牛至及其精油的生物学功能研究进展

郑云峰 沈水宝

（1.汇海华茂（上海）实业有限公司，上海201600；2.广西大学动物科技学院，广西南宁530000）

牛至起源于希腊，迄今已有3 000多年历史，它原产于地中海和欧亚大陆，是薄荷科（唇形科）植物的一种，具有温和、辛辣的香味和刺鼻的气味，这种植物经常被称为“披萨香料”。根据美国药草协会记载，牛至草品种超过40种，是一种耐寒的多年生草本植物（在较冷的气候下是一年生植物），开白色或紫色的花，整个植株（叶子、花和茎）可以作烹饪和药用（见图1）。

牛至精油是从新鲜的牛至的叶、茎和花中蒸馏出来的蒸汽冷凝后的液体浓缩物，牛至精油一直被称为“天然抗生素”“草药王子”和“地中海奇迹”，甚至被称作“液体黄金”。牛至精油的很多功效在很久以前就已经被人们意识到，古希腊医生希波克拉底被认为是现代医学之父，他用牛至精油作为抗菌剂和治疗消化与呼吸疾病的药物。18 世纪爱尔兰草药医生John K' Eogh曾写到牛至“热、干的特性”，并说它对缓解胃和心脏疼痛的效果很好，对咳嗽、胸膜炎以及肺和子宫的阻塞也很有用，还能舒缓头疼和神经紧张。在中国，几个世纪以来，中医一直用它来缓解腹泻、发烧、皮肤瘙痒、黄疸、恶心和呕吐等疾病。

图1 牛至草白色或紫色的花

1 牛至的化学组成及主要抗菌活性成分介绍

牛至叶子、花和茎中富含挥发物或精油，其化学成分是变化的，成分的变化取决于产地和其他因素。法国一项研究分析了牛至Origanum compactum 叶子的精油组成[1]，结果发现了含有46 种化合物，占总成分的98%以上。其中香芹酚占36.46%、百里香酚占29.74%、对聚伞花素占24.31%。香芹酚和百里香酚是酚类化合物，一类用于医药产品的天然物质。对聚伞花素是单萜烯，通常存在于芳香族草本植物中，能提高精油中其他成分的治疗功能，迷迭香酸和β-石竹烯也是牛至草的主要成分。各种各样的牛至精油可能包含上百种其他的化合物，包括蒎烯、柠檬烯、芳樟醇和松油烯。

香芹酚是牛至中主要的药用成分，因此它成为了被研究最多的精油成分之一。在许多植物中都存在酚类化合物，包括百里香草和野生佛手柑，但它在牛至特别是Origanum vulgare 品种中含量最丰富。众所周知，香芹酚能抑制细菌生长、缓解炎症、保护DNA 不受损伤和抑制肿瘤细胞生长。由于香芹酚的抗菌能力，很长时间里牛至常被用来缓解动物肠道问题。

百里香酚也是存在于牛至精油中一种抗菌物质，单独使用或与香芹酚一起使用时具有很强的抗菌作用，它被认为是一种有效的抗菌剂、消毒剂、杀真菌剂和杀虫剂。一些牙膏和漱口水中含有百里香酚，它也被用来治疗支气管炎。已故的前芝加哥伊利诺伊大学药物科学合作项目中心主管Norman R. Farnsworth在文章中写道，百里香酚中活性成分在肺中具有祛痰的效果。百里香酚还可以增强免疫系统，保护它免受毒素的侵害，有助于防止组织损伤，促进伤口愈合。

对聚伞花素是牛至中一种主要抗菌物质，它具有抗细菌、抗真菌、抗炎症和祛痰的功能。对聚伞花素在抗菌上与香芹酚具有协同效果，可以明显提高香芹酚的抗菌效果。Ultee 等（2000）[2]用食源性致病菌蜡样芽孢杆菌为指示菌，研究发现相同浓度下对聚伞花素和香芹酚混合使用，比单一使用香芹酚杀菌效率提高10倍以上。

2 牛至精油的生物学功能

2.1 抗菌功能

许多研究证实牛至精油具有杀灭多种细菌的功能，科学家还在持续探索牛至在这方面的潜力，牛至精油在预防由大肠杆菌、李斯特菌、沙门氏菌和痢疾志贺氏菌等病原体引起的食源性疾病方面显示出良好的前景。在食物中加入牛至，不仅可以杀灭细菌，还可以减轻食物中毒的症状。

2008 年在中国进行的一项研究中[3]，研究人员确定，酚类化合物香芹酚和百里香酚通过渗透细胞膜最终导致细胞膜电位的丧失进而显著地抑制了大肠杆菌的生长。在葡萄牙的一项研究发现，Origanum vul⁃gare 能有效抑制41 种单核细胞增生性李斯特菌。常存在于受污染的食物中，可引起严重的感染，主要影响老年人、孕妇、新生儿和免疫力低的成年人。

英国和印度科学家测试了喜马拉雅牛至的精油，发现其抗菌性能甚至可以杀死耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。众所周知，MRSA称为超级细菌，它比大多数金黄色葡萄球菌感染更难治疗，因为它对常用抗生素有耐药性。科学家意识到地中海牛至精油具有强大的抗菌能力，但没人测试过这种牛至精油，Origanum Vulgare 通常生长在山上。试验结果表明，牛至精油对MRSA的抗菌效果优于18种抗生素。

在乔治敦大学的两个研究中，将牛至精油特别是其主要成分香芹酚与三种传统抗生素：链霉素、青霉素和万古霉素进行了比较。结果显示牛至精油能像抗生素一样有效地减少细菌感染。研究人员哈里·普鲁斯将牛至精油和金黄葡萄球菌混合在一起，发现低剂量的牛至精油对金黄葡萄球菌的抑制效果与三种药物相同。在第二个研究中，18只老鼠感染金黄葡萄球菌。6 只老鼠口服牛至精油，一个月后其中的三只老鼠幸存。6 只老鼠服口了用橄榄油稀释的香芹酚，结果仅仅21 d 后全部死亡。其他6 只老鼠只口服橄榄油，一个月后仅仅存活了1只。这个表明在牛至精油中除香芹酚还有其他成分具有抗菌特性。

天然药物（如牛至精油）的优点是细菌不会对它们产生耐药性。由于其高度复杂的化学结构，牛至和其他中药材具备的天然抗菌能力，使得细菌很难对其产生耐药性。在2014 年一次采访中，草药医生史蒂芬·哈罗德·布纳是这样解释的：“长期使用单一成分的药物，细菌会对其产生耐药性，并将耐药基因传递给其他细菌”。另一方面，植物草本有多种化合物，这些化合物会破坏细菌的耐药机制，这增强了植物天然抗菌药物的活性。植物精油的这种复杂抗菌机制使得细菌很难产生耐药性。

虽然一些研究已经探讨了使用精油替代抗生素的可行性，但在《开放微生物学》杂志的一篇文章中提出了抗生素和植物精油联合使用的想法[4]，作者Soo等[4]认为，将常规抗生素和植物精油联合使用，有时会超越精油的单独特性，产生更强的抗菌活性。联合使用还减少了抗生素治疗感染的最低有效剂量，从而降低抗生素的副作用。Yap 报道：“精油的多组分特性很可能会降低精油抗药性的发生，因为细菌需要应对很多种成分，以阻碍精油的抗菌，这是很难发生的”。虽然还需要更多的研究，但Soo等[4]总结道，“植物精油和抗生素联合使用作为治疗细菌感染的新方式是有很大可能性的”。

2.2 抗真菌作用

几项体内（人体）和体外（试管）研究表明，牛至精油和它的成分百里香酚能抑制一系列的真菌，包括产生假丝酵母的白色念珠菌，一种真菌感染。在1999年的一项研究中，两名阿根廷圣达菲大学的研究人员将罗勒、香菜、薄荷、牛至精油和鼠尾草精油放入酵母提取物和蔗糖的肉汤中培养，以测试它们对酵母和真菌生长的抑制效果，结果证明牛至精油效果最好，完全抑制了真菌的生长。

巴西的一所大学研究小组研究了牛至精油（Orig⁃anum vulgare）对16 种念珠菌的体外抑制活性，从母狗和卷尾猴身上提取的试管样本对精油都很敏感。科学家得出结论，牛至精油对念珠菌的抗真菌活性表明，它可能是治疗该病的一种替代疗法。

2011 年西班牙研究人员在一项研究中发现[5]，在发酵的干腌香肠表面涂上牛至精油可以减少霉菌污染，而且对干燥过程不会产生显著影响，牛至精油还可以改善肉质。

2.3 抗炎症

炎症是机体对损伤和感染的反应。牛至精油富含迷迭香酸，一种具有抗炎症作用的多酚类物质。已证明迷迭香酸能减少中性粒细胞和嗜酸性粒细胞的数量，这两种白细胞数量的增加会导致哮喘和与过敏相关的炎症。历史上，牛至精油曾被用作治疗哮喘、哮吼和类风湿性关节炎等炎症的药物。

日本的一项临床试验研究了季节性变态反应性鼻结膜炎患者[6]，在21 d内试验组患者每天服用200 mg迷迭香酸，对照组（安慰剂组）患者每天服用50 mg迷迭香酸。与安慰剂组相比，每天摄入200 mg 迷迭香酸的患者，他们的症状明显减轻。

2009年，德国波恩大学和瑞士苏黎世的科学家们在牛至中发现另一种能缓解炎症的活性成分——β-石竹烯。尽管β-石竹烯天然存在于许多香料和食用植物中，但它对人类的益处还没有得到充分的研究。在这项试验中，瑞士研究人员将β-石竹烯注射到10 只发炎的小鼠爪子中，该成分帮助10只小鼠中7只从炎症中恢复。这项发表在美国国家科学院院刊上的研究也表明，β-石竹烯能有效阻止骨质疏松症引起的骨质退化。

在另一项研究中，研究人员发现牛至精油的一种成分百里香酚在体内和体外都能抑制炎症。百里香酚能抑制人体免疫细胞释放的胰弹性蛋白酶，这是炎症反应的标志之一。科学家得出结论，百里香酚的抗炎和抗氧化特性有助于控制多种类型感染的炎症过程。

2.4 抗氧化功能

普遍认为，牛至精油含有高浓度的抗氧化剂，它能保护细胞免受自由基的影响，提高细胞的抗感染能力。自由基是一种不稳定的氧分子，它可以从其他分子中窃取电子，是引起关节炎、癌症和心脏病等退行性疾病的一个因素，他们也可能参与衰老过程。艾滋病研究人员Greenspan等[7]指出，提高抗氧化剂的摄入能帮助那些艾滋病患者维持免疫功能。喝富含抗氧化剂的茶（如牛至茶），可以帮助达到这一目标。研究表明，牛至和其他薄荷科植物的抗氧化活性部分与迷迭香酸有关，它也有抗病毒和抗炎症的特性。

在克罗地亚斯普利特大学的一项研究中，来自该校生物化学和食品化学系的研究人员用三种不同的方法检测了牛至精油的抗氧化特性与其化学组成之间的关系。实验证实牛至精油的抗氧化功能主要是因为香芹酚和百里香酚，但他们也认为，牛至精油中包括含氧化合物之间可能存在协同作用。这些发现表明，牛至精油可能是食品行业潜在的天然抗氧化剂。

牛至作为抗氧化剂到底有多神奇？根据2001年美国农业部主要研究机构农业研究局（ARS）的一项草药研究，来源于希腊、意大利和墨西哥的三种牛至草抗氧化活性最高，这主要是因为它们迷迭香酸的含量较高。罗莎莉·马里恩·布利斯在ARS网站上写道：“它们的抗氧化活性高于维生素E，与食品抗氧化剂BHA抗脂肪氧化的能力相当”。两名研究人员测试了27 种烹饪草药和12 种草药，用ORAC（氧自由基吸光度）的测试方法，测定了这些草药清除氧自由基的能力，结果表明牛至草的抗氧化活性最强，其他的药草（如茴香和山香薄荷）在抗氧化活性方面只有牛至草的一半或三分之一（见表1）。

《绿色药房》的作者是专门研究药用植物的植物学家詹姆斯·杜克，他亲自调查了薄荷科的60 个品种，发现野生牛至草是这些草药中抗氧化能力最强的。

牛至的抗氧化成分也显示出了抗低密度脂蛋白氧化的能力，低密度脂蛋白是心脏病的关键致病因素。在2007 年一项研究中[8]，测试了牛至（Origanum vulgare）、百里香草（Thymus vulgaris）和野生百里香草（Thymus serpyllum）的精油和茶冲剂。这些精油的抗氧化功能取决于其含有的香芹酚和百里香酚，而在茶冲剂中，其抗氧化效果是由于含有大量的多酚类物质（包括迷迭香酸、黄酮化合物，如槲皮素和木犀草素）的结果。这一发现可能表明这些植物草本对降低低密度脂蛋白的作用具有积极的作用。

表1 几种植物样品的ORAC值

2.5 抗寄生虫

在为数不多的涉及牛至精油抗寄生虫的人体试验中[9]，对33名患有慢性胃肠道疾病的成年人进行寄生虫检测，其中14名患者发现肠道寄生虫（人芽囊原虫、哈门氏内阿米巴和微小内蜓阿米巴）。那些感染寄生虫的人每天3次随餐服用4滴乳化的地中海牛至精油（共计600 mg）。6周以后，4例哈门氏内阿米巴、1例微小内蜓阿米巴和8例人芽囊原虫的患者肠道内的寄生虫完全消失。

2.6 抗病毒

作为一种抗病毒药物，牛至精油已显示出对抗极其难以控制病毒的潜力。亚利桑那大学的研究人员发现[10]，牛至精油和香芹酚能帮助抑制人诺如病毒，这种病毒是造成急性胃肠炎的主要原因，每年全球发病人数超过2.67 亿。在牛至精油和香芹酚同时进行的试验中，牛至精油和香芹酚作用15 min 后，诺如病毒数量都显著减少。然而，随着作用时间的延长，香芹酚更有效，能抑制99.99%的诺如病毒。

这些发现显示了香芹酚作为一种天然食品表面消毒剂的潜力，它可以通过在病原体进入人体前使其失活来控制人类诺如病毒。研究人员设想使用香芹酚作为消毒剂，因为与漂白剂等产品相比，它可以在食品或厨房表面使用，而不会对人体造成危害。虽然它的作用没有漂白剂那么快，但香芹酚可持久的留在物体表面，保护性更持久。

3 牛至精油在动物日粮替抗的应用研究进展

3.1 牛至精油在猪日粮上替抗的应用研究

过去几十年，养猪行业由于仔猪断奶应激、饲养管理水平低、养殖设备落后、养殖从业人员专业水平较低等原因，在猪饲料中过量添加抗生素用于预防、治疗疾病和促生长的情况非常的普遍，这造成了环境污染、猪肉抗生素残留、耐药细菌泛滥等问题，严重影响了食品安全和养猪行业的可持续性发展。为此，猪饲料中的替抗是整个养殖行业的重中之重。胡友军等[11]在断奶仔猪日粮中用700 mg/kg 的牛至精油替代氧化锌和复合抗生素（抗敌素、杆菌肽锌和金霉素），结果表明，饲粮添加牛至精油替代抗生素和氧化锌后，仔猪机体抗氧化能力显著增加，并未降低断奶仔猪生长性能和影响肠黏膜细胞免疫因子和肠道形态，虽然仔猪腹泻率和粪便评分显著提高，但均处于比较低的水平。因此，可以推断断奶仔猪日粮中添加牛至精油能有效替代和降低氧化锌和抗生素的使用。王亮等[12]在断奶仔猪日粮用牛至精油等四种饲料添加剂替代抗敌素，试验结果表明，四种抗生素替代品能够促进断奶仔猪生长，促进蛋白质沉积、降低脂肪沉积并提高机体免疫力，其中牛至精油提取物效果最佳。肖希龙等[13]研究了牛至精油粉剂对仔猪大肠杆菌感染的预防和治疗，研究表明，牛至精油粉剂能有效地预防和治疗大肠杆菌引起的腹泻，明显降低感染仔猪的死亡率，同时指出预防仔猪大肠杆菌感染时，混饲的有效剂量为每千克饲料中添加牛至精油粉剂0.3～0.7 g，治疗仔猪大肠杆菌或沙门氏菌感染时，混饲的有效剂量为每千克饲料中添加牛至精油粉剂0.7～1.3 g。沈建忠等[14]也研究了牛至精油油剂对仔猪大肠杆菌腹泻的药效观察，结果表明，不管是人工感染还是自然感染大肠杆菌，牛至精油油剂均能有效地预防和治疗新生仔猪和断奶仔猪大肠杆菌腹泻，明显降低感染仔猪群的发病率，减轻症状，缩短病程，降低死亡率，并建议实际使用时，每头仔猪口服2～3 mL/d，仔猪病症严重时，每8 h重复使用一次。

3.2 牛至精油在肉鸡日粮上替抗的应用研究

相比较养猪业，家禽养殖业使用抗生素相对规范很多，在中国蛋鸡养殖中严格禁止使用抗生素，随着国家对鸡蛋、鸡肉中抗生素残留的日益频繁的检测，在家禽养殖业滥用抗生素的现象已大大减少。王志祥等[15]在肉仔鸡上比较了黄霉素、硫酸抗敌素、维吉尼亚霉素和牛至精油预混剂的使用效果，结果表明，与无抗生素组相比较，肉仔鸡日粮中添加黄霉素、硫酸抗敌素、维吉尼亚霉素和牛至精油预混剂均能促进肉仔鸡的生长性能、降低料肉比和降低死淘率，在促生长和降低料肉比方面，牛至精油预混剂组效果最好，并建议0～21日龄小鸡添加600 mg/kg 牛至精油预混剂，22～42 日龄添加500 mg/kg 牛至精油预混剂，43～49 日龄添加250 mg/kg 牛至精油预混剂。姜南[16]研究了在肉仔鸡上用四种绿色饲料添加剂代替金霉素的使用效果，结果表明，牛至精油预混剂在平均体重、料肉比方面与金霉素效果相当，同时牛至精油预混剂可以促进肉仔鸡免疫器官的发育和增强机体免疫力。廖厚祥等[17]在蛋鸡上比较了牛至精油预混剂和阿莫西林的使用效果，相比较无抗日粮，牛至精油预混剂显著提高了产蛋率，料蛋比降低了5.6%（P＜0.05），研究其主要原因是牛至精油预混剂对鸡大肠杆菌、沙门氏菌等肠道性细菌有极强的杀灭作用，增强了蛋鸡的免疫力。

4 当前牛至精油使用中存在的问题和建议解决办法

图2 琥珀色的天然牛至精油

自20 世纪90 年代牛至精油在畜牧业被广泛应用，大量实践表明，牛至精油在治疗和预防乳仔猪腹泻、降低肉鸡料肉比和提高养殖成活率、降低奶牛体细胞和提高奶牛产奶量等方面具有很好的效果。但在使用过程中，也存在很多的问题，具体如下：①市场上大量充斥着假冒的牛至精油，这些产品用化工合成的百里香酚、肉桂醛、丁香酚和香芹酚来当作牛至精油出售，由于使用者对真假牛至精油基本没有辨别能力，造成很多使用者对牛至精油的不信任。纯天然牛至精油是琥珀色的液体，而非无色的，牛至精油具有浓郁的典型牛至香味，而非刺鼻的气味。②在中国，牛至精油以牛至香酚的名称被给予批准文号，归类为饲料添加剂，牛至香酚检测的指标是香芹酚和百里香酚，这种做法让很多使用者认为牛至精油就是牛至香酚，香芹酚加百里香酚就是牛至精油（天然牛至精油含有30 多种成分，香芹酚和百里香酚只是其中的两种成分）。因此，在农业农村部颁布的饲料添加剂目录中，应该标明牛至香酚为来自天然的牛至精油（见图2）。③使用方法不合理造成很多使用者认为牛至精油没有效果或有负面的效果。牛至精油是采食调节剂，在猪上，合适的添加量可以显著提高动物采食，但添加量大会造成部分动物采食量下降。另外，由于牛至精油有一定的刺激性，当长期大剂量添加时，它对消化道黏膜有刺激性，可能会造成消化不良或腹泻等问题。在使用牛至精油时，应根据产品含量和使用目的合理添加用量，当动物相对健康时可长期使用较低剂量的预防用量，当动物不健康或养殖环境很差时，可以短期使用较大剂量的治疗用量。