在畜禽养殖业的应用

◆作者：曾浩南 江青艳

◆单位：华南农业大学动物科学学院

抗生素在畜禽养殖中的滥用已产生了严重的后果，为此，我国对于饲料中抗生素的添加自2020 年起开始全面禁止。植物精油被认为是饲料禁抗之后解决畜禽健康的最具潜力的产品之一。

1 植物精油概述

植物精油又称挥发油或香精油，是从天然植物中通过特定方法萃取得到的高度浓缩的植物提取物，是一类强烈气味和香味的挥发性油状液体，具有绿色环保、安全高效、抗菌抗氧化、抗炎等作用。

1.1 植物精油的分布及提取方法

植物精油广泛存在于植物中，不仅分布广，种类多，而且还具有极其丰富的化学组成，脂肪族、芳香族、萜烯类以及含硫含氮类化合物是其主要成分，而在这些成分中肉桂醛、香芹酚、丁香酚、大蒜素、百里酚是目前各行各业研究最多、使用频率最高的五种精油成分。

植物精油的提取作为获取植物精油不可或缺的步骤，其方法伴随着时代的步伐不断地进行更新和改良，植物精油的提取从过去的机械压榨到传统的水蒸气蒸馏与有机溶剂萃取，再到如今新时代的超临界流体萃取、亚临界水萃取及各种辅助提取技术联合应用等，提取的方法工艺已逐步体现现代化和多元化。

水蒸气蒸馏法是一种常见的传统提取方法，利用植物精油具有挥发性、难溶于水且不与水反应的特性，将植物与水混合，加热到一定温度，使得植物精油与水蒸气一并馏出，再通过冷凝分液等方式进行精油的提取，这种方法操作简便、成本低廉、技术成熟，但是时长、易导致精油中的热敏成分分解从而影响精油质量。

压榨法是利用机械外力将植物压榨，使其中的精油成分释放出来的一种最传统的提取方式，这种方法操作简便并能很好地保留植物原本的香气，但是精油的提取率及产量低，难以在生产中大规模应用。

有机溶剂提取法是利用相似相容的原理，用乙醇、石油醚等有机溶剂将植物中的可溶性精油成分萃取出来，再经过低温蒸馏的方法将低沸点的有机溶剂除去，从而得到精油，这种方法成本低廉、提取率高，但是有机溶剂极易残留从而影响了精油的质量。

超临界流体萃取法的原理是通过改变压力和温度来改变超临界流体的溶解能力，利用这个特性可针对性萃取、分离植物中的精油成分，CO2具有很好的流动性和渗透性，且临界压力、温度及成本相对较低，是目前常用的超临界流体，该方法克服了传统萃取中有机溶剂残留的问题，但是技术要求高、操作繁琐、设备昂贵，限制了它的应用。

亚临界水萃取法是通过控制压力，将水加热到100℃以上，临界温度374℃以下，该状态下的水又称为超加热水依然保持液态，此时的水由强极性变为非极性，代替有机溶剂将植物中的精油成分萃取出来，此方法的优势在于耗时短、环境友好，它继承了超临界流体萃取法的优势且降低了对操作及设备的要求，是一项前景广阔的变革性技术。

微波、超声波、生物酶辅助提取法是三种现代的辅助提取方法，单独使用效果不佳，需要和其他方法联用。它们主要优点是能够大幅度缩短提取时间，节省溶剂消耗，其中微波辅助提取法的原理是利用高频微波对样品及溶剂的极性成分产生的热效应，从化学上破坏植物细胞的结构，加速精油成分的流出，缺点是高温易导致精油成分的裂解；超声波辅助提取法的原理是利用超声波的空化及机械效应，从物理上破坏植物细胞结构，造成精油成分的流出，缺点是效果不稳定，影响因素多；生物酶辅助提取法是利用生物酶的高效专一性，从化学上破坏植物细胞中的果胶质、纤维素以及半纤维素等细胞壁成分，加速精油成分的流出，缺点是生物酶活性不稳定且成本较高。

1.2 植物精油的生物学功能

1.2.1 抗菌

植物精油的抗菌特性，尤其是对革兰氏菌的抗性已成为科学界不可争议的事实，目前对于植物精油抗菌的作用机理尚未研究透彻，大概可以分为两个方面：一是脂溶性的植物精油可以穿梭细胞膜从而影响病菌细胞的正常运作，破坏病菌细胞及细胞器的形态结构，导致细胞的裂解死亡；二是通过降低或抑制病菌细胞分生孢子的产生，从而影响了病菌的增殖。

高海荣等（2020）通过滤纸片法对中国河南产白蒿精油的抑菌活性进行测定，结果发现：白蒿精油能够有效阻碍大肠杆菌等常见的4 种细菌的生长繁殖，其中在试验浓度下对枯草芽孢杆菌的最大抑菌圈直径达到了22.20 mm，显示出极敏性。Altintas A 等（2013）通过生物信息记录系统对牛至精油的抗菌活性进行了分析，发现牛至精油里的麝香草酚和香芹酚72 小时内对灰质芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的抑制率均达到较高的抑制水平。此外，不同植物精油组成的混合物相比于单一的植物精油可能具有更强的抗菌能力。

1.2.2 抗氧化

大量植物精油具有抗氧化的生物学特性，这种特性表现在抑制机体内有害的强氧化物质（如自由基）产生的负面作用，增强机体还原能力从而缓解衰老。目前关于植物精油抗氧化作用机制的研究成果分为以下两种:一是通过清除DPPH、过氧化物、超氧化物、羟基离子等一系列自由基的方式直接抑制氧化；二是通过调节机体脂氧化酶活性、Fe2+和螯合金属离子的生成等方式抑制脂质的过氧化，增加机体的还原能力。

董菲等通过DPPH 自由基清除法和ABTS 自由基阳离子清除法研究满山香和金橘精油的抗氧化能力，发现满山香和金橘精油能够有效清除DPPH 和ABTS，促进机体的抗氧化能力。杨海燕等（2020）根据草果精油对自由基清除能力的大小进行抗氧化作用的测定，发现草果不同部位精油均具有一定的抗氧化能力，但是草果的不同部位对清除自由基的对象和能力都有所不同，如草果茎叶精油对Fe3+的还原能力最高，达到77.91±0.38μmol Trolox/g。

1.2.3 抗炎

炎症是机体对于刺激产生的一种防御应答反应，有时候炎症是有害的，如自身免疫病等能对机体组织造成损害。植物精油抗炎的作用机制主要有以下两种：一是通过阻滞NF-κB 途径实现。一方面精油可以保护IκB-α 不被磷酸化和降解，另一方面精油可以抑制MAPK 途经中ERK、JNK 和p38 的活性，导致NF-κB 的合成受阻，从而影响促炎症因子的表达和抑制相关调控酶的生理活性，最终达到抗炎的作用；二是精油通过抑制磷酸化STAT3 的表达，进而降低前炎症细胞因子IL-1β 和IL-6 的产生和释放，从而产生抗炎作用。

Bellassoued 等（2018）对CCl4诱导前的大鼠以15 和40 mg/kg的薄荷精油进行预处理，相比CCl4处理组，仅用薄荷精油处理组能显著降低应激参数。Morsoleto 等（2015）使用卡波姆凝胶治疗实验组中大鼠损伤的肌肉，之后用茶树精油进行辅助治疗，结果表明，在应用茶树精油干预治疗后，与肌肉损伤区域的炎症浸润随时间显著降低(P＜0.01)，可以看出茶树精油可以减少炎症浸润的数量来达到促进肌肉恢复的效果。

1.3 植物精油的微胶囊包被技术

植物精油因具有挥发性导致自身性质并不稳定，容易造成挥发损失且难以控制在动物胃肠道中定点释放，为了解决这个问题可以采用微胶囊技术，通过高分子材料将植物精油进行包裹，使其与外界隔绝，从而提高植物精油利用率，微胶囊技术分为以下三种。

1.3.1 物理法

物理法是指运用机械设备，将微胶囊壁材通过物理变化直接在气相中包被液态植物精油，使其微胶囊化，此法包括喷雾干燥法、包结络合法、空气悬浮法、超临界流体法等，其中喷雾干燥法是目前最常用的方法。

喷雾干燥法的原理是将芯材、壁材混合溶液进行乳化形成乳化液，经过喷雾干燥器先将乳化液分散成雾滴，后将雾滴与热气流混合，将溶解壁材的溶剂汽化蒸发形成微胶囊。该方法操作简便、技术成熟，已广泛用于工业化生产中，但是制备过程中的高温容易导致精油热敏成分的损失。

1.3.2 化学法

化学法的原理是芯材与特定溶剂混合溶液中的单体在一定条件下会发生聚合反应生成高分子聚合物，形成的聚合物与芯材连接组装形成微胶囊。化学法合成微胶囊的方式有多种，其中界面聚合法运用较多，它是通过对芯材的特殊处理以后与特定溶剂结合发生聚合作用形成微胶囊。

1.3.3 物理化学法

物理化学法主要有四种方法，其基本的原理为通过改变外在因素诱发成膜材料发生反应产生相分离，同时自由能也会下降，在这一系列的改变之后，就可以具备形成微胶囊的环境，进而形成微胶囊。

2 植物精油在畜禽养殖业的应用

2.1 猪

仔猪是猪生长的首要阶段，其生长强度相对较大，消化系统和免疫系统发育不完善，容易受到外界环境、细菌和病毒等不良因素的影响，仔猪生长的好坏一定程度上关系着猪的生产性能及经济效益。常娟等（2019）通过对40 日龄杜长大三元杂仔猪的饲粮中添加300mg/kg 茴香精油，试验期28 天，结果发现食用添加了茴香精油饲料的仔猪比食用添加抗生素饲料的仔猪生长快，粪便所含有的有益菌增多，有害菌减少，这说明在仔猪饲料中可以考虑添加茴香精油来代替抗生素，达到促使仔猪肠道菌群的均衡及降低了肠道疾病风险的效果。马明等（2019）在40-45 日龄的紫云花仔猪基础日 粮 中 添 加0、200g/t、300g/t、400g/t 植物精油合剂（肉桂醛、百里香酚、香芹酚复合制剂），研究证明在仔猪日粮中添加植物精油合剂对仔猪的血清免疫学指标有明显的改善作用，能够在一定程度上增强仔猪对外界环境的抵抗力。

生长育肥猪是猪生长的重要阶段，其生长发育较为稳定，身体机能较为完善，但此阶段的时间长，其生长的好坏直接决定了猪的经济效益。虽然植物精油对生长育肥猪的胴体和肉质参数及生长性能无明显的改善作用，但是可以增强育肥猪的免疫力和改善排泄环境。

2.2 家禽

与家畜相比，家禽的生产周期短，数量庞大，而我国又是禽类生产与消费大国。植物精油在家禽中的应用效果逐渐显现。

肉鸡是家禽业的重要组成部分，植物精油在日粮中的添加对肉鸡的胃肠道健康起到明显的积极作用。Altop 等（2018）研究发现松脂精油的添加能降低肉雏鸡空肠中的有害菌群的数量。Chowdhury 等（2017）研究发现肉桂精油能够促进肉鸡小肠绒毛的发育。王兰等（2019）在1日龄爱拔益加肉公鸡饲粮中添加不同浓度梯度的复合植物精油，结果发现试验组的肉鸡在多种营养物质的消化率均得到了明显的提高(P＜0.05)。此外，有研究指出在肉鸡日粮中添加植物精油对肉鸡生长性能无明显改善，相反也有研究证明其能起作用，这可能是研究者使用的精油种类的差异所导致。蛋鸡领域中，已有研究证明在日粮中添加植物精油可以提高产蛋率，提高蛋品质。

植物精油在肉鸭中的研究相对较少，其中李敏莹等在肉鸭日粮中添加（2015）复合植物精油，研究发现复合植物精油添加组的肉鸭相比对照组不论在生长性能方面还是在抗氧化能力方面均有明显的提升。徐善金等（2013）在1 日龄樱桃谷鸭日粮中添加不同浓度的牛至油，研究发现试验组相比对照组的平均耗料量、肉料比、皮脂率显著降低，屠宰性能有明显的改善。

鹌鹑与鹅这两种家禽的相关研究更为稀少。王芬等在1 日龄东北白鹅日粮中添加不同浓度的牛至油预混剂，研究发现试验组白鹅不论在屠宰性能方面还是在生长性能方面均得到了一定改善。沈兆燕等（2019）在日龄相近的蛋鹌鹑日粮中添加不同水平的微胶囊包膜缓释植物精油，研究发现试验组的蛋鹌鹑的生长及产蛋性能的改善程度与恩拉霉素组相当，说明植物精油可以作为一种新型的饲料添加剂能够在一定程度上替代恩拉霉素在蛋鹌鹑中的应用。

2.3 反刍动物

幼龄反刍动物的瘤胃微生态、免疫系统和相关功能尚处于发育阶段，容易受到外界环境的影响，而植物精油用作饲料添加剂有利于幼领反刍动物的生长和健康。柏妍等（2019）在新生荷斯坦犊牛开食料中添加4.0g/kg牛至油，饲养70 天后测量其瘤胃相关参数，结果表明牛至油添加组的瘤胃微生物菌群结构得到了一定的优化，而瘤胃素对瘤胃中有益菌群的不利影响得到了缓解。周瑞（2019）在3 月龄体重相近的萨福克×小尾寒羊F1代公羔基础饲粮中添加4g/d、7g/d 的牛至精油，经过82 天的试验后，结果表明饲粮中添加适量的牛至精油能够一定程度上改善瘤胃的发酵（降低瘤胃氨浓度），促进羔羊胃肠道形态结构及菌群的发育，提高羔羊的抗氧化能力和免疫能力。

成年反刍动物机体发育相对完善，其生产性能直接关乎着动物的经济效益。王欣荣等（2017）在产犊后的荷斯坦奶牛子宫中先后投放4 粒牛至精油胶囊（美国瑞科公司，分别为产后12h 和24h），根据试实验结果中的血细胞数、血红蛋白浓度及奶牛的产后指标，得出牛至精油有利于产犊后奶牛子宫的恢复，预防感染的结论。Khorrami 等（2015）在体重为540kg左右的荷斯坦奶牛日粮中添加了500 mg/k 的植物精油混合物，结果发现荷斯坦奶牛瘤胃中的琥珀酸纤维杆菌和白色瘤胃球菌数量显著减少，表明了百里香和肉桂精油可以一定程度上代替瘤胃素作为荷斯坦奶牛的瘤胃发酵剂。此外，在饲粮中添加一定量的植物精油还能减少成年牛日常的甲烷、氨等气体的排放量。

3 目前植物精油产品应用中仍存在的问题

植物精油作为一种新型抗生素替代品，目前在应用中仍然存在以下主要问题：（1）鉴于植物精油种类繁多，成分复杂，各种精油产品的品牌众多，养殖户在实际生产中往往无所适从，难以选择；（2）由于不同种类的畜禽生理特点有差异，同一种精油产品在不同畜禽的应用效果也可能存在差异，导致精油产品的应用缺乏针对性；（3）植物精油的成分多样导致作用机理的复杂性，许多产品的作用机理未能诠释；（4）植物精油都具有强烈的挥发性，由此导致精油产品的稳定性差，难以在动物体内进行定点释放并发挥其最佳作用。

4 对策与建议

针对以上存在的问题，笔者给出了以下四点建议：（1）尽快制订植物精油产品的分类及应用标准，以防植物精油的滥用和错用；（2）针对不同品种、不同生理阶段的畜禽，研究不同的植物精油产品应用效果，将精油产品的应用按照畜禽品种和生理阶段进行系列化，提高产品使用的针对性；（3）深入开展不同精油产品作用机理的研究，为产品的精准使用提供更加充分的科学依据；（4）进一步完善已有精油微胶囊包被技术，并积极研发新型包被技术，研究不同包被技术产品在畜禽胃肠道的释放规律，实现精油产品的定点释放，提高产品的使用效果。

参考文献：（略）