姜黄素的提取、生理功能及其在肉鸡生产中的应用研究进展

王 敏，王洪彪，马晓蕊，钟 瑶，赵继春

（北京市农林科学院数据科学与农业经济研究所，北京 100097）

目前，在饲料端禁抗、养殖端减抗和限抗背景下，寻找抗生素替代品正成为研究热点。姜黄素（Curcumin）是从姜科姜黄属植物姜黄（）中提取的一种天然酚类色素，具有无毒无害的特点。姜黄中主要为姜黄素（CHO，相对分子质量368，约占70%）、脱甲氧基姜黄素（CHO，相对分子质量338，约占15%）和双脱甲氧基姜黄素（CHO，相对分子质量308，约占10%），统称为总姜黄素。从化学结构上看（图1），姜黄素类化合物是稀有的具有二酮类的植物界有色物质，且具有多酚类的特殊结构，有1 个,不饱和二酮基，在2 个苯环上分别有酚羟基和甲氧基，几乎不溶于水，易溶于有机溶剂，对酸碱度敏感，其具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎症、抗病原微生物、抗病毒等多种生物功能，且在饲料中添加姜黄素能够提高畜禽生产性能。因此，姜黄素可以作为一种替代抗生素的绿色添加剂在动物生产中进行应用。本文综述了姜黄素的提取、生理功能及其在肉鸡生产中应用的研究进展，以期为姜黄素作为优质绿色添加剂进一步研究和开发利用提供参考。

图1 姜黄素的结构式

1 姜黄素的提取方法

浸渍或溶剂萃取、索氏提取法等传统方法被广泛应用于植物姜黄素的提取。这些方法操作简单，但在某些情况下会导致热敏性物质的降解，而且比较耗时。目前，超声波辅助提取、微波辅助提取、酶辅助提取和超临界液体提取等新的提取方法已逐渐替代传统的提取方法。姜黄素各种提取方法的优缺点见表1。

表1 姜黄素各种提取方法的优缺点

1.1 浸渍提取法 浸渍提取法是将植物溶解于溶剂中，使其有效成分浸出。利用该方法从植物中提取姜黄素，使用的溶剂范围广泛，包括非极性有机溶剂和有机溶剂与水的组合。乙醇是提取姜黄素的最佳溶剂，且溶剂混合物的乙醇浓度对萃取效率起着至关重要的作用。

1.2 索氏提取法 索氏提取法是从固体物质中萃取化合物的一种方法。索氏提取法的姜黄素提取率高于浸渍法和超声辅助提取法，但索氏提取法提取的温度更高，提取时间更长，常见有高压索氏提取、自动索氏提取、超声波辅助索氏提取和微波辅助索氏提取等方法。

1.3 水蒸气蒸馏提取法 水蒸气蒸馏提取法是提取生物活性化合物和精油的一种传统提取方法，可用于从姜黄粗粉或姜黄油树脂中去除姜黄香精，得到无味姜黄素。研究发现，水蒸气蒸馏提取法是制备姜黄粉末或姜黄素的有效方法，姜黄风味残留少，无色素损失。

1.4 超声辅助提取法 目标化合物在超声波的作用下加速扩散、增加传质和加速与溶剂相接触，得到混合提取液，再经过分离、精制和纯化处理，最后得到目标化合物的一种新型化合物分离技术。姜黄素提取率容易受到频率、温度和时间、提取溶剂的性质等因素影响，因此，姜黄素回收前，最好对超声辅助提取法工艺进行优化。

1.5 微波辅助提取法 微波辅助提取法是利用微波能进行物质提取，具有节省时间和试剂、降低能耗的优点。微波功率、辐照时间和冷却时间间隔、温度、植物原料的大小和溶剂的类型是影响姜黄素提取效率的主要因素。在微波辅助萃取过程中，样品通过微波干燥辐射和粉碎处理，可以提高萃取率和萃取效率。

1.6 酶提取法 植物细胞壁结构中的多糖等物质能够保护细胞的稳定性，利用有特定水解特性的酶来分解植物细胞壁，能够得到胞质内的生物活性成分，甚至是与细胞壁结合的成分。一般利用-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、淀粉糖苷酶等酶类来提取植物中的姜黄素。温度、时间、pH 和酶浓度等是影响酶的特异性和选择性的重要因素。因此，要获得最大的水解活性，必须采用最佳的酶反应条件。

1.7 加压溶剂提取法 加压溶剂提取法是使用高于大气沸点的液体溶剂，在低于其临界点的高温高压条件下提取生物活性化合物，该方法是近年来发展起来的一种新的提取技术。在高温高压下，能够提高植物基质与溶剂之间的溶解度和传质速率，从而提高萃取效率。用水作为萃取溶剂，被称为亚临界水萃取或加压热水萃取。亚临界水萃取法提取姜黄素的效率比传统工艺要高。此外，在亚临界水提取过程中添加缓冲溶液以及亚临界水萃取和乙醇结合使用均能够提高姜黄素的提取率。

1.8 超临界流体提取法 超临界流体提取法以一种超临界流体作为萃取剂，把目标化合物从混合物中分离出来。二氧化碳（CO）是最常见的超临界流体。超临界CO对极性较低的分子（如精油等）具有较高的溶解力，但对极性较强的姜黄素溶解力较低。因此，在提取姜黄素时，可少量加入极性有机共溶剂（或改性剂），如甲醇、乙醇等，以提高提取效率。此外，该法可以联合加压溶剂提取法提取姜黄素。即先利用超临界流体提取法初步去除姜黄粉末中的挥发油，然后使用乙醇为溶剂采用加压溶剂提取法回收姜黄素。

1.9 离子液体提取法 离子液体具有无挥发性、热稳定性好、黏度可调性和保护生物活性等优点，已成功应用于合成、催化、分析和分离等各个领域。离子液体提取法与超声辅助提取法、微波辅助提取法和酶提取法等相结合已被应用于姜黄素的提取。

2 姜黄素的生理功能

2.1 抗肿瘤 体内体外试验研究发现，姜黄素可以通过抑制缺口受体-1（Notch1）和核因子B（NF-B) 以及血管内皮生长因子（VEGF）的转录和蛋白水平来抑制肿瘤增殖；还可以通过上调微小RNA-491 或下调微小RNA-130a 来抑制Wnt/-catenin 信号通路，从而抑制癌细胞的增殖。双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶（DYRK2）是姜黄素的直接靶点，姜黄素能够占据DYRK2 的腺苷三磷酸结合囊，抑制细胞内26S 蛋白酶体磷酸化，降低蛋白酶体活性，从而抑制细胞增殖。研究还发现，姜黄素通过调控丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）来抑制血管VEGF 诱导环氧化酶-2（COX-2）和表皮生长因子受体（EGFR）的表达，进而抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和血管生成。此外，姜黄素还能够通过调控活化半胱氨酸蛋白酶Caspase-3、过氧化氢酶、凝聚素和细胞色素C 等诱导线粒体途径的肿瘤细胞凋亡。

2.2 抗氧化 姜黄素结构中含有2 个邻甲氧基酚基、2个烯酮基和1 个酮烯醇基，是一种亲脂多酚。姜黄素能够进入细胞膜，与自由基结合，形成稳定性强的醌类物质，清除细胞内活性氧，从而抑制自由基介导的脂质过氧化损伤，还可以提高超氧化物歧化酶（SOD）活性来改善细胞的抗氧化能力。研究发现，姜黄素能够提高肠道和等基因的表达，提高肠道谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）和总抗氧化能力（T-AOC)的活性，能够提高抗氧化能力来保护肠道免受损伤。

2.3 抗炎症 NF-B 信号通路是炎症反应的主要介质，能够调节白细胞介素1（IL-1）、白细胞介素6（IL-6）、肿瘤坏死因子（TNF-）、环氧化酶-2（COX-2）和前列腺素E2（PGE2）等的表达。研究发现，姜黄素通过抑制NF-B 信号通路、COX-2 来抑制促炎细胞因子（如IL-1、IL -6、IL -18 和TNF-）的分泌，进而发挥抗炎作用。炎症小体是炎症通路的重要组成部分，能够通过NF-B 信号来激活Caspase-1 导致细胞凋亡以及诱导IL-1和IL-18 的成熟和分泌。在各种炎症小体中，NLR 家族Pyrin 域蛋白3（NLRP3）是重要组成部分，其在组织损伤、代谢应激、活性氧（ROS）、炎症和感染的条件下被激活。姜黄素不仅可以通过调节NF-B 信号通路抑制NLRP3 炎性小体的激活和IL-1分泌，还可以通过减弱钾离子外流、阻止钙离子内流和凋亡相关斑点样蛋白（ASC）与NLRP3 结合来破坏NLRP3 炎性小体的空间形成，从而发挥抗炎作用。

2.4 抗细菌和病毒 姜黄素及其衍生物对金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、沙门氏菌、大肠杆菌、幽门螺杆菌等革兰氏阳性菌和阴性菌均具有抗菌作用。通过荧光探针标记发现，姜黄素能够破坏金黄色葡萄球菌的细胞膜，使胞内酶外泄，抑制细菌的代谢循环，导致细菌死亡而发挥抑菌的作用。此外，将姜黄素进行处理获得姜黄素衍生物，会提高姜黄素的抑菌效果。例如，以琥珀酸为连接臂，通过酯化和酰胺化反应将姜黄素接枝到-精氨酸分子上，获得新型-精氨酸基姜黄素衍生物，能够改善姜黄素水中溶解度，并且具有更优的抑菌性。通过体外和体内试验发现，姜黄素能有效缓解病毒引起的感染和症状，其机制主要是姜黄素与病毒外壳蛋白、病毒特异性酶或RNA 聚合酶的结合，影响和消除了病毒复制、感染和对细胞的损害。

2.5 免疫调节功能 在免疫调节过程中，姜黄素能够通过促进免疫细胞的激活和增强内源性免疫活性来提高机体的免疫功能，增强抵抗外源病原体入侵的能力。通过以金黄色葡萄球菌诱导的乳腺炎小鼠为模型，发现姜黄素可能通过抑制IL-1 和CD8T 活性，增强IL-10、自然杀伤细胞和CD4T 活性来发挥抗乳腺炎的作用。此外，姜黄素可能通过降低免疫器官中的中性粒细胞、巨噬细胞和杀伤性T 淋巴细胞比例以及减少脊髓损伤部位M1 型巨噬细胞数量和增加M2 型巨噬细胞来降低小鼠脊髓损伤后的反应性炎症。

3 姜黄素在肉鸡生产中的应用

3.1 姜黄素对肉鸡生长性能的影响 姜黄素可作为饲用抗生素的替代物，具有提高肉鸡生长性能的作用。饲粮中添加姜黄素在提高肉仔鸡日采食量（ADFI）和日增重（ADG）、降低耗料增重比（F/G）方面均能达到与抗生素（维吉尼霉素）相同的效果。研究发现，姜黄素能够提高肉仔鸡的ADG，降低F/G；并显著提高了42 日龄肉鸡的全净膛重、屠宰率、胸肌重和腿肌重。与基础饲粮中添加抗生素和抗球虫药物相比，添加100 mg/kg 姜黄素能显著增加肉鸡肠道绒毛高度、隐窝深度、绒毛高度和隐窝深度比，还可以通过提高抗氧化活性来增强肉鸡抗艾美耳虫的能力，帮助去除盲肠大肠杆菌和柔嫩肠杆菌的卵囊。热应激会显著降低肉鸡的末重、ADG 和屠宰率，姜黄素组肉鸡末重、ADFI 和ADG 可较热应激组显著增加，且姜黄素能够通过Nrf2 诱导GSH 相关酶活力，激活肝脏的抗氧化防御，进而提升肉鸡的抗热应激能力，提高饲料转化率。以上结果表明，姜黄素能够通过作用于肠上皮细胞，维持肠道组织形态，提高小肠绒毛对养分的吸收率，改善肉鸡生产性能。

3.2 姜黄素对鸡肉品质的影响 日粮中添加不同浓度的姜黄素均能显著提高胸肌和腿肌中水分的含量，并提高腿肌中粗蛋白质的含量，降低腿肌中粗脂肪的含量，对腿肌品质的改善作用优于胸肌，且当添加量为200 mg/kg 的效果最佳。已有研究发现，在肉鸡日粮中添加姜黄素能降低肉鸡血清总脂、总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇的含量，降低肌肉和肝脏中总胆固醇、甘油三酯的含量，抑制腹脂、肝脏脂沉积，并促进肉鸡体内高密度脂蛋白胆固醇水平的上升，有助于改善肉鸡肉品质。其主要机制在于，姜黄素能够通过调控乙酰辅酶A 羧化酶（ACC）、脂肪酸合成酶（FAS）、固醇调节元件结合蛋白-1c（SREBP-1c）、ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）和肉毒碱棕榈酰转移酶-I（CPT-I）等脂肪生成和分解相关基因的表达，降低肝脏和血浆脂质水平，进而抑制肉鸡腹部脂肪沉积。研究发现，添加姜黄素能够降低肌肉的L*和b*值，提高a*值，显著降低肌肉剪切力，提高肌肉嫩度，降低肌肉滴水损失，提高熟肉率，增强肌肉保水能力，以及肌肉中多不饱和脂肪酸的含量。综上，姜黄素不仅可以通过色素直接沉积改善肉色，还可以调节肌肉中的脂肪含量和营养成分分布，增强肌肉的抗氧化能力，提高肌肉品质。

3.3 姜黄素对肉鸡抗氧化能力的影响 姜黄素是一种脂溶性的天然抗氧化剂，可有效清除超氧阴离子、过氧化氨等活性氧自由基，还可通过提高机体的抗氧化酶活、诱导抗氧化基因的表达，来间接发挥抗氧化活性。李婉雁等发现，在岭南黄鸡的饲粮中添加姜黄粉能够显著提高鸡血清中SOD、过氧化氢酶（CAT）、GSH-Px 的活性，降低血清中丙二醛（MDA）的含量，提高机体抗氧化功能。姜黄素还可显著缓解黄曲霉毒素介导的肝脏氧化损伤，降低肝细胞中脂质过氧化水平，提高SOD、CAT 活性和T-AOC，并能够激活Nrf2抗氧化信号通路作用于抗氧化酶，包括SOD、GSHPx、CAT 等增强机体的抗氧化防御系统。姜黄素还可通过降低心肌组织中MDA 的含量、有效激活糖原磷酸化酶（GPH）相关代谢酶活性，达到保护心脏的作用，并且能提高肾脏的抗氧化能力。综上，姜黄素可提高机体抗氧化酶活性，并可保护细胞免受自由基的攻击和异生质的毒性作用，从多方面增强机体抵御氧化应激的能力。

3.4 姜黄素对肉鸡免疫能力的影响 姜黄素可改善肉鸡胸腺、法氏囊和脾脏等免疫器官的组织学形态，且添加50 mg/kg 和100 mg/kg 姜黄素可显著提高21 日龄肉鸡的法氏囊脏重量和法氏囊指数，200 mg/kg 姜黄素可显著提高42 日龄肉鸡的脾脏重量和脾脏指数。彭翔研究发现，姜黄素能够促进免疫器官的发育，提高肉仔鸡外周血T 淋巴细胞和B 淋巴细胞转化率，显著降低肉鸡盲肠中大肠杆菌的含量，提高乳酸杆菌和双歧杆菌的含量，并降低肉鸡空肠黏膜中促炎细胞因子IL-1和干扰素（IFN-）的表达，增加抗炎细胞因子（IL-4、IL-10）的表达，提高空肠的分泌型免疫球蛋白A（sIgA）含量，增强机体免疫能力。此外，姜黄素在肉鸡饲料中还可作为免疫增强剂来预防多杀性巴氏杆菌病。姜黄素和抗菌肽（天蚕素抗菌肽）联合添加能提高肉仔鸡的生长性能，增强其免疫功能，共同使用时存在一定的互作效应。姜黄素对肉鸡免疫功能的改善作用可能通过多个途径实现，包括促进免疫器官的发育、提高体液免疫水平和增强细胞免疫反应等。

4 小 结

天然来源的姜黄素作为一种新型的绿色无公害饲料添加剂具有安全、无毒无害的优点。大量研究证明，姜黄素能够提高肉鸡的抗氧化性能、增强机体免疫功能和改善肠道健康，进而促进肉鸡的生长；能够通过调控脂肪合成和分解，抑制肌肉脂肪沉积，进而改善肉品质。因此，姜黄素可以作为一种促生长、改善肉品质的饲料添加剂在肉鸡饲料中应用。然而，姜黄素存在生物利用度低、作用机制不明确等问题导致其在肉鸡生产中的应用程度不高。随着人们对这些问题研究的不断深入，势必会推动姜黄素作为一种新型绿色饲料添加剂在肉鸡生产中广泛应用。