植物单宁的生物学功能及其影响因素的研究进展

从光雷， 王志跃， 杨海明， 钟 光， 施寿荣*

（1.中国农业科学院家禽研究所，江苏扬州225125；2.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州225009）

植物单宁是一种多酚类化合物，广泛存在于陆地植物和部分海洋植物中（间苯三酚）。Patra等（2011）研究表明，植物单宁能够提高饲料利用率，改善动物健康。Aboagye等（2019）研究发现，植物单宁在畜禽生产中具有一定营养价值。但也有学者认为，在单胃动物中添加植物单宁会造成不良影响，这可能是因为单宁类型不同或添加浓度过高 导致的 （Smulikowska 等 ，2001；Trevin～o 等 ，1992）。 Schiavone等（2008）也证明，在肉鸡日粮中添加0.20%植物单宁能够提高采食量和平均日增重，但添加0.25%会对肉鸡生产性能造成负面影响。可见，植物单宁有作为动物添加剂的潜力（Diana 等，2016；Tosi等，2013；Parys等，2010），但植物单宁是个复杂的物质，其有益或有害的性能取决于化学结构和添加浓度等因素。因此，本文综述了植物单宁的分类、提取来源和生物学功能，以及影响添加效果的因素，为其进一步研究提供参考依据。

1 植物单宁的分类和来源

1.1 植物单宁的分类 植物单宁的化学结构具有多样性，基于特定结构特征和化学性质将其系统分类，能够为其相关研究提供支撑。植物单宁广义分为水解单宁和缩合单宁两大类。水解单宁由多酚核组成，其分子质量为500～3000 Da（Haslam，1989）。缩合单宁是由黄烷-3-醇组成的低聚或聚合类黄酮，包括儿茶素、表儿茶素、没食子儿茶素和表没食子儿茶素，其分子质量从1000～20000 Da不等，只有强氧化和强酸才能解聚，且不易被厌氧酶降解（Mcsweeney等，2001）。

植物单宁广义分为两类比较笼统，水解单宁当中也存在不可完全水解的鞣花单宁和多元醇的残留物（Kashiwada等，1992），但被分到水解单宁大类中。第一次描述水解单宁除了含有单体鞣花素的特征结构外，还含有C-糖苷儿茶素结构（Nonaka等，1985）。最初这类植物单宁因为C-C偶联的儿茶素结构上含有部分糖苷，只有部分结构可以水解，所以在归类到水解单宁大类中就不科学（Nishimura等，1986）。因此，根据单宁的化学结构更加细化分类为四大类：棓单宁、鞣花单宁、复合单宁和缩合单宁（Khanbabaee等，2001）。

棓单宁（Gallotannins）指以没食子酰基或其衍生物与多元醇、儿茶素或三萜结合；鞣花单宁（Ellagitannins）指至少两个没食子酰基C-C相互偶联，并且儿茶素无糖苷结合；复合单宁（Complex tannins）指在棓单宁或鞣花单宁的基础上含有糖苷化的儿茶素，具有双重性质；缩合单宁（Condensed tannins）指儿茶素C-4与另一单元儿茶素的C-8或C-6相连，形成低聚原花青素和聚合原花青素。

1.2 植物单宁的提取来源 植物单宁在植物界广泛分布，尤其在牧草、灌木、谷类和药材中含量丰富（Berard等，2015）。其也存在于香蕉、黑莓、苹果以及葡萄等许多水果中（Figueroaespinoza等，2015；Ortiz 等 ，2013；Kyamuhangire 等 ，2010；Sarneckis等，2008）。复合单宁和缩合单宁在豆科植物、乔木和灌木中最常见且容易提取；棓单宁通常存在于五倍子、漆树叶和黄栌叶等，而鞣花单宁通常存在于橡木、黑莓和石榴等。一般植物单宁在植物的新生叶片、皮和花中较为丰富（Terrill等，2010）。因为植物单宁的化学结构和含量在不同植物种类、生长阶段和生长条件（如温度、光照、养分等条件）之间存在很大差异，所以不同提取来源会造成生物学功能的差异（Li等，2014；Jin 等，2012）。

2 植物单宁的生物学功能及影响因素

2.1 抗氧化功能及影响因素 植物单宁的抗氧化性能在食品和医疗领域有着广泛应用，可用于预防氧化应激相关的疾病，如心血管疾病、癌症或骨质疏松症等 （Squillaro等，2018；Phung等，2017；Lall等，2015）。 有研究表明，植物单宁的相对分子量越高其抗氧化活性越高 （.I lhami等，2010）。羟基（-OH）的数目和聚合的程度与清除自由基的能力有关。植物单宁结构中的羟基（-OH）越多越易被氧化，因此具有更高的抗氧化活性（Ariga 等，2014）。Olejar等（2016）也研究证实，植物单宁结构中的羟基（-OH）能够减少氧化反应和清除自由基。

目前，在不同动物体中已证明植物单宁具有抗氧化性能，例如在羊饲粮中添加缩合单宁能够提高血清抗氧化能力 （Deng等，2016；Peng等，2016）。在羊饲粮中添加白坚木单宁能够提高肌肉的抗氧化能力（Luciano等，2011）。在獭兔日粮中添加单宁（单宁酸，纯度≥75%）能够降低血清丙二醛（MDA）含量，提高血清总超氧化物歧化酶活性（T-SOD）（陈赛娟等，2019）。 Farahat等（2016）研究表明，在肉鸡日粮中添加葡萄籽提取物（Plantextrakt GmbH&Co.KG提供，含量≥40%）能够显著提高免疫能力和抗氧化能力。饲粮中添加橡椀单宁（水解单宁）能够提高肉鸡血液过氧化氢酶（CAT）活性和总抗氧化能力（T-AOC）。

已知棓单宁在胃肠道中易降解，而缩合单宁难以在消化道中降解和吸收，因此，难以整体解释植物单宁在动物体内发挥的抗氧化性能。Patricia等（2013）研究发现，白坚木单宁在胃肠道中并未消化吸收，但增加了绵羊肝脏和血浆的抗氧化能力，说明缩合单宁可能是间接影响动物体的抗氧化功能。Demarque等（2018）认为缩合单宁是通过络合其他分子，在胃中形成保护膜，从而保护胃肠道及其内容物被氧化。

综上所述，植物单宁具有抗氧化功能，且抗氧化功能主要受不同单宁化学结构的影响，不同物种之间的影响较小。但植物单宁在动物组织中的抗氧化具体机制尚不完全清楚，还需要进一步的研究。

2.2 抗致病菌性能及影响因素 有报道表明在猪日粮中分别添加0.13%、2.25%和0.45%栗单宁[Silvafeed@公司产品栗单宁，单宁含量在75%以上（简称NEC）]，其能够提高猪的饲料转化率，增加空肠乳酸杆菌活菌数；盲肠乳酸杆菌活菌数未变化，但氨、异丁酸和异戊酸的浓度增加，对沙门氏菌感染有抑制效果 （Biagi等，2010）。Jamroz等（2009）研究发现，日粮中添加0.025%、0.05%和0.1%NEC对饲料转化率和胴体质量无显著影响，但添加0.05%和0.1%会使28日龄鸡的肠道大肠杆菌含量降低。Chamorro等（2015）研究表明，肉鸡饲粮中添加葡萄渣对其生长性能无显著影响，但能够改变肠道形态和肠道菌群，提高肠道细菌的生物多样性。在另一项研究结果中也显示添加0.71%和1.5%NEC能够降低产气荚膜梭菌丰度（Tosi等，2013）。可见，植物单宁能够促进单胃动物消化道的有益菌生长，抑制致病菌生长，从而提高生产性能 （Brus等，2018；Gambacorta等，2016；Choy等，2014）。

目前，认为植物单宁抗菌作用的机制主要是通过抑制细胞外微生物酶、剥夺微生物生长所需的底物、抑制氧化磷酸化直接作用于微生物代谢、剥夺金属离子或与细菌细胞膜形成复合物引起细胞膜形态变化，以及增加膜通透性 （Xiu-Li等，2013）。植物单宁主要抑制细菌的细胞膜部位，破坏细胞膜的功能（Wang等，2013）。但植物单宁对有益菌并未抑制，如在猪日粮中添加 1%的葡萄籽提取物能够增加粪便中乳杆菌属和瘤胃菌科的丰度（Choy等，2014）。

另外，有报道植物单宁的羟基数量和过氧化氢的释放是评价抗菌性能的重要指标 （Mueller-Harvey，2006），推测抗菌性能与抗氧化性能呈正相关。比如三羟基B环黄酮醇（没食子儿茶素）对链球菌、梭菌和葡萄球菌的抑制作用大于二羟基B环儿茶素（Anita等，2015）。由于植物单宁的来源广泛，其抗菌作用具有多样性，因此筛选和鉴定对目标微生物有效且特异的单宁，将是一项长期研究工作。

2.3 抗病毒性能及影响因素 植物单宁对某些病毒（艾滋病病毒、牛腺相关病毒和诺如病毒）具有显著的抑制效果（Zhang 等，2012；Di等，2012）。Yajun等（2013）在小鼠模型中研究发现，水解单宁具有抗肠道病毒71（EV71）的作用，其通过抑制病毒复制能够有效降低死亡率并缓解临床症状。早已证明，植物单宁能够通过靶向病毒反转录酶、蛋白酶和整合酶抑制HIV-1复制 （Ian等，2015；Kang等，2014；Au 等，2001）。 据报道，绿茶提取的表没食子儿茶素可抑制丙型肝炎病毒（HCV）（Noémie 等，2012）。Shuanghu 等（2015）研究发现，水解单宁能够抑制HCV侵入和胞间传播，但不干扰HCV复制。植物单宁（石榴多酚、石榴皮鞣素和老鹳草鞣质）能够阻止细胞外乙型肝炎病毒DNA的形成，同时加快其衰变，从而抑制乙肝病毒的产生（Liu 等，2016）。 Ueda 等（2013）研究发现，柿子提取的单宁能显著降低12种被测病毒的感染性，而绿茶、金合欢和五倍子提取的单宁只对其中部分病毒有效，认为其抗病毒作用是通过蛋白质变性来实现的。

综上所述，植物单宁主要是通过抑制病毒侵入细胞和细胞核；抑制病毒反转录酶，抑制复制；促使病毒蛋白质变性，以及抑制细胞间传播来实现抗病毒的功能，但不同来源和化学结构的植物单宁抗病毒性能也有所差异，因此需要进一步探索具体抗病毒机制和动物体研究。

2.4 抗寄生虫性能及影响因素 植物单宁抗寄生虫的特性在动物体内外都已经得到证实。例如从豆科植物（如红豆草、百脉根、鸟足拟三叶草和冠状岩黄蓍）中提取的浓缩单宁能够降低毛圆线虫产卵量，且抑制肺线虫和胃肠线虫的孵化率（Molan 等 ，2014；Molan 等 ，2010；Minho 等 ，2010）。还有研究发现，热带植物提取的单宁对捻转血矛线虫、蛇形毛圆线虫和胃肠道线虫等幼虫具有驱虫作用，主要通过干扰幼虫蜕皮过程来实现驱虫作用 （Oliveira 等，2011；AlonsoDíaz 等，2008）。而有研究发现，缩合单宁能够显著抑制幼虫的运动能力。由此可见，植物单宁在寄生虫不同生长阶段均具有直接和间接抗寄生虫的功能（Desrues等，2016；Hoste 等，2012）。直接抗寄生虫的机制是通过阻碍幼虫发育，减少感染第三期幼虫在宿主体内的建立，从而减少寄生虫的入侵；减少成虫的产卵；抑制寄生虫的运动性能，减少移行。而间接机制就是增强机体对寄生虫感染的抵抗力。然而，不同来源的植物单宁、寄生虫的生长阶段和宿主种类会造成抗寄生虫性能差异。

2.5 抗炎功能及影响因素 植物单宁具有较强的抗炎功能，如Wijesinghe等（2013）研究发现，植物单宁能够抑制NO和前列腺素-E2的产生，从而具有抗炎功能。目前，还发现不同植物提取的单宁均具有抗炎效果。Pallarès等（2013）在体外研究发现，葡萄籽中的单宁通过调节细胞因子的表达，可以降低较轻的炎症（例如肥胖导致的慢性炎症）。Park等（2014）研究证明，黑树莓籽中提取的缩合单宁具有抗炎活性，其通过抑制脂多糖诱导的264.7原始细胞产生一氧化氮 （NO是诱导炎症的介质）。Liu等（2015）在巴豆油致小鼠耳部水肿和胶原诱导的DBA/1小鼠关节炎模型中使用黄连提取的水解单宁，均发现有明显的抗炎作用。Demarque等（2018）研究发现，豆科植物提取的缩合单宁在胃中形成了保护层，从而改善了胃炎症状。

由此推测，单宁的抗炎性能可能是通过调节细胞因子表达、抑制NO等致炎物质的产生和与其他分子络合的能力来实现的。但具体抗炎机制还有待探索，并且缺乏动物体内试验。

2.6 止泻性能及影响因素 植物单宁具有收敛、止泻的功能。Bonelli等（2018）在新生犊牛中添加栗木单宁能够显著减少腹泻。Yi等（2017）研究发现，五倍子提取的单宁在蓖麻油致小鼠腹泻模型中，具有稳定、有效的止泻作用。Marion等（2018）研究表明，在产肠毒素大肠杆菌F4（ETECF4）断奶后腹泻动物模型中添加栗单宁，能够显著降低仔猪的腹泻率和腹泻持续时间。Wongsamitkul等（2010）在小鼠中添加水解单宁能够抑制CFTR氯通道，降低霍乱毒素引起的腹泻。推测植物单宁可能是通过收敛、抗炎、抑菌和抗病毒性能来减少和抑制腹泻，其具体机制还有待进一步研究。

3 小结

植物单宁作为天然多酚类物质，已经发现多种生物学功能，具有作为饲料添加剂的潜力，但植物单宁的不同提取来源和添加浓度，以及不同动物种类和生理状态会影响添加效果。目前，人们对植物单宁的结构和营养特性研究还不够充分，试验对象多集中于植物单宁复合物，单一植物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植物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，才能实现植物单宁在动物上的精准应用。