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新型饲料添加剂——香精油
POST TIME:2014/12/23 13:16:11
香精油是从植物中提取的挥发性油类,是植物的次生代谢产物。大多数香精油是由萜类、半萜类、醇类、醛类、酯类、酮类物质和小部分石蜡类物质组成的混合物。香精油被用作防腐剂、驱虫保健剂和用于治病药物的历史已超过6 000年。近年来研究表明,香精油还具有抗氧化、抗微生物、抗寄生虫、抗肿瘤、防霉、促生长和免疫调节等生物活性功能。
1用作防霉剂
  霉变是造成饲料和食品大量浪费的全世界性危害。近年来,全球不规则的气候(如暴雨、洪涝灾害、干旱和霜冻),加上经济全球化使谷物和饲料中霉菌和霉菌毒素的污染有加重的趋势。据联合国粮农组织估算,全世界每年有5%~7%的粮食和饲料等农作物产品受霉菌污染,霉变所造成的粮食和饲料经济损失可达数千亿美元。我国一些地区尤其是南方地区,饲料霉变问题也相当严重。1996年我国饲料霉变现状调查结果表明,配合饲料及饲料原料污染率分别为100%和99%,其中严重污染而被禁用的占20%,而南方地区的饲料霉变率比北方地区高出几倍甚至几十倍。霉菌毒素是霉菌的次级代谢产物,现在霉菌毒素的污染问题也已成为对畜禽养殖业危害最大的因素之一。畜禽长期采食低剂量的霉菌毒素会导致采食下降、生产性能降低、消化系统紊乱和繁殖性能降低,大剂量采食霉菌毒素可直接导致畜禽急性死亡。黄曲霉毒素B1可在鸡蛋中残留,可通过食物链传递到人体,使人体发生中毒。玉米赤霉烯酮也可残留在牛奶中通过食物链对人体产生危害。伏马菌素还可引发人类的食道癌。
  为防止饲料霉变和霉菌毒素的产生,在饲料生产中常添加防霉剂。但这些化学物质普遍存在致畸性、致癌性和残留毒性,残留在自然界不易分解造成环境污染。一些香料和中草药由于含有一些香精油而具有一定的抗微生物活性。许多研究表明,牛至、丁香、罗勒、胡荽、肉桂、百里香、薄荷、迷迭香、芥茉、芫荽和红根草等芳香精油及丁子香酚、香芹酚、肉桂酸、己醛、草蒿脑、麝香草酚、香芹酮、肉桂醛、柠檬醛和香叶醇等单体成分具有优良的抗食源性腐败菌和致病菌活性。余伯良等(2002)采用平板法比较山苍籽油及其柠檬醛等5种主要成分对8种霉菌的抗菌效力试验。结果表明,在培养基 pH 4.5时,其抗菌效力从强到弱依次为柠檬醛、香茅醛、山苍籽油、香叶醇、芳樟醇和甲基庚烯酮。柠檬醛对5种霉菌的最低抑菌浓度为0.10%,而甲基庚烯酮对6种霉菌的最低抑菌浓度超过0.40%。同时,在对上述6种试剂与黄曲霉产毒关系的试验中还发现,柠檬醛、香茅醛和山苍籽油对黄曲霉产生黄曲霉毒素具有较强的抑制作用,其中以柠檬醛的抑制作用最强,可减少85%的黄曲霉毒素产生。罗曼等(2001,2002)在对山苍籽提取抗霉有效成分研究时发现,山苍籽油及果渣能抗黄曲霉在于强力破坏细胞壁、质膜结构和氧化还原系统而抑制黄曲霉等曲霉的生长,并使其孢子失去萌发能力;随着药物浓度的增加或致敏浓度(MIC)作用时间的延续,产毒黄曲霉在360~410 nm区域光吸收明显增加,反映细胞内某些大分子中能吸收紫外光的基团裸露,分子构象改变,活性丧失或部分失活;同时质膜刻蚀程度加深并出现钟孔,原生质渗出,对周围物质吸收利用率减少。Nielsen等(2000)用面包研究从香料和中草药中提取的挥发性组分发现,芥末香油的抑菌活性最强,其次是肉桂精油、大蒜精油和丁香精油,而香草精油不表现活性。研究发现,芥末精油浓度达到3.5 mg/mL时对所有霉菌都有完全杀灭的作用。Chao等(2000)用45种香精油观察对霉菌的抑制作用,结果发现,所有的香精油和对照组相比,对霉菌都有一定的抑制作用,但一部分香精油只有很小的抑制作用,胡荽油表现出高度抑制真菌的作用。Velluti等(2004)研究发现,在水分活度高达0.995,温度为20和30℃条件下,牛至油、肉桂精油、柠檬香草精油、丁香精油和palmarose精油对禾谷镰刀菌和玉米赤霉烯酮的产生都有抑制作用,但只有palmarose精油和丁香精油对抑制玉米赤霉烯酮的产生有显着影响。Kordali(2005)l研究发现,艾属植物中提取的香精油也具有抗真菌的活性,它们只能抑制一部分的真菌种属。虽然诸多试验表明,香精油对真菌有一定的抑制作用,但不同香精油或组分配合使用的研究还较少。芳香精油组分复杂,配合使用时可能存在有效组分间的增效作用,这样可进一步减少使用浓度。
  2用作抗氧化剂
  饲料中的脂类化合物在储存过程中不断进行氧化反映,严重的可导致饲料酸败、蛋白质破坏和色素氧化,造成饲料感光性质下降、营养价值降低、储存期减少和适口性下降,还具有一定毒性,对畜禽造成一定程度的危害,给饲料业和畜禽养殖业带来较大的损失。抗氧化剂是一类能有效阻止或延缓自动氧化的物质,是指在相对可氧化底物(糖类、脂质、DNA或蛋白质等)更低的浓度下,能有延缓或阻止底物发生氧化反映的物质,已成为饲料工业不可缺少的一种添加剂。而各种广泛使用的合成抗氧化剂由于其潜在毒性和致癌作用等逐渐受到人们的排斥,因此从植物中寻找天然、高效且低毒抗氧化剂成为目前抗氧化剂发展的一个必然趋势。从目前的研究看,天然植物抗氧化剂大部分都是多酚类物质和黄酮类物质,多酚类抗氧化剂中应用较多的有茶多酚、葡萄籽提取物、迷迭香提取物和大豆异黄酮等。这类天然植物抗氧化剂的主要作用机制是其分子结构上的羟基(-OH)起到供氢(H)体的作用,与脂肪酸中的游离基结合而中断脂肪酸氧化的连锁反映,能抑制氢过氧化物的形成,起到抗氧化的作用。Higdon等(2003)研究认为,茶多酚极易被氧化成为酯类而提供质子,故具有显着的抗氧化活性,其抗氧化能力是维生素E的18倍,是维生素c的3~10倍。茶多酚在体内具有显着的清除自由基、阻断N一亚硝基化合物的合成、抑制脂氧合酶活性和脂质过氧化的作用,从而在防癌、抗癌和抗突变等许多方面表现出优越的防病治疗功效。天然黄酮类化合物多为结晶性固体,少数为无定形性粉末,如花生壳中的木犀草素,牛至草中的芹菜素等。黄酮类抗氧化剂在抗氧化反映中不仅可清除引发链反映的活性自由基和起催化作用的金属离子,还能直接捕捉链传递阶段的过氧自由基,阻断链反映,是很好的预防型和阻断型抗氧化剂。
  3用于抗菌促生长
  抗生素在动物体内残留和耐药性的产生会给人类造成极大危害,欧盟已全面禁止促生长类抗生素在饲料中的添加,寻求抗生素替代品迫在眉睫。绿色饲料添加剂国内外已有很多报道,但对香精油作为抗菌促生长剂的添加报道却很少,只有关于牛至油的资料较多。牛至油是从天然植物牛至中提取的含有有效成分的挥发性油类,一般含有丁香、牛至、茴香和罗勒,其中以牛至油为主,其他3种均对牛至油有协同作用。牛至油的抗菌机制是可使细菌细胞膜结构变性和凝固,从而达到抗微生物的目的。其活性成分还具有强大的表面活性和脂溶性,能穿透微生物细胞膜使细胞成分渗漏,水分失去平衡而造成致病微生物水分失衡死亡。同时,牛至油还能提高内源酶活性,进而促进营养物质的消化、吸收和利用,提高饲料转化率和利用率。牛至油破坏病源微生物细胞的正常代谢,改变细胞内细胞器的膜性结构,使细胞器生理功能丧失。牛至油改变线粒体膜的通透性,阻止氧化呼吸进程,破坏能量代谢,阻碍蛋白质和毒素的合成。林清华等(1997)用不同浓度牛至油对常见的致肠炎沙门菌属、大肠菌属和葡萄球菌属等31株菌的抗菌作用,研究表明,牛至油对此3l株菌都有抑菌和杀菌的作用,且金黄色葡萄球菌的抑菌作用最强,对绿脓杆菌的抑制作用最弱。牛至油还可改善畜禽胃肠道微生物菌群结构,提高肠道中有益菌的数量,减少有害菌数量,从而促进畜禽生长,提高饲料转化率。陈会良等(2005)在试验组日粮中添加10%牛至油预混剂100 mg/kg,结果表明,试验组与对照组相比,空肠中乳酸杆菌数量显着增加,双歧杆菌和大肠菌变化不显着,盲肠中双歧杆菌和乳酸杆菌数量显着增加,大肠菌数量显着下降。牛至油还可提高断奶仔猪日增质量,促进生长,降低料肉比和下痢的发生率(孙鎏国,2005)。 Wamlissom(2005)从32种植物中提取香精油,表现出具有抗大肠菌属、沙门菌属和梭菌属的活性,并阐述了这些香精油可能选择性地使用于畜禽饲料中。
  关于香精油在家禽生产的研究报道也很多,但报道结果不一致。Langhout(2000)和Zhang等(2005)认为,在肉仔鸡饲料中添加香精油可提高肉仔鸡的生产性能,而Botsoglou等(2002)研究表明,当肉仔鸡日粮中含有50和100mg/kg牛至油,饲喂38 d,对肉仔鸡的体增质量和饲料转化率没有任何效果。此添加剂没有效果的原因主要是肉仔鸡的生产性能已很高,没有给添加剂提高生产性能的空间。Lee等(2004)在含有羟甲基纤维素的肉仔鸡日粮中添加香芹酚或肉桂醛,结果发现,单独添加香芹酚和肉桂醛组的平均增质量没有显着变化,而添加香芹酚和肉桂醛复合物组的仔鸡日增质量提高16%,说明这2种香精油对肉仔鸡的生产性能具有协同作用。
  4反刍动物中的应用
  香精油在反刍动物青贮饲料、精料及添加剂中对瘤胃都具有抗菌效果,可抑制瘤胃氨的产生。主要机制是香精油可抑制干酪素水解物和胰酶解酪蛋白产生氨,并且瘤胃中一些主要产氨率很高的细菌对香精油很敏感,香精油可抑制这些细菌生长增殖及产氨。在反刍动物日粮中添加香精油还可减少蛋白质在瘤胃中的降解,增加过瘤胃蛋白的量,从而提高反刍动物对蛋白质的利用率,这主要是因为香精油抑制氨基酸的去氨基作用(McIntosh等,2003)。Wallace(2002)研究也认为,香精油抑制氨气产生的主要来源是氨基酸。Evans(2000)在反刍动物日粮中添加麝香草酚,降低反刍动物瘤胃内甲烷、乳酸盐、乙酸盐和丙酸盐的浓度,提高瘤胃微生物发酵葡萄糖的最终pH。Newbold等(2004)报道,绵羊饲喂浓缩料:粗饲料为60:40的日粮中添加香精油可减少25%豆粕粗蛋白的降解。但Morelo等(2004)认为,在小母牛浓缩料中添加香精油对蛋白质的降解作用影响很小,只对豆粕、葵花籽粕、绿豆粕、羽扇豆粕和苜蓿草粉等5种植物性蛋白中的3种起作用。Morelo等还认为,香精油起作用的时间因蛋白质种类的不同而不同,如葵花籽粕只需10 d就可起作用,而豆粕需28 d才能起到抑制降解蛋白质的作用。同时他们还提出,香精油的用量和调整瘤胃微生物菌群的时间还需进一步研究。在提高反刍动物生产力方面添加香精油的主要作用是提高奶牛产乳量和乳质量。陈会良等(2005)在每千克奶牛基础日粮中添加15g质量分数为10%的牛至油预混剂,连续饲喂30 d,结果发现,与对照组相比,乳脂率提高7.57%,产奶量和乳蛋白率差异不显着。这主要是由于饲料中添加牛至油可使机体血清SOD和GSH—Px活性显着提高,脂质过氧化产物MDA的含量减少,提高机体整体抗氧化功能,从而有利于奶牛生产性能的充分发挥。
  5用作调味品
  香精油作为调味品现在已广泛的被用于人类食品中,如香芹酚在无醇饮料中可添加26 mg/kg,在烤制食品中可添加到120 mg/kg;肉桂醛在冰激淋中仅用到8 mg/kg,而在口香糖中用到4 900mg/kg;麝香草酚和β一紫罗兰酮在食品中也经常被用作调味品。因此,香精油也可作为诱食剂和香味剂添加到断奶仔猪阶段的仔猪日粮中。而在家禽日粮中添加似乎作用不大,但也有在家禽日粮中添加调味剂增加家禽采食量的相关报道。因此,香精油作为调味剂在家禽营养中还需进一步证实(Lee等,2004)。
  6结语
  随着人们对饲料安全性问题认识的加深,寻找抗生素和化学性饲料添加剂等添加剂的替代品已迫在眉睫。许多天然植物提取的香精油已被列为食品添加剂,并被认为是无毒无害的天然植物性添加剂。香精油以其生物活性高和利于环保等优点,引起广大科研人员和畜禽养殖者的广泛关注,目前牛至油商品化在市场上占据一定的份额。但其他香精油在畜禽生产中的研究应用尚不多见。一些香精油的安全性仍需进一步研究,如肉桂醛、香芹酚和百里香酚在动物体内毒性评价中没有表现出副作用,但在体外细胞试验中表现出低毒性,丁子香酚、薄荷醇和百里香酚均表现出对牙龈根管的刺激性。这些成分的刺激性与对细胞膜具有渗透作用及对脂膜具有溶解作用有关。另外,香精油成分的复杂性、几种香精油间的协同性和具体添加量等问题仍需解决。相信通过对其安全性、增效作用和抗菌机制等方面进行更为全面和深入的研究,芳香精油及其成分在饲料工业中的应用前景会更为广阔。

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