植物精油在干草防霉贮藏中的应用研究

闫星全 格根图王志军 赵牧其尔 孙鹏波

（内蒙古农业大学草原与资源环境学院农业农村部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010019）

我国北方地区饲草收获季节正值雨季，饲草在贮藏过程中极易发生霉变，产生有毒代谢产物。目前，在食品、饲料及其制备的产品中已发现300～400 种霉菌毒素[1-2]。干草在加工贮藏过程中会为霉菌的生长繁殖创造有利的条件，产生大量霉菌毒素，污染和破坏干草的营养价值[3-5]。赭曲霉毒素、黄曲霉毒素以及呕吐毒素等霉菌毒素会对火鸡、鱼、猴子、老鼠、鸭和猪等动物的器官造成损伤，降低动物的采食量和生长性能[6-9]。此外，霉菌毒素在动物体内不易降解，毒素通过食物链对家畜以及人类的生命健康产生危害[10-13]。因此，在调制加工干草时喷施防霉剂对提高饲草的营养品质、保护家畜和人类的健康安全具有重要意义。

与化学防霉剂相比，植物精油抑菌效果更好，更安全，对饲料和环境无污染，能够在一定程度上提高饲草的适口性[14]。因此，本文综述了植物精油的种类、有效抑菌成分、抑菌机理及其在干草防霉中的应用，为植物精油在饲草防霉中的进一步利用提供参考。

1 植物精油抑菌概述

1.1 植物精油作为天然防霉剂的优势

1.1.1 安全、无毒性

目前的化学防霉剂以有机酸及其盐类为主。化学防腐剂的防霉效果较好，但副作用大。大部分化学防霉剂会在动物体内残留，对动物机体产生不利影响，甚至引发生态环境问题[15]。植物精油作为天然防霉剂，具有溶性好、抑菌效果强、不易产生耐药性，对家畜和人类不会致畸、致癌、致突变[16]。大多数植物精油进入人和家畜体内可被分解，对肠道菌群不会造成负面影响[17]。

1.1.2 提高家畜的生长性能

大多化学防霉剂具有刺激性气味，喷施后可降低饲草料的适口性。植物精油中的挥发性成分具有芳香气味，在饲草料中添加可改善饲草料的气味，提高家畜采食量，促进家畜生长[18]。Zhai 等[19]研究发现，在保育猪日粮中添加苯甲酸和植物精油能够调节肠道微生物群，提高猪的采食率和生长性能。Liu等[20]研究发现，植物精油可以提高饲料转化率和犊牛平均日增重，降低腹泻率。

1.1.3 提高家畜的抗氧化、免疫性能

植物精油可以增强动物的抗氧化能力，提高免疫力，对动物的炎症具有良好的治疗效果[21]。研究表明，植物精油可以增强犊牛的机体免疫力，缓解由炎症引起的免疫应激[19]。Érica 等[22]研究表明，植物精油可以减少动物体内活性氧含量，降低促炎细胞因子核因子kB（NF-Kb）的表达量，达到消炎的作用。

1.1.4 降解霉菌毒素

植物精油可以抑制霉菌等有害微生物的生长繁殖，降解霉菌毒素。周英焕等[23]研究发现，植物精油对玉米赤霉烯酮具有明显的降解效果。研究表明，竹芋精油对赭曲霉毒素的降解具有显著效果，在含有赭曲霉毒素的可可粉中添加1 000 mg/kg 的竹芋精油时，降解率可达90%[24]。

1.2 植物精油中的抑菌成分

植物精油主要通过超声波萃取法、水蒸气蒸馏法以及超临界CO2萃取法、压榨法、有机溶剂萃取法等从植物的根、茎、叶、花、果实、种子、树脂、树皮等部位中提取制备[25-27]。植物精油的化学组成复杂，但起抑菌作用的化学成分仅有少数几种，主要是萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物以及含氮含硫类化合物[28]。萜类化合物和芳香族化合物占多数，如柠檬烯、香芹酮、百里香酚、肉桂醛、丁香酚、香豆素等化合物；脂肪族化合物和含氮含硫类化合物相对较少，如伞花烃、大蒜素和辣根素等化合物。

吕好新等[29]研究植物精油在发霉花生中的抑菌效果，发现肉桂-山苍子复合精油对黑曲霉抑菌效果明显。潘小军等[30]研究表明，牛至精油、桂皮精油以及丁香精油对青霉菌具有良好的抑制效果。Xing 等[31]研究发现，天然肉桂醛精油对霉菌的抑制效果最好。植物精油中常见的13 种有效抑菌成分、来源以及抑菌种类见表1。

表1 常见植物精油种类、有效抑菌成分、来源及抑菌特性

1.3 植物精油的防霉抑菌机理

植物精油的抑菌机理主要有4 个方面[48]。第一，破坏霉菌菌丝和孢子结构；第二，抑制霉菌细胞线粒体功能和酶的活性，影响能量代谢；第三，影响细胞内DNA 的表达，使相关蛋白质合成受阻；第四，破坏霉菌的细胞膜、细胞壁。

1.3.1 植物精油对霉菌菌丝和孢子结构的影响

董红平等[43]研究发现，肉桂精油对番茄灰霉病菌的菌丝生长及孢子萌发具有抑制作用，对二者的抑制浓度（EC50）分别为272.17、196.01 mg/L。李敏[38]研究发现，百里香酚能够抑制西瓜枯萎病菌菌丝和孢子的生长。李杨苹等[44]研究发现，丁香精油和肉桂精油对香荚兰根腐病尖镰孢菌的孢子萌发和菌丝生长具有显著抑制作用，抑制率分别为99.74%、100.00%。

1.3.2 植物精油对霉菌能量代谢的影响

Knobloch 等[49]研究发现，萜类化合物浓度为5×10-3mol/L 时，植物精油对还原型辅酶、丁二酸脱氢酶的活性、呼吸电子传递、微生物能量代谢等生理生化反应具有较强的抑制作用。Chen 等[50]研究发现，黑胡椒氯仿提取物的活性成分能够与糖酵解酶相互作用，阻碍和破坏细胞代谢。

1.3.3 植物精油对DNA 表达的影响

植物精油可以阻碍核酸的合成和表达，抑制微生物的生长繁殖。胡心怡等[51]研究发现，百里香酚和肉桂醛干扰单核细胞增生李斯特氏菌的嘧啶代谢，降低DNA剪切修复酶的活性，影响DNA 合成，使细菌代谢紊乱，造成细菌裂解和死亡。Moura 等[52]研究表明，酿酒酵母在胡椒精油的作用下产生活性氧自由基，造成酵母DNA 链断裂、细胞死亡。

1.3.4 植物精油对霉菌细胞膜和细胞壁的影响

研究发现，植物精油中能够与真菌细胞膜的磷脂双分子层相结合，抑制细胞壁中多糖合成，改变细胞膜的完整度和流动性，抑制真菌的生长[53]。吴建挺等[54]研究肉桂精油和天竺葵精油对灰葡萄孢菌丝体细胞膜渗透性的影响，发现肉桂精油和天竺葵精油改变了菌丝细胞膜的通透性。植物精油还能够直接作用于细胞膜，破坏细胞膜结构，增大细胞膜的通透性和流动性，导致细胞死亡[55-57]。

2 植物精油在饲草料中的应用

青贮苜蓿中孜然精油能够有效抑制酵母菌的活性[58]。徐生阳等[59]研究表明，天然牧草青贮过程中加入孜然精油能够有效抑制发酵过程中酵母菌的生长繁殖。邹璇等[60]研究发现，迷迭香精油和桉叶油能够有效降低青贮饲料中大肠杆菌的数量。Roberto 等[61]在青贮甘蔗中添加柠檬草精油，发现青贮甘蔗中的霉菌和酵母菌数量显著降低，对有害微生物的抑菌效果显著。王金娥等[62]研究发现，在鸡的日粮中加入土槿皮、黄檗、白鲜皮和黄芩，与对照组相比，霉菌数量减少91.67%，有效抑制了霉菌的生长繁殖。有研究表明，在打捆时添加0.4%的陈皮粉可以保留干草中的营养成分[6]。吕武兴等[63]研究发现，在玉米-豆粕型日粮中添加了0.15%的杜仲提取物具有显著的抑菌效果，能够有效保存脂肪和蛋白等营养物质。闫红秀等[64]研究表明，肉桂精油对豆粕饲料中的霉菌具有显著的抑制作用，起主要抑菌作用的成分分别为肉桂醛、邻甲氧基肉桂醛。有研究表明，复配精油对饲草料的防霉效果要优于单一精油[65]。余行等[66]将山生姜精油、肉桂精油和山苍子精油复合添加至肉用仔鸡中，发现可以有效延长饲料的贮藏时间。王利敏等[67]研究表明，复合植物精油能够有效控制玉米霉菌毒素的滋生，防止玉米变质。

3 展望

植物精油的抑菌能力较强、不易产生耐药性，不会对动物和人产生致畸、致癌、致突变等作用。但植物精油的挥发性，抑菌效果会随着贮藏时间的延长逐渐减弱。植物精油结合微（纳米） 胶囊、静电纺丝、Pickering 乳液、纳米乳液、成膜等技术在一定程度上能够延缓植物精油的挥发，增加贮藏时间，但在干草中的应用是否同样显著，还需进一步探索。此外，不同种类植物精油对饲草适口性的影响也需要在实际应用中进一步明确。因此，开发高效、安全、无公害且成本合理的植物精油防霉剂对优质干草的生产以及畜牧业的健康发展具有重要意义。