聶振昌，程宗佳，李 輝，何楚俐，陶正國

（廣州立達(dá)爾生物科技股份有限公司，廣州510663）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人們生活水平的提高，對畜產(chǎn)品的品質(zhì)要求也越來越高。最近30年，由于畜牧業(yè)抗生素的濫用，導(dǎo)致了一系列的問題出現(xiàn)，其中在食品上影響最大的為抗生素在畜產(chǎn)品中的藥物殘留，已經(jīng)引起的人們的廣泛關(guān)注，生產(chǎn)無抗動物產(chǎn)品的呼聲越來越高，國家在2020年7月1日開始禁止抗生素在飼料中添加，這是維護(hù)食品安全、保障國民健康的一個重要里程碑。植物精油具有無殘留、無耐藥性的特點，且是來源廣泛的一類綠色植物提取物，國內(nèi)外對其研究也日趨活躍，并取得了大量的研究應(yīng)用成果，已經(jīng)逐漸深入到細(xì)胞、分子水平機(jī)理上。綜合最近的研究，關(guān)于植物精油的特性、制劑的工藝、生物學(xué)功效機(jī)理、動物生產(chǎn)應(yīng)用實踐等的報道也越來越多，作為新一代的植物提取物，已經(jīng)能夠有效地替代抗生素的部分作用效果，在滅殺有害菌、提高動物健康水平、促進(jìn)動物生長、提高畜產(chǎn)品品質(zhì)等方面發(fā)揮了積極的作用。

1 植物精油及其理化性質(zhì)

植物精油是以植物的花、葉、根、果、皮和樹膠等為原料，通過蒸汽蒸餾、壓榨、溶劑萃取等方法提煉出的植物揮發(fā)性油樣芳香物質(zhì)。它是植物體內(nèi)的一種次生代謝產(chǎn)物，是一類具有特殊香味和顏色的天然化合物[1]。植物精油化學(xué)成分復(fù)雜，不同來源的植物精油的化學(xué)成分存在差異，主要含有醇、醚、酚、醛、內(nèi)酯、酮等成分，其中以萜烯類、芳香族、脂肪族、含氮和含硫化合物為主。植物精油常溫下多為液體、易揮發(fā)，有特殊而強(qiáng)烈的氣味，一般比水輕，相對密度一般在0.8~1.17，不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑中，對空氣、日光和溫度較為敏感，容易分解變質(zhì)，需貯存于深色容器和陰涼處[2]。

2 飼用植物精油制劑的生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)植物精油常溫下多處于液體狀態(tài)，暴露空氣中具有易揮發(fā)、易氧化、對溫度敏感，有些具有強(qiáng)烈的氣味等特性，影響了其在飼料中的應(yīng)用，同時也影響了其在動物體內(nèi)性能的發(fā)揮。因此，提高植物精油的貯存穩(wěn)定性、高溫生產(chǎn)穩(wěn)定性、性能發(fā)揮的穩(wěn)定性、掩味等生產(chǎn)技術(shù)是植物精油向飼用精油改變的一個重要的研究課題，而微膠囊包膜法是有效解決傳統(tǒng)精油產(chǎn)品穩(wěn)定性問題的最常用制劑生產(chǎn)工藝手段[3]。

微膠囊技術(shù)是一種利用不同的原理將一些易揮發(fā)、不穩(wěn)定的氣、液或固體包封在具有一定成膜性材料里形成微小膠囊的技術(shù)。其中被包埋的物質(zhì)為芯材，包覆芯材的物質(zhì)為壁材。微囊化制劑技術(shù)能夠保護(hù)植物精油的理化特性，使其從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變，提高其穩(wěn)定性、流動性，能夠保護(hù)敏感性活性成分，同時避免其在飼料生產(chǎn)中同其他組分的反應(yīng)，使它們能夠共存，并使精油能夠在動物體內(nèi)根據(jù)需求定點定時釋放[4]，從而使植物精油在飼料加工及畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用具有更加廣闊的前景。

目前，植物精油微囊化制劑工藝主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法。其中物理法是利用物理和機(jī)械原理的方法制備微膠囊，主要有空氣懸浮法、噴霧干燥法、包結(jié)絡(luò)合法等；化學(xué)法是利用單體小分子發(fā)生聚合反應(yīng)生產(chǎn)高分子或者膜材料并將芯材包覆，主要有界面聚合法和原位聚合法；物理化學(xué)法是通過改變條件（溫度、pH值、加入電解質(zhì)等）使溶解狀態(tài)的成膜材料從溶液中聚沉出來并將芯材包覆形成微膠囊，具體有凝聚法、油相分離法、熔化分散冷凝法等[5-6]。表1中列舉了現(xiàn)在主要的微膠囊方法及其特性。

表1 主要的微膠囊方法及其特性

微膠囊壁材的特性影響著微膠囊性能的發(fā)揮，因此對壁材的選擇至關(guān)重要。壁材的選擇應(yīng)綜合考慮芯材的特性、壁材的特性、芯材與壁材的結(jié)合度、微囊化的經(jīng)濟(jì)效益等。選擇理想的壁材應(yīng)該遵守的基本原則有以下幾點[6]：1）和芯材不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；2）能夠避免芯材與外界的接觸；3）優(yōu)良的乳化和分散性能；4）高濃度下具有較低的黏度；5）在微囊化過程中容易與溶劑分離等。目前，用于精油微囊化的壁材主要有碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、膠類、纖維素類衍生物等。其中，碳水化合物壁材主要有麥芽糊精、玉米糖漿、β-環(huán)糊精、變性淀粉等；蛋白質(zhì)類壁材主要有大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、乳清蛋白、明膠等；脂肪類壁材主要有氫化植物油、硬脂酸、棕櫚油、卵磷脂等；膠類主要有海藻膠、阿拉伯膠、黃原膠等，纖維素衍生物主要有甲基纖維素、乙基纖維素、乙酸丁酸纖維素等[7-8]。微膠囊的單個壁材均有優(yōu)點，也有缺點，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，為了更好地起到包被芯材，同時也要根據(jù)微膠囊發(fā)揮作用的特點以及降低生產(chǎn)成本，一般利用不同壁材的互補(bǔ)作用來聯(lián)合應(yīng)用。表2中列舉了一些壁材及其特性。

表2 一些主要壁材及其特性

飼用植物精油的一個重要作用就是控制釋放。控制釋放是指芯材物質(zhì)（植物精油）在理想的時間和部位以理想的速率從微膠囊內(nèi)釋放出來。K.B.De Roos[9]認(rèn)為主要有兩個因素決定了植物精油從產(chǎn)品中的釋放速率：一為揮發(fā)性強(qiáng)弱；二為熱力學(xué)與動力學(xué)兩者平衡的空氣狀態(tài)。而從膠囊釋放出來的機(jī)制則取決于溶媒效應(yīng)，包括熔化、擴(kuò)散、降解、微粒的破碎等[10]。

研究發(fā)現(xiàn)微膠囊化方法的不同會造成釋放模式的差異，如擠壓法制備的微膠囊主要釋放形式為緩慢擴(kuò)散釋放，而噴霧干燥法制備的微膠囊除了擴(kuò)散釋放外，另外一個主要的釋放形式為觸發(fā)釋放。這種釋放模式主要受pH變化、脫水、機(jī)械外力、酶降解等因素影響。其次，不同微膠囊壁材的選擇也會導(dǎo)致精油制劑釋放方式的不同，因此在飼用精油制劑生產(chǎn)工藝選擇上，要根據(jù)自身所需的釋放方式來挑選相應(yīng)的壁材[6]。

3 飼用植物精油的主要生物學(xué)效用及機(jī)理

3.1 抑菌與防霉作用

植物精油具有抑制細(xì)菌生長甚至殺滅細(xì)菌的作用，已經(jīng)被越來越多的試驗證實。植物精油的多種活性成分比單一精油活性成分的效果好，體現(xiàn)出植物精油的協(xié)同增效作用。大量的研究證實，植物精油的抑菌機(jī)理大概有以下幾種[11]：一是改變病菌細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜、細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)等結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞不可逆的損傷，最終導(dǎo)致病菌細(xì)胞瓦解死亡；二是改變菌絲體形態(tài)結(jié)構(gòu)誘發(fā)菌絲體溶解而導(dǎo)致病菌死亡；三是降低或抑制分生孢子的產(chǎn)生和萌發(fā)，或破壞其受精作用，減低或阻斷病菌后代繼續(xù)為害的可能。

王新偉等[12]用紙片法和雙倍稀釋法研究了牛至油、香芹酚、檸檬醛、肉桂醛，發(fā)現(xiàn)其對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌均有明顯的抑制作用，且最低殺菌濃度（MIC）均在0.5μL·mL-1以內(nèi)。鞏衛(wèi)琪等[13]研究了利用β-環(huán)糊精為壁材包膜的香芹酚的抑菌效果，結(jié)果表明緩慢釋放出的香芹酚具有一定的抑菌作用，當(dāng)用量達(dá)0.05 g時，香芹酚包合物對桔青霉的抑制效果達(dá)到極敏。謝小梅等[14]利用微量稀釋法研究了檸檬醛和肉桂醛對黃曲霉菌和煙曲霉菌的抑制機(jī)理，結(jié)果表明檸檬醛和肉桂醛具有抗霉菌活性，其中檸檬醛對黃曲霉菌、煙曲霉菌的MIC分別為2.590、0.648μg·mL-1，肉桂醛對黃曲霉菌、煙曲霉菌的MIC分別為0.109、0.055μg·mL-1。袁瑤等[15]研究了15種市售的復(fù)合植物精油添加劑對大腸桿菌和沙門氏菌的抑菌效果，結(jié)果表明15種植物精油均具有一定的抑菌效果，并且香芹酚∶百里香酚、丁香酚∶百里香酚分別以2∶1的比例組合時可以獲得最佳復(fù)配抑菌效果。

3.2 抗氧化作用

植物精油的主要化學(xué)成分有酚、醛、醇、烯、酮等，許多研究表明，植物精油具有抗氧化的功能，能緩解氧化應(yīng)激，減少自由基對機(jī)體的侵害。目前抗氧化的植物精油關(guān)注較多的是一些來自于唇形科植物、姜科植物和桃金娘科植物，其中唇形科植物酚類，如牛至油的香芹酚和百里香酚；姜科植物的黃酮類物質(zhì)；桃金娘科的苯丙酯和丁香酚等[16]。植物精油的抗氧化作用主要是通過螯合催化氧化反應(yīng)的金屬離子；提高抗氧化酶活性；抑制細(xì)胞膜過氧化反應(yīng)等機(jī)制來清除自由基[17]。植物精油的抗氧化活性有直接和間接途徑，直接途徑是植物精油通過阻斷自由基的產(chǎn)生或者在自由基產(chǎn)生后能夠比氧化基質(zhì)更快地與這些過氧化自由基結(jié)合，從而阻斷自由基對機(jī)體的傷害，如植物精油的多酚類物質(zhì)通過與金屬螯合生成穩(wěn)定的化合物，從而抑制由這些金屬誘導(dǎo)產(chǎn)生的自由基；間接途徑是指植物精油不參與氧化反應(yīng)，而是通過保護(hù)氧化基質(zhì)或者提高機(jī)體的抗氧化防御能力來發(fā)揮作用，如通過調(diào)控Keap1-Nrf/ARE信號通路來調(diào)控抗氧化酶的活性，如谷胱甘肽過氧化酶、硫氧還蛋白還原酶、超氧化物歧化酶等，提高其表達(dá)水平，從而增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化活性，發(fā)揮抗氧化作用[17]。精油的抗氧化功能可以是以上的一種，或者是幾種聯(lián)合發(fā)揮作用。

徐娟娟等[18]研究了斯里蘭卡和印尼兩種肉桂精油的抗氧化活性，試驗表明這兩個精油濃度為0.000 1~0.01 mg·mL-1時對羥基自由基有相當(dāng)好的清除作用。張彥等[19]采用1,1-二苯基苦味肼（DPPH）自由基清除法分析了肉桂精油清除自由基的抗氧化功能，研究結(jié)果表明肉桂精油具有良好的抗氧化作用，清除自由基的能力隨著肉桂精油濃度的增加而增加，高濃度的抗氧化活性明顯高于低濃度的。李娜等[20]研究了牛至精油的抗氧化活性，發(fā)現(xiàn)牛至精油對1,1-二苯基苦味肼自由基（DPPH·）和2,2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽自由基（ABTS+·）均具有清除能力，對ABTS+·的清除能力遠(yuǎn)強(qiáng)于對DPPH·的清除能力。張麗敏等[21]利用比色法研究了廣藿香的體外抗氧化能力，得出廣藿香能夠清除超氧陰離子自由基、羥基自由基，可以抑制脂質(zhì)過氧化，具有良好的綜合抗氧化能力。

3.3 提高免疫力

動物疾病的發(fā)生與機(jī)體的免疫水平具有很大的關(guān)聯(lián)性。機(jī)體內(nèi)的免疫物質(zhì)，如補(bǔ)體、免疫球蛋白和細(xì)胞因子等在免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用，其含量的高低直接反映了免疫功能的強(qiáng)弱。根據(jù)相關(guān)研究，植物精油可以通過提高動物機(jī)體免疫器官指數(shù)提高機(jī)體抗體和補(bǔ)體的水平，從而提高動物的免疫力。劉猛[22]研究了在飼糧中添加了0.01%麝香草酚與肉桂醛為主的植物精油，極顯著提高了白細(xì)胞吞噬率，IgM、IgA與補(bǔ)體C3和補(bǔ)體C4的含量，顯著地提高了總蛋白和IgG的含量。張強(qiáng)等[23]在低蛋白日糧中添加植物精油，顯著提高了仔豬白蛋白、免疫球蛋白A、免疫球蛋白C、白介素-6的含量，淋巴細(xì)胞增值率也有提高的趨勢。周選武等[24]研究發(fā)現(xiàn)，以肉桂醛和百里香酚為主要成分的植物精油添加200 mg·kg-1能夠有效提高斷奶仔豬的免疫球蛋白A、免疫球蛋白G、免疫球蛋白M的含量。

4 植物精油對豬生產(chǎn)性能的影響

4.1 對斷奶仔豬的影響

仔豬養(yǎng)殖是養(yǎng)豬生產(chǎn)中十分重要的一個環(huán)節(jié)，由于仔豬的各項生理機(jī)能還不是十分完善，如仔豬的消化系統(tǒng)中某些消化酶的缺乏，仔豬容易產(chǎn)生各種氧化應(yīng)激，仔豬的免疫機(jī)能低下等，因此仔豬主要還是依靠母乳及飼料中某些成分來提高生理功能等。仔豬的生產(chǎn)性能、腹瀉率、免疫抗體水平等是仔豬健康成長的核心考慮指標(biāo)。只有保障仔豬健康才能擁有優(yōu)秀的生產(chǎn)性能，從而提高養(yǎng)豬生產(chǎn)效益。馬明等[25]通過在紫云花仔豬日糧中添加植物精油（肉桂醛、百里香酚、香芹酚復(fù)合制劑），發(fā)現(xiàn)添加300 g·t-1組相對于不添加組，仔豬的腹瀉指數(shù)和腹瀉率分別減低了71.9%和57.7%，而添加量為400 g·t-1組未出現(xiàn)腹瀉現(xiàn)象，證明植物精油可有效抑制有害細(xì)菌及病原體，減少仔豬腹瀉的發(fā)生。周明等[26]在保育豬飼料中用肉桂醛代替金霉素和桿菌肽鋅的試驗中發(fā)現(xiàn)，使用600 mg·kg-1的肉桂醛，腹瀉率比抗生素組降低了66%；平均日增重也高于抗生素組，血清中的超氧化歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性、總抗氧化能力及豬瘟抗體、藍(lán)耳病抗體、圓環(huán)病毒抗體水平均顯著高于抗生素組，表明肉桂醛精油能夠很好地預(yù)防保育豬腹瀉，提高其抗氧化能力，提高相關(guān)抗體水平，提高了健康水平，促進(jìn)其生長。李方方等[27]在仔豬飼糧中添加了250 mg·kg-1的植物精油（主要成分為百里香酚和香芹酚），降低了血清中瘦素含量、膽囊收縮素含量；提高了胃饑餓素含量，從而促進(jìn)了生長激素分泌，增強(qiáng)食欲，促進(jìn)消化吸收，進(jìn)而提高斷奶仔豬的生產(chǎn)性能；同時也有效提高斷奶仔豬的日增重，降低料重比，使仔豬的凈利潤顯著提高40%。

4.2 對育肥豬的影響

育肥階段是養(yǎng)豬生產(chǎn)中最后一個環(huán)節(jié)，其主要養(yǎng)殖目標(biāo)是高生長速度、低料重比、良好的健康水平和高品質(zhì)的豬肉質(zhì)量。因此植物精油的應(yīng)用研究主要集中在對其生長性能和肉品質(zhì)影響方面。由于植物精油不產(chǎn)生藥物殘留，因此在預(yù)防育肥豬疾病、調(diào)節(jié)胃腸道菌群平衡、促生長、抗氧化應(yīng)激、提高屠宰后肌肉品質(zhì)上具有無可比擬的優(yōu)勢。吳東等[28]在飼糧中添加300 g·t-1的肉桂醛，育肥豬的日增重比抗生素組提高了5.89%，料重比減少了8.85%，提高了總抗氧化能力，提高了血清中IgG水平。單琪涵等[29]通過添加不同含量的植物精油，評估其對肉豬生長性能及肉質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)添加100 mg·kg-1的植物精油能有效提高肉豬日增重及料重比，降低肌肉的滴水損失、熟肉率以及失水率，而添加量為150 mg·kg-1和200 mg·kg-1的時候，顯著提高了肉色黃度值及紅度值，表明其對保持豬肉顏色、緩解屠宰過程中應(yīng)激具有一定生理作用，從而提高肌肉品質(zhì)。熊雙[30]在日糧中添加400 g·t-1的牛至油，發(fā)現(xiàn)可以顯著降低血清中尿素氮的含量，提高蛋白質(zhì)的合成代謝，增加背最長肌中的粗脂肪含量，增加眼肌面積，降低背膘厚，從而改善育肥豬胴體品質(zhì)。以上試驗成果表明植物精油不僅能提高生長肥育豬的生長性能，通過對其抗氧化性及色度值的改善來提高豬肉的品質(zhì)。

4.3 對母豬的影響

植物精油在母豬上的研究主要集中在對母豬生產(chǎn)性能、免疫功能的提升以及乳品質(zhì)的改善方面。P.Allan等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在繁殖母豬日糧中添加牛至精油，顯著增加了母豬產(chǎn)仔數(shù)和仔豬的存活數(shù)量，降低了死產(chǎn)率。C.Ariza-Nieto等[32]給母豬飼喂含250 mg·kg-1牛至油的日糧，所產(chǎn)仔豬的常乳攝入量及哺乳前5 d的平均日增重有增加的趨勢，常乳中T淋巴細(xì)胞數(shù)量增多。Tan C.等[33]在經(jīng)產(chǎn)大白母豬日糧中添加15 mg·kg-1牛至油，發(fā)現(xiàn)有增加母豬采食量的趨勢，并可顯著提高前3周哺乳仔豬平均日增重。也有研究表明，在母豬全階段飼喂含有精油的飼糧，能夠顯著提高母豬血清中促生長因子（IGF-1）水平，提高哺乳仔豬的斷奶重[34]。周選武等[35]在母豬飼糧中添加200 mg·kg-1的百里香酚與肉桂醛復(fù)合型植物精油，增加了母豬產(chǎn)活仔數(shù)與初生窩重，降低了死胎率，提高了斷奶成活率，縮短了發(fā)情間隔，提高了母豬哺乳期間血清IgA的含量，母豬哺乳第14天乳清中IgG、IgM及第21天乳液中乳脂和乳清中IgG含量均有顯著提高。綜上所述，植物精油能夠在一定程度上提高母豬采食量，提高母豬的免疫水平，進(jìn)而提高母豬的生產(chǎn)性能。

5 展 望

國家已經(jīng)禁止促生長類抗生素在飼料中添加，各種各樣抗生素的替代品如雨后春筍般出現(xiàn)，令人眼花繚亂。植物精油所具有的綠色、安全、無藥殘等特點，已經(jīng)成為最有潛力作為抗生素替代品之一，同時也得到了各種各樣的應(yīng)用研究的證實。鑒于植物精油具有易揮發(fā)、易氧化的缺點，飼用精油制劑的微囊化加工工藝也很好地克服了這些缺陷，然而現(xiàn)在飼用精油制劑的工藝還相對比較單一，技術(shù)含量還不高，市面上同質(zhì)化產(chǎn)品較多，競爭比較激烈，因此制劑工藝的改良以及開發(fā)更先進(jìn)的工藝仍然大有前景。

混合精油制劑比單一精油的作用效果更加明顯，但對混合精油的組合方式以及其具體的協(xié)同增效作用原理還有待進(jìn)一步深入的研究，同時還要針對不同豬及其生長階段所對應(yīng)的精油組合應(yīng)用及原理進(jìn)行更加細(xì)致的研究。植物精油效果的技術(shù)評估及應(yīng)用還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以上這些都是植物精油作為替抗產(chǎn)品在養(yǎng)豬生產(chǎn)過程中使用所必須要解決的問題。