植物精油在肉牛和猪生产中的应用及其作用机制.docx

植物精油在肉牛和猪生产中的应用及其作用机制植物精油是从植物的花、芽、种子、叶、树皮及根等部位通过溶剂浸提、分子蒸饰、蒸汽蒸馀、超临界二氧化碳萃取等方法提取的植物体次级代谢产物。由于次级代谢物源于初级代谢的不同前体，通过不同的代谢途径合成，因此次级代谢物是含有各种成分的混合物，包括酚类、酮类、酯类、醛类、菇类和苯丙素类等。其中最主要的化合物有2类：来源于甲羟戊酸和脱氧核糖酯的菇烯类和来源于莽草酸途径的苯丙素类。近年来,植物精油被引入饲料行业中并得到广泛应用。最初在单胃动物上开展研究，结果表明植物精油能够提高畜禽生长性能以及机体抗氧化和免疫能力，而后延伸到复胃动物。在肉牛上的研究表明，植物精油具有提高肉牛生长性能、调控瘤胃发酵、降低甲烷(CH4)产量及改善牛肉品质等作用。并且，植物精油来源广泛，绿色安全，在肉牛生产中发展潜力巨大，应用前景广阔。本文综述了植物精油在肉牛生产中的应用及其作用机制。1、植物精油对肉牛生长性能和营养代谢的影响植物精油是挥发性芳香物质，有研究表明植物精油会对动物适性产生影响。适口性不好的植物精油会降低动物的采食量，适口性好的植物精油则会增加动物的采食量。研究表明，在肉牛饲粮中添加混合植物精油能在不影响饲料转化率的情况下提高采食量。Yang等研究了肉桂醛对肉牛的剂量效应，结果发现，饲粮中添加0.40gd的肉桂醛有提高肉牛采食量的趋势，而饲粮中添加1.60gd的肉桂醛则有降低肉牛采食量的趋势。与此同时，也有结果表明饲粮中添加植物精油对肉牛采食量没有显著影响。在目前的管理体制下，莫能菌素作为饲料添加剂逐渐退出肉牛饲养过程。GeraCi等研究发现，在肉牛饲粮中添加植物精油与添加莫能菌素的作用效果没有显著差异，表明植物精油可以作为肉牛饲养过程中潜在的抗生素的替代物。蛋白质是反刍动物饲粮中最昂贵的成分，饲养过程中可以通过减少瘤胃蛋白质降解或增加瘤胃微生物对氮的利用来减少蛋白氮的损失，提高生长性能。反刍动物瘤胃中的氨态氮主要由高产氨菌(hyperammonia-producingbacteria,HAP)降解饲料中的含氮化合物生成，所有已知的HAP都是革兰氏阳性菌，并且对莫能菌素等离子载体高度敏感。OneI用瑞士褐牛进行体外产气试验发现，发酵底物中添加月桂油能够降低氨态氮浓度。Ferme等研究发现，在体外瘤胃模拟系统中添加肉桂醛可以减少普雷沃氏菌属(PreVoteHa)的相对丰度，这是一组己知的HAPo同时，也有其他试验证实了植物精油对普雷沃氏菌属的抑制作用。除此之外，还有结果表明植物精油可以通过抑制嗜淀粉瘤胃杆菌(RUminObaCteramyIOPhiIUS)来减少淀粉和蛋白质等易降解底物的快速降解，从而影响蛋白质分解菌的活性。但是，也有试验结果表明植物精油对肉牛瘤胃氨态氮浓度没有显著影响。导致体内或者体外试验研究结果差异的原因有很多，可能与肉牛品种、饲粮组成、植物精油种类及剂量等有关。一些试验结果显示,在肉牛饲粮中添加植物精油能够提高饲料消化率。此外，植物精油能促进肉牛生长，有提高肉牛平均日增重的作用。植物精油除单一使用外，不同的植物精油官能团有所差异，可能会产生协同或是拮抗作用。DeSouza等研究发现，饲粮中添加丁香酚(1.33gd)百里酚(1.33gd)和香草醛(1.33gd)混合物能够增加肉牛干物质采食量，提高饲料效率和平均口增重，而且添加丁香酚、百里酚和香草醛混合物(2.00gd)和丁香油(2.00gd)的效果更为显著，而单独添加迷迭香精油(4.00gd)则降低了肉牛的生长性能。另外，植物精油的作用效果也存在剂量效应，在一定范围内随着植物精油剂量的增加产生的作用效果也更明显，但超过一定剂量可能会造成负面影响。Omaghi等试验表明，饲粮中添加肉桂醛和丁香酚提高了犊牛的平均日增重，且存在线性关系。其他学者也证实肉牛饲粮中添加0.40gd的肉桂醛有增加饲料消化率的趋势，而饲粮中添加1.60gd的肉桂醛有降低养分消化率的趋势。2、植物精油对肉牛瘤胃发酵的影响许多研究表明植物精油能改变瘤胃的发酵模式。体外试验发现，在底物中添加茶树油、百里香油和牛至油降低了乙酸比例，增加了丙酸和丁酸比例，降低了乙酸/丙酸。体内试验中也证明在荷斯坦阉牛饲粮中添加植物精油能增加瘤胃丙酸比例，降低瘤胃乙酸/丙酸。MeSChiatti等试验结果表明，与饲粮中添加莫能菌素相比，饲粮中添加植物精油混合物有提高肥育内洛牛瘤胃丙酸摩尔百分比的趋势。在肉牛生产中，如果能够增加瘤胃发酵中丙酸盐比例，同时降低乙酸、丁酸盐比例，就能够改善能量状况，提高饲料转化率。造成这类结果的原因可能是植物精油具有抗菌性，通过影响肉牛瘤胃微生物区系从而导致瘤胃发酵类型的改变。植物精油种类繁多，它们的抗菌活性很可能不是归因于某一特定机制，而在细胞中存在多个靶点，甚至这些靶点并不独立作用，可能存在交互作用。一般来说植物精油具有疏水性，在细菌细胞膜上聚集，通过与细菌膜的相互作用，改变其对氢离子和钾离子等阳离子的渗透率，最终导致细菌死亡。Ultee等提出一种质子转移机制，解离的香芹酚通过细胞质膜向细胞质扩散并解离，从而向细胞质释放质子，然后，它通过携带细胞质中的钾离子(或其他阳离子)以未解离的形式返回，钾离子通过细胞质膜运输到外部环境。Ultee等在香芹酚对蜡状芽抱杆菌(BaCillUSCereUS)作用的试验中也观察到了钾离子流出和氢离子进入的现象，这个机制与离子载体抗生素的作用机制相似。Geraci等在安格斯肉牛饲粮中分别添加莫能菌素和植物精油，结果表明二者在瘤胃发酵方面没有显著差异。除此以外，细菌耐受植物精油的能力也有所不同，革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌相比存在脂多糖(IiPOPOIySaCCharide,1.PS)层，这个结构能够让革兰氏阴性菌对亲水分子和疏水分子的渗透都有显著的调节作用，导致革兰氏阴性菌对大部分植物精油不敏感。瘤胃中产乙酸、丁酸的多是革兰氏阳性菌，而产丙酸和城珀酸的则多为革兰氏阴性菌。也有研究显示，百里香酚和香芹酚能够分解革兰氏阴性菌的1.PS层结构，增加细胞膜对ATP的通透性，达到抑制革兰氏阴性菌的作用。体外试验表明，在肉牛肥育饲粮中添加植物精油显著提高了反刍兽半月形单胞菌(Selenomonasruminantium)的相对丰度，在波尔山羊肥育饲粮中添加百里香酚显著提高了链球菌(StrePtOCoCCUS)的相对丰度。体内试验中，在荷斯坦阉牛饲粮中添加百里香酚，降低了瘤胃产琥珀酸丝状杆菌(FibrobCaterSUCCinogeneS)的相对丰度，在杂交犊牛饲粮中添加植物精油降低了瘤胃中白色瘤胃球菌(RUminOCoCCUSalbUS)的相对丰度。反刍兽半月形单胞菌和链球菌是主要的产丙酸菌，白色瘤胃球菌、产琥珀酸丝状杆菌是主要的产乙酸菌。由此推论，植物精油对肉牛瘤胃中挥发性脂肪酸浓度的影响可能是通过改变瘤胃微生物区系所造成的。在肉牛生产后期，往往通过高精料饲粮达到育肥效果。然而大量添加精料会导致瘤胃酸中毒，从而影响肉牛的生长性能，造成饲料转化率降低。牛链球菌(StrePtOCoCCUSbOViS)是引起瘤胃酸中毒的主要菌种，饲喂肉牛高精料饲粮时，牛链球菌生长不再受能量限制，随着其生长速度的增加，细菌内1,6二磷酸果糖和丙酮酸浓度可能会增加，这些中间产物会激活乳酸脱氢酶，同时磷酸三糖浓度也可能随之增加，导致丙酮酸甲酸裂解酶活性被抑制，这些变化导致更多的淀粉用于生产乳酸。不能被充分利用的乳酸滞留在瘤胃中，致使瘤胃液PH降低，瘤胃液PH长期低于6.0则会导致瘤胃酸中毒。埃氏巨型球菌(MegaSPhaeraeISdenii)是瘤胃中重要的乳酸利用菌，不仅能够将乳酸发酵为丁酸和通过丙烯酸酯途径生成丙酸，还能与乳酸产生菌竞争底物从而抑制产乳酸菌生长，缓解瘤胃pHoZotti等试验表明，饲粮中添加薨麻油和腰果壳油能降低肉牛瘤胃乳酸的浓度；进一步研究发现，饲粮中添加植物精油可以显著降低肉牛瘤胃牛链球菌的相对丰度，而且还能显著增加瘤胃埃氏巨型球菌的相对丰度。3、植物精油对肉牛甲烷产量的影响产甲烷菌在瘤胃中通过与其他瘤胃微生物相互作用，利用其他微生物发酵产生的氢气(H2)、二氧化碳(CO2)作为底物，还原成甲烷。甲烷的全球升温潜在值是C02的2125倍，是主要的温室气体之一，反刍动物生产过程中的温室气体排放量占全球的16%25%,占人为甲烷排放量的33%。不仅如此，反刍动物摄入的饲料能量有2%12%以甲烷的形式流失。如果能够有效降低甲烷产量不仅对环境友好，而且能够降低成本。因此，国内外学者对植物精油能否降低肉牛甲烷产量产生了浓厚的兴趣。Onel等用瑞士褐牛瘤胃液进行体外产气试验，结果表明添加0.05g1.月桂油能够显著降低甲烷产量。EVanS等在以海福特阉牛的瘤胃液进行连续培养，发现添加0.40g1.百里酚降低了甲烷产量。一般来说，影响甲烷产生的原因有2个，其一是抑制了产甲烷菌和原虫数量，其二是减少了合成甲烷的底物含量。大多数甲烷菌与原生生物无关，但一些纤毛虫存在产氢体，能够吸引部分产甲烷菌作为共生菌。有研究认为产甲烷菌与原生生物的共生关系对甲烷排放有37%的贡献率。研究表明，饲粮中添加植物精油可以降低瘤胃原虫和产甲烷菌的相对丰度。植物精油与细菌通过膜互作，尤其是对革兰氏阳性菌，通过抑制纤维素降解菌从而使得糖发酵的产物由乙酸转变为丙酸，从而减少合成甲烷的底物含量。一些试验结果显示在饲粮中添加植物精油会降低肉牛瘤胃中H2和C02浓度。与此同时，也有试验表明饲粮中添加植物精油对肉牛瘤胃中甲烷产量没有显著影响。可能的原因在于使用的植物精油的种类和剂量、饲粮的组成和结构等有所差异所导致。4、植物精油对牛肉品质的影响植物精油对肉品质的影响主要体现在其抗氧化活性上。肉牛经过屠宰后肌肉的抗氧化能力逐渐降低，氧化反应占主导地位，产生大量自由基，而自由基的产生与抗氧化防御机制之间存在平衡，过量的活性氧会导致肉品质包括其营养和感官品质的恶化。植物精油具有抗氧化活性，其中酚类可以消除或减少自由基，酚羟基与金属离子螯合，菇烯类能上调抗氧化酶的活性，减少脂质氧化。MOnteSChio等研究表明，在肉牛肥育期饲粮中添加植物精油能降低脂肪氧化，改善货架期肉品质。丙二醛(malondialdehyde,MDA)是脂质氧化的终产物，常用来反映肌肉氧化程度，并将其含量作为动物抗氧化能力的重要指标。有试验表明饲粮中添加植物精油能显著降低牛肉MDA含量。Rivaroli等研究发现，在犊牛饲粮中添加3.50gd植物精油可减少脂质氧化，然而，饲粮中添加7.00gd植物精油对熟化过程中的牛肉具有促进氧化作用。高剂量的植物精油促进氧化可能是由于高剂量下精油能与线粒体相互作用，并对其造成损伤，产生更多的自由基加快脂质氧化。此外，屠宰后牛肉不断氧化会破坏细胞膜，进而使得细胞脆性增加及系水力降低等。Pukrop等的研究结果表明，饲粮中添加植物精油能显著减少牛肉的贮存损失，从而维持系水力。牛肉的嫩度在一定程度上受到肌纤维结构的影响，有试验表明，在内洛牛肥育饲粮中添加植物精油混合物，能通过增加牛肉肌节长度、可溶性胶原蛋白含量,降低In型胶原蛋白含量来改善牛肉嫩度。骨骼肌中I型和HI型胶原蛋白最为丰富，I型胶原蛋白与11I型胶原蛋白的比例会影响肉的嫩度，在烹饪过程中直接受到热量的影响，HI型胶原蛋白在加热时可能比I型胶原蛋白更难溶解，并且HI型胶原蛋白可能参与肌包膜纤维和肌内膜鞘之间边界的形成，这对肉的纹理特性有一定作用。同时，肌肉的嫩度与钙蛋白酶有关，钙蛋白酶是肌原纤维蛋白降解的限速酶，剪切力、肌纤维直径等指标与钙蛋白酶活性显著相关。植物精油的抗氧化性可能抑制钙蛋白酶的氧化，从而改善肌肉嫩度。牛肉包装后贮藏期间，高含量的水分、氧气会促进脂质氧化，也会促进许多致病菌如大肠杆菌(ESCheriChiaCOIi)、单核增生李斯特菌(1.iSteriamOnOCytOgenes)、肠炎沙门氏菌(SaImonenaenteritidis)、鼠伤寒沙门氏菌(SalmOnenatyPhimUriUm)和肠炎耶尔森菌(YerSiniaenteritidiS)的滋生。在食品工业中，利用植物谒油的抗菌性和抗氧化性，在牛肉包装储存的过程中可有效抑制细菌生长及脂质氧化，而且能够提高牛肉颜色、气味及整体可接受性等感官特性，从而延长牛肉的货架期。5、小结植物精油是一种应用前景广阔的饲料添加剂，能够提高肉牛生长性能，改善瘤胃发酵，减少瘤胃甲烷的产生，改善牛肉品质，而且与莫能菌素相比还具有抗氧化活性的优点。此外，植物精油中活性成分不仅存在协同和拮抗作用，而且种类繁多，因此多种能够促进肉牛生长且具有协同作用的植物精油混合使用更被看好。同时，植物精油的添加剂量更多的是根据体外试验或是测定最低抑菌浓度等方法得到的结果进行确定，可能与体内发挥作用的最佳剂量存在差异。而且研究表明植物精油存在剂量效应，在一定范围内有利于肉牛生产，超过限度则对其有负面影响。未来通过体内试验确定植物精油的最佳组合和最佳剂量对肉牛生产意义深远。植物精油在猪生产中的应用研究进展近些年来，考虑到抗生素在畜禽生产中的使用可能引起的诸如超级耐药细菌和药物残留等威胁人类安全和健康的情况，欧盟及相关国家相继开始禁止饲用抗生素的使用，开发新型绿色饲料添加剂成为动物营养研究领域的热点之一。植物精油由于能在动物体内快速降解，不在体内蓄积，加之其本身具有促生长、抑菌杀菌和抗氧化等生物学特性，因此植物精油作为一种安全、高效和绿色的新型添加剂在畜禽生产中的应用得到了越来越多的关注。植物精油的定义及特性植物精油是一类通过水蒸气蒸储法、挤压法、冷浸法或溶剂提取法萃取植物经光合作用后形成的挥发性芳香物质。植物精油主要以草本植物的花瓣、叶子、根、树皮、果实、种子、树脂等富集芳香分子的部位为原料，常用于提取精油的植物有百里香、牛至、肉桂、丁香等。精油的产量随着植物的部位、生长环境、收割时期及精油提取方法的不同而不同。天然植物精油被美国的食品香料与萃取物制造者协会认定为安全无公害物质。它作为一类存在于植物体内的次生代谢产物，化学成分十分复杂，其有效成分主要有菇类化合物、芳香族化合物、脂肪酸族化合物和含氮含硫类化合物，精油是油类物质，常温下多为液态，色泽不一，易挥发，通常具有令人愉快的气味和独特的味道，因此大量的用于调味料和香水工业。由于其具有抑菌杀菌的作用，精油也常被用于食品和动物生产。在猪生产中的应用研究1）植物精油在断奶仔猪生产中的应用研究仔猪断奶后通常经历来自生理、环境和社会方面的诸多挑战，而此时仔猪尚在幼龄，自身的肠道消化系统和免疫系统还不成熟，所以断奶会引起仔猪的应激反应，如采食减少、生长缓慢、易感疾病等，而在日粮中添加精油会对仔猪的生长性能和营养物质消化率及肠道健康产生影响，为缓解仔猪断奶应激的提供可行性。1.an等报道，添加0.04%精油提高了断奶仔猪的平均日增重和耗料增重比，改善了干物质、氮、总能和氨基酸的表观回肠末端消化率。而Maenner等选用300头断奶阉公猪和母猪分4批试验研究,发现薄荷醇精油也改善了耗料增重比,这可能与粗蛋白质和大多数氨基酸表观回肠末段消化率的提高有关，但精油对肠道中乳酸杆菌、肠球菌、梭菌、埃希氏菌等7种菌群含量均无影响。张勇等研究发现，与对照组相比，牛至精油显著提高了断奶仔猪平均日增重，降低了断奶仔猪腹泻率。精油对动物生长性能和营养物质消化率的促进作用，可能与精油能够增加唾液、胆汁的分泌及提高消化酶的活性有关。然而，JanCZyk等发现，在卫生状况高和低水平下，添加精油对断奶仔猪生长性能并无影响，仅降低了39日龄时断奶仔猪结肠的菌群多样性。但是精油一直以来被用于人和动物中有害微生物的抑制，并且发现对革兰氏阳性菌的抑制作用稍微强于革兰氏阴性菌。有研究表明，在仔猪日粮中添加精油复合物能够降低粪便中大肠杆菌的数量，而增加乳酸杆菌数量。而且精油抑制肠道有害菌的同时，也会提高肠道上皮细胞的再生能力，改善肠道形态，促进营养物质的吸收利用。总的来说，精油在断奶仔猪上的应用效果会随着所使用的精油种类及精油的添加量水平的不同而不同。但是多数研究结果显示，精油会促进断奶仔猪营养物质消化率和生长性能的提高，改善肠道形态和促进肠道微生态平衡。断奶仔猪生长性能的改善和其本身的免疫性能和抗氧化能力的提高是相伴发生的，添加精油也会对断奶仔猪的免疫性能和抗氧化性能产生影响。方热军等研究发现，日粮中添加适量植物精油提取物能提高断奶仔猪的平均日增重、平均日采食量、血清总蛋白，降低耗料增重比、腹泻率和尿素氮，谷胱甘肽过氧化物酶与超氧化物歧化酶的活力显著提高以上研究结果表明，添加精油使动物需要动用较少的能量而获得较好的免疫状态，节省更多的营养物质提供给动物生长，这也可能是精油促进动物生长的一个原因。而抗氧化性能的提高使动物免受氧化损害，使动物保持健康的状态。此外，有学者比较了单独或复合植物精油和其他添加剂的使用效果。张勇等研究表明，牛至精油和三丁酸甘油酯显著降低了断奶仔猪耗料增重比和腹泻率，显著提高了断奶仔猪粗蛋白质和粗脂肪表观消化率以及粪中双歧杆菌的数量，显著降低粪中大肠杆菌的数量Jiang等在日粮中添加精油、复合酶或者二者组合，发现添加精油和复合酶组合能降低大肠杆菌感染后断奶仔猪第一周的粪便评分，降低隐窝深度，增加绒毛隐窝高度比，显著减少了大肠菌群数量；相比于精油组，精油和酶组合下调了TNF-Cl和白介素6因子表达。Ahmed等研究结果显示，相比于阴性对照组，添加精油提高了仔猪血清中IgG含量，改善了氮的消化率，增加了粪便中乳酸杆菌数量；而精油和白藜芦醇组均减少了粪便中沙门氏菌和大肠杆菌数量。总的来说，单独或复合添加精油和其他物质对于断奶仔猪的生长性能、肠道形态及微生物和免疫性能等的影响与精油和其他添加物本身的作用效果、添加水平及添加物之间的相互作用相关。2）植物精油在生长育肥猪生产中的应用近几年来，植物精油在生长肥育猪上的应用研究多集中在对生长性能和肉品质的影响方面。ZOU等研究发现，添加精油提高了肥育猪平均日增重，降低了耗料增重比和运输5h后体重损失;而精油组增加了pH45min和屠宰后24h后肉色,减少了育肥猪背最长胸和腰肌24h后滴水损失。另外，血清、肌肉和肝脏中硫代巴比妥酸反应物TBARS和活性氧类物质水平下降，血清和肝脏中谷胱甘肽过氧化酶和总超氧化物歧化酶含量升高。田冬冬等研究表明，添加香精油改善了生长肥育猪日增重和饲料转化率，但采食量影响不显著。王改琴等发现，添加复方精油可以有效改善生长猪的采食量和日增重，且该复方精油可降低呼吸道疾病和腹泻发生率。Yan等发现，在生长育肥猪生长期前6周，饲喂精油提高了平均日增重、增重耗料比以及氮和能量的利用率，但后10周没有这个效果，精油增加了试验结束时育肥猪背最长肌面积，降低了黄度值和氨气排放。以上结果表明，精油的添加不仅提高了生长肥育猪的生长性能，而且促进了肉品质如抗氧化性、色度值的改善。3）植物精油在母猪生产中的应用近几年关于植物精油在母猪生产上的应用研究相对较少。精油在母猪上的应用主要关注其对母猪生产性能、免疫功能和乳成分的影响。Balasubramanian等研究结果发现,添加100Omgkg微胶囊包被有机酸和精油组合显著增加了分娩前后和断奶时母猪的体重；添加有机酸和精油组合增加了哺乳仔猪体重，平均日增重和粪便评分，减少了腹泻仔猪的头猪。Tan等研究发现，在经产大白母猪日粮中添加15mgkg牛至精油显著提高了前3周哺乳仔猪平均日增重,有增加母猪采食量的趋势；精油组显著降低了母猪哺乳第天血清中8-羟基脱氧鸟喋吟和TBARS含量，增加了母猪粪便中乳酸菌，减少了大肠杆菌和肠球菌数量。周选武等也发现添加植物精油改善了母猪生产性能与免疫功能，并且对于抗生素，植物精油的效果更好，植物精油作为抗生素的潜在替代产品，具有很好的开发价值和应用前景因此精油可以作为抗生素的替代产品在母猪上应用。综上所述，精油能够提高母猪的生产性能和哺乳性能，改善其免疫功能，为实现母猪健康高效的生产提供有力条件。在应用中需要注意的问题首先，因植物精油的来源和提取方法不同，其具体活性成分和活力也会存在差异，这就需要饲料配方师和饲养管理人员在实际应用中明确所添加精油的成分及其可能的功能，根据情况确定其适宜的添加剂量，条件允许的话可以在猪场先进行小规模的群体试验。其次，不同猪群生理阶段特点不同，饲养的目的和方式也存在差异，养猪者应根据自身猪群特点和需求合理确定精油的添加与否及其形式剂量，以实现生产性能和经济效益的协调。最后，由于植物精油在猪生产中现尚无一个明确的标准或规范，且饲料加工过程对于精油活性的影响缺乏详细的研究，给养殖企业实际应用带来不便，这就需要养猪生产者具备一定的鉴别能力，为精油的使用找到最为标准和有效的使用方法。小结植物精油由于其绿色、无残留且无毒副作用的特点，作为一种研究较多的新型饲料添加剂，具有广阔的应用前景。目前.，国内外大部分研究结果表明添加植物精油对生长性能、免疫指标或肠道健康等有一定的积极作用。但植物精油的作用机理还有待深入研究，力求为禁用抗生素后猪的饲养管理提供可行的解决方案，也为推动其作为一种新的绿色环保饲料添加剂提供科学参考。