随着无抗饲料养殖时代的到来,饲用抗生素替代品的研究成为热点。天然植物提取物是一种安全、绿色、无耐药、低残留的“替抗”产品。植物的次生代谢物,如多糖、黄酮、多酚、萜类等活性物质可调节机体新陈代谢,对维持动物机体的健康状态有益[1]。植物提取物大规模的开发与应用仍存在许多限制,主要原因是植物提取物的提取工艺尚不成熟,其活性和有效成分、含量不稳定。研究发现,青蒿只有使用乙醚低温提取才能够得到具有较强抗疟活性的青蒿素,说明提取方法不同,提取物发挥的生物活性也存在差别,提取是确保植物提取物质量的关键性因素。在不确定主要药效成分的前提下,为确保提取物发挥活性作用,应尽可能多提取其中的不同种类成分。目前,植物提取物常用的提取方法多以水作为提取溶剂,一些难溶于水的活性物质难以被有效浸提,造成资源浪费。醇提法是以醇类作为提取溶剂的提取方法,可有效提取植物中黄酮类和酚类等难溶于水的活性物质,具有产物杂质少、提取效率高、对设备要求简单等优点[2-3]。一些植物醇提物的抗氧化效果明显高于水提物,且醇提物中黄酮和酚类物质含量高于水提物,因此,水提物和醇提物的抗氧化活性差异可能是由于黄酮类和酚类成分含量不同[4-5]。研究发现,醇提物中的活性物质可缓解机体的炎症反应。清除体内多余的自由基有利于预防和治疗某些疾病,因此开发和利用无毒、高效的天然抗氧化剂是食品科学、生命科学和医学领域的研究热点,对机体健康具有重大意义。目前,关于植物醇提物的提取工艺、提取物活性成分及生物学作用的研究较少。文章综述植物醇提物的提取工艺及其生物学作用,为植物醇提物在畜牧生产中的应用提供参考。1植物醇提物的提取工艺及其主要活性成分常用的植物提取方法有水提法、醇提法,上述两种传统方法的操作简单、成本低。水提法具有安全环保以及最大程度上保护活性物质的结构特性等优点,但提取物杂质含量相对较多[6]。醇提法提取时间短、杂质少、提取效率高、成本较低、操作简单、提取物易于保存,更易实现工业化生产[7-8]。醇提法常用的提取溶剂为乙醇,乙醇属亲水性有机溶剂,可与水按任意比例混合。杨硕[9]使用70%的乙醇提取艾蒿,所得醇提物以黄酮类、多糖类、多酚类为主,其含量分别为36.79 mg芦丁/g、21.6 mg葡萄糖/g、6.27 mg没食子酸/g。李欣等[10]使用60%乙醇经超声辅助提取菝葜,结果发现,菝葜醇提物中总三萜、总多酚、总黄酮的含量分别为 (14.03±0.21)%、(42.54±0.45)%、(29.69±0.37)%。植物醇提物的提取工艺及主要活性物质见表1。不同工艺方法有各自优缺点,可根据植物的特性选择利于活性成分浸出的最适方法,由表1可知,不同工艺方法提取得到的植物醇提物几乎均包含黄酮和多酚类物质。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.033.T001表1植物醇提物的提取工艺及主要活性物质提取工艺特点示例提取条件主要活性物质文献来源浸提操作简单但耗时长金线莲液料比10 mL/g、乙醇浓度80%、浸泡3次、每次24 h黄酮、多酚陈健敏等[5]微波加热速度快且均匀,但有微波辐射不适合大量生产黄杞叶乙醇浓度64%、微波温度56 ℃、微波时间67 s落新妇苷(二氢黄酮)周婷等[11]超声成本低、污染较小、提取效率较高,但可能会破坏某些活性白花龙胆花液料比30 mL/g、乙醇浓度70%、超声提取时间20 min、超声功率220 W黄酮嘎鲁等[12]加热回流溶剂用量少,浸提较完全,适用于质地较硬的中药五味子液料比8 mL/g、乙醇浓度70%、加热回流3次、每次1 h酚酸、黄酮田双等[13]高剪切分散乳化方便易行、节省时间、提取率高、提取时间短、溶剂用量少松针液料比10 mL/g、乙醇浓度64%、剪切转速18 000 r/min、剪切140 s、剪切温度44 ℃多酚樊梓鸾等[14]2植物醇提物的主要生物学作用2.1免疫调节作用植物醇提物作为天然活性物质,在缓解炎症反应、调节免疫功能方面有重要作用。Shaluei等[15]研究表明,在虹鳟鱼日粮中添加2.5和5.0 g/kg生姜醇提物可显著提高皮肤黏液中抗菌酶(溶菌酶、碱性磷酸酶和蛋白酶)的活性,改善黏膜免疫反应。本课题组前期研究发现,日粮中添加黑沙蒿醇提物可提高肉仔鸡肠道黏膜中分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、免疫球蛋白G(IgG)以及免疫球蛋白M(IgM)的含量,改善肉仔鸡的肠道屏障功能[16]。Park等[17]报道,软骨胆草乙醇提取物能够改善小鼠巨噬细胞的吞噬能力,且随着醇提物浓度的增加,细胞形态变为典型的活性巨噬细胞形状,吞噬活性显著增加。Aldi等[18]研究发现,白鼠口服木樨叶乙醇提取物可提高吞噬细胞的吞噬指数、白细胞数量和相对淋巴细胞重量,调节各免疫细胞间的比率,表明木樨叶乙醇提取物具有免疫刺激活性。炎症是机体对刺激的一种防御表现,属于机体必要、有益的免疫反应,但过度的炎症反应可能引起自身免疫系统的失调,进而攻击自身的组织及细胞[19]。植物醇提物在动物炎症模型中具有良好的抗炎效果。麻思萌等[20]研究发现,富含绿原酸的平卧菊三七乙醇提取物对小鼠轻度溃疡性结肠炎的治疗效果良好,低剂量和高剂量的平卧菊三七乙醇提取物能够维持结肠黏膜结构,控制糖原分泌,恢复杯状细胞,高剂量组则可使组织趋近于正常组的生理状态,且其效果也优于柳氮磺胺吡啶给药组。Son等[21]研究表明,一种在亚洲流行的药草——细裂叶莲蒿的乙醇提取物可增强小鼠淋巴组织派尔集合淋巴结(PP结)的免疫反应,降低结肠炎小鼠炎性细胞因子白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素6(IL-6)含量、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶2(COX2)活性,经鉴定细裂叶莲蒿乙醇提取物的主要成分为绿原酸。研究发现,绿原酸可抑制炎症小体(NLRP3)的激活,降低炎症因子的表达,从而缓解组织损伤及水肿程度,恢复机体内免疫平衡,且绿原酸可抑制白细胞迁移和炎症过程中超氧阴离子的产生,具有良好的抗炎活性[22]。因此,绿原酸作为一种天然的多酚类化合物,本身具有一定的抗炎效果,富含绿原酸的乙醇提取物的效果更佳,可能是醇提物中其他活性成分能够与绿原酸结合或起协同作用。曾益等[23]研究发现,小鼠在受脂多糖(LPS)刺激后会引起体内炎症反应,导致小鼠心、肝、脾、肺和肾的脏器指数出现不同程度增大;观察各脏器切片形态发现,小鼠肝、肺组织发生病变,脾脏红髓脾窦充血,使用万寿菊茎叶醇提物处理后,肝、肺组织的炎性病变明显降低,脾脏红髓脾窦充血也有所缓解。研究表明,日粮中添加艾蒿醇提物可以显著缓解因LPS刺激引起的肉仔鸡组织炎症反应,降低其中IL-1β和IL-6含量,下调Toll样受体4(TLR4)、核因子κB p65(NF-κB p65)、IL-1β基因表达,提高核因子κB抑制蛋白α(IκBα)的蛋白表达和磷酸化水平[9]。在LPS诱导的炎症模型中,促炎细胞因子IL-1β和IL-6的水平会显著升高,NF-κB是这些炎症因子的主要调控转录子,植物醇提物可通过抑制NF-κB中的关键蛋白的磷酸化,进而抑制下游促炎细胞因子的表达[24]。艾蒿醇提物和万寿菊醇提物的主要成分为黄酮,因此黄酮类化合物是某些醇提物发挥抗炎作用,调节机体免疫功能的主要活性成分。黄酮类化合物能够增强巨噬细胞吞噬能力,通过调节先天性和适应性免疫系统中免疫细胞、免疫因子和免疫球蛋白的产生减轻炎症,还能够通过与细胞因子受体的结合起抗炎作用[25]。黄酮类化合物通过信号转导抑制细胞外信号调节激酶(ERK)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)磷酸化蛋白表达,抑制NF-κB转导,下调其下游促炎细胞因子的表达,调节免疫细胞活性,增强机体免疫力[26]。2.2抗氧化作用机体在进行任何生理活动时会产生自由基,并有相应的抗氧化防御系统清除自由基,使氧化还原系统处于动态平衡状态。当动物受外界环境的刺激处于应激状态时,体内会产生过量的活性氧(ROS)以及大量的强氧化自由基,破坏机体内氧化还原平衡,导致氧化损伤[27-29],仅靠自身的内源性抗氧化物(抗氧化酶)无法抵抗这种失衡,需要外源性具有抗氧化活性的物质提高机体抗氧化酶的活性,消除体内过度生成的强氧化自由基,从而恢复氧化-抗氧化平衡。天然的植物活性物质具有强大的抗氧化能力。张原等[30]研究发现,肠炎沙门菌毒素可致小鼠肝脏和脾脏不同程度肿胀,脾脏肿胀更严重,肠炎沙门菌毒素能够引起肾脏和小肠等器官损伤,使机体出现明显的氧化应激反应,叶下珠醇提物对肠炎沙门菌毒素具有明显的拮抗作用;与毒素处理组相比,不同剂量叶下珠醇提物均能够降低小鼠脾脏和回肠丙二醛(MDA)含量,提高超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性。研究表明,太子参醇提物能够改善氧化损伤模型鼠生长迟缓的情况,显著提高小鼠肝脏、肾脏和脑部的过氧化氢酶(CAT)、SOD以及GSH-Px活性,降低MDA含量[31]。Zhang等[32]研究表明,在四氯化碳(CCl4)诱导的小鼠肝损伤中,ROS水平显著上升,山茶花乙醇提取物能够通过上调核因子E2相关因子2(Nrf2),提高血红素氧合酶-1(HO-1)、SOD和GSH-Px活性,使ROS恢复正常水平;在山茶花乙醇提取物中检测出12种化合物,酚类和黄酮类为主要成分。Gorzynik等[33]发现,植物醇提物能够代替合成抗氧化剂丁基化羟基甲苯(BHT)在动物饲料应用,可增强猪的抗氧化防御系统和肉质的抗氧化能力,其对肉质、脂质的稳定性均有改善作用。一些体外试验中发现,植物醇提物对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS+)自由基具有一定的清除效果,且在一定的质量浓度范围内呈线性关系,对羟基自由基(·OH)的清除能力均高于抗坏血酸,清除能力与醇提物中的总多酚含量呈显著正相关性[34]。植物醇提物的抗氧化特性可能归功于多酚。多酚类化合物被誉为“天然的抗氧化剂”,因多酚类化合物中含有大量的酚羟基,可以提供活泼氢,中和机体脂质过氧化形成的活性氧自由基,是ROS的有效清除剂[35]。酚类物质可螯合金属离子,如与Fe3+离子强烈结合在细胞中,阻止氧离子和过氧化氢变成具有更高侵袭性的·OH[36]。Nrf2与Kelch-like环氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)结合成二聚体,一旦被ROS攻击,Nrf2被激活进入细胞核,多酚可以促进Nrf2向核内转移,使Nrf2与抗氧化剂响应元件(ARE)结合,启动多种抗氧化基因的表达,从而增强抗氧化功能,减轻自由基所导致的氧化应激损伤[37]。2.3抗肿瘤作用抗肿瘤活性是植物醇提物最重要的药理作用之一。肿瘤细胞增殖过度或凋亡减少可以引发癌症。研究发现,富含黄酮、丹皮酚和微量元素的六味地黄醇提物具有调节机体免疫、抗肿瘤的作用[38-39]。六味地黄醇提物能够诱导肝癌细胞(BEL-7402)凋亡,抑制BEL-7402细胞增殖,对BEL-7402细胞抑制率随着质量浓度的增加而增加,当质量浓度为100 g/L时抑制率可达(48.9±2.9)%,能够下调细胞内肿瘤血管生成因子、血管生成素的蛋白表达,上调肿瘤血管相关抑制因子的蛋白表达,抑制BEL-7402细胞增殖;染色结果显示,六味地黄醇提物能够使BEL-7402正常细胞减少,细胞核偏于一侧,染色质浓染,呈马蹄状或月牙状的典型凋亡特征[40]。细胞凋亡在清除异常细胞和维持体内细胞平衡中起重要作用,任何不平衡过程均会导致病理性损伤和疾病,如肿瘤的产生[41]。B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)是一种关键的抗凋亡蛋白,可维持线粒体膜完整性。下调Bcl-2可导致肿瘤细胞通透性增加,从而促进线粒体释放促凋亡因子,活化半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3),在细胞凋亡执行过程中起重要作用[42]。Cheng等[43]研究发现,翼核果醇提物治疗的荷瘤小鼠中,CD4+ T淋巴细胞百分比显著增加,CD8+ T淋巴细胞百分比减少,CD4+/CD8+比值的失衡得到显著改善。经翼核果醇提物干预后,荷瘤小鼠血清中抗炎因子IL-2含量随之上调,数据表明翼核果醇提物可能通过调节T细胞发育或功能细胞因子的分泌促进抗肿瘤免疫反应,且翼核果醇提物诱导细胞凋亡伴随caspase-3蛋白的上调和Bcl-2蛋白的下调,说明醇提物诱导S180荷瘤小鼠细胞凋亡可能是通过激活caspase-3和下调Bcl-2的表达实现的。张静[44]研究表明,苦瓜醇提物能够增强Bcl-2相关X蛋白(Bax)、caspase-3的表达,降低Bcl-2、转录激活蛋白(p-STAT3)和细胞程序性死亡配体1(PDL1)的表达,能够有效抑制H22荷瘤小鼠肿瘤的增长,促进荷瘤小鼠肿瘤细胞凋亡,发挥抗肝癌作用。经检测,苦瓜醇提物中含量最高的是多肽类化合物,小分子多肽类化合物的抗肿瘤作用主要是通过细胞毒作用、诱导细胞凋亡、干扰细胞信号转导途径及调控相关基因的表达等作用实现。2.4抗菌作用植物醇提物具有广谱抗菌活性,对多种细菌均具有显著的抑制甚至杀灭作用。陈雨晴等[45]研究发现,石莼醇提物对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌均有一定的抑制作用,呈剂量依赖方式破坏供试菌细胞膜的完整性,菌体损伤率高达96.42%;通过扫描电镜、透射电镜观察到金黄色葡萄球菌在不同质量浓度石莼醇提物的作用下,菌体内部和外部结构均受到不同程度的破坏,且石莼醇提物与菌体受损程度呈明显量效关系。Ani等[46]发现,3种药用植物野芸香、厚朴和鼠尾草的乙醇提取物对两种革兰氏阴性菌大肠杆菌、产气杆菌、两种革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌均有抑制作用,尤其是对厚朴醇提物的作用效果最佳,检测发现,厚朴醇提物多酚含量为410 mg没食子酸/g,高于野芸香醇提物(305 mg没食子酸/g)和鼠尾草醇提物(203.7 mg没食子酸/g)中的多酚含量。黄文清[47]报道,茅膏菜水提物及醇提物均具有较好的抑菌性,对沙门氏菌菌株、大肠杆菌菌株和金黄色葡萄球菌菌株生长具有不同程度抑制效果,并与浓度呈正相关;通过测定抑制培养基内病原菌生长的最低药物浓度(MIC)值与杀灭培养基内细菌的最低浓度(MBC)值证实,茅膏菜醇提物的抑菌强度显著高于其水提物抑菌强度。研究发现,艾叶水提物和醇提物均有一定的抗菌活性,艾叶水提物对受试大肠杆菌菌株的MIC值为31.25~62.5 g/L,艾叶醇提物对受试大肠杆菌菌株的MIC值为6.25~12.5 g/L,说明艾叶的水提物和醇提物对大肠杆菌受试菌株均有一定的抑制作用,且醇提物的抑菌作用明显优于水提物[48]。植物醇提物中含有大量的多酚类化合物,可以使菌体细胞膜组分溶解或转变,导致离子稳态失衡,细胞膜疏松粗糙甚至破裂瓦解,胞内物质大量外泄,菌体细胞失水萎缩,最终丧失生长、繁殖能力。多酚富含酚羟基,酚羟基的氢键能够与碱性氨基酸侧链的氮原子结合,通过多个侵入性靶点破坏细菌细胞膜的完整性,抑制细胞壁、细胞膜及核酸、蛋白质的合成,通过抑制能量代谢等途径单独或者协同发挥抑菌或杀菌作用[49-50]。2.5其他生物学作用植物醇提物还有降血糖、降血脂的功能。苏伟等[51]研究表明,槐耳醇提物抑制α-淀粉酶活性的能力较强,IC50值为1.28 g/L,有高效的降血糖作用。杜宇忠等[52]研究发现,陈皮醇提物能不同程度降低血清和肝脏甘油三酯水平,降低血清谷丙转氨酶、谷草转氨酶、碱性磷酸酶活性和游离脂肪酸含量,同时可使甘油三酯代谢相关的酶(脂肪甘油三酯水解酶、蛋白脂酶和肝酯酶)活性明显升高,脂肪激素敏感性甘油三酯脂肪酶活性明显降低。因此,陈皮提取物可改善大鼠的高脂血症。植物醇提物可减轻脑缺血再灌注损伤模型大鼠的神经功能缺损症状,减少脑梗死体积,改善缺血侧皮质区的病理损伤程度,从而发挥神经保护作用,机制可能与抑制TLR4/NF-κB信号通路有关[53]。3展望我国植物资源丰富、分布广泛,多含丰富的药理活性成分,具有较高的饲用价值。提取植物活性成分过程中,恰当的提取方法能够使其有效浸出,使植物资源得到高效利用,有效发挥活性物质的药理价值。植物醇提物不仅提取方法简便,且提取效率高,还具有抗炎、抗氧化、抗菌等多种生物学作用,有较好的应用前景。目前,有关植物醇提物作为饲料添加剂在畜禽生产中的应用研究相对较少,实际应用效果无法预测。此外,植物醇提物发挥以上作用是因其中的单一活性成分还是多种物质相互作用的结果仍然是未知,还需要继续开展更全面、深入的研究,使植物醇提物在畜牧行业得到更好的利用。
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