单宁对反刍动物氮代谢及瘤胃微生物影响的研究进展

苏婷婷，韩迪，张璐，梁丽萍，刘海英*

（1.沈阳农业大学动物科学与医学学院，辽宁沈阳 110866；2.辽宁省现代农业生产基地建设工程中心，辽宁辽阳 111000；3.辽宁康普利德生物科技有限公司，辽宁铁岭 112600）

单宁（Tannins）普遍存在于植物根、茎、花内，且含量丰富，是自然、无毒和高度反应的芳香生物分子之一。在过去的几十年里，人们为寻找饲用抗生素的天然替代品进行了广泛研究。饲粮中添加单宁可显著抑制瘤胃内蛋白质的降解，且改变微生物区系、调控瘤胃发酵，进而提高养殖收益，研究发现饲粮中添加1%～2%的单宁对反刍动物具有独特的益处，且单宁可有效减少反刍动物瘤胃对蛋白质饲料的过度降解。因此，单宁对反刍动物瘤胃代谢和微生物区系的调节作用也越来越受到关注。目前，单宁已作为饲料添加剂应用于畜禽生产中，植物单宁还可有效降低反刍动物瘤胃内过瘤胃蛋白的降解、提升粪氮尿氮比、降低粪便中氮排泄，同时影响瘤胃蛋白质降解菌（如溶纤维丁酸弧菌、栖瘤胃普雷沃氏菌等）的相对丰度。而不同来源、结构和添加量的单宁对反刍动物氮代谢和微生物影响不同。因此，本文通过综述单宁对反刍动物瘤胃氮代谢及其对瘤胃溶纤维丁酸弧菌、栖瘤胃普雷沃氏菌的影响，以期为单宁在反刍动物饲粮中的应用提供理论支撑。

1 单宁理化性质

单宁是植物次生代谢物，广泛存在于牧草、灌木鞥植物中，来源众多，是除木质素以外含量最多的酚类物质，味道涩而苦，在保护植物免受昆虫、真菌、细菌、食物感染方面起着根本作用。单宁具有很强的理化活性，与降解酶、合成酶、金属、离子反应迅速，其相邻的酚类羟基群具有金属螯合的能力，酚羟基和芳香环基团能够与蛋白质、多糖等形成可逆或非可逆复合物。单宁还具有从水中分离重金属离子（如镉、铅、铜、锌和镍）的能力。由于单宁捕捉自由基能力极强、速度快，因此其还具有极强的氧化性。

单宁在口腔中可与蛋白质或蛋白酶发生作用，使唾液润滑作用降低，因此，当牧草中富含单宁时，牧草的适口性受到限制，进而降低家畜的采食量，同时，单宁能够改变不饱和脂肪酸在瘤胃中的生物氢化（Biohydrogenation，BH）作用，同时对蛋白质有极强的亲和力，可与蛋白质通过次级键（如氢键、范德华力）或疏水堆积形成复合物，达到沉淀蛋白质的功能。由于单宁来源广、低成本，其在油田化学中可用作水泥缓凝剂以及水基钻井降黏剂。单宁具有表面活性、杀菌等特性，在医疗方面也一定应用。目前，单宁在冶金、制革、印染、食品、医药、化妆品、鞣革等工业生产中均有应用。

2 单宁对瘤胃氮代谢的影响

2.1 单宁抑制过瘤胃蛋白降解的原理 单宁作为一种异质多酚类化合物，存在于多种植物中，由于其来源不同和结构的差异，在生产中的作用效果亦不同，如单宁有抗腹泻作用，但也可能增加食物在口腔中的涩度而影响采食。因此，应正确利用不同种类单宁及适量添加，针对其特性在畜禽生产中应用，使其发挥关键作用。大量资料显示，微生物蛋白的有限供应会降低反刍动物的生产力。而单宁可与蛋白质等生物大分子结合形成复合物，用含缩合单宁的牧草饲喂反刍动物会降低过瘤胃蛋白的降解，促进微生物蛋白合成，对反刍动物瘤胃的过瘤胃蛋白具有良好的保护作用，增加氮素利用率进而提高生产力。研究表明，单宁与蛋白质之间通过非共价键形成可逆复合物，疏水堆积为主首先通过单宁的酚羟基和蛋白质分子中的苯丙胺环通过疏水堆积力作用，继而进行二次氢结合，有助于蛋白质复合物的稳定性和其相互作用，增加过瘤胃蛋白含量降低其在瘤胃中的降解，在真胃中可逆性解离，释放出蛋白质，从而提高过瘤胃蛋白质的供给量。因此，在反刍动物日粮中添加一定量的单宁可有效提升过瘤胃蛋白的含量，提升经济收益。

2.2 单宁对瘤胃氮代谢的调节 反刍动物饲粮中的氮以蛋白质和非蛋白氮的形式利用，在瘤胃中蛋白质在蛋白酶的作用下分解成小分子肽和氨基酸，氨基酸进而产生挥发性脂肪酸（VFA）和NH被动物机体利用。瘤胃微生物利用蛋白质，在内源分泌物及酶的作用下，分解为小分子肽类，为反刍动物吸收利用，在小肠与盲肠中通过微生物作用于氨基酸进而产生氨气（NH）被机体利用，而未利用的氮素通过代谢粪氮、代谢尿氮的形式排出体外。可见，微生物在反刍动物氮代谢的过程中起着极其重要的作用，其中瘤胃丁酸梭菌（）、嗜淀粉瘤胃杆菌（）、栖瘤胃普雷沃氏菌（）等起主要作用。研究显示，水解单宁与缩合单宁均对反刍动物瘤胃微生物有显著影响，可抑制蛋白质降解菌的活性，进而达到增加过瘤胃蛋白含量、调节反刍动物氮代谢的目的。

单宁通过与饲料蛋白质的可逆结合对反刍动物氮利用率进行改善，也可通过对蛋白酶的抑制作用保护过瘤胃蛋白，提高后消化道的含氮量，增加瘤胃微生物利用非蛋白氮（NPN）合成微生物蛋白（MCP），减少排泄物中的氮排放。研究表明，反刍动物饲粮中添加单宁，氨态氮（N-NH）含量明显减少，单宁浓度为1%、2%、4%、6% 干物质（DM）时均能降低N-NH浓度。Aboagye 等认为，茶单宁对于体外和体内的强效蛋白酶都有良好的抑制作用，通过对蛋白酶的抑制，提升过瘤胃蛋白含量。单宁可改变哺乳期奶牛的氮排泄。相比于正常饲喂的奶牛，在其饲粮中添加0.02%单宁使尿氮减少了7%左右。因此，单宁在调节反刍动物氮代谢、增加过瘤胃蛋白等方面具有一定效果。

白坚木单宁可不同程度降低饲粮养分消化率，显著降低牛奶和血液尿素氮含量以及尿氮排泄；含4%DM白坚木单宁的饲粮，可显著提高奶牛瘤胃液氨氮浓度，增加过瘤胃蛋白含量，提高瘤胃食糜和十二指肠食糜中粗蛋白质含量，降低粪便中粗蛋白质含量；白坚木单宁提取物添加量为0.45%DM 时，减少尿氮排泄物，对奶牛产奶量影响较小，但降低了饲料利用率；0.2%白坚木单宁可显著增加瘤胃后消化道氮供应量。但当在黄牛饲粮中白坚木单宁添加量达到5%时，黄牛采食量下降，过瘤胃蛋白量也显著下降。因此，反刍动物饲粮中单宁改善氮素消化利用的结果差异较大，与单宁的来源、结构和剂量有关。Sebastian 等体外试验表明，栗木单宁添加量达到5%DM 时，可最大程度上减少尿氮排泄物，添加量达到7%DM 时，瘤胃N-NH呈下降趋势。随着单宁添加量增加，氮排泄物减少，且未影响生产性能，有效降低瘤胃蛋白质降解率，为反刍动物瘤胃微生物提供良好的蛋白质供应。但若添加量达到30 g/kg DM，则对反刍动物的负面影响较大，不仅会降低尿素浓度，膳食粗蛋白质的逆向降解也随之减少，30 g/kg DM 单宁酸能显著降低尿囊素、尿嘌呤衍生物以及微生物氮的含量，降低粪氮、尿氮、瘤胃食糜氮消化率，提高机体沉积氮和全消化道氮表观消化率，但仍未确定最佳添加量。单宁可通过提高反刍动物过瘤胃蛋白及氮代谢，进而提高饲料蛋白质利用率，但由于种类及添加量选择不同，单宁含量过高会对DM 摄入量、和营养消化率等产生不利影响。因此，不同来源的单宁对动物氮代谢的影响程度不同，需结合其结构和剂量进行更加深入的研究，科学合理地利用单宁，达到提高瘤胃氮代谢、降低氮排泄、提高饲料利用率的目的。

3 单宁对瘤胃微生物的影响

3.1 单宁对瘤胃溶纤维丁酸弧菌的影响 瘤胃微生物依赖于过瘤胃蛋白产生微生物蛋白，单宁有助于合成过瘤胃蛋白，因此添加单宁对瘤胃微生物有一定影响。溶纤维丁酸弧菌属于反刍动物瘤胃蛋白质降解菌之一，具有严格控制瘤胃氮含量的作用。溶纤维丁酸弧菌是一种严格的厌氧菌，不产生芽孢，属梭菌属，梭菌类，硬毛门，是瘤胃核心菌群之一，占瘤胃细菌总量一半左右。单宁可影响瘤胃溶纤维丁酸弧菌丰度，进而影响瘤胃中多不饱和脂肪酸（PUFA）生物氢化过程。研究显示，在绵羊饲粮中添加2%和4% DM 的柠条单宁可显著降低瘤胃内溶纤维丁酸弧菌数量，羔羊采食4%的栎类水解单宁，同样能有效降低瘤胃溶纤维丁酸弧菌等同种菌属的相对丰度。当栗木单宁和栎类单宁混合添加量低于2% DM 时就可使瘤胃内溶纤维丁酸弧菌生长受到抑制。饲粮中3% DM 的缩合单宁可使延边黄牛瘤胃细菌丰度下降，其中溶纤维丁酸弧菌丰度下降尤为明显。因此，饲粮中添加单宁可减少反刍动物瘤胃溶纤维丁酸弧菌。体外试验发现，200 mg/kg 葡萄单宁能够线性降低瘤胃内容物中溶纤维丁酸弧菌数量和丰度。与未添加单宁组相比，葡萄籽原花青素添加组均使溶纤维丁酸弧菌含量下降，抑制作用明显。然而，Pham 等研究表明，随着白头金合欢缩合单宁添加量的增加，瘤胃内溶纤维丁酸弧菌的数量也随之增加，添加量为4.5%～6.4% DM 时，溶纤维丁酸弧菌丰度显著增加，母羊饲粮中添加栗木单宁和栎类单宁后，瘤胃内溶纤维丁酸弧菌的数量与对照组比较分别增加了3 倍和5 倍，这可能与单宁种类以及牧草来源不同有关。因此，单宁对瘤胃溶纤维丁酸弧菌的影响及剂量效应及其机制尚未清晰，有待更进一步研究。

3.2 单宁对瘤胃栖瘤胃普雷沃氏菌的影响 栖瘤胃普雷沃氏菌是一类多形态杆菌，不产芽孢、不运动、严格厌氧。栖瘤胃普雷沃氏菌是瘤胃中主要分解蛋白质的一类细菌。瘤胃内过瘤胃蛋白含量降低，进入后消化道中的氮量也随之降低，代谢粪氮含量升高，最终导致饲粮中蛋白质浪费。Zhou 等研究发现，单宁可有效抑制蛋白质降解菌的活性，降低其在瘤胃内的数量，增加过瘤胃蛋白含量，降低代谢粪氮，同时对栖瘤胃普雷沃氏菌抑制效果明显，与40 mg/kg DM 单宁比，在肉牛饲粮中添加60 mg/kg DM 单宁可显著降低肉牛瘤胃栖瘤胃普雷沃氏菌的相对丰度，并不影响肉牛生产性能。体外试验表明，缩合单宁与水解单宁混合添加，可显著降低栖瘤胃普雷沃氏菌总数，单宁添加量为1 000 mg 时栖瘤胃普雷沃氏菌丰度显著增加。但Yang 等认为，缩合单宁可一定程度上降低栖瘤胃普雷沃氏菌的菌群数量，但未影响瘤胃中总的蛋白质降解菌数量，当单宁添加量为6 g/kg DM 时会对栖瘤胃普雷沃氏菌生长产生抑制。但Henke 等研究表明，如果单宁的浓度低于15 mg/kg DM 时可能会抑制瘤胃微生物丰度，同时增加过瘤胃蛋白含量，促进瘤胃发酵。因此，采用单宁抑制栖瘤胃普雷沃氏菌数量来调节瘤胃氮代谢过程，还需继续探索单宁的添加浓度或饲粮中的适宜含量。

4 小 结

反刍动物饲粮中添加适量及适宜种类的单宁，能够显著降低反刍动物过瘤胃蛋白的降解率，增加氮素的利用率，抑制溶纤维丁酸弧菌、栖瘤胃普雷沃氏菌生长，抑制瘤胃脂肪酸的生物氢化和代谢过程，降低反刍动物氮的排放，提高氮素利用率。但不同种类及添加量的单宁对反刍动物氮代谢及瘤胃菌群结构的影响不同，与其来源和化学结构相关。综合前人研究发现，反刍动物生产中单宁添加量在2%～6% DM 较为合适，使用时要根据其来源确定最优添加量，以提高饲料利用效率，科学开发、利用含单宁类饲草，实现单宁在动物生产和饲料工业中的合理利用。