邱建強 黃 文 王玉璽 彭 凱*

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢430070；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室，農(nóng)業(yè)部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，廣州510640；3.加拿大農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)食品部萊斯布里奇研究中心，萊斯布里奇T1J4B1)

單寧是廣泛存在于植物界的一類多酚化合物，屬于植物次生代謝產(chǎn)物。長期以來，單寧被視為抗營養(yǎng)因子[1]，歸因于單寧具有澀味、適口性差，且阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收[2]。近年來，科學(xué)研究不斷刷新人們對單寧的認識，目前認為單寧的作用具有“兩面性”，這與單寧的來源、劑量、化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，如高劑量單寧普遍被認為是“抗營養(yǎng)因子”，而低劑量單寧則被認為是“有益因子”。單寧從傳統(tǒng)認知的“抗營養(yǎng)因子”逐漸過渡到“有益活性物質(zhì)”，歸功于人們對單寧有益價值的深入探索，如發(fā)現(xiàn)適量單寧具有抑菌、抗氧化、抗炎、抗病毒、促生長等生物活性，是理想的飼料添加劑和抗生素替代品[3]。

單寧可作為畜禽和水產(chǎn)動物的飼料添加劑應(yīng)用于動物生產(chǎn)與保健。鄧文等[4]研究表明，斷奶仔豬飼糧中添加1 000 mg/kg栗樹單寧可降低仔豬腹瀉率，提高仔豬的生長性能和抗氧化能力。適量栗木單寧可提高灘羊生長性能，降低料重比，增加肌肉不飽和脂肪酸含量，提高肌肉營養(yǎng)價值[5]。耿昕穎等[6]發(fā)現(xiàn)，飼料中添加0.5%～1.0%醇提五倍子(富含單寧藥用植物)可提高鳙魚的非特異性免疫能力，對嗜水氣單胞菌引起的感染具有抵抗作用。彭凱等[7]報道，凡納濱對蝦飼料中添加0.5～4.0 g/kg縮合單寧具有促生長、提高抗氧化能力作用。然而，當前研究主要集中在評價單寧的飼用價值及其對動物生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)消化率、抗氧化和免疫力、肉品質(zhì)調(diào)控的作用效果，而對動物腸道健康和腸道菌群的研究有限。腸道是動物體內(nèi)重要的消化吸收器官，也是最大的免疫器官，維持腸道健康是現(xiàn)代動物生產(chǎn)中的主要挑戰(zhàn)。實際上，單寧可通過介導(dǎo)腸道微生物促進畜禽和水產(chǎn)動物的健康生長。Tosi等[8]研究表明，在肉雞飼糧中添加板栗水解單寧能夠有效控制壞死性腸炎，有效控制產(chǎn)氣莢膜梭菌的增殖并降低腸道損傷程度。孫俊穎[9]報道，在雛雞飼糧中添加0.4%單寧酸能夠增加盲腸內(nèi)產(chǎn)生短鏈脂肪酸微生物的相對豐度，提高短鏈脂肪酸含量，促進腸道黏液分泌，保護腸道免受機械損傷。郭慧等[10]報道，在凡納濱對蝦飼料中添加0.1%水解單寧，可降低對蝦腸道中藍細菌門、放線菌門和擬桿菌門的比例，增加變形菌門、軟壁菌門和厚壁菌門比例，從而提高凡納濱對蝦的生長性能。本文綜述了單寧介導(dǎo)動物腸道微生物調(diào)控動物生長和健康的研究進展，旨為單寧在畜禽和水產(chǎn)動物飼料中的應(yīng)用提供參考。

1 單寧的來源

單寧主要分為2類，即水解單寧和縮合單寧。水解單寧是由沒食子酸或其衍生物與多元醇通過酯鍵形成的多元醇和酚羧酸，分子質(zhì)量在500～3 000 Da[11]。許多植物器官中存在水解單寧，如五倍子、栗木、橡木、茶葉、花生等[12]。水解類單寧在酸、堿和酶的作用下易發(fā)生水解，生成簡單化合物，根據(jù)水解所生成物質(zhì)，又可分為沒食子酸單寧和逆沒食子酸單寧?？s合單寧是由黃烷-3-醇或黃烷-3，4-二醇通過4→8(或4→6)C-C鍵(或C-O-C鍵)縮合而成的聚合物[13]，其分子質(zhì)量在2 000～4 000 Da，比水解單寧更大[14]。而縮合單寧在酸、堿和酶的作用下不易發(fā)生水解，這與縮合單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，但其在強酸作用下易縮合生成不溶于水的“鞣紅”沉淀，如切開的水果和茶水放置過久時產(chǎn)生紅色沉淀。水解單寧和縮合單寧的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

A：水解單寧 hydrolyzable tannins; B：縮合單寧 condensed tannins。

目前，單寧的來源主要依靠化學(xué)提取和酶解提取，幾乎沒有人工合成的單寧。單寧的提取方法主要包含浸提法[16]、超聲波提取法[17]、超臨界流體萃取法[18]和微波提取法[19]等。彭凱等[20]的發(fā)明專利“一種植物縮合單寧的提取和純化方法及其應(yīng)用”(ZL202110079777.1)首次公開了采用酶解法提取植物中縮合單寧的技術(shù)方案，利用漆酶、纖維素酶、果膠酶等復(fù)合酶能夠顯著提高單寧的得率和純度，避免化學(xué)試劑對環(huán)境造成的污染。實際應(yīng)用過程中，要根據(jù)單寧的植物來源、產(chǎn)品純度選擇合適的提取方法，盡可能不影響單寧活性的前提下，達到高效、經(jīng)濟、環(huán)保的目的。

2 單寧與微生物的互作關(guān)系

2.1 單寧的抑菌作用

單寧具有廣譜抑菌性，尤其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、產(chǎn)氣莢膜桿菌、芽孢桿菌等細菌具有抑制作用。單寧的抑菌機制主要包括：1)單寧與礦物質(zhì)金屬離子、蛋白質(zhì)等形成螯合物阻礙細菌對此類物質(zhì)的攝取，從而阻止其增殖[2]；2)抑制胞外酶活性[15]；3)單寧與細菌細胞壁結(jié)構(gòu)成分結(jié)合從而破壞細菌細胞壁結(jié)構(gòu)，與細胞膜作用影響膜電位、改變細胞膜的通透性[21]；4)單寧抑制細菌生物膜的形成，減弱其對抗菌劑的阻隔作用和免疫清除作用[22]。

Dakheel等[23]報道，縮合單寧對體外禽致病性大腸桿菌具有顯著的抗菌活性，其作用方式是抑制大腸桿菌游動和群集運動及其形成生物膜的能力。tumpf等[24]在單寧對大腸桿菌體外抑制試驗中發(fā)現(xiàn)，其最小抑制濃度與培養(yǎng)基生長介質(zhì)濃度有關(guān)，隨著生長介質(zhì)濃度增加，最小抑制濃度呈線性增加，證實單寧與培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)的相互作用在其抗菌活性中起著關(guān)鍵作用。據(jù)報道，單寧酸對體外金黃色葡萄球菌和藤黃微球菌均具有很好的抑菌作用，其最小抑菌濃度分別為0.39和0.09 mg/mL[25]，說明單寧酸對不同菌種的抑菌效果不同。在體外厭氧條件下，添加200 μg/mL紫色達利菊縮合單寧能夠顯著抑制大腸桿菌的生長，電子顯微鏡下觀察到大腸桿菌細胞膜增厚，且當縮合單寧濃度進一步提高時，細胞膜增厚效果更為明顯，說明縮合單寧抑制大腸桿菌生長的作用機理可能是縮合單寧改變了細菌細胞膜的通透性[26]。綜上所述，單寧的抑菌效果主要取決于單寧的濃度、介質(zhì)濃度、菌種等因素，單寧主要通過改變細菌細胞膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生抑菌作用。

單寧對革蘭氏陽性菌的抑制效果通常優(yōu)于革蘭氏陰性菌，這與細菌的細胞結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如，Henis等[27]發(fā)現(xiàn)角豆水提單寧酸對大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、霍亂弧菌、傷寒沙門氏菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌具有抑制作用，而對枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌(二者均為革蘭氏陽性菌)的抑制作用更為明顯。鄭正男等[25]報道，當單寧酸濃度為12.5 mg/mL時，其對金黃色葡萄球菌、藤黃微球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、枯草桿菌、青霉菌均具有抑制效果，但單寧酸對革蘭氏陽性菌的抑制效果明顯優(yōu)于革蘭氏陰性菌。形成這種差異的原因可能與不同細菌的細胞膜結(jié)構(gòu)有關(guān)，相比革蘭氏陰性菌，革蘭氏陽性菌不具備外膜，單寧酸容易滲透，通過影響細胞膜的膜電位、物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能和干擾胞內(nèi)物質(zhì)等方式實現(xiàn)更強的抑菌效果[22]。

2.2 微生物對單寧的降解作用

單寧雖然具有較強的抑菌活性，但某些細菌或真菌微生物卻能夠抵抗單寧的抑菌作用，甚至能降解單寧。單寧的微生物降解途徑是通過微生物分泌單寧酶對其進行降解[28-29]。能夠降解水解單寧的微生物主要有大腸桿菌、青霉屬和曲霉屬等菌類，水解單寧中的酯鍵在單寧酶的作用下，使水解單寧降解為棓酸(即沒食子酸)和葡萄糖，而后在多酚氧化酶等其他酶作用下進一步分解為芳香族脂肪酸等小分子物質(zhì)，降解物質(zhì)可被機體吸收利用[29-30]。相比水解單寧，縮合單寧的分子質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不容易被降解[29]。研究表明，縮合單寧可以被某些真菌(如黑曲霉、米曲霉等霉菌)分解為黃烷醇單體，再進一步轉(zhuǎn)化為酚類和酸類等小分子化合物[30]。然而，上述研究主要集中于單寧的體外微生物降解，有關(guān)畜禽和水產(chǎn)動物腸道微生物對單寧的降解作用及腸道內(nèi)代謝產(chǎn)物的研究甚少，加強單寧與動物體內(nèi)消化道微生物的互作研究，有助于深入解析單寧的營養(yǎng)調(diào)控作用機理。

3 單寧對畜禽和水產(chǎn)動物腸道微生物的影響

3.1 單寧對豬腸道微生物的影響

水解單寧酸對仔豬腹瀉、細菌性腸炎等疾病具有預(yù)防和治療作用，其機制是通過競爭性抑制特定細菌生長代謝、繁殖和毒性作用，抑制腸道病原菌，增加有益菌數(shù)量[31]。如Brus等[32]研究表明，飼糧中補充栗木單寧可提高82～127日齡仔豬的生長性能，歸因于栗木單寧降低仔豬腸道中大腸桿菌數(shù)量，增加乳酸菌數(shù)量。此外，單寧具有收斂性，能夠減緩腸道蠕動，增加食糜在腸道中的停留時間，從而有利于營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收[31]，如龐樹坤[33]研究表明，在育肥豬飼糧中添加0.015%、0.030%、0.045%的單寧酸，豬的腹瀉率顯著下降。單寧預(yù)防豬的腹瀉也可能與單寧抑制腸道病原微生物活動有關(guān)，據(jù)報道水解單寧酸可與蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物，抑制微生物氮代謝，同時降低病原微生物發(fā)酵底物蛋白水平，抑制病原微生物生長，減少因病原微生物引起的腹瀉狀況發(fā)生[34]。Song等[35]報道，飼糧中添加0.1%五倍子單寧酸，可提高斷奶仔豬盲腸芽孢桿菌的數(shù)量，并顯著降低結(jié)腸大腸桿菌的數(shù)量，改善斷奶仔豬的腸道健康。

3.2 單寧對雞腸道微生物的影響

腸道黏膜屏障功能和腸道通透性對動物腸道健康至關(guān)重要。植物多酚類化合物一般通過調(diào)節(jié)腸道上皮細胞緊密連接、信號傳導(dǎo)相關(guān)的腸道微生物而影響腸道通透性[36]。如從光雷等[37]報道，化香果單寧可能通過增加肉雞腸道中副擬桿菌的相對豐度，保持腸道屏障完整性。李茜等[38]研究表明，在蛋雞飼糧中添加1 g/kg水解單寧酸可促進盲腸中乳酸桿菌和雙歧桿菌的增殖，抑制大腸桿菌生長，從而降低腸道通透性，改善蛋雞腸道健康。另有研究發(fā)現(xiàn)，單寧酸或水解單寧主要通過調(diào)控雞腸道乳酸桿菌和大腸桿菌數(shù)量，促進腸道健康，如張世忠等[39]報道，在白羽肉雞飼糧中添加200 mg/kg單寧酸可促進肉雞腸道乳酸桿菌屬的生長。Jamroz等[40]發(fā)現(xiàn)，甜栗單寧顯著降低28日齡雞小腸中大腸桿菌的數(shù)量，明顯改變了小腸和結(jié)腸中的微生物結(jié)構(gòu)。李軍輝等[41]研究表明，肉雞飼糧中添加400 mg/kg水解單寧酸顯著提高了盲腸中乳酸桿菌數(shù)量，降低了大腸桿菌數(shù)量。然而，雞飼糧中添加水解單寧的報道較多，而對縮合單寧的相關(guān)研究較少，縮合單寧介導(dǎo)雞腸道微生物對其生長、健康的影響有待進一步研究。

3.3 單寧對反芻動物瘤胃微生物的影響

由于反芻動物消化道較為特殊，瘤胃在營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收方面起著重要作用，有關(guān)單寧調(diào)控反芻動物腸道微生物的研究較少。單寧在反芻動物中的應(yīng)用主要包括：1)單寧能夠保護過瘤胃蛋白；2)單寧調(diào)控瘤胃菌群抑制瘤胃氣體產(chǎn)生，防止反芻動物發(fā)生脹氣。單寧保護過瘤胃蛋白的原因主要是單寧與瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)形成“單寧-蛋白質(zhì)”復(fù)合物，該復(fù)合物在pH為4.0～7.5可以保持相對穩(wěn)定，瘤胃內(nèi)正常pH為5.0～7.0，因此“單寧-蛋白質(zhì)”復(fù)合物可以在瘤胃內(nèi)不被細菌分解。當復(fù)合物經(jīng)過小腸(pH 8.0～9.0)和真胃(pH 2.5)時，“單寧-蛋白質(zhì)”復(fù)合物發(fā)生分解，蛋白質(zhì)經(jīng)酶降解后，被機體吸收利用[42]。

單寧可通過調(diào)控牛瘤胃微生物區(qū)系，降低甲烷產(chǎn)生，如呂忠蕾[42]報道，在延邊黃牛飼糧中添加縮合單寧能夠顯著降低瘤胃中溶纖維丁酸弧菌和產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量，抑制細菌對蛋白質(zhì)的分解，減少甲烷的產(chǎn)生，提高蛋白質(zhì)利用率。Díaz Carrasco等[43]研究表明，在荷斯坦牛飼糧中添加2 g/kg的栗木單寧和白堅木單寧，瘤胃中厚壁菌門和擬桿菌門的比值增加，單寧改變了瘤胃中纖維分解菌、淀粉分解菌和尿素分解菌的結(jié)構(gòu)組成，減少了產(chǎn)甲烷菌數(shù)量。Pieiro-Vázquez等[44]報道，在小母牛飼草中加入80%的銀合歡(含縮合單寧的豆科灌木)，能夠減少61.3%的腸道甲烷排放，而不影響干物質(zhì)、有機物質(zhì)的攝入量和瘤胃液中的原生動物種群。單寧降低瘤胃甲烷產(chǎn)量的原因也可能與單寧直接抑制產(chǎn)甲烷菌有關(guān)，如?，|學(xué)等[45]研究表明，秦川肉牛飼糧中添加3.22、6.44、9.66和12.88 g/kg的水解單寧，蛋白質(zhì)利用率逐漸提高，瘤胃甲烷桿菌的相對豐度逐漸降低。李志威[46]研究表明，飼喂百脈根干草及其縮合單寧降低了湖羊瘤胃的發(fā)酵性能，減少了產(chǎn)甲烷菌和主要纖維蛋白降解菌的相對豐度，但不改變瘤胃微生物的整體結(jié)構(gòu)。綜上所述，單寧主要通過抑制反芻動物瘤胃蛋白質(zhì)和纖維素分解菌及產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量，促進瘤胃氮代謝，減少甲烷排放。

3.4 單寧對魚類腸道微生物的影響

飼料中添加適量多酚可提高草魚[47]、石斑魚[48]、鱸魚[49]、大菱鲆[50]的生長性能、抗氧化能力、肌肉品質(zhì)和免疫力。然而，有關(guān)單寧對魚類腸道微生物影響的研究較少。水產(chǎn)動物腸道微生物中豐度最高的為變形菌門，其豐度過高會破壞腸道微生態(tài)環(huán)境，增加患病害的可能性[51]，如姚靜婷[52]研究表明，草魚可耐受飼料中1.25%的水解單寧，水解單寧改變了草魚腸道微生物的組成，表現(xiàn)為腸道變形菌門的相對豐度降低，從而有益于腸道健康。水產(chǎn)動物主要依靠非特異性免疫抵御病原菌，單寧可增強魚體對致病菌的抵抗。朱旭楓等[53]研究表明，在珍珠龍膽石斑魚飼料中添加0.1%的水解單寧，可增加腸道放線菌門、厚壁菌門和擬桿菌門比例，降低變形菌門比例，促進營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)換和吸收，從而提高石斑魚的免疫力和生長性能，降低患病率。Ma等[54]報道，飼料中添加茶多酚最適水平120 mg/kg，改善了草魚嗜水氣單胞菌攻毒引起的腸道損傷，一方面可能歸因于茶多酚可能通過凝固病原體內(nèi)原生質(zhì)和酶，影響微生物生長代謝[55]，抑制了嗜水氣單胞菌生長；另一方面可能歸因于茶多酚提高了腸道抵抗氧化應(yīng)激能力，降低了氧化損傷產(chǎn)物，減緩了腸道損傷[54]。龍萌等[56]研究表明，在團頭魴幼魚飼料中添加50 mg/kg茶多酚，嗜水氣單胞菌攻毒后團頭魴成活率顯著提高，說明茶多酚對嗜水氣單胞菌具有明顯的抑制效果。單寧還可以通過激活細胞Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1-核因子E2相關(guān)因子2/抗氧化反應(yīng)元件(Keap1-Nrf2/ARE)抗氧化信號通路，上調(diào)下游Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶基因表達水平，提高動物的抗氧化應(yīng)激能力[57]。單寧能夠增加魚類腸道有益菌，抑制有害菌，從而調(diào)節(jié)魚類腸道微生態(tài)平衡，促進動物腸道健康，如Peng等[58]研究表明，飼料中添加400 mg/kg縮合單寧顯著改變了海鱸的腸道菌群結(jié)構(gòu)，縮合單寧通過增加細菌菌屬梭菌屬和螺旋體屬相對豐度，降低氣單胞菌屬相對豐度，從而減少腸道內(nèi)毒素的分泌，改善海鱸腸道通透性，提高腸道健康水平。

肉食性魚類對糖的利用能力差，通過單寧介導(dǎo)腸道微生物降血糖，可以增加魚類對糖類的利用率。植物多酚與腸道菌群相互作用可以起到降血糖作用，其作用機制為：1)抑制病原菌生長從而提升益生菌數(shù)量，抑制細菌黏附腸道細胞，防止腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致腸道黏膜屏障調(diào)節(jié)能力減弱，細菌產(chǎn)生脂多糖等有害代謝物質(zhì)進入血液，引發(fā)代謝性內(nèi)毒素血癥，有害代謝物質(zhì)與肝臟及脂肪細胞上細胞因子受體結(jié)合，誘導(dǎo)釋放炎癥因子及發(fā)生胰島素抵抗[59]；2)促進腸道激素的分泌，腸道微生物代謝產(chǎn)生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸可以促進腸道內(nèi)分泌細胞分泌胰高血糖素樣肽腸肽-1、胰高血糖素樣肽-2、酪酪肽等腸源性激素，影響機體對胰島素敏感程度，改善胰島素抵抗，調(diào)節(jié)機體血糖水平[59]。

3.5 單寧對甲殼動物腸道微生物的影響

凡納濱對蝦的腸道優(yōu)勢菌主要以變形菌門和藍細菌門為主，其次是放線菌門和擬桿菌門[10]。放線菌門屬條件致病菌，放線菌在機體免疫能力低時侵染引起疾病發(fā)生[51]。李青霞等[60]研究表明，凡納濱對蝦飼料中添加五倍子提取物對副溶血弧菌具有抑制作用，其抑制效果與其提取方法有關(guān)，水法提取和醇法提取的最好抑制效果含量分別為1%和0.5%。陳啟康等[61]報道，在凡納濱對蝦飼料中分別添加300、600和900 mg/kg栗木單寧，腸道中變形菌門比例逐步降低，而擬桿菌門比例逐步升高。朱旭楓[62]研究表明，凡納濱對蝦飼料中添加0.15%水解單寧，增加了對蝦腸道厚壁菌門的相對豐度，降低了放線菌門和擬桿菌門的相對豐度，改善了腸道菌群結(jié)構(gòu)，同時提高了凡納濱對蝦的生長性能和抗病力。由此可見，單寧通過增加腸道有益菌和抑制腐敗菌的方式，促進甲殼動物腸道健康，控制腸道微生態(tài)平衡。

單寧能夠抑制水體中的致病菌，對感染蟹類的病原微生物具有抵抗作用。邱慶連等[63]研究表明，在五倍子、烏梅、天冬、秦皮等中草藥提取物對鋸緣青蟹致病弧菌體外抑菌試驗中發(fā)現(xiàn)，五倍子提取物(富含單寧)的抑菌效果最好，其對擬態(tài)弧菌、梅氏弧菌、霍利斯弧菌的最小抑菌濃度分別為0.172、0.172和0.086 mg/mL。Wu等[64]報道，對于感染副溶血弧菌的擬穴青蟹，采用20 mg/mL五倍子提取物進行藥浴，可有效降低死亡率。由此可見，富含單寧的中草藥是預(yù)防和治療蟹類細菌病的良好選擇。

4 小結(jié)與展望

單寧是普遍存在于植物界的多酚類化合物，主要分為水解單寧和縮合單寧，二者均具有顯著的抑菌活性。適量單寧不僅不影響動物的生長性能，還能通過調(diào)控腸道微生態(tài)平衡，維持動物腸道健康，是理想的飼料添加劑和抗生素替代品。單寧介導(dǎo)畜禽和水產(chǎn)動物腸道菌群可調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，增強對疾病的抵抗力，提升動物的健康水平。后續(xù)研究應(yīng)重點加強單寧與腸道微生物的互作關(guān)系研究，進一步揭示單寧調(diào)控腸道健康的微生態(tài)機理，為單寧的飼料化應(yīng)用和抗生素替代品的開發(fā)提供理論依據(jù)。