常见植物精油化学成分、药理作用及在家禽生产上的应用进展论文

2024-11-07 13:37:16 来源: 作者:liziwei
摘要:植物精油主要存在于植物的叶子、茎、花、果实、树皮和根中,大部分植物精油中具有2~3种主要成分,占其总含量的20%~70%。主要由萜类、萜烯类和苯丙烷类组成,这些化合物通常是通过丙二酸、甲羟戊酸、赤藓糖-4-磷酸等途径在细胞质中合成。植物精油作为天然产物的一种,在药物临床研究中扮演着十分重要的角色,有望成为一种可缓解全球耐药性危机的天然药物,有着广泛的开发利用前景。该文主要对10种植物精油化学成分、药理作用及在畜禽生产上的应用综述,探讨其在兽用抗菌剂和新型饲料添加剂的研发价值。
摘要:植物精油主要存在于植物的叶子、茎、花、果实、树皮和根中,大部分植物精油中具有2~3种主要成分,占其总含量的20%~70%。主要由萜类、萜烯类和苯丙烷类组成,这些化合物通常是通过丙二酸、甲羟戊酸、赤藓糖-4-磷酸等途径在细胞质中合成。植物精油作为天然产物的一种,在药物临床研究中扮演着十分重要的角色,有望成为一种可缓解全球耐药性危机的天然药物,有着广泛的开发利用前景。该文主要对10种植物精油化学成分、药理作用及在畜禽生产上的应用综述,探讨其在兽用抗菌剂和新型饲料添加剂的研发价值。
关键词:植物精油;化学成分;抗菌剂;饲料添加剂
0引言
近年,抗生素在家禽生产上暴露出的耐药性和残留问题异常突出。我国于2020年7月1日起禁止在饲料中添加促生长类药物(除中药外),寻找抗生素替代品迫在眉睫。植物精油是存在于植物体内运用水蒸气蒸馏法提取出来的一种具有芳香气味的油状液体的总称,是天然植物和香料的精华,是一种相对分子质量较小的植物次生代谢产物,在生物医学、制药等领域得到广泛研究。目前,有17 000余种植物可以产生植物精油,但仅有300余种植物精油商业化推广。植物精油常通过加氢蒸馏、蒸汽蒸馏、干馏或植物的机械冷压获得。此外,蒸馏萃取(SDE)、二氧化碳超临界萃取法、微波辅助等方法在实验室被广泛应用。同时,植物精油也可通过发酵、粉碎或水解等方法来提取。但是,选择提取方法的不同,所获得的植物精油的化学成分可能会有所不同。本文主要对10种常见精油化学成分、药理作用及在畜禽生产上的应用综述,旨在探讨植物精油在兽用抗菌剂和新型饲料添加剂方面的研发价值。
1 10种植物精油化学成分及药理作用
1.1薰衣草精油
薰衣草属唇形科植物薰衣草属半灌木或矮灌木,有40个不同的物种和数百个品种及xx。薰衣草精油是用新鲜或干燥的开花植物尖端通过水蒸气蒸馏获得的,是一种无色或淡黄色的液体,具有特殊的气味。薰衣草精油在化妆品中广泛使用,成为世界上最常见的栽培植物之一,种植区主要分布在欧洲、中东、亚洲和北非。其主要成分是芳樟醇(20%~45%)、乙酸芳樟酯(25%~46%)这一对对映异构体,该成分含量越高,代表薰衣草精油质量也越高。此外,ISO 3515:2004中还规定了其他成分的含量:柠檬烯(>1.0%)、桉树脑(<2.5%)、樟脑(>1.2%)、松油烯-4-醇(0.1%~6.0%)、醋酸薰衣草酯(<0.2%)和α-松油醇(>2.0%)。薰衣草精油具有多种活性,包括抗菌消炎、抗氧化、延缓衰老等,薰衣草精油可以杀灭鸡体内的金黄色葡萄球菌、鸡白痢、沙门氏菌,同时促进鸡的生长。此外,薰衣草作为一种中药药材,具有降血压、防感冒、镇静催眠、缓和情绪、促进细胞再生、修复灼伤与晒伤、改善各种皮肤病症状等作用。薰衣草的香味浓郁,对人体副作用小,其精油作为一种天然的、无毒性的、环境友好型的芳香植物提取物在医药、食品、化妆品、日常生活等领域被广泛应用。
1.2薄荷精油
薄荷,是唇形科薄荷属的一种多年生草本植物。大约有30种物种,生长在温带气候区,特别在欧洲、北美、北非(叙利亚、埃塞俄比亚)和伊朗北部。不同地区获得的精油化学成分多样化。薄荷是一种多年生植物,高30~90 cm,有许多地下和地上的匍匐茎和紫色的茎。叶子长圆形,呈深绿色,需要肥沃和透水的土壤。薄荷精油是用水蒸气蒸馏干燥的叶子后获得的一种呈浅黄色或绿色、具有强烈的薄荷香味液体。薄荷精油中已鉴定出大约300种化合物,主要成分是薄荷醇(30%~55%)和薄荷酮(14%~32%)。前者以(1R,3R,4S)构型(20%~60%)的异构体形式存在,后者主要异构体是(1R,4S)(5%~35%)。此外还包括一些桉树脑(3.5%~14%)、乙酸薄荷酯(2.8%~10%)、异薄荷醇(1.5%~10%)、薄荷呋喃(1.0%~9.0%)、柠檬烯(1.0%~5.0%)、胡薄荷酮(<4.0%)和香芹酮(<1.0%)。薄荷精油具有杀菌消炎抗肿瘤等活性主要源于薄荷醇是其主要活性成分,在工业、商业上有大规模的使用和生产销售,在香精制作、化妆品、食品、医疗卫生及病害虫防治等方面应用尤为广泛。薄荷易受地理环境影响,选择适宜的生长环境和季节采摘,精油中薄荷醇的含量会相对较高。
1.3百里香精油
百里香属由400多种植物组成,属于唇形科植物,为半灌木,可作为食材,味道辛香。百里香精油存在于子叶、花朵的腺毛中,主要含有酚类、单萜类、酯类、醇类等化合物,这些化合物极易挥发且具有不同的气味,形成了百里香精油刺激性的特殊香味。百里香酚精油主要成分为百里香酚(36%~55%)和对伞花烃(15%~28%),γ-萜品烯(5%~10%)、芳樟醇(4%~6.5%)、香芹酚(1%~4%)、β-月桂烯(1%~3%)、松油烯-4-醇(0.2%~4.0%)。此外还有一些单萜烃类,如α-蒎烯、α-萜品烯、樟脑等。根据百里香精油中主要单萜含量的不同,分为6种化学型:香叶醇型、α-萜品醇型、苏糖醇-4型、芳樟醇型、香芹酚型和百里香酚型,其中应用最广、抗菌活性最强为百里香酚型。百里香酚型精油具有较强的抗菌活性和防腐功效被广泛研究,此外,百里香酚型精油还被应用于治疗呼吸道炎症疾病、泌尿感染、胃炎症疾病、萎缩性关节炎和口腔感染。
1.4白千层油
白千层树属于桃金娘科,原产于东南亚和澳大利亚。白千层油是从白千层树的树叶中通过水蒸气蒸馏得到的,呈黄绿色,带有强烈的草本气味。白千层油最具特色的成分之一是1,8-桉树脑(桉树脑),它具有樟脑的药味。其含量从15%~60%不等。除了桉叶油素外,白千层油还含有萜烯(γ-萜品烯、柠檬烯、对伞花烃、萜品油烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-石竹烯、α-葎草烯、芳香树烯、α-硒烯和β-芹子烯)。此外,白千层油中还含有萜类化合物(α-萜品醇、芳樟醇、松油烯-4-醇、桉油醇、匙叶桉油烯醇、蓝桉醇和绿花白千层醇)。白千层油的主要成分因地区不同而不同,在印度尼西亚,白千层油中1,8-桉树脑含量高;在巴布亚新几内亚,存在2种化学型,化学型I含有大量(2%~80%)的1-乙酰-4-甲氧基-3,5,5-三甲基环己基-2,5-二酮,化学型Ⅱ的主要成分是α-蒎烯,1,8-桉树脑、γ-萜品烯、β-伞花烃和β-石竹烯。此外,古巴的白千层油主要含有绿花白千层醇(28.2%)和1,8-桉树脑(21.3%)。印度南部的白千层油中含有(E)-橙花油(76.58%~90.85%)、β-石竹烯(1.52%~4.49%)、绿萝(0.19%~2.79%)、(E)-β-法呢烯(≤0.10%~2.67%)和α-葎草烯(0.22%~1.03%),而来自印度北部的白千层油含有1,8-桉树脑(19.9%)、β-桉叶油醇(15.8%)、α-桉叶油醇(11.3%)和愈创木酚(9.0%)。白千层油具有杀菌、防霉、防腐作用,在医药、美容、食品保鲜上被广泛应用。
1.5肉桂精油
肉桂是一种生长在斯里兰卡和亚洲热带国家的天然植物。它是一种重要的香料植物,在世界范围内广泛使用。肉桂精油是从肉桂的幼枝或树叶中通过水蒸气蒸馏的方式提取出来的,因其较强的促进伤口愈合的活性而广为人知。肉桂精油的主要成分是反式肉桂醛、邻甲氧基肉桂醛、肉桂醛、苯甲醛、苯乙醇、冰片、丁香酚、香豆素和肉桂酸。根据其来源的不同(树枝或者树叶),2种主要成分(丁香酚和肉桂醛)的比例显着不同。从肉桂皮提取的精油丁香酚含量低(5%~10%),肉桂醛含量高(65%~80%),而从肉桂叶提取的精油丁香酚含量高(10%~95%),肉桂醛含量低(1%~5%)。肉桂精油具有广谱抑菌和抗氧化活性,多用于呼吸道疾病的治疗,在有些日化品中和食品保险方面广泛应用。
1.6丁香精油
丁香是一种桃金娘科的植物,原产于印度尼西亚莫鲁基群岛。丁香精油是将丁香未成熟的花蕾粉碎后水蒸气蒸馏9~24 h得到的。丁香精油比水重,无色或淡黄色,具有持久甜美的香味。丁香精油的主要成分为丁香酚(30%~95%),还有醋酸丁香酚、β-石竹烯、α-伊兰金、δ-卡丁烯及具有芳香结构的化合物,即甲基丁香酚、茴香脑、香草醛、苯甲醇、肉桂醛、水杨酸苄酯和炉甘石。丁香油的化学成分取决于油的来源和叶子的发育程度,从叶子中提取得到的精油和从芽中的有所不同,主要是醋酸丁香酯的含量更低。波兰药典定义了精油中以下成分的含量:β-石竹烯(5%~14%)、丁香酚(75%~88%)和醋酸丁香酚(4%~15%)。丁香精油可缓解阵痛,治疗烧伤、促进血液循环等作用,其液体制剂主要应用于公共场所消毒。
1.7桉树精油
桉树属于桃金娘科植物,是生长在澳大利亚森林的一种常绿乔木。桉树油是从其灰白色的花中通过水蒸气蒸馏提取得到的。其主要成分有1,8-桉树脑(桉树脑)、柠檬烯、α-蒎烯、γ-松油烯和α-松油醇。欧洲和英国药典指出,药用的桉树精油必须含有至少70%的1,8-桉树脑。桉树精油是一款可以缓解情绪,在治疗呼吸道疾病上有很好的效果,多用作空气清醒剂等日化产品中。
1.8鼠尾草精油
鼠尾草是唇形科鼠尾草属多年生草本植物,鼠尾草属是唇形科中最大的属,由近1 000种物种组成。其精油是通过水蒸汽蒸馏法从地上部分干燥的茎叶中提取出来的。鼠尾草精油中有120多种成分,主要成分为酮类和单萜烃类,如冰片、樟脑、1,8-桉叶素、莰烯、柠檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-香柏酮、β-香柏酮、α-葎草烯倍半萜烯衍生物、β-石竹烯等,还存在α-石竹烯、喇叭茶烯、绿花白千层醇、泪柏醇和芹菜素。有研究者根据4个主要组成不同分成了5个组:①樟脑>α-石竹烯>1,8-桉树脑>β-石竹烯;②樟脑>α-石竹烯>β-石竹烯>1,8-桉树脑;③β-石竹烯>樟脑>1,8-桉树脑>α-石竹烯;④1,8-桉树脑>樟脑>α-石竹烯>β-石竹烯;⑤α-石竹烯>樟脑>β-石竹烯>1,8-石竹烯。鼠尾草精油具有抗风湿、抗痉挛、保肝利胆等作用,目前主要在日化产品中推广。
1.9茶树精油
茶树精油是从桃金娘科互叶白千层枝叶中提取出来的一种植物精油,主要是由醇类、单萜、倍半萜烯及百余种化合物组成。主要成分有萜品-4-醇(≥30%)、萜烯(约20%)、α-萜品烯(约8%)、ρ-伞花烯(约8%)、α-蒎烯(3%)、萜品油烯(约3%)和1,8-桉树脑(≤15%)。其中根据化学成分含量不同,茶树精油被分为6种化学类型,分别是萜品油烯化学型、松油烯-4-醇化学型和4种1,8-桉叶素化学型。此外,在突尼斯生长栽培的互叶白千层中的精油中只含有少量的松油烯-4-醇、γ-萜品烯或对伞花烃,但含有大量的反式-松香芹醇、甲基丁香酚或卡拉稀。茶树精油具有尖锐的樟脑气味和薄荷醇的清凉感,在香料、农业、食品工业以及日化产品中具有广泛的应用前景。
1.10牛至精油
牛至为唇形科牛至属植物,种类多至60余种,广泛分布于北非、亚洲、西伯利亚和地中海东部地区。牛至精油是从牛至中提取的一种淡黄色澄清油状液体,含有约50余种挥发性芳香化合物的天然植物产品。其主要成分是萜烯(单萜和倍半萜),化合物的比例决定了牛至的化学类型,根据酚类物质的比例,牛至有4种主要的化学类型,以百里香酚/香芹酚为主,香芹酚型、百里香酚型、低酚高醇含量型。大多数种类主要含有百里香酚、香芹酚、对-聚伞花素、γ-松油烯、3-辛酮、月桂烯、石竹烯等成分,其中香芹酚和百里香酚这2种挥发性化合物是牛至精油的主要萜烯成分,含量高的品种可达78%~82%,对聚伞花素(4-异丙基甲苯)和γ-萜品烯是香芹酚和百里香酚的前体化合物。截止目前,牛至精油被认为是已被发现的最有效的天然抗菌剂和抗氧化剂之一,在产品研发上被广泛研究推广。
2植物精油在家禽生产上的应用
2.1植物精油对家禽生产性能的影响
植物精油在家禽生产上的研究及报道较多,但结果相对不统一。韩旭[1]对蛋鸡中添加不同剂量的牛至油,研究其对蛋鸡的生产性能影响。结果表明,牛至油能提高蛋鸡的产蛋率和料蛋比,其中加入100 mg/kg的牛至油对产蛋率影响较大,可以提高蛋鸡对营养物质的吸收,提升产蛋量;徐静等在蛋鸡饮水中添加不同浓度的大蒜精油来探究其对蛋鸡生长性能影响,结果显示试验梯度浓度的大蒜精油均可降低料重比,提高蛋鸡饲料转化率,其中浓度为0.06 mL/L的大蒜精油在提高蛋鸡的生产性能,延长产蛋期上尤为明显。也有相关研究表明,植物精油未明显提高家禽生产性能,只是增加了蛋鸡的蛋黄颜色深度。王光富等发现,在基础饲料中添加300 mg/kg植物精油对蛋鸡的生产性能影响不显著,只增加了蛋鸡的蛋黄颜色深度。因此,影响家禽生产因素较多,与精油的种类、家禽种类、饲料及饲养环境等相关因素有关。
2.2植物精油对家禽肠道微生物菌群和肠道结构的影响
植物精油可调节家禽肠道微生物菌群,优化肠道微生物环境,改变肠道结构。司建河等在肉鸡日粮中添加百里香精油,发现百里香精油能抑制肉鸡肠道微生态中乳酸菌和大肠杆菌生长。刘洋等研究肉桂精油主要成分(肉桂醛)对肉鸡肠道菌群影响,结果显示高浓度梯度的肉桂醛可显著降低盲肠大肠杆菌的数量,显著提高盲肠中双歧杆菌、乳酸菌的数量;试验组高浓度肉桂醛显著提高了十二指肠、空肠肠绒毛高度、降低隐窝深度,后者的改变直接影响了肠道结构功能和吸收营养物质的能力。周洪彬等利用不同植物精油主要成分来探究其对肉鸡生长性能和肠道发育的影响,结果发现植物精油组能显著提高空肠绒毛高度,减低隐窝深度,增大了肉鸡肠道吸收面积,降低料肉比,促进营养吸收。综上,植物精油对家禽肠道微生物有复杂的调节作用,可调节肠道微生物菌群平衡,改变肠道功能结构,从而保持肠道的内环境平衡。
2.3植物精油对蛋、肉品质的影响
影响家禽肉品质的指标主要是脂类不被氧化,植物精油能抑制肉、蛋被氧化,从而改善家禽蛋肉品质。于彩云利用八角茴香精油对蛋鸡抗氧化性能的研究中发现,八角茴香精油可增加蛋壳的厚度和强度,提高鸡蛋营养成分含量,增强蛋黄抗氧化能力,延长鸡蛋存放时间。在鸡饲料中添加百里香精油主要成分(百里香酚、香芹酚)来研究其对鸡肉脂类氧化的影响,结果显示百里香精油可对鸡腿部和胸部脂肪被氧化具有抑制作用。在火鸡饲粮中添加止痢草精油,发现后者可以明显延缓腿部和胸部脂类氧化。可见植物精油对改善家禽肉、蛋品质具有促进作用。
3小结
植物精油成分复杂,大量的亲脂类化合物赋予了植物精油强大的抗菌、抗病毒、抗氧化活性,在畜禽生产应用上有着广阔的应用前景,但当前对植物精油的应用研究只是停留在精油整体部分,缺少精油单体之间相互作用的研究,导致用于药物研发时质量标准很难确定,基础研究方面有待进一步深入探索;植物精油提取率较低,价格昂贵,在生产上的投入加大了畜禽养殖生产成本投入,市场前景有待进一步考证;相对于单一精油,复方精油的药效研究相对较少,复方精油的价值未得到发掘。关于以上问题,需要科研工作者探索单体与单体之间的药效,确定植物精油的有效成分,合理搭配使其发挥最大药效功能;应用分子生物学、蛋白组学等技术,以细胞和基因水平为切入点,深入探索植物精油的药理活性,研发出活性较强的多种复方精油制剂、产品。作为新型抗生素替代品,在新型兽药和饲料添加剂研发上具有很大的开发空间,期待有价值的精油类畜禽抗菌剂和饲料添加剂产品问世,推动我国畜禽养殖业绿色高质量发展。
参考文献:
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[3]王光富,梁赛赛,李雪媛,等.植物精油和有机酸对21至35周龄蛋鸡生产性能及蛋品质的影响[J].家畜生态学报,2018,39(4):22-26.
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