單寧對反芻動物氮代謝及瘤胃微生物影響的研究進(jìn)展

蘇婷婷，韓迪，張璐，梁麗萍，劉海英*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)與醫(yī)學(xué)學(xué)院，遼寧沈陽 110866；2.遼寧省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地建設(shè)工程中心，遼寧遼陽 111000；3.遼寧康普利德生物科技有限公司，遼寧鐵嶺 112600）

單寧（Tannins）普遍存在于植物根、莖、花內(nèi)，且含量豐富，是自然、無毒和高度反應(yīng)的芳香生物分子之一。在過去的幾十年里，人們?yōu)閷ふ绎曈每股氐奶烊惶娲愤M(jìn)行了廣泛研究。飼糧中添加單寧可顯著抑制瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)的降解，且改變微生物區(qū)系、調(diào)控瘤胃發(fā)酵，進(jìn)而提高養(yǎng)殖收益，研究發(fā)現(xiàn)飼糧中添加1%～2%的單寧對反芻動物具有獨特的益處，且單寧可有效減少反芻動物瘤胃對蛋白質(zhì)飼料的過度降解。因此，單寧對反芻動物瘤胃代謝和微生物區(qū)系的調(diào)節(jié)作用也越來越受到關(guān)注。目前，單寧已作為飼料添加劑應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)中，植物單寧還可有效降低反芻動物瘤胃內(nèi)過瘤胃蛋白的降解、提升糞氮尿氮比、降低糞便中氮排泄，同時影響瘤胃蛋白質(zhì)降解菌（如溶纖維丁酸弧菌、棲瘤胃普雷沃氏菌等）的相對豐度。而不同來源、結(jié)構(gòu)和添加量的單寧對反芻動物氮代謝和微生物影響不同。因此，本文通過綜述單寧對反芻動物瘤胃氮代謝及其對瘤胃溶纖維丁酸弧菌、棲瘤胃普雷沃氏菌的影響，以期為單寧在反芻動物飼糧中的應(yīng)用提供理論支撐。

1 單寧理化性質(zhì)

單寧是植物次生代謝物，廣泛存在于牧草、灌木鞥植物中，來源眾多，是除木質(zhì)素以外含量最多的酚類物質(zhì)，味道澀而苦，在保護(hù)植物免受昆蟲、真菌、細(xì)菌、食物感染方面起著根本作用。單寧具有很強(qiáng)的理化活性，與降解酶、合成酶、金屬、離子反應(yīng)迅速，其相鄰的酚類羥基群具有金屬螯合的能力，酚羥基和芳香環(huán)基團(tuán)能夠與蛋白質(zhì)、多糖等形成可逆或非可逆復(fù)合物。單寧還具有從水中分離重金屬離子（如鎘、鉛、銅、鋅和鎳）的能力。由于單寧捕捉自由基能力極強(qiáng)、速度快，因此其還具有極強(qiáng)的氧化性。

單寧在口腔中可與蛋白質(zhì)或蛋白酶發(fā)生作用，使唾液潤滑作用降低，因此，當(dāng)牧草中富含單寧時，牧草的適口性受到限制，進(jìn)而降低家畜的采食量，同時，單寧能夠改變不飽和脂肪酸在瘤胃中的生物氫化（Biohydrogenation，BH）作用，同時對蛋白質(zhì)有極強(qiáng)的親和力，可與蛋白質(zhì)通過次級鍵（如氫鍵、范德華力）或疏水堆積形成復(fù)合物，達(dá)到沉淀蛋白質(zhì)的功能。由于單寧來源廣、低成本，其在油田化學(xué)中可用作水泥緩凝劑以及水基鉆井降黏劑。單寧具有表面活性、殺菌等特性，在醫(yī)療方面也一定應(yīng)用。目前，單寧在冶金、制革、印染、食品、醫(yī)藥、化妝品、鞣革等工業(yè)生產(chǎn)中均有應(yīng)用。

2 單寧對瘤胃氮代謝的影響

2.1 單寧抑制過瘤胃蛋白降解的原理 單寧作為一種異質(zhì)多酚類化合物，存在于多種植物中，由于其來源不同和結(jié)構(gòu)的差異，在生產(chǎn)中的作用效果亦不同，如單寧有抗腹瀉作用，但也可能增加食物在口腔中的澀度而影響采食。因此，應(yīng)正確利用不同種類單寧及適量添加，針對其特性在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用，使其發(fā)揮關(guān)鍵作用。大量資料顯示，微生物蛋白的有限供應(yīng)會降低反芻動物的生產(chǎn)力。而單寧可與蛋白質(zhì)等生物大分子結(jié)合形成復(fù)合物，用含縮合單寧的牧草飼喂反芻動物會降低過瘤胃蛋白的降解，促進(jìn)微生物蛋白合成，對反芻動物瘤胃的過瘤胃蛋白具有良好的保護(hù)作用，增加氮素利用率進(jìn)而提高生產(chǎn)力。研究表明，單寧與蛋白質(zhì)之間通過非共價鍵形成可逆復(fù)合物，疏水堆積為主首先通過單寧的酚羥基和蛋白質(zhì)分子中的苯丙胺環(huán)通過疏水堆積力作用，繼而進(jìn)行二次氫結(jié)合，有助于蛋白質(zhì)復(fù)合物的穩(wěn)定性和其相互作用，增加過瘤胃蛋白含量降低其在瘤胃中的降解，在真胃中可逆性解離，釋放出蛋白質(zhì)，從而提高過瘤胃蛋白質(zhì)的供給量。因此，在反芻動物日糧中添加一定量的單寧可有效提升過瘤胃蛋白的含量，提升經(jīng)濟(jì)收益。

2.2 單寧對瘤胃氮代謝的調(diào)節(jié) 反芻動物飼糧中的氮以蛋白質(zhì)和非蛋白氮的形式利用，在瘤胃中蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下分解成小分子肽和氨基酸，氨基酸進(jìn)而產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸（VFA）和NH被動物機(jī)體利用。瘤胃微生物利用蛋白質(zhì)，在內(nèi)源分泌物及酶的作用下，分解為小分子肽類，為反芻動物吸收利用，在小腸與盲腸中通過微生物作用于氨基酸進(jìn)而產(chǎn)生氨氣（NH）被機(jī)體利用，而未利用的氮素通過代謝糞氮、代謝尿氮的形式排出體外?？梢姡⑸镌诜雌c動物氮代謝的過程中起著極其重要的作用，其中瘤胃丁酸梭菌（）、嗜淀粉瘤胃桿菌（）、棲瘤胃普雷沃氏菌（）等起主要作用。研究顯示，水解單寧與縮合單寧均對反芻動物瘤胃微生物有顯著影響，可抑制蛋白質(zhì)降解菌的活性，進(jìn)而達(dá)到增加過瘤胃蛋白含量、調(diào)節(jié)反芻動物氮代謝的目的。

單寧通過與飼料蛋白質(zhì)的可逆結(jié)合對反芻動物氮利用率進(jìn)行改善，也可通過對蛋白酶的抑制作用保護(hù)過瘤胃蛋白，提高后消化道的含氮量，增加瘤胃微生物利用非蛋白氮（NPN）合成微生物蛋白（MCP），減少排泄物中的氮排放。研究表明，反芻動物飼糧中添加單寧，氨態(tài)氮（N-NH）含量明顯減少，單寧濃度為1%、2%、4%、6% 干物質(zhì)（DM）時均能降低N-NH濃度。Aboagye 等認(rèn)為，茶單寧對于體外和體內(nèi)的強(qiáng)效蛋白酶都有良好的抑制作用，通過對蛋白酶的抑制，提升過瘤胃蛋白含量。單寧可改變哺乳期奶牛的氮排泄。相比于正常飼喂的奶牛，在其飼糧中添加0.02%單寧使尿氮減少了7%左右。因此，單寧在調(diào)節(jié)反芻動物氮代謝、增加過瘤胃蛋白等方面具有一定效果。

白堅木單寧可不同程度降低飼糧養(yǎng)分消化率，顯著降低牛奶和血液尿素氮含量以及尿氮排泄；含4%DM白堅木單寧的飼糧，可顯著提高奶牛瘤胃液氨氮濃度，增加過瘤胃蛋白含量，提高瘤胃食糜和十二指腸食糜中粗蛋白質(zhì)含量，降低糞便中粗蛋白質(zhì)含量；白堅木單寧提取物添加量為0.45%DM 時，減少尿氮排泄物，對奶牛產(chǎn)奶量影響較小，但降低了飼料利用率；0.2%白堅木單寧可顯著增加瘤胃后消化道氮供應(yīng)量。但當(dāng)在黃牛飼糧中白堅木單寧添加量達(dá)到5%時，黃牛采食量下降，過瘤胃蛋白量也顯著下降。因此，反芻動物飼糧中單寧改善氮素消化利用的結(jié)果差異較大，與單寧的來源、結(jié)構(gòu)和劑量有關(guān)。Sebastian 等體外試驗表明，栗木單寧添加量達(dá)到5%DM 時，可最大程度上減少尿氮排泄物，添加量達(dá)到7%DM 時，瘤胃N-NH呈下降趨勢。隨著單寧添加量增加，氮排泄物減少，且未影響生產(chǎn)性能，有效降低瘤胃蛋白質(zhì)降解率，為反芻動物瘤胃微生物提供良好的蛋白質(zhì)供應(yīng)。但若添加量達(dá)到30 g/kg DM，則對反芻動物的負(fù)面影響較大，不僅會降低尿素濃度，膳食粗蛋白質(zhì)的逆向降解也隨之減少，30 g/kg DM 單寧酸能顯著降低尿囊素、尿嘌呤衍生物以及微生物氮的含量，降低糞氮、尿氮、瘤胃食糜氮消化率，提高機(jī)體沉積氮和全消化道氮表觀消化率，但仍未確定最佳添加量。單寧可通過提高反芻動物過瘤胃蛋白及氮代謝，進(jìn)而提高飼料蛋白質(zhì)利用率，但由于種類及添加量選擇不同，單寧含量過高會對DM 攝入量、和營養(yǎng)消化率等產(chǎn)生不利影響。因此，不同來源的單寧對動物氮代謝的影響程度不同，需結(jié)合其結(jié)構(gòu)和劑量進(jìn)行更加深入的研究，科學(xué)合理地利用單寧，達(dá)到提高瘤胃氮代謝、降低氮排泄、提高飼料利用率的目的。

3 單寧對瘤胃微生物的影響

3.1 單寧對瘤胃溶纖維丁酸弧菌的影響 瘤胃微生物依賴于過瘤胃蛋白產(chǎn)生微生物蛋白，單寧有助于合成過瘤胃蛋白，因此添加單寧對瘤胃微生物有一定影響。溶纖維丁酸弧菌屬于反芻動物瘤胃蛋白質(zhì)降解菌之一，具有嚴(yán)格控制瘤胃氮含量的作用。溶纖維丁酸弧菌是一種嚴(yán)格的厭氧菌，不產(chǎn)生芽孢，屬梭菌屬，梭菌類，硬毛門，是瘤胃核心菌群之一，占瘤胃細(xì)菌總量一半左右。單寧可影響瘤胃溶纖維丁酸弧菌豐度，進(jìn)而影響瘤胃中多不飽和脂肪酸（PUFA）生物氫化過程。研究顯示，在綿羊飼糧中添加2%和4% DM 的檸條單寧可顯著降低瘤胃內(nèi)溶纖維丁酸弧菌數(shù)量，羔羊采食4%的櫟類水解單寧，同樣能有效降低瘤胃溶纖維丁酸弧菌等同種菌屬的相對豐度。當(dāng)栗木單寧和櫟類單寧混合添加量低于2% DM 時就可使瘤胃內(nèi)溶纖維丁酸弧菌生長受到抑制。飼糧中3% DM 的縮合單寧可使延邊黃牛瘤胃細(xì)菌豐度下降，其中溶纖維丁酸弧菌豐度下降尤為明顯。因此，飼糧中添加單寧可減少反芻動物瘤胃溶纖維丁酸弧菌。體外試驗發(fā)現(xiàn)，200 mg/kg 葡萄單寧能夠線性降低瘤胃內(nèi)容物中溶纖維丁酸弧菌數(shù)量和豐度。與未添加單寧組相比，葡萄籽原花青素添加組均使溶纖維丁酸弧菌含量下降，抑制作用明顯。然而，Pham 等研究表明，隨著白頭金合歡縮合單寧添加量的增加，瘤胃內(nèi)溶纖維丁酸弧菌的數(shù)量也隨之增加，添加量為4.5%～6.4% DM 時，溶纖維丁酸弧菌豐度顯著增加，母羊飼糧中添加栗木單寧和櫟類單寧后，瘤胃內(nèi)溶纖維丁酸弧菌的數(shù)量與對照組比較分別增加了3 倍和5 倍，這可能與單寧種類以及牧草來源不同有關(guān)。因此，單寧對瘤胃溶纖維丁酸弧菌的影響及劑量效應(yīng)及其機(jī)制尚未清晰，有待更進(jìn)一步研究。

3.2 單寧對瘤胃棲瘤胃普雷沃氏菌的影響 棲瘤胃普雷沃氏菌是一類多形態(tài)桿菌，不產(chǎn)芽孢、不運動、嚴(yán)格厭氧。棲瘤胃普雷沃氏菌是瘤胃中主要分解蛋白質(zhì)的一類細(xì)菌。瘤胃內(nèi)過瘤胃蛋白含量降低，進(jìn)入后消化道中的氮量也隨之降低，代謝糞氮含量升高，最終導(dǎo)致飼糧中蛋白質(zhì)浪費。Zhou 等研究發(fā)現(xiàn)，單寧可有效抑制蛋白質(zhì)降解菌的活性，降低其在瘤胃內(nèi)的數(shù)量，增加過瘤胃蛋白含量，降低代謝糞氮，同時對棲瘤胃普雷沃氏菌抑制效果明顯，與40 mg/kg DM 單寧比，在肉牛飼糧中添加60 mg/kg DM 單寧可顯著降低肉牛瘤胃棲瘤胃普雷沃氏菌的相對豐度，并不影響肉牛生產(chǎn)性能。體外試驗表明，縮合單寧與水解單寧混合添加，可顯著降低棲瘤胃普雷沃氏菌總數(shù)，單寧添加量為1 000 mg 時棲瘤胃普雷沃氏菌豐度顯著增加。但Yang 等認(rèn)為，縮合單寧可一定程度上降低棲瘤胃普雷沃氏菌的菌群數(shù)量，但未影響瘤胃中總的蛋白質(zhì)降解菌數(shù)量，當(dāng)單寧添加量為6 g/kg DM 時會對棲瘤胃普雷沃氏菌生長產(chǎn)生抑制。但Henke 等研究表明，如果單寧的濃度低于15 mg/kg DM 時可能會抑制瘤胃微生物豐度，同時增加過瘤胃蛋白含量，促進(jìn)瘤胃發(fā)酵。因此，采用單寧抑制棲瘤胃普雷沃氏菌數(shù)量來調(diào)節(jié)瘤胃氮代謝過程，還需繼續(xù)探索單寧的添加濃度或飼糧中的適宜含量。

4 小 結(jié)

反芻動物飼糧中添加適量及適宜種類的單寧，能夠顯著降低反芻動物過瘤胃蛋白的降解率，增加氮素的利用率，抑制溶纖維丁酸弧菌、棲瘤胃普雷沃氏菌生長，抑制瘤胃脂肪酸的生物氫化和代謝過程，降低反芻動物氮的排放，提高氮素利用率。但不同種類及添加量的單寧對反芻動物氮代謝及瘤胃菌群結(jié)構(gòu)的影響不同，與其來源和化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)。綜合前人研究發(fā)現(xiàn)，反芻動物生產(chǎn)中單寧添加量在2%～6% DM 較為合適，使用時要根據(jù)其來源確定最優(yōu)添加量，以提高飼料利用效率，科學(xué)開發(fā)、利用含單寧類飼草，實現(xiàn)單寧在動物生產(chǎn)和飼料工業(yè)中的合理利用。