黄芪多糖在畜禽养殖中的应用研究进展

■赵桂玲 李 慧 张瑞强 许英蕾*

（1.浙江农林大学动物科技学院动物医学院，浙江 杭州 311300；2.浙江惠嘉生物科技股份有限公司，浙江 安吉 313300）

长期以来，抗生素在人类疾病的医学治疗和动物食品中都对人们大有裨益，它们可以改善动物生产过程中的生长性能和饲料利用率[1]。但动物粪便中的抗生素会对土壤[2]、水源[3]造成污染，甚至产生抗生素耐药性基因[4]，对人类的健康造成很大的威胁。因此，寻找绿色安全的替抗产品成为畜牧业发展的焦点。黄芪多糖（Astragalus polysaccharide，APS）是黄芪中最重要的活性成分，具有安全、高效、无残留等特点。文章综述了APS的提取工艺，概括了APS的生物学功能及其在畜禽养殖中的研究进展，旨在为APS在畜禽养殖中更广泛的应用提供理论支持。

1 APS的化学成分及提取工艺

1.1 APS的化学成分

黄芪是我国广泛使用的一种中草药，具有2 000多年的历史[5]。APS 是其主要活性成分之一，APS 的主要成分有甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖、木糖和L-阿拉伯糖[6]。APS主要分为大分子成分（APS-Ⅰ）和小分子成分（APS-Ⅱ）。分子量测量显示APS-Ⅰ的平均分子量超过500 ku，APS-Ⅱ的平均分子量为10 ku。APS-Ⅰ由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖和半乳糖醛酸组成，比例约为1.5∶1.0∶5.4∶0.08∶0.1。APS-Ⅱ由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖和半乳糖醛酸组成，摩尔比为9∶1∶1.4∶0.04∶0.001，其中APS-Ⅱ是APS的主要活性成分[7]。

1.2 APS的提取工艺

多糖是极性大分子，不同种类的多糖有不同的提取方法。APS 的提取工艺主要有水提法、微波法、超声波法和酶法[8]。

1.2.1 水提法

水提法是最传统的提取方法，操作流程简单，成本低。杜国丰等[9]将水浴、过滤、离心之后的APS粗水提取液浓缩到10 mL后加入95%乙醇，最后离心烘干得到提取物，结果表明：时间2.5 h、温度90 ℃、料液比1∶8 时，多糖提取量较高。这种方法能耗高，经济效益相对较低。

1.2.2 微波法

微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高、提取时间短等特点。微波的热效应可以破坏细胞壁，使细胞膜内的酶失活，这促进了APS 的流动，增加了多糖的产量[10-11]。周桃英等[12]研究了微波辅助提取APS，结果显示，当料液比1∶15、微波处理90 s、功率450 W、pH 8.5时提取效率最佳。胡碧君[13]研究表明，液料比30.46 mL/g 提取时间2.21 h，提取功率204.45 W 时，APS 提取率最高。尽管微波辅助提取方法可以提高多糖的提取率，但是微波对多糖化学结构和药理活性的影响尚不清楚，需要进一步研究。

1.2.3 超声波法

超声波的空化作用可以破坏细胞壁及细胞膜的结构，使溶剂扩散进入细胞，有利于胞内多糖的快速溶出[14]。Chikari 等[15]用双频超声辅助醇/盐双水相萃取纯化APS，结果显示超声波提高了脱盐率，并且没有改变APS的化学结构，双频超声检查使APS提取率提高到28.40%。研究证明了双频超声可显著改善APS的提取、纯化和脱盐过程，并以其处理时间短、能源成本低的特点促进了超声波提取APS 在工业化应用的可行性。

1.2.4 酶法

酶提取法具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点，酶能分解植物细胞壁从而提高多糖的提取率。Chen 等[16]研究了酶辅助法提取APS，结果显示，当酶量为3.0%、酶处理时间3.44 d、酶处理温度56.9 ℃、提取溶剂pH 7.8时，提取率增加了250%。因此，酶解植物材料可以作为一种有效的方法提高APS的提取率。

2 APS的生物学功能

APS 是黄芪中最重要的活性成分，具有抗病毒、提高动物生长性能、改善免疫性能、提高抗氧化能力等多种药理作用[17]。

2.1 抗病毒作用

研究表明，APS 对猪圆环病毒2 型（PCV2）、禽传染性支气管炎病毒（IBV）、禽流感病毒等均有抑制作用[18]，原因是APS 能提高宿主的免疫力，促进宿主产生干扰素和抗病毒免疫因子，抑制病毒RNA的复制，加速病毒的清除[19]。研究发现，APS 和硒化APS 可通过激活PI3K/AKT 抑制自噬，抑制血红素氧合酶诱导的PCV2 复制[20]。Kallon 等[21]研究发现，APS 能大幅度降低H9N2禽流感病毒的增殖，提高IL-2、IL-4、IL-6、IL-10、LITAF 和IL-12 表达，促进细胞生长，增强抗H9N2 活性。Zhang 等[22]研究了APS 对IBV 复制的影响，结果表明，APS显著降低了感染鸡胚的肾细胞IBV效价，研究还发现IBV复制的减少与IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α的mRNA表达量降低有关。综上所述APS主要通过干扰病毒的复制来抑制病毒增殖。

2.2 提高动物生长性能的作用

APS作为黄芪中有效的活性成分之一，对动物的生长性能有良好的促进作用。Wu[23]研究指出APS 可通过促进淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等消化酶的表达，提高肉仔鸡生长性能。Yang等[24]在断奶仔猪的基础日粮中添加800 mg/kg 的APS，结果表明APS 能提高仔猪体重、平均日增重和饲料转化率，降低腹泻率，同时提高肠道有益菌数量，降低断奶仔猪肠道pH。研究发现APS 可显著改善番鸭呼肠孤病毒感染的小肠绒毛高度、绒毛高度/隐窝深度值和壁厚[25]。冯会利等[26]研究了APS 对断奶羔羊的影响，0.2 g/kg 和0.4 g/kg APS 能显著提高平均日增重，降低料重比。APS 主要通过提高肠道消化酶的表达、调节肠道微生态平衡和改善肠道形态结构来提高动物的生长性能。

2.3 改善动物免疫性能的作用

APS作为一种良好的免疫增强剂，可以通过调节动物免疫细胞和细胞因子，促进动物的免疫器官发育，从而提高动物机体的整体免疫功能。研究发现，APS可以通过调节Toll 样受体4（TLR-4）和髓样分化因子（MyD88）改善巨噬细胞免疫调功能[27]，也有研究表明，APS可通过调控核转录因子-κB/丝裂原活化蛋白激酶（NF-κB p65/MAPK）信号通路增强RAW264.7巨噬细胞的免疫功能[28]。APS能显著提高半滑舌鳎鳃黏液溶菌酶（LZM）、过氧化物酶（POD）、碱性磷酸酶（ALP）和酸性磷酸酶（AKP）活性，最佳剂量为600 mg/kg[29]。Li等[30]研究表明，APS 能显著增强小鼠脾淋巴细胞的增殖能力，增加腹腔巨噬细胞的吞噬能力，提高外周血中IL-2、TNF-α和IFN-γ的含量。Shan 等[31]研究了APS 对新城疫（ND）免疫雏鸡空肠黏膜免疫功能的影响，结果表明APS 能提高sIgA 的含量。由此可知，APS 主要通过调节动物的免疫器官、免疫细胞、免疫分子以及免疫相关的酶活性，改善动物的免疫性能，其中对巨噬细胞的调节可通过TLR-4/MyD88 和NFκB p65/MAPK通路的调控作用实现。

2.4 提高抗氧化能力的作用

抗氧化酶系统具有清除活性氧自由基的功能，对动物健康的维持具有重要的作用。APS 通过内源性Nrf2/ARE通路调控其下游抗氧化酶的表达，这些抗氧化酶可以减少自由基的产生，进而提高抗氧化能力，减少氧化应激损伤[32]。Farag 等[33]研究指出，APS可以通过激活Nrf2/HO-1通路抑制替米考星造成小鼠的氧化应激损伤。Shen等[34]研究发现APS能显著降低鸡胚成纤维细胞活性氧（ROS）的产生和LC3-Ⅱ、Beclin-1蛋白的表达，增加mTOR的表达和抗氧化水平。Zhong等[35]在断奶公羔羊的基础日粮中添加15 g/kg的APS，结果显示，APS能显著提高血浆总抗氧化能力和超氧化物歧化酶（SOD）活性。Wang等[36]在HK-2细胞试验中发现，APS可以增强SOD的活性，抑制丙二醛（MDA）向细胞外释放，其中中等分子量的APS效果最好。Liu等[37]研究表明当APS的添加量为0.10%时，可显著提高大黄鱼幼鱼血清中SOD活性，降低MDA含量。

3 APS在动物生产中的应用

3.1 APS在家禽生产中的应用

家禽在养殖过程中易产生应激，增加患病概率。APS能提高家禽生长性能，改善肠道健康，增强免疫。Wang等[38]研究发现，在肉鸡基础日粮中添加600 mg/kg的APS能显著提高平均日增重，降低料重比。APS可提高免疫抑制肉鸡的胸腺指数、T 淋巴细胞增殖、血清IgG 含量、一氧化氮合酶活性以及血液中异嗜性粒细胞/淋巴细胞值[39]。Li 等[40]指出APS 可显著提高环磷酰胺诱导的免疫抑制肉鸡空肠绒毛高度、肠上皮内淋巴细胞和杯状细胞数。APS 可通过增加雏鹅血清和空肠SOD 和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，降低MDA 的含量，增加血清IgG、IgM、C3、C4、IFN-γ的含量来减少感染细小病毒的雏鹅肠道炎症损伤[41]。APS可通过改善肠道形态，促进免疫器官发育，提高抗氧化和免疫功能，进而提高家禽的生产性能。

3.2 APS在猪生产中的应用

APS可以提高猪的免疫能力。Tan等[42]在母猪分娩前1周的基础饲粮中添加1.5 g/（d·头）APS，提高了初乳中IgG和IgM的含量，增加了猪瘟病毒抗体的封闭率。日粮中添加0.1%APS能显著提高断奶仔猪平均日增重和饲料转化率，提高氨基酸表观回肠消化率和血清中大多数营养必需氨基酸和非必需氨基酸（包括精氨酸、脯氨酸、谷氨酸）的浓度[43]。Wu等[44]研究发现在哺乳母猪基础日粮中添加200 mg/kg的APS和大豆异黄酮混合物时，可显著提高血清中SOD含量。APS亦可通过激活AMPK/SIRT-1信号通路显著减轻赭曲霉毒素A（OTA）诱导的脾脏损伤[45]。因此，APS不仅可以促进营养物质的吸收，提高猪的生长性能，还可提高猪的抗氧化能力，促进免疫器官的发育，减缓免疫应激。

3.3 APS在反刍动物中的应用

APS 可以提高反刍动物的生长性能和抗氧化能力。鲍玉林等[46]在藏羊的基础饲粮中添加0.05%和0.1%的APS，结果显示，APS 均能显著提高平均日增重，降低料重比。王义翠等[47]研究了APS对犊牛抗氧化性能的影响，结果表明日粮中添加5 g/头和10 g/头的APS 均能显著提高SOD 和GSH-Px 的活性，降低MDA的含量，10 g/头的效果最佳。也有研究发现，饲粮添加0.1%APS能提高黔北麻羊羔羊平均日增重，降低料重比，提高血液总蛋白、球蛋白、生长激素含量及碱性磷酸酶（ALP）活性，增加生长激素的分泌[48]。因此，APS 能提高反刍动物的抗氧化功能，通过增加相关激素的分泌和酶的活性，提高免疫功能，促进动物的生长性能。

3.4 APS在水产动物中的应用

APS具有调节水产动物生长性能、抗氧化以及免疫的作用。Wu[49]研究表明，在鲫鱼的基础日粮中添加100 mg/kg的APS可提高增重、饲料转化率、特定生长率和消化酶活性。研究表明，0.25 g/L 的APS 能提高斑马鱼端粒酶基因TERT的表达，降低Bax、p21、p53基因的表达，延缓斑马鱼细胞凋亡[50]。Sun 等[51]在大菱鲆的基础饲粮中添加50 mg/kg 和150 mg/kg 的APS，显著提高了末重、采食量、特定生长率和增重，日粮中添加150 mg/kg的APS可显著提高肝脏总抗氧化能力、GSH-Px 活性和LZM 活性。Zhang 等[52]指出，APS可提高大黄鱼血清总蛋白和白蛋白的含量，增加血清中AKP、ALP和LZM的活性；同时，还能提高血清SOD和过氧化氢酶（CAT）活性，降低MDA含量。Ding等[53]研究发现，凡纳滨对虾基础饲粮中添加0.5 g/kg的APS 可提高血细胞总数、吞噬活性、抗菌活性和溶菌活性。APS 可以改善水产动物免疫系统的结构和功能，增强抗菌活性及抗氧化功能，促进细胞稳态，提高整体的生长性能。

4 小结与展望

APS 具有绿色、高效、安全、无残留等特点，并且具有抗病毒、提高动物生长性能、改善动物免疫功能和增强抗氧化能力等生物学特点，且我国黄芪的资源丰富，能满足市场的需求，因此可广泛地应用于家禽、猪、反刍动物以及水产动物的生产中。但是，目前APS的检测标准尚不统一，提取工艺成本较高，因此，关于黄芪多糖的提取工艺优化技术、检测和规范使用标准方面需进一步研究和确定。