葉黃素在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進(jìn)展

呂仁龍 李 茂 胡海超 周漢林

(中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，儋州 571737)

葉黃素(lutein)屬含氧類(lèi)胡蘿卜素，廣泛存在于自然界植物中(如牧草、藻類(lèi)和果蔬)[1]，它可在人體內(nèi)合成維生素A[2]。葉黃素具有多種生物學(xué)功能，其強(qiáng)抗氧化功能有助于增強(qiáng)機(jī)體免疫力[3]，對(duì)多種癌癥和心血管疾病具有抑制作用[4-5]，同時(shí)可防止氧化引起的脂質(zhì)過(guò)氧化[6]。葉黃素是人眼視網(wǎng)膜黃斑區(qū)主要組成成分，人體內(nèi)不能自行合成葉黃素，外來(lái)食物是攝入葉黃素的唯一來(lái)源[7]。此外，葉黃素有顯著的著色功能，研究人員針對(duì)這個(gè)功能，將其作為飼料和食品添加劑進(jìn)行了大量研究[8-9]。一些研究者對(duì)添加了葉黃素的家禽和水產(chǎn)飼料進(jìn)行了評(píng)價(jià)[10-11]。奶牛飼糧中補(bǔ)充葉黃素會(huì)直接影響乳制品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[12]。此外，Alvarez等[13]研究表明，葉黃素只出現(xiàn)在放牧羔羊的血漿中，這可以有助于很好地區(qū)分放牧羔羊和舍飼羔羊。研究結(jié)果顯示，在反芻動(dòng)物飼養(yǎng)過(guò)程中，以精飼料為主飼養(yǎng)的方式和完全以青綠飼料飼養(yǎng)的方式進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，反芻動(dòng)物脂肪組織和肉色存在顯著差異[14-15]。

在反芻動(dòng)物飼養(yǎng)中，葉黃素的來(lái)源主要來(lái)自于青綠飼料和葉黃素制劑。盡管牧草中存在大量葉黃素，但由于栽培管理方式、日照降雨和加工處理方法的不同導(dǎo)致牧草中葉黃素的含量差異較大[16]；此外，飼糧中的葉黃素轉(zhuǎn)化到肉制品、脂肪組織和奶制品中的比例偏低，補(bǔ)充葉黃素制劑可以有效提升畜產(chǎn)品中葉黃素含量。葉黃素制劑主要提取自萬(wàn)壽菊的花瓣[17]。Jeon等[18]發(fā)現(xiàn)小球藻中也有大量葉黃素存在。隨著需求量的不斷擴(kuò)大，研究者們開(kāi)始關(guān)注利用體外培養(yǎng)方法獲得游離態(tài)葉黃素[19]。

近年來(lái)，反芻動(dòng)物規(guī)模化飼養(yǎng)的高效發(fā)展加大了谷物飼料的投入，這對(duì)環(huán)境帶來(lái)了巨大壓力，因此，擴(kuò)大粗飼料資源的利用效率對(duì)生態(tài)環(huán)境具有積極作用。另外，充分利用牧草中的色素資源，對(duì)改善粗飼料利用方法、提升粗飼料價(jià)值、動(dòng)物健康飼養(yǎng)及獲得高品質(zhì)畜產(chǎn)品都具有重要意義[20-21]。綜上所述，本文針對(duì)粗飼料中葉黃素和葉黃素制劑，結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究進(jìn)展對(duì)牧草中葉黃素含量的變動(dòng)和對(duì)反芻動(dòng)物飼養(yǎng)的影響進(jìn)行綜述。

1 葉黃素含量在青綠飼料中的動(dòng)態(tài)變化

1.1 葉黃素的結(jié)構(gòu)與特性

葉黃素廣泛存在于植物中，其化學(xué)式中含有2個(gè)酮環(huán)，3個(gè)手性中心，8種立體異構(gòu)體，可在光合作用中捕獲光能，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)和發(fā)育[22]。葉黃素難溶于水且穩(wěn)定性差，易受氧、光、熱、金屬離子、pH等因素的影響[23]。作為一種抗氧化劑，葉黃素具有很強(qiáng)的抗氧化能力，可以消除活性氧自由基活性，防止正常細(xì)胞受損，從而保護(hù)機(jī)體免受代謝損傷[24-25]。在不同植物中，葉黃素以游離態(tài)和酯化形態(tài)存在[26]，在制備葉黃素制劑過(guò)程中，需要將酯化態(tài)葉黃素經(jīng)過(guò)皂化反應(yīng)來(lái)提純?nèi)~黃素[27]。

1.2 葉黃素含量在青綠飼料中的變化

青綠飼料中的葉黃素含量受光合作用強(qiáng)弱的影響[28]。氮元素參與了植物光合作用，因此，對(duì)牧草施加氮肥可以顯著提升葉黃素含量[29]。Lv等[16]對(duì)不同施肥條件和不同收割階段條件下的意大利黑麥草中葉黃素含量進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)早期收割樣品中的葉黃素含量顯著高于晚期收割樣品中的葉黃素含量，并且都隨施肥量增加而呈線性升高，特別是120 kg/hm2施氮肥條件下的早期收割樣品中，葉黃素的含量高達(dá)1 003 mg/kg。Elgersma等[30]對(duì)多種牧草中葉黃素含量進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)百脈根中的葉黃素含量最高，為206 mg/kg，菊苣、小地榆、葛縷子、車(chē)前草、黃香草木樨和苜蓿中的葉黃素含量分別為129、174、152、149、131和129 mg/kg。另外，研究表明大多數(shù)牧草中葉黃素含量與牧草產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)[16，31]。Reynoso等[32]測(cè)定墨西哥境內(nèi)干燥區(qū)域和潮濕區(qū)域的盤(pán)固草和狗牙根草混合物中的葉黃素含量后發(fā)現(xiàn)，在潮濕區(qū)域內(nèi)，混合牧草的葉黃素平均含量為185 mg/kg，而干燥區(qū)域混合牧草的葉黃素平均含量?jī)H為64 mg/kg。研究結(jié)果證明了地域和氣候條件也會(huì)影響牧草中葉黃素的含量。李建華[33]探究了柱花草和象草中葉黃素在不同干燥條件和加工方法下的變動(dòng)規(guī)律，結(jié)果表明牧草經(jīng)高溫干燥后色素?fù)p失量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低溫干燥，此外，相比制備草粉，制作壓縮草塊可顯著減緩葉黃素的流失。

1.3 葉黃素含量在青貯過(guò)程中的變化規(guī)律

Lv等[29]探究了青貯過(guò)程中葉黃素含量的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)青貯過(guò)程中，葉黃素含量不發(fā)生變化，并且沒(méi)有受到青貯品質(zhì)的影響，在低pH的青貯環(huán)境中，葉黃素可以被完好的保存。因此，青貯中的葉黃素含量與青貯前原料中的葉黃素含量幾乎相同，也會(huì)受到來(lái)自施肥水平和收割階段的影響[16]。Kara等[34]在青貯玉米中添加了馬來(lái)酸后，玉米青貯中葉黃素含量顯著提高，可見(jiàn)青貯是保存粗飼料中葉黃素含量的有效手段。

2 葉黃素在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用

2.1 葉黃素在反芻動(dòng)物體內(nèi)的代謝

Mora等[35]探究了葉黃素在瘤胃內(nèi)的分解機(jī)制，盡管沒(méi)有得到確切結(jié)果，但這些結(jié)果表明葉黃素在瘤胃內(nèi)的消失可能是由于某些細(xì)胞成分的參與，而不是葉黃素分子在瘤胃內(nèi)直接被破壞或受到瘤胃微生物的攻擊所導(dǎo)致，上述結(jié)果也有待進(jìn)一步探明。此外，葉黃素的代謝機(jī)制在不同品種動(dòng)物或不同瘤胃環(huán)境下可能也存在差異。Cardinault等[36]認(rèn)為瘤胃微生物具有釋放共軛葉黃素的能力。研究表明，在奶牛飼糧中添加小球藻后發(fā)現(xiàn)，奶牛的血清和生長(zhǎng)卵母細(xì)胞的葉黃素含量均有顯著提高[37]。Jeon等[38]認(rèn)為飼糧中的葉黃素在被反芻動(dòng)物采食后，經(jīng)由血液進(jìn)入肝臟和乳腺堆積。有報(bào)告也指出，反芻動(dòng)物中類(lèi)胡蘿卜素和視黃醇主要沉積在肝臟中[39]。Mireia Blanco等[40]也發(fā)現(xiàn)了葉黃素含量在放牧乳羊的肝臟中顯著偏高。Wang等[41]篩選了葉黃素與乳腺代謝相關(guān)的乳腺蛋白，發(fā)現(xiàn)有33種相關(guān)蛋白發(fā)生變化，其中有15種呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這些蛋白與奶牛的葡萄糖代謝、脂肪酸代謝和免疫功能有關(guān)。盡管不同品種反芻動(dòng)物的脂肪顏色存在差異[42]，但Dunne等[43]證實(shí)，通過(guò)對(duì)比肉牛脂肪組織顏色可以判斷其飼養(yǎng)方式，在放牧條件下，脂肪黃度值顯著偏高。Reynoso等[32]的試驗(yàn)分別對(duì)干燥和潮濕熱帶地區(qū)不同性別放牧牛的脂肪組織中葉黃素含量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明脂肪組織中葉黃素含量沒(méi)有受到氣候、區(qū)域和性別的影響。

Prache等[44]的研究表明，在羔羊、公羊和閹割羊的腎臟周?chē)闹窘M織中，葉黃素是沉積的唯一類(lèi)胡蘿卜素。Yang等[45]的研究表明，在羔羊脂肪組織中難以檢測(cè)到葉黃素。Tucker等[46]早在1967年就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)綿羊的回腸和糞便中存在較多的葉黃素。盲腸和結(jié)腸不是葉黃素的主要吸收部位，由于葉黃素的親脂性，反芻動(dòng)物可能優(yōu)先通過(guò)淋巴管完成對(duì)葉黃素的吸收[36]。周利梅等[47]詳細(xì)探討了葉黃素在山羊體內(nèi)的吸收機(jī)制，在山羊小腸內(nèi)，葉黃素的吸收量隨灌注時(shí)間增長(zhǎng)而上升，在灌注2 h后達(dá)到峰值，此外，在葉黃素灌注液中添加游離脂肪酸后可以顯著促進(jìn)吸收，上述現(xiàn)象的詳細(xì)機(jī)理還有待進(jìn)一步探明，相信這與腸道菌群、信號(hào)表達(dá)等存在潛在關(guān)聯(lián)。上述研究大體揭示了葉黃素在不同品種反芻動(dòng)物和不同飼養(yǎng)條件下的代謝規(guī)律，但沒(méi)有報(bào)告指出葉黃素在反芻動(dòng)物體內(nèi)的詳細(xì)代謝路徑，這有必要在未來(lái)的研究中明確。

2.2 葉黃素對(duì)反芻動(dòng)物畜產(chǎn)品的影響

葉黃素不僅通過(guò)抗氧化活性間接地影響乳制品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[12]，而且還直接影響乳制品的感官特性，因?yàn)樗墒瓜M(fèi)者正面地感受到乳制品顏色偏黃[48]。Ripoll等[49]的研究發(fā)現(xiàn)在放牧條件下，牛血漿中的葉黃素含量顯著升高，但當(dāng)飼養(yǎng)條件由放牧變成干草飼喂后，血漿中葉黃素含量明顯降低?？梢?jiàn)飼糧中的葉黃素含量可以有效地推測(cè)反芻動(dòng)物血漿和畜產(chǎn)品中葉黃素含量。

一般情況下，牛乳中葉黃素含量占總類(lèi)胡蘿卜素的12%～25%[50-51]。Mireia Blanco等[40]的研究對(duì)比了飼喂山羊鮮草和干草后羊乳中葉黃素含量，結(jié)果表明，鮮草飼養(yǎng)條件下的羊乳中葉黃素含量明顯偏高。韓吉雨等[52]在奶牛飼糧中補(bǔ)充了葉黃素制劑，結(jié)果顯示，在投喂10 d后，牛乳中的葉黃素含量顯著高于對(duì)照組，但并沒(méi)有影響牛乳產(chǎn)量、乳脂肪、乳蛋白和葡萄糖含量。Xu等[53]的試驗(yàn)表明，奶牛飼糧中，葉黃素制劑的最佳含量為150～200 g/(d·頭)，在這個(gè)范圍內(nèi)，葉黃素轉(zhuǎn)化到牛乳中的比例約為0.08%，含量為1.2～1.5 μg/dL。試驗(yàn)結(jié)果還表明在奶牛飼糧中補(bǔ)充葉黃素制劑可以提高奶牛的抗氧化能力，改善機(jī)體免疫力，預(yù)防疾病[53]。Jeon等[38]的試驗(yàn)對(duì)荷斯坦奶牛投喂葉黃素后發(fā)現(xiàn)，最高劑量組牛乳中葉黃素的含量達(dá)71.9 μg/dL，這個(gè)結(jié)果高于Xu等[53]的結(jié)果40～50倍。引起這個(gè)差異的原因可能是由于葉黃素來(lái)源不同，也可能與飼養(yǎng)環(huán)境、基礎(chǔ)飼糧等存在潛在關(guān)系。Mora-Gutierrez等[54]發(fā)現(xiàn)選擇適當(dāng)類(lèi)型的酪蛋白對(duì)提高低脂類(lèi)乳制品飲料中葉黃素的化學(xué)穩(wěn)定性具有重要意義，結(jié)果將有助于提升葉黃素乳制品生產(chǎn)工藝。另外，與脂肪組織類(lèi)似，放牧也增加了肌肉中葉黃素和視黃醇的含量[55]，但沒(méi)有報(bào)告進(jìn)一步揭示反芻動(dòng)物肌肉中葉黃素含量的變化機(jī)制。

3 小 結(jié)

葉黃素是人類(lèi)重要的功能性物質(zhì)之一，對(duì)機(jī)體健康起到重要作用。青綠飼料中富含葉黃素，也是反芻動(dòng)物體內(nèi)和畜產(chǎn)品中葉黃素的主要來(lái)源，隨著近年來(lái)葉黃素提取工藝成熟，在反芻動(dòng)物飼糧內(nèi)補(bǔ)充葉黃素制劑成為了生產(chǎn)高品質(zhì)畜產(chǎn)品的主要手段。多項(xiàng)研究結(jié)果表明，在牧草栽培和生長(zhǎng)過(guò)程中，影響葉黃素含量的因素較多，制定適當(dāng)?shù)脑耘喙芾順?biāo)準(zhǔn)將有助于提升粗飼料品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)穩(wěn)定。飼養(yǎng)方式、地域、飼糧的差異導(dǎo)致了畜產(chǎn)品品質(zhì)的差異，在未來(lái)研究中有必要結(jié)合粗飼料中葉黃素資源，同時(shí)配合葉黃素制劑來(lái)制定完善的規(guī)模化飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。此外，在反芻動(dòng)物畜產(chǎn)品加工和保存的過(guò)程中，探究葉黃素在畜產(chǎn)品中的穩(wěn)定性將有助于進(jìn)一步明確葉黃素化學(xué)特性和畜產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。