大蒜素和肉桂醛在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用

李雪梅 盧雪旎 王興強(qiáng) 李慶國 茆丹婷 李國斌 王會 劉金彩

摘要 大蒜素和肉桂醛是一種具有特殊生理功能的植物源天然抗菌劑，近年來作為飼料添加劑在畜禽安全生產(chǎn)中有著重要的意義。從抗菌消炎、促進(jìn)生長、提高畜產(chǎn)品品質(zhì)、提高機(jī)體免疫力以及防止飼料霉變等方面，綜述了大蒜素和肉桂醛替代抗生素的研究進(jìn)展，以期為大蒜素和肉桂醛和在水產(chǎn)飼料中的開發(fā)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 大蒜素;肉桂醛;抗生素;水產(chǎn)飼料

中圖分類號 S 963文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2022）02-0012-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.004

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Application of Allicin and Cinnamaldehyde Compound in Aquatic Feed

LI Xue-mei， LU Xue-ni，WANG Xing-qiang et al （College of Marine Science and Fisheries，Jiangsu Ocean University，Lianyungang，Jiangsu 222005）

Abstract Allicin and cinnamaldehyde are natural antimicrobial agents of plant origin with special physiological functions.Progress on the substitution of allicin and cinnamaldehyde for antibiotics was reviewed from the aspects of antibacterial and anti-inflammatory，promoting growth，improving quality of animal products，improving immunity of organism and preventing mildewy feed，so as to provide references for the development and application of allicin and cinnamaldehyde in aquatic feed.

Key words Allicin;Cinnamaldehyde;Antibiotic;Aquatic feed

基金項目 江蘇省科技廳政策引導(dǎo)類計劃“蘇北科技專項”（LYG-SZ201924）;江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃（SJCX20_1284）。

作者簡介 李雪梅（1995—），女，江蘇儀征人，碩士研究生，研究方向：水產(chǎn)動物增養(yǎng)殖。*通信作者，教授，博士，從事水產(chǎn)動物增養(yǎng)殖研究。

收稿日期 2021-05-16

21世紀(jì)國家水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，在水產(chǎn)動物飼料方面的研究也越來越多，在當(dāng)前水產(chǎn)動物飼料中，植物原料的添加比例越來越高，但其在自然環(huán)境中非常容易滋生真菌。許多真菌都會產(chǎn)生霉菌毒素，而被霉菌毒素污染的飼料對水產(chǎn)動物的健康生長發(fā)育有很大影響[1]。隨著高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖，水產(chǎn)動物疾病呈多發(fā)、復(fù)雜狀態(tài)，生存環(huán)境惡化。由于治療魚病等原因，人為在飼料中添加大量抗生素，這種方式帶來了一系列問題，比如藥物殘留、耐藥性及其毒副作用等。新型飼料添加劑是一種抗生素替代物，它相比抗生素既安全又有效，同時還具有改善生產(chǎn)性能、降低細(xì)菌耐藥性產(chǎn)生程度、增強(qiáng)水產(chǎn)動物的抗病能力和提高機(jī)體系統(tǒng)免疫力等特點[2-3]。為了保持人畜的健康及經(jīng)濟(jì)效益，尋找替代抗生素的飼料添加劑非常重要。近年來大蒜素和肉桂醛作為抗生素替代物在水產(chǎn)和畜禽等飼料行業(yè)得到了廣泛的開發(fā)利用。

1 大蒜素和肉桂醛的概述

大蒜是香辣調(diào)料，也是一種藥用食材，具有豐富的營養(yǎng)價值，作為一種天然抗生素被廣泛使用。大蒜對生物機(jī)體具有諸多良好作用，比如提高免疫力、殺菌消毒、消除炎癥和改善心血管疾病等[4-5]。這些功能源于大蒜含有的大量有機(jī)硫化物，研究表明大蒜的主要活性物質(zhì)為大蒜素（allicin），提取自大蒜的球形鱗莖，是一種具有揮發(fā)性質(zhì)的油狀黏稠物。其味道辛辣，具有強(qiáng)烈的大蒜臭，主要構(gòu)成成分為二烯丙基硫醚，是蒜氨酶催化蒜氨酸生成的物質(zhì)。當(dāng)大蒜素遇上熱堿時會處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但是若處于酸性環(huán)境下就是穩(wěn)定狀態(tài)[6-7]。大蒜素具有天然性以及安全性高的特點，是近年來開發(fā)的一種新型飼料添加劑。這種大蒜素新型飼料添加劑在動物體內(nèi)不殘留、不產(chǎn)生耐藥性，對于動物機(jī)體具有提高系統(tǒng)免疫力、促進(jìn)機(jī)體生長發(fā)育、增進(jìn)食欲、誘香等作用。

肉桂醛（cinnamaldehyde）又被稱為桂皮醛，β-苯丙烯醛，3-苯基-2-丙烯醛，其分子式為C6H5CH =CHCHO，源于肉桂樹的次生代謝產(chǎn)物肉桂精油，是一種天然產(chǎn)物并且是含有醛基的芳香類化合物。其色為淺綠黃色或微黃色或無色，其狀態(tài)類似于油，很難溶解于水和甘油，但是易于溶解在乙醇和乙醚中。肉桂醛味甜且辣并伴有強(qiáng)烈的灼燒感，氣味較多偏向于桂皮油和肉桂油特有的香氣，和肉桂酸為肉桂揮發(fā)油中主要藥效成分，含量高達(dá)70%[8-10]。肉桂醛具有抗菌消炎、抗氧化、防癌抗癌、降血糖等生物活性和代謝能力強(qiáng)、無污染、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點，被看作是一種新開發(fā)的環(huán)境友好型飼料添加劑[11-12]。

2 大蒜素和肉桂醛的抗菌消炎作用

大蒜素是一種廣譜抗菌藥物，其所具有的活性成分三硫二異丙基，有著能夠抑制腸道病原微生物、抑制革蘭氏陰性和陽性細(xì)菌、平衡腸道菌群的作用[13]。符林瑜等[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大蒜素濃度達(dá)到128 μg/mL時，對白色念珠菌表面生物膜的形成具有明顯的抑制作用。楊斌等[15]臨床研究發(fā)現(xiàn)，大蒜素對沙門氏菌和大腸桿菌所導(dǎo)致的水生動物疾病，以及草魚出血病和細(xì)菌性爛鰓等傳染病有著高效的治療作用。同時也能有效地抑制消殺魚類的致病細(xì)菌，達(dá)到卓有成效地預(yù)防治理魚類的病癥，比如出血癥、腸炎病、鰓腐病、赤皮病和暴發(fā)性流行病，以及顯著提升魚類生長發(fā)育水平和成活率的目的，是現(xiàn)在防治魚病的較好藥物之一[16]。

肉桂醛對于諸多細(xì)菌的活性具有良好的抑制作用，例如炭疽桿菌、霉菌、產(chǎn)氣桿菌、霍亂弧菌、變形桿菌、肺炎球菌、腸炎沙門氏菌、芽孢桿菌等，而且對于革蘭氏陽性菌肉桂醛具有非常顯著的活性抑制效果，所以肉桂醛可以被用來進(jìn)行若干種細(xì)菌性疾病的治療[17-18]。關(guān)于肉桂醛抑菌的機(jī)制，有研究發(fā)現(xiàn)它對細(xì)菌的細(xì)胞壁中葡聚糖和幾丁質(zhì)的合成過程有著特異性破壞作用，當(dāng)它在破壞細(xì)胞壁之后，就可以使藥物進(jìn)入內(nèi)部破壞細(xì)胞器，最終消滅細(xì)菌，從而起到抑菌的作用[19]。

還有一些研究提出，肉桂醛中的主要成分會導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞膜的穩(wěn)定性降低，干擾細(xì)菌的正常生長代謝和酶促反應(yīng)，降低細(xì)菌的生物活性，并抑制微生物的生長[10，20]。當(dāng)肉桂醛溶液濃度為125.00、250.00 mg/mL時對副溶血弧菌、哈氏弧菌和遲緩愛德華氏菌3種海水中常見的致病菌具有強(qiáng)烈的抑制作用，能夠防治常見的魚病[21]。

3 大蒜素和肉桂醛促進(jìn)生長、提高品質(zhì)的特性

大蒜素的獨特香氣能夠改善飼料的風(fēng)味，增加水產(chǎn)動物腸胃蠕動，刺激腸黏膜和胰腺消化酶的活性，促進(jìn)脂肪代謝而降低魚體膽固醇含量，從而提高魚體蛋白質(zhì)含量和肌肉品質(zhì)，長期投喂大蒜素能有效地增加水產(chǎn)動物的攝食、促進(jìn)吸收營養(yǎng)、改善水產(chǎn)品品質(zhì)[22]。同時具有殺菌、驅(qū)趕蚊蟲的作用，改善了動物生長環(huán)境，減少了藥物使用和疾病的發(fā)生，進(jìn)而提高了飼料轉(zhuǎn)化率和降低藥物對動物生長的不良影響[13，23]。在羅非魚的人為培育幼苗的過程中，大蒜素的添加量僅僅達(dá)到50 mg/kg的水平就可以提高羅非魚的成活率、餌料系數(shù)、總產(chǎn)量等[24]。在草魚的飼料中摻混些許大蒜素，便可降低餌料系數(shù)、提高成活率[16]。將劑量水平分別為25、50、75、100 mg/kg的大蒜素添加到淡水白鯧魚的飼料中，發(fā)現(xiàn)白鯧魚的增重率分別提升了57.49%、91.25%、101.26%、87.74%，而白鯧魚肌肉中的粗蛋白含量分別提高了3.82%、6.00%、17.69%、18.38%，與此同時粗脂肪含量分別降低了5.74%、3.95%、2.75%、1.24%。綜合以上結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)大蒜素的最佳添加量為51.86～74.15 mg/kg[25]。大蒜素可有效降低卵形鯧鲹中不飽和脂肪酸的含量，增加其肌肉中的氨基酸含量，進(jìn)而顯著提高卵形鯧鲹的營養(yǎng)價值和肌肉品質(zhì)[26]。

Tiihonen等[27]在肉雞飼料中添加肉桂醛，能控制肉雞腸道菌群組成和活性，改善腸壁形態(tài)結(jié)構(gòu)和消化道健康狀況，促進(jìn)消化吸收，增強(qiáng)雞的免疫力，提高肉雞生產(chǎn)性能。在蛋雞的飼料中添加肉桂醛也可以提高蛋雞性激素分泌水平和采食量，繼而提高蛋雞的產(chǎn)蛋能力、降低料蛋比[23，28]。肉桂醛能夠增強(qiáng)仔雞的抵抗力、促進(jìn)生長，其效果好于抗生素，且仔雞對于肉桂醛的依賴很小[29]。

4 大蒜素和肉桂醛對機(jī)體免疫力的提高作用

大蒜素對于提高機(jī)體免疫力的機(jī)制在于先提高單核細(xì)胞的分泌水平，進(jìn)而增強(qiáng)溶菌酶的活性，然后將細(xì)菌細(xì)胞壁中的粘多肽進(jìn)行水解處理，最終殺滅細(xì)菌細(xì)胞，達(dá)到增強(qiáng)機(jī)體抗感染力和非特異性免疫力的目的[30]。此外，抗體與外毒素的特異性結(jié)合可以使其毒性作用消失，增強(qiáng)體液免疫能力。日糧中添加大蒜素能有效刺激草魚的免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)了魚體免疫保護(hù)力，減少與外界病原接觸感染機(jī)會，從而有效預(yù)防疾病的發(fā)生[16]。分別添加25、50、75、100 mg/kg的大蒜素到淡水白鯧的飼料中，使白鯧魚成活率提高8.13%、2.09%、7.50%、14.59%、14.59%[15]。

肉桂醛對于提高機(jī)體免疫力的機(jī)制在于它先行在腸道內(nèi)被分解，分解產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)能夠為生物體提供必要的營養(yǎng)，然后刺激乳酸菌的產(chǎn)生，進(jìn)而增加血清中的 IgG 的濃度，可以加速機(jī)體的血液循環(huán)、增強(qiáng)T淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率、提高白細(xì)胞的吞噬能力，最終能夠抑制炎癥因子的釋放、調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)通路以及增強(qiáng)機(jī)體免疫力[10]。Lee 等[31]通過飼料中添加肉桂醛，能改變?nèi)怆u的免疫系數(shù)，增加生物體的機(jī)體系統(tǒng)免疫力，并且在預(yù)防治療禽類蟲病方面發(fā)揮重要作用。

5 大蒜素和肉桂醛的誘食增香功能

各種類型水生動物在各個階段的營養(yǎng)需要皆有不同，而為了滿足它們的需要，在飼料生產(chǎn)過程中經(jīng)常會添加一定比例的特殊營養(yǎng)或者藥物，其中的許多物質(zhì)對水生動物具有刺激作用，并且會大大降低水產(chǎn)飼料的適口性，導(dǎo)致水生動物的進(jìn)食欲望被減弱，因此會在一定程度上減少水生動物的攝食量[32]。配制一定比例的大蒜素添加在飼料中，能夠緩解刺激作用，改善飼料口感，提高飼料適口性，避免水生動物攝食量的下降，提高餌料系數(shù)，降低飼養(yǎng)成本[33]。大部分動物尤其是魚類對于大蒜素的味道十分喜愛，所以為了達(dá)到提高魚類食欲和采食量的目的，使用摻混大蒜素的飼料是可行的。實踐證明，大蒜素對于鯉科魚類來說，特別是對草魚具有促進(jìn)生長發(fā)育、抗腸道疾病以及提高攝食水平的作用，因此它在草魚商品飼料的生產(chǎn)過程中已經(jīng)應(yīng)用得十分廣泛，但是如果想要應(yīng)用在鯰魚等肉食性水產(chǎn)動物的飼料中應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎[34]。

肉桂醛因其較強(qiáng)的桂皮油和肉桂油的香氣可作為飼料的風(fēng)味添加劑，不僅能夠提高飼料的風(fēng)味，還能改善飼料的品質(zhì)。75 mg/kg肉桂醛水溶液對黃顙魚有較強(qiáng)的誘食效果，集魚效果最佳[32]。

6 展望

大蒜素和肉桂醛是近年來主要研究與開發(fā)的天然無公害的植物提取物。大蒜素和肉桂醛作為抗生素的理想替代品之一，在水產(chǎn)飼料中的具有抗菌、消炎、促進(jìn)生長效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)機(jī)體免疫力以及防止飼料霉變免疫力等生物學(xué)作用，安全性高。正確合理地使用大蒜素和肉桂醛既可以防治魚病，也能節(jié)支增收，降低環(huán)境污染，保護(hù)人體的健康。大蒜素和肉桂醛具有良好的藥用和保健作用，但是如何提高大蒜素和肉桂醛的提取率并保留有效成分、如何提高大蒜素肉桂醛的穩(wěn)定性等問題還有待進(jìn)一步研究和解決。今后應(yīng)進(jìn)一步研究大蒜素和肉桂醛的生物活性及作用機(jī)制，使其共同提高水生動物的生長性能和抗病性，取代抗生素廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。

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