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唐青松，徐 娥，蒋宗勇，易宏波*
（1.贵州大学动物科学学院，贵州贵阳 550025；2.广东省农业科学院动物科学研究所，畜禽育种国家重点实验室，农业农村部华南动物营养与饲料重点实验室，广东省畜禽育种与营养研究重点实验室，广东广州 510640）
抗生素等药物添加剂造成的负面影响引起了社会的广泛重视。在禁抗、氧化锌限量使用的行业背景下，开发绿色安全有效的饲料添加剂成为热点。单宁（Tannin）是除木质素外含量最丰富的一类植物酚类化合物[1]，广泛存在于五倍子、栗木、茶、葡萄、柠条、坚木、百脉根、高粱和咖啡等植物。植物体内的单宁储存于一种源自叶绿体的细胞器中，被包裹在胞液内，不与蛋白质等营养物质相互作用，因而不干扰植物自身代谢[2]。以往的研究认为单宁是饲料中的“抗营养因子”，近年来发现单宁对动物肠道具有特殊的肠道收敛、抗腹泻作用，能够抑制病原微生物，增强动物机体抗氧化、抗病毒和抗癌能力[3]。饲粮添加适量单宁能够有效提高畜禽的生产性能，改善畜禽营养状况并促进畜禽健康。目前，美国食品药品监督管理局（FDA）已将单宁作为食品添加剂，可以添加到饮料和肉产品。2011 年底，意大利施华（Silvateam）动物营养领域产品优可宝（Nutri.P，主要成分为栗木单宁）获得中国农业部（现“农业农村部”）批准并进入中国市场销售。欧盟于2016 年批准单宁作为一种新型的饲料添加剂应用于部分畜禽。本文介绍了单宁的化学性质和结构及其多种生物学功能，并总结单宁近年在单胃动物和反刍动物上的应用研究进展，以期为单宁的饲料化利用及替抗产品的开发提供依据。
单宁的化学式为C76H52O46，又称为单宁酸、鞣酸、鞣质，是一种重要的植物次级代谢产物[1,4]。单宁的多个酚羟基能够结合多糖、生物碱、蛋白质和金属离子等发生络合或静电反应，进而改变其理化特性[5]。单宁根据化学性质可分为缩合单宁（Condensed Tannin，CT）、水解单宁（Hydrolysable Tannin，HT）和复杂单宁。缩合单宁是由多羟基黄烷-3-醇单体组成，经儿茶素、表儿茶素、表没食子儿茶素和没食子儿茶素以一定比例聚合形成的低聚物（2～10 个单体）和高聚物（大于10 个单体），其分子质量在1 000～20 000 u[6]，可分为儿茶素单宁和原花青素[7]。缩合单宁在酸碱或者酶的作用下不易水解，具有较强的抗营养吸收作用。水解单宁是以D-葡萄糖为核心的酚酸聚酯类化合物，分子质量在500～3 000 u，大部分水解单宁可细分为棓单宁和鞣花单宁[8]。水解单宁容易发生化学水解或酶解，水解生成葡萄糖和没食子酸[9]。复杂单宁是具备缩合单宁和水解单宁2 种结构单元的复合物[4]。单宁的化学结构见图1。
2.1 抗营养作用 单宁味道苦涩，能够结合饲料中淀粉、蛋白质和消化酶形成不溶性复合物，降低饲料适口性和养分消化率[10]。单宁进入动物消化道后，与胃肠黏膜表面的蛋白质或部分消化酶结合，以减少动物肠道对营养物质的消化吸收，因此单宁具有抗营养活性[11]。也有研究认为，单宁的抗营养作用是因为单宁能抑制肠道刷状缘氨基酸转运蛋白活性，降低蛋白质的催化效应[4]。研究表明，饲粮添加较高水平单宁会影响饲料的适口性，降低动物采食量、生长速度和蛋白质消化率[4]。此外，单宁的相邻酚羟基能与金属离子形成五元环螯合物，与维生素B12等维生素形成络合物，从而降低微量元素和维生素的利用效率[5]。
图1 单宁的化学结构[3,6]
2.2 肠道收敛作用 单宁通过凝固蛋白使肠道黏膜表面形成保护膜，进而促进肠道局部达到消炎止血镇痛及减少渗出的作用[12]。单宁通过与肠道黏膜蛋白质以疏水键和氢键等方式发生聚合反应，产生肠道收敛作用[13]，并且减弱刺激肠蠕动，减缓食糜在肠道中的推移，促使肠道内水分被充分地吸收利用，进而达到缓解腹泻的作用[14]。低浓度单宁可改善单胃动物空肠形态，激活核因子E2 相关因子2（Nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2）-Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch-like epichlorohydrin-associated protein，keap1）通路，促进闭锁小带蛋白-1（Zonula occluden-1，ZO-1）基因的表达，改善空肠损伤，并促进肠道屏障，维持肠道健康[10]。
2.3 抗菌、抗寄生虫、抗病毒和抗癌作用 单宁通过结合病原体细胞膜蛋白、多糖和磷脂等聚合形成沉淀，并干扰细菌吸收营养物质和代谢，以及单宁自氧化产生过氧化氢，降低细菌细胞膜的通透性，进而对大部分细菌、寄生虫和真菌表现为抑制作用[9]。栗木单宁是从栗树叶中提取的水解单宁，目前在饲料中应用较多，主要生产于欧洲南部。栗木单宁对弯曲杆菌、肠炎沙门氏菌、大肠杆菌、产气荚膜梭菌、伤寒沙门氏菌、出血败血性巴斯德菌和金黄色葡萄球菌等细菌具有较好的抑制作用。栗木单宁对沙门氏菌的最小抑菌浓度值（MIC）较低，其对产气荚膜梭菌的MIC 仅为0.064 mg/mL，且不易产生抗药性[15]。江凯[16]研究发现，五倍子单宁对金黄色葡萄球菌、肠炎沙门氏菌、白色念珠球菌、绿脓假单胞菌、鼠伤寒杆菌和李斯特杆菌等细菌具有较好的抑菌活性。董文成等[7]表明，单宁与乳酸菌具有协同作用，通过调节胃肠微生物菌群促进生物发酵，发挥益生作用。单宁也可通过影响寄生虫生理代谢、结合虫体蛋白和调节宿主免疫反应，对动物胃肠道寄生虫产生抑制作用[17]。Zhong 等[18]研究发现，单宁能够抑制羊捻转血矛线虫幼虫的存活率。单宁抑制病毒吸附于宿主细胞膜，对病毒糖蛋白的合成产生阻碍作用，并且单宁的多酚羟基结构会促进单宁的抗病毒作用。目前发现，单宁对禽流感病毒、A 型流感病毒、人乳头瘤病毒、猪流行性腹泻病毒、牛腺相关病毒、人类免疫缺陷病毒等病毒具有抑制作用。Darvin 等[9]表示，单宁通过调节EGF-R/Jak2/STAT1/3 和P38/STAT1/p21Waf1/cip1 通路，诱导细胞凋亡和控制癌细胞增殖而具有抗癌作用。李志超[19]研究发现，单宁能够与M2 型丙酮酸激酶（Pyruvate Kinase，PKM2）上的K433 位点特异性结合，抑制PKM2 的丙酮酸激酶活性，进而抑制肠癌细胞增殖。单宁对基质金属蛋白酶（MMP-2、MMP-9）活性表现出抑制作用，以此降低磷脂酰肌醇3-激酶（P13K）/蛋白激酶（AKT）和核转录因子-κB（Nuclear Factor-κB，NF-κB）表达，缓解肝癌症状[9]。
2.4 提高机体抗氧化能力 单宁具有丰富的邻位羟基，该羟基释放出的氢通过还原Fe3+、清除自由基（ROS、DPPH、OH、HO2、NO）并阻断其链式反应和抑制脂质过氧化，从而表现出较强的抗氧化能力[1,20]。单宁的抗氧化作用机理如图2 所示。体外抗氧化试验表明，单宁对DPPH 自由基清除效果优于抗坏血酸，并能够提高抗氧化酶活性，降低体内氧化应激水平[21]。动物机体的氧化应激与Nrf2 和Keap1 密切相关。在机体非应激下，Nrf2 通过Keap1 隔离在胞浆中被快速降解，在应激和过量活性氧刺激下Nrf2 与Keap1 结合能力受损，导致Nrf2 降解减少并积累在细胞质中，进一步转移到细胞核中启动抗氧化基因的转录[22]。单宁的抗氧化性还与单宁的聚合程度相关，相对高分子量的缩合单宁和水解单宁比简单酚类物质表现出更强的抗氧化活性。
图2 单宁抗氧化作用机理
2.5 改善肠道微环境 单宁具有缓解肠道炎症、改善肠黏膜形态以及调节肠道微生物菌群等功能。单宁与蛋白质复合形成单宁蛋白，单宁蛋白在小肠碱性环境下分解释放单宁，使肠黏膜炎症表面的蛋白质凝固、炎性渗出物减少，从而起到缓解肠道炎症的作用。栗木单宁能够降低肉仔鸡产气荚膜梭菌引起的肠道损伤，并对坏死性肠炎具有缓解作用[20]。水解单宁通过提高育肥猪十二指肠绒毛直径、黏膜厚度和绒毛高度，减少肠道粪臭素的产生量，进而减少对肠道的损伤[23]。水解单宁还能增加小肠的吸收面积和消化酶活性，增强动物对营养物质的消化吸收[14]。此外，水解单宁因其天然多酚类活性元素而表现出选择性抑菌作用，能够有效促进肠道有益菌群增殖和抑制有害菌群增殖。李茜等[24]研究发现，单宁可显著促进肠道双歧杆菌和乳酸菌增殖，抑制大肠杆菌生长，降低粪便中氨含量。也有研究报道，单宁能够上调乳酸菌中参与氧化应激防御及细胞壁生物转化蛋白质的合成，增殖有益菌（乳酸菌和双歧杆菌等）及适应动物肠道[7,13]。这提示可应用单宁调控畜禽肠道菌群来发挥促进肠道免疫调节和肠道健康。
3.1 单宁在单胃动物上的应用 单宁在单胃动物上的应用是一把“双刃剑”。单宁对单胃动物的促生长作用依赖于其作为“抗营养因子”产生的负面影响和促进动物健康（调节肠道菌群、抗炎、抗应激、抗氧化）的平衡。大量研究表明，单宁在单胃动物上的应用效果最终取决于动物的种类、生理状态、饲粮组成、单宁类型及其在饲粮中的浓度[6]。近年研究表明，小于3%的水解单宁能够促进仔猪和育肥猪生长，有效缓解腹泻，改善肠道菌群结构，增强抗氧化和抗免疫应激能力[25-27]。水解单宁在仔猪饲粮中小于2%和育肥猪饲粮中小于3%对器官参数、肠道健康和机体安全性无负面影响[28-31]。添加量略高于3%的水解单宁对猪的生长性能和肉品质影响不明显[32]。研究显示，缩合单宁的应用剂量比水解单宁低，400～1 000 mg/kg 缩合单宁可改善猪生长性能，提高机体抗氧化能力，增强群体免疫力[33-35]。此外，单宁与其他添加剂（ZnO、牛至油）混合应用，可降低肌肉氧化程度和减少ZnO 的使用量[27,36]。家禽对单宁的耐受力可能要比猪低，低剂量（小于0.5%）水解单宁可以改善鸡生产性能，提高抗氧化和抗应激能力[37-38]。0.125%～0.25% 为葡萄缩合单宁的适宜添加量，进一步增加会对鸡的生长性能、蛋白质和氨基酸消化产生负面影响[39]。缩合单宁添加量高于0.5%会降低鸡的采食量，对生长性能产生负面影响[40]。目前研究表明，高剂量（5%、10%）的缩合单宁主要应用于改善鸡的抗氧化能力和免疫应激[41]。特种经济动物上的研究表明，低剂量水解单宁可提高家兔、獭兔和苏里貉的生长性能，预防腹泻，且对毛皮品质无不良影响[42-46]。单宁在单胃动物上的相关研究见表1。
综上，高剂量单宁对单胃动物生长性能存在负面影响，但适量浓度的单宁和适当方式应用能够缓解单胃动物腹泻，提高抗氧化和免疫力，提高生产性能，有效减少抗生素和ZnO 的用量。高剂量水解单宁和缩合单宁都不利于单胃动物的养殖生产，但可应用于改善抗氧化和免疫抗应激能力。
表1 单宁在单胃动物上的相关研究
表2 单宁在反刍动物上的相关研究
3.2 单宁在反刍动物上的应用 在反刍动物中应用研究主要以缩合单宁为主。在反刍动物营养中，缩合单宁在瘤胃中的水解产物儿茶素通过降低植物性饲料中蛋白质溶解度和表面活性，并降低瘤胃微生物对蛋白质的降解速度，增加过瘤胃蛋白数量和小肠消化的蛋白质含量，这个过程被称为瘤胃逃逸蛋白[1]。研究发现，低至中等浓度的浓缩单宁有利于提高反刍动物的生产效率，通过瘤胃逃逸蛋白过程增加了到达小肠吸收的饲粮蛋白量；而高浓度时，缩合单宁因其收敛性而阻碍了采食量，通过过度保护蛋白质而减少蛋白质等营养物质的消化，降低瘤胃微生物活性，抑制内源性消化酶活性，从而对动物性能产生负面影响[3]。瘤胃逃逸蛋白提高了氮利用率、减少温室气体甲烷排放和防止瘤胃胀气，并提高了反刍动物的生产性能[51]。Wang 等[52-53]研究发现，饲粮添加3 400 mg/kg 百脉根缩合单宁能够提高母羊羊毛产量、增重率和胴体重，增加泌乳中后期的产奶量和奶中乳蛋白和乳糖含量。低剂量缩合单宁不仅不影响饲料适口性和动物生产性能，还能对牛、绵羊、山羊和鹿等反刍动物的消化道有显著抗寄生虫作用，并且增强机体抗氧化能力和免疫力，提高动物健康水平[3]，也对羊毛生产、产奶量和繁殖率起到促进作用。栗木单宁酸可降低犊牛腹泻率，并缩减腹泻时间[54]。单宁在反刍动物上的相关研究见表2。
单宁具有肠道收敛、抗菌、抗寄生虫、抗病毒、抗癌、抗氧化和改善肠道微环境的作用。大量试验表明，低浓度单宁对畜禽生长性能无不良影响，不同水平单宁增加畜禽肠道消化酶活性和对营养物的吸收面积。适量添加单宁可以提高畜禽生产性能、抗氧化和抗应激能力，改善畜禽营养状况和促进畜禽健康。单宁与微生态制剂、植物精油等联合使用，能够增强畜禽抗病促生长作用，可替代部分抗生素和氧化锌。单宁作为天然植物提取物，具有多种生物学功能，在动物生产上具有广阔的应用前景。目前，缩合单宁在反刍动物上的应用研究较多，而水解单宁酸在仔猪、肉仔鸡、蛋鸡中的应用较多。鉴于单宁在畜禽养殖中的重要作用，后续研究应重点关注以下3 个方面：①探索单宁的构-效关系，明确不同类型单宁的作用机理；②研究单宁在畜禽体内的代谢循环路径及其调控畜禽肠道健康的机制；③开发单宁与其他饲料添加剂的联合应用方案。通过有针对性地深入研究，以期为单宁在国内的科学推广和抗生素替代品的开发提供依据。
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