松树皮提取物的主要成分、生理功能及其在畜禽饲料中的应用前景

王 楹 胡睿智 严佳豪 伍树松

(湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128)

松树属于松科植物中最大的一个属——松属，我国有30多种松树，在云南、四川等地种植面积广泛[1]。《名医别录》和《本草纲目》常将松树的松针和松果作为药材使用[2-3]。在我国松树通常用于木材加工或生产纸浆和纸板，而占树木总重量10%～15%的松树皮被作为加工废料丢弃。在20世纪60年代的时候，法国科学家从法国海洋松的松树皮中提取出富含黄酮类化合物的天然活性物质——碧萝芷[4]，具有很强的抗氧化能力，现在已经作为多种疾病的治疗药物[5]。

松树皮中含有挥发油、多酚、多糖和微量元素等化学成分，其中多酚具有强抗氧化能力，多糖具有改善免疫力的作用，在现代规模化畜禽饲养中，松树皮提取物可有效缓解动物应激，预防疾病。与普通的中草药相比，松树皮具有来源广、价格低、易规模化生产等优势，在畜禽生产中具有广阔的应用前景。然而，松树皮中主要活性成分及其作用机理尚不明确，这在很大程度上限制了其合理利用，本文基于前期有关松树皮提取物的研究，综述了松树皮提取物的主要成分及其抑菌、抗氧化、抗炎生理功能，为筛选松树皮多酚活性成分并明确相关作用机理提供新的思路，同时为松树皮在畜禽饲料中的合理利用提供理论依据。

1 松树皮的主要化学组分

松树皮的主要成分由纤维素、半纤维素、木质素以及一些可溶性物质组成。黄占华[6]比较了中国兴安落叶松树皮和西伯利亚落叶松树皮的化学成分组成，其区别如表1所示。从表格中可以看出，松树皮中纤维素和木质素占比60%～70%，可溶性提取物占比差异较大，兴安落叶松树皮中水溶性提取物含量为14.2%，脂溶性提取物含量为3.5%，而西伯利亚落叶松树皮中水溶性提取物含量仅占3.5%，但脂溶性提取物含量为5.1%。其余研究也表明，可溶性提取物在松树皮中含量能达到10%以上，且具有很强的抗氧化[21-22]、抗肿瘤[23]、抗炎[24]等生理功能。

表1 松树皮及其提取物的主要成分

2 松树皮提取物的提取工艺及潜在活性成分

松树皮饲用资源化利用的关键在于其提取工艺。传统提取工艺主要有水提法和有机溶剂浸提法，根据相似相溶的原理将活性成分从松树皮中萃取出来，其特点是方法简便、成本低，但存在提取时间长、效率低、杂质多等不足。新型提取工艺主要有超声波提取、声波辅助提取、超临界提取等，其原理是通过改变一些物理条件加速植物细胞中活性物质的释放并溶于有机溶剂中，相较于传统提取工艺，新型提取工艺的提取效率及纯度均有很大程度的上升，但成本相对较高。笔者所在团队将果胶酶、漆酶和纤维素酶按一定比例混合，通过酶解破坏细胞壁，促进活性物质的释放，在很大程度上提高了提取效率，且具有操作简单、能耗低、活性物质保存度高等优势[25]，适用于大规模工业化生产。松树皮提取物的活性物质受其种类、生长环境、提取方法等诸多因素的影响，但基于目前研究报道，其活性物质主要包括挥发油类、多酚类和黄酮类等化学活性物质。

2.1 挥发油类

挥发油也叫精油，是指一系列可挥发性的油类。挥发油主要由芳香族、脂肪族和萜类化合物组成。萜类化合物主要是倍半萜和单帖，在松树皮含量较高，而含量相对较少的芳香族是主要的特异芳香味来源，并且具有很好的生物活性[26]。表1列举了国外研究报道中松树皮提取物的挥发油类活性成分，从表格中可以了解到，虽然每位研究者研究的松树种类不同，但松树皮中挥发油类活性成分具有较大的相似性，主要包含α-蒎烯、石竹烯、柠檬烯等成分。

2.2 多酚类化合物

多酚类化合物是指化学结构中含有酚羟基的一类物质，广泛存在于植物中且具有多种生物学活性[27]。多酚类化合物包括芳香类、类黄酮类、儿茶素类等。研究表明，多酚类化合物不仅具有强大的清除自由基能力，还能通过抑制氧化酶和螯合过渡金属离子发挥抗氧化作用[28]。Pan等[29]使用羟丙基葡聚糖凝胶、硅胶柱色谱和反相高效液相色谱对新鲜樟子松树皮的乙醇提取液进行分馏，分离鉴定出26种多酚类化合物，主要有单芳基化合物、二苯乙烯苷、木脂素、类黄酮类、儿茶素和原花色素。Jerez等[30]利用质谱法检测到松树皮中原花青素的三聚体到十三聚体。表1总结了前人研究中松树皮中多酚类化合物的种类及含量。

2.3 其他成分

树皮是植物储存和运输养分的场所，所以松树皮提取物中除了挥发油、多酚类物质外，还有一些维持生命活动的其他营养成分，比如氨基酸、多糖、维生素和一些微量元素[26]。吴杰等[31]以甘露糖为标准曲线测定了马尾松、湿地松、华南五针松、黄山松、金钱松和加勒比松的水溶性多糖的含量，发现各种松树皮中均含有多糖，且马尾松的水溶性多糖含量最高，为(24.90±3.17)mg/g，最少的是湿地松，含量为(10.20±0.62)mg/g。何美君等[32]用感应耦合电浆放射光谱仪和半微量法测定了云南华山松中微量元素含量，发现华山松中含有钙、钾、铁、镁、磷、锰、锌、银等元素，其中钙的含量最高。

综上所述，松树皮提取物中主要是由以萜类化合物为主的挥发油类和以原花青素类为主的多酚类物质组成，还含有少量的多糖、氨基酸、微量元素等一些营养物质。松树皮提取物的生物学活性主要基于这些活性成分。

3 松树皮提取物的生理功能

3.1 调节菌群

由上文可知，松树皮提取物中含有挥发油类和多酚类化合物成分，如原花青素、槲皮素等，挥发油成分和多酚类化合物都具有很好的抑菌作用，能够影响肠道菌群和肠道代谢功能，从而对动物生长发育产生有益作用[33]。Zhao等[34]研究了原花青素对巴马迷你香猪的肠道菌群的作用，发现在饲粮中添加原花青素(250 mg/kg BW)相较于抗生素组(350 mg/kg BW金霉素和36 mg/kg BW头孢菌素)能够显著降低在牙周疾病中常见的螺旋藻菌属数量，并且提高肠道的操作分类单元(OTU)数量以及与碳水化合物代谢有关的菌群数量，可见原花青素可通过改善肠道菌群的丰度，增强代谢功能，从而对猪的肠道菌群产生有益影响。松树皮提取物对不同的细菌或真菌均有抑制效果[35-38]。Sharma等[37]研究发现松树皮提取物对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌最小抑菌浓度均为1 mg/mL。研究发现，松树皮提取物中多酚类物质对致病菌大肠杆菌的抑制作用强于其对益生菌的抑制作用[39-40]。目前松树皮提取物的抑菌作用机制尚不明确，有文献报道，松树皮提取物中原花青素能够抑制大肠杆菌的菌毛产生黏附素，使大肠杆菌不能够正常附着在上皮细胞的碳水化合物受体上，从而抑制大肠杆菌生长[41]。此外，多酚的非特异性氢键能与细菌细胞壁中的蛋白质发生非特异性相互作用，从而使酶和细胞膜转运蛋白失活，影响蛋白质运输，导致细胞周期停滞[42]。多酚还能通过抑制DNA的合成诱导细菌凋亡，如槲皮素可阻断大肠杆菌中的拓扑异构酶Ⅳ，从而抑制DNA的合成并诱导细菌染色体中多个双链断裂，最终导致细菌死亡[43]。由此可见，松树皮提取物对一些有害菌具有抑制作用，可改善动物肠道微生态环境，促进肠道对饲粮中营养物质的吸收。

3.2 抗氧化

多酚类物质具有良好的抗氧化活性，其中原花青素的抗氧化能力是维生素C抗氧化能力的20倍，是维生素E的50倍[44]。多酚类物质的抗氧化能力与其结构中的酚羟基有关，酚羟基可解离电子直接使自由基失活，其能力随酚羟基数量增加而增强，且与其位置有关[45]。在氧化应激状态下，多酚类化合物能够以半胱氨酸修饰、泛素化、磷酸化和琥珀酰化的形式影响Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)的结构/残基，导致红系衍生的核因子2相关因子(Nrf2)从Keap1中解离出来，进入细胞核结合抗氧化元件，从而发挥抗氧化作用[46]。多酚的抗氧化能力主要从以下4个方面来实现：1)多酚类物质具有很强的活性氧自由基清除能力，增强机体抗氧化能力。Nakayama等[47]研究发现，松树皮提取物具有很好的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除活性，并且能够显著抑制由自由基诱导的低密度脂蛋白的氧化。2)多酚类物质还能增加体内谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶和血红素加氧酶等一些抗氧化酶的表达，进而增强抗氧化能力。Ko等[48]研究发现松树皮提取物能降低由顺铂(肝脏损伤诱导剂)诱导的肝脏损伤，降低肝脏组织中的丙二醛含量，增加谷胱甘肽含量以及超氧化物歧化酶和谷胱甘肽转移酶活性。这些结果表明松树皮提取物可能是通过抑制脂质过氧化和增加抗氧化剂活性来预防顺铂在大鼠中引起的急性肝毒性。3)多酚类物质也可以与其他抗氧化剂产生协同作用，从而增强抗氧化能力。Dai等[49]研究了多酚、维生素E和维生素C对亚油酸过氧化的抑制作用，发现多酚、维生素E和维生素C的混合物可以通过协同作用来保护脂质过氧化，通过其抗氧化过程的动力学和机理研究表明，这种抗氧化协同作用是由于多酚与维生素E氧化产物发生反应，重新生成维生素E，然后维生素C再与多酚的氧化产物发生反应生成多酚。4)多酚类物质还能够通过其结构中的酚羟基与金属离子结合来中断芬顿反应，缓解氧化应激带来的损害[45]。

3.3 其他作用

除上述抗菌和抗氧化作用外，松树皮提取物还有抗炎、神经保护、抗癌等其他生理功能。多酚类物质因其自由基清除能力在缓解炎症反应中具有协同作用，阿魏酸、咖啡酸、儿茶素等已被报道具有显著的抗炎活性，原花青素代谢物在体外显示出比氢化可的松高100%的抗炎活性[24]。在炎症反应中，一氧化氮(NO)是与炎症有关的重要介质，一氧化氮合酶(NOS)是合成NO过程中涉及的主要酶，Vigo等[50]研究发现樟子松提取物能够抑制NOSmRNA的表达，从而抑制NO的产生，缓解炎症带来的损伤。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路是炎症反应中调节促炎因子[例如白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)]生成的重要细胞信号通路之一。Qin等[51]研究发现8-异戊二烯槲皮素可通过直接与蛋白激酶-1/c-Jun氨基末端激酶1/2(SEK1-JNK1/2)和丝裂原活化的细胞外信号调节激酶-1/细胞外信号调节激酶1/2(MEK1-ERK1/2)的信号分子靶向结合下调MAPK信号传导途径，从而抑制脂多糖(LPS)诱导的炎症反应。

除抗炎作用外，Kim等[18]研究发现松树皮提取物能防止过氧化氢诱导的细胞死亡，还能抑制乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶的活性，从而可以作为有效的神经保护剂。陆峰彬等[52]研究了松树皮提取物对鱼藤酮诱导帕金森小鼠神经元的保护作用，发现松树皮提取物能够增强脑组织的抗氧化能力，切断脂质过氧化作用，并保护细胞膜结构和功能的完整性，从而抵抗鱼藤酮诱导的黑质纹状体多巴胺减少，保持纹状体多巴胺处于正常水平；并且能阻断α-突触核蛋白的异常聚集，减少体内细胞凋亡和自由基的产生，从而减轻脑组织的病理损伤。如表2所示，松树皮提取物在临床上还有抗癌、降低血糖水平、缓解糖尿病和抗高血压等作用，并且在食品行业中已经用其作为肉类食品的抗氧化剂和果汁中的添加剂[58]。

表2 松树皮提取物的生理功能

4 松树皮提取物在畜禽生产中的应用

松树皮来源广泛，原料价格低廉，富含多酚等多种活性物质，作为饲料添加剂具有提高动物免疫力、缓解动物生长过程中的炎症和氧化应激的作用，从而提高动物生长性能的潜力。陈世伟等[59]研究发现，松树皮提取物能够增加单核巨噬细胞的吞噬作用和自然杀伤细胞的细胞活性，从而增强机体的非特异性免疫力。Lee等[60]研究发现，松树皮提取物可通过恢复大鼠免疫功能障碍，比如增加淋巴细胞增殖和调节辅助性T细胞中细胞因子的释放，来延长T细胞和B细胞的寿命。此外，松树皮提取物还可提高鸡外周血单核细胞、脾细胞和胸腺细胞的增殖能力[61]。

5 小 结

在全面“饲料禁抗”时间，开发安全、高效、廉价的促生长和预防疾病的饲料添加剂成为畜牧行业亟待解决的问题之一。松树皮富含天然活性物质，其提取物具有调节菌群、抗氧化和抗炎等生理功能，且其来源广泛、价格低廉、可持续发展，在畜禽饲料中具有很好的应用前景。但是，目前关于松树皮提取物在畜禽生产中的研究还相对较少，其主要活性物质和作用机制尚不明确，且无相关安全性评价数据，这在很大程度上限制了其在畜禽生产中的合理利用。在未来研究中，如何利用现代生物学技术解决以上问题，是其实现饲用资源化利用的重点和难点所在。