综述：基于胶束的植物源化合物在非反刍动物营养中的应用：一篇综述

本综述深入探讨了胶束技术（Micelle Technology）在提升植物源饲料添加剂（PFA）生物利用度中的应用，系统阐述了其如何通过改善溶解性、稳定性和吸收效率，显著增强其在禽畜（如家禽和猪）营养中的抗氧化、抗菌及抗炎效能，为替代抗生素生长促进剂（AGP）、推动可持续畜牧业提供了创新策略。

　　

摘要

植物源饲料添加剂（PFAs）因其抗氧化、抗菌和抗炎特性而在家禽和猪营养中获得广泛关注。然而，其实际应用常受到溶解性差、稳定性低和生物利用度有限等问题的阻碍。胶束技术作为一种创新方法，通过增强植物源化合物的溶解性、吸收和功效来克服这些挑战。本综述探讨了基于胶束的递送系统的机制，重点介绍了其在改善养分利用率、肠道健康和整体动物性能方面的作用。特定的胶束包封植物源化合物，如胶束水飞蓟素和胶束槲皮素，已在家禽和猪中显示出在生长性能、饲料效率和减少氧化应激方面的显著益处。本文还讨论了胶束技术在减少抗生素依赖和减轻环境影响方面的潜力。总体而言，在动物营养中整合基于胶束的植物源化合物，为优化现代畜牧业的生产力、可持续性和动物福利提供了一种有前景的策略。

1 引言

植物源饲料添加剂（PFAs）是源自植物的生物活性化合物，由于其抗氧化、抗菌和抗炎特性而广泛应用于动物营养。这些化合物，包括类黄酮、精油、多酚和生物碱，已在改善家禽和猪的生长性能、肠道健康和免疫反应方面显示出显著益处。动物生产中对抗生素生长促进剂（AGPs）日益严格的限制，加速了寻找能够在不影响安全或生产力的前提下增强动物健康和性能的替代策略。PFAs已成为一种可行的替代方案，提供营养和治疗双重益处。

在非反刍动物如家禽和猪中，大量研究记录了PFAs对生长性能、饲料效率、养分消化率、免疫反应、肠道形态、肠道微生物群和氧化应激调节的积极影响。然而，尽管其生物效应前景广阔，许多植物源化合物在动物饲料中的实际应用仍受限于低生物利用度、水溶性差以及在胃肠道环境中的化学不稳定性。因此，需要更高的膳食添加水平，这不仅经济效率低，还可能降低适口性或与其他营养素产生负面相互作用。

为应对这些限制，已探索先进的递送系统以改善PFAs的溶解性、稳定性和肠道吸收。其中，胶束技术显示出特别的潜力。胶束是由表面活性剂或磷脂形成的纳米级两亲结构，可包封疏水性化合物，改善其在水性环境中的溶解性，并促进其在肠道上皮中的跨细胞吸收。尽管胶束在改善营养递送和生物利用度方面显示出潜力，但一个主要的知识缺口在于了解其在饲料加工条件下的稳定性，特别是在高温高压制粒过程中。

2 胶束技术：一种新型递送系统

胶束技术是一种新兴且有效的递送平台，用于增强动物营养中许多植物源饲料添加剂（PFAs）等水溶性差的化合物的溶解性、稳定性和生物利用度。胶束是由两亲分子（同时具有亲水和疏水区域的分子）在水溶液中当浓度达到或超过临界胶束浓度（CMC）时自组装形成的胶体结构。此时，疏水区域向内聚集形成核心，而亲水区域朝外，在水中稳定结构。

这种排列使胶束能够将疏水化合物包封在其核心内，从而改善溶解性并促进跨生物膜的有效肠道吸收。胶束的尺寸范围通常为10–100 nm，适用于被动吸收和与肠道上皮细胞的相互作用。

2.1 胶束的物理和化学性质

了解胶束的物理化学性质对于评估其作为动物营养递送系统的有效性至关重要。

物理性质包括尺寸和形状（通常为球形，直径2-20 nm）、临界胶束浓度（CMC）、临界胶束温度（CMT）、表面活性、增溶能力、动态性质等。

化学性质包括极性梯度、pH敏感性、静电性质、热力学稳定性、反应分子增溶性和生物相容性等。

2.2 基于胶束的递送系统的类型和特性

胶束技术已发展为包括几种类型的递送系统，每种都具有独特的结构和功能特性，适用于非反刍动物日粮中的各种生物活性化合物。

聚合物胶束由两亲性嵌段共聚物组成，形成稳定的核壳结构。尺寸通常为20-100 nm，CMC非常低，化学稳定性高，能实现生物活性物质的控释和缓释。

脂质基胶束使用磷脂或非离子表面活性剂形成，类似于胃肠道中的胆汁盐胶束。尺寸为10-50 nm，CMC中等，由卵磷脂或吐温等天然乳化剂组成，功能上可实现快速溶解和增强肠道摄取。

混合胶束结合表面活性剂和脂质，以改善包封化合物的溶解性和渗透性。尺寸为15-60 nm，CMC低于单表面活性剂胶束，化学行为在生理离子强度和pH下稳定，具有更好的载药能力和生物可及性。

纳米胶束通常小于100 nm，旨在改善细胞摄取和渗透性。尺寸为10-30 nm，表面性质常被修饰以增强黏膜粘附，化学特性设计为热和化学稳定，生物利用度高。

制备和评估技术包括溶剂蒸发法、薄膜水合和超声处理、高压均质化、纳米乳化和自组装、超临界流体技术、聚合物和脂质基纳米载体等。评估技术包括粒径和多分散指数（PDI）、Zeta电位分析、包封效率（EE%）和载药量（LC%）、形态表征、体外释放研究、稳定性研究和生物利用度与吸收研究。

3 植物源化合物的生物利用度挑战

植物源化合物如精油、类黄酮、萜类和生物碱表现出多样的生物活性，可增强动物健康和生产力。然而，它们的实际应用常受限于差的生物利用度。许多这些化合物是疏水的，化学不稳定，并且在消化过程中高度易降解，导致吸收减少和治疗效果降低。此外，快速代谢和清除进一步限制了它们的系统可用性，需要创新的递送策略来释放它们在动物营养中的全部潜力。

常规植物源化合物拥有强大的生物活性特性；然而，它们在动物营养中的实际使用常受到显著限制。主要挑战之一在于它们的低水溶性。许多这些化合物，包括类黄酮、精油和多酚，本质上是疏水的，使其难以在胃肠道的水性环境中溶解。这种差的溶解性常导致其利用效率低下。此外，这些植物源化合物的复杂分子结构构成了另一个障碍——它们的肠道吸收差。由于其相对较大的尺寸和复杂的化学构型，这些化合物难以有效地穿过肠道内膜。因此，相当一部分未被吸收，限制了它们的生理益处。即使被吸收，植物源化合物也面临另一个障碍：快速代谢和降解。肝脏酶和肠道微生物常迅速作用，在这些生物活性化合物发挥其全部有益效应之前将其分解。这种代谢转化降低了功效，导致差的生物利用度。有限的吸收和快速降解需要更高的添加率，增加饲料成本并降低效率。

4 胶束水飞蓟素在家禽营养中的应用

4.1 肝保护和抗氧化效应

水飞蓟素是一种从水飞蓟（Silybum marianum）中提取的黄酮木脂素，因其肝保护和抗氧化特性而被广泛认可。它通过减少氧化应激和增强解毒途径在肝功能中扮演关键角色。研究表明，在12周喂养试验中，0.06%的胶束水飞蓟素改善了28周龄海兰褐蛋鸡的肝脏健康，而补充200 mg/kg BW的纳米水飞蓟素或100–200 mg/kg BW的卵磷脂化水飞蓟素在80周龄的蛋鸡中降低了肝脏丙二醛，下调了脂肪酸合酶、TNF-α和IL-6的表达，并减轻了肝脂肪变性。包封的胶束配方允许改善水飞蓟素的吸收和利用，导致更大的抗氧化反应。这对家禽尤其有益，因为肝脏健康直接影响生产力、营养代谢和免疫功能。

4.2 对产蛋量和蛋壳质量的影响

产蛋量和蛋壳质量是商业蛋鸡运营中的关键经济性状。研究表明，在12周试验中，膳食补充0.06%的胶束水飞蓟素在海兰褐蛋鸡中增加了产蛋量，改善了蛋壳厚度，并增强了蛋壳强度。水飞蓟素的肝保护效应支持更好的脂质代谢和钙吸收，这对蛋壳形成至关重要。此外，其抗氧化特性有助于减轻氧化应激，已知氧化应激会损害蛋鸡的繁殖效率。胶束水飞蓟素的优越生物利用度确保持续的生理益处，最终增强产蛋性能和蛋品质。

4.3 对饲料效率和代谢健康的影响

饲料效率是影响家禽生产盈利能力的关键因素。在12周试验中，膳食补充200 mg/kg BW的卵磷脂化水飞蓟素通过增强养分利用率和代谢效率改善了蛋鸡的饲料转化率。通过支持肝功能，胶束水飞蓟素增强了蛋白质合成、脂质代谢和解毒途径，导致蛋鸡的能量平衡改善。此外，其在减少氧化损伤方面的作用有助于更好的肠道健康和整体生理稳定性，使鸟类即使在应激条件下也能保持最佳性能。

5 胶束槲皮素在家禽营养中的应用

5.1 抗氧化和抗炎特性

槲皮素是一种天然存在的类黄酮，以其强大的抗氧化和抗炎效应而闻名。在家禽中，氧化应激是影响性能、免疫功能和整体健康的主要因素。活性氧物种由于代谢活动而积累，导致细胞损伤、器官功能受损和生产力降低。胶束槲皮素由于其增强的生物利用度，通过清除自由基、上调抗氧化酶（如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶）以及减少脂质过氧化，提供卓越的抗氧化保护。研究表明，在基础日粮中添加300 mg/kg的纳米配方槲皮素显著降低了丙二醛水平（氧化应激的标志物），从而改善了蛋鸡的细胞完整性和代谢稳定性。

除了其抗氧化效应外，胶束槲皮素还表现出强大的抗炎特性。家禽中的慢性炎症可能由病原体感染、热应激和霉菌毒素暴露引起，导致免疫功能抑制和生产效率低下。胶束槲皮素通过下调促炎细胞因子（包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）），同时增强抗炎介质白细胞介素-10（IL-10）的表达来调节炎症途径，表明其在氧化应激条件下保护免疫细胞的潜力。这种调节效应有助于减轻组织炎症，改善肠道健康，并维持蛋鸡的免疫平衡，确保持续的产蛋量和整体福利。

5.2 对蛋品质和蛋黄颜色的影响

蛋品质是商业蛋生产的关键参数，影响消费者偏好和市场价值。据报道，胶束槲皮素改善了蛋品质的几个方面，包括蛋壳厚度、蛋壳强度和蛋黄颜色。补充500 mg/kg的胶束槲皮素增强了抗氧化活性，有助于通过减少对钙代谢途径的氧化损伤来维持蛋鸡的蛋壳完整性。研究表明，补充0.06%胶束槲皮素的母鸡产出的蛋具有更高的蛋壳厚度和破壳强度，减少了蛋壳破损的发生率并改善了整体蛋的耐久性。此外，蛋黄颜色是蛋品质和消费者偏好的关键决定因素。蛋黄的色素沉着受膳食类胡萝卜素和抗氧化水平的影响。胶束槲皮素由于其优越的生物利用度，增强了类胡萝卜素在蛋黄中的吸收和沉积，导致更深的黄色或金黄色。研究表明，膳食中添加胶束槲皮素增加了蛋黄色素沉着评分，使鸡蛋在视觉上对消费者更具吸引力。此外，槲皮素的强大抗氧化能力保护蛋黄脂质免受氧化，保持营养品质并延长保质期。

5.3 对脂质代谢和胆固醇降低的调节

脂质代谢在家禽健康和生产力中起着关键作用。鸡蛋和家禽肉中升高的胆固醇水平由于其对人类健康的潜在影响而一直备受关注。胶束槲皮素已证明能够通过调节参与胆固醇生物合成和脂肪酸氧化的关键酶来调节脂质代谢。研究表明，槲皮素抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMG-CoA还原酶）的活性，这是胆固醇合成中的关键酶，从而降低血清和蛋黄胆固醇水平。此外，胶束槲皮素通过上调过氧化物酶体增殖物激活受体-α（PPAR-α）的表达来增强脂质利用，这是一种促进脂肪酸氧化和能量代谢的转录因子。这种减少胆固醇合成同时增强脂质分解代谢的双重作用导致改善的饲料效率、减少家禽组织中的脂肪沉积以及鸡蛋中更低的胆固醇含量。这些代谢益处使胶束槲皮素成为促进更健康蛋生产和优化家禽性能的有价值的膳食补充剂。

5.4 对免疫功能和肠道完整性的影响

一个功能良好的免疫系统对于维持家禽健康和预防商业鸡群中的疾病暴发至关重要。胶束槲皮素通过减少促炎细胞因子（血清TNF-α和脂多糖），促进肠道微生物群平衡（增加有益物种如Faecalibaculum rodentium和Roseburia hominis），以及通过上调紧密连接蛋白ZO-1和occludin改善肠道屏障完整性来增强免疫功能。该类黄酮上调免疫相关基因和增强淋巴细胞增殖的能力有助于针对病原体的更强免疫反应。研究表明，补充300 mg/kg纳米配方槲皮素的母鸡表现出免疫球蛋白（IgA和IgG）水平增加，这对蛋鸡的适应性免疫和疾病抵抗力至关重要。此外，胶束槲皮素在维持肠道完整性方面起着关键作用，这是营养吸收和整体家禽性能的关键因素。肠上皮作为抵御病原体和毒素的第一道防线，其完整性对于预防感染和炎症性疾病至关重要。胶束槲皮素增强紧密连接蛋白表达，包括occludin和claudin，从而加强肠道屏障并减少肠道通透性。这防止了有害细菌和内毒素进入血流，从而降低了系统性感染的风险。此外，胶束槲皮素通过促进有益肠道细菌（如乳酸杆菌和双歧杆菌）的生长同时抑制病原微生物（如大肠杆菌和产气荚膜梭菌）而表现出益生元样效应。这种肠道微生物群组成的调节有助于更好的消化、增强营养吸收和减少家禽胃肠道疾病的发生率。总体而言，胶束槲皮素的免疫增强和肠道保护效应使其成为改善家禽健康和生产力的有价值的饲料添加剂。

6 基于胶束的植物源化合物在猪营养中的应用

6.1 对生长性能和饲料效率的影响

猪的生长性能取决于饲料成分、养分消化率和代谢效率等因素。水飞蓟素是一种来自水飞蓟（Silybum marianum）的黄酮木脂素，具有肝保护和抗氧化特性。在胶束形式下，其增强的生物利用度改善了吸收和生理功效，优化了代谢功能和养分利用率。研究表明，膳食补充0.2%的胶束水飞蓟素（MS）改善了育肥猪的平均日增重和饲料转化率。更高的添加水平（例如6%的水飞蓟籽）进一步增强了增重、饲料效率和抗氧化特性。胶束水飞蓟素的改善吸收通过增强肝功能、蛋白质代谢和减少肠道氧化应激来促进肌肉生长和增重。尽管有这些益处，进一步的研究应探索氧化应激标志物和炎症细胞因子，以阐明MS对猪生长和饲料效率影响背后的机制。

6.2 增强养分消化率和肠道健康

养分消化率是猪生产力的关键决定因素，因为它影响饲料效率和整体性能。肝脏在调节消化和代谢中起着核心作用，其功能可显著影响养分吸收和利用。胶束水飞蓟素通过稳定肝细胞膜、刺激胆汁分泌和促进参与养分消化的酶活性来增强肝脏健康。研究表明，补充胶束水飞蓟素的猪显示出对干物质、粗蛋白和必需营养素的消化率改善，导致更好的饲料效率和生长结果。此外，在标准饲养和喂养条件下喂养12周的育肥猪中，膳食补充0.2%的胶束水飞蓟素（MS）已显示通过调节肠道微生物群和加强肠道屏障来改善肠道健康。其抗氧化和抗炎特性有助于减少肠道中的氧化应激，预防肠道损伤并增强营养吸收。研究还表明，胶束水飞蓟素促进有益肠道细菌的增殖，同时抑制病原微生物的生长，有助于更稳定和有弹性的肠道环境。这种肠道健康的改善进一步增强了养分消化率并支持猪的整体代谢效率。

6.3 减少肠道氧化应激和炎症标志物

氧化应激是影响猪肠道健康和整体生理平衡的主要因素。高水平的活性氧物种可导致细胞损伤、肠道完整性受损和炎症，最终影响生长性能和饲料效率。水飞蓟素因其强大的抗氧化活性而被广泛认可，主要归因于其清除自由基和增强内源性抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶）活性的能力。在生长猪中膳食补充0.1%的胶束水飞蓟素已显示显著减少氧化应激标志物，包括丙二醛，同时增强保护性抗氧化剂水平。此外，它通过调节炎症途径和下调促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6））发挥强大的抗炎作用。通过减轻肠道中的炎症和氧化应激，胶束水飞蓟素有助于维持肠道完整性，减少肠道相关疾病的发生率，并支持猪生产系统中的整体健康和生产力。

6.4 在减少粪便气体排放和环境影响中的作用

畜牧业的环境影响日益受到关注，养猪业对温室气体排放（包括甲烷（CH₄）、氨（NH₃）和硫化氢（H₂S））有显著贡献。这些气体主要由未消化的养分和肠道中的微生物发酵产生。在维持高效生产的同时减少粪便气体排放的策略对于可持续动物农业至关重要。胶束水飞蓟素已显示通过改善养分利用率和减少氮排泄在减轻环境污染方面发挥作用。水飞蓟素的肝保护特性增强了蛋白质代谢效率，导致粪便中未消化蛋白质水平降低，从而减少氨排放。此外，通过调节肠道微生物群和改善消化率，胶束水飞蓟素减少了挥发性硫化合物和其他有害气体排放的产生。研究表明，饲喂胶束水飞蓟素日粮的猪在其粪便中排泄的氮和硫化合物浓度较低，有助于改善养猪场的空气质量和减少环境足迹。

6.5 基于胶束的植物源饲料添加剂对肠道微生物群的调节

肠道微生物群在单胃动物的养分利用、免疫调节和整体健康中起着关键作用。然而，许多植物源饲料添加剂（PFAs）对肠道微生物组成的有益效应常受其低溶解性和在胃肠道中的快速降解所限制。基于胶束的包封提供了一种有前景的策略，通过增强植物源生物活性物质在肠道水平的递送、稳定性和生物利用度来克服这些障碍。

当纳入胶束时，植物源化合物如精油、类黄酮和萜类更有效地在肠腔中溶解，允许更大比例到达微生物种群最密集的后肠。这种增强的可用性促进了选择性抗菌作用，抑制病原细菌（包括大肠杆菌和产气荚膜梭菌）的生长，同时支持有益属（如乳酸杆菌和双歧杆菌）。改善的微生物平衡有助于更好的肠道屏障完整性、减少炎症和增强营养吸收。

此外，胶束植物源化合物可通过促进短链脂肪酸（SCFAs）的产生来影响微生物代谢，特别是乙酸、丙酸和丁酸。这些代谢物作为肠细胞的关键能源，调节肠道pH，并作为免疫调节的信号分子。通过稳定植物源化合物并确保其靶向释放，基于胶束的系统与未包封形式相比，对微生物群落产生更一致的调节效应。

总体而言，PFAs的胶束递送不仅加强了植物源化合物的抗菌和益生元潜力，而且对肠道微生物生态提供了受控和持续的影响，从而改善宿主健康、生产力和对肠道疾病的抵抗力。

7 基于胶束的植物源化合物的环境和经济意义

当一种饲料补充剂在可持续性中起关键作用，作为抗生素的替代品，降低饲料成本并确保商业可行性时，其环境和经济意义是显而易见的。

7.1 基于胶束的植物源化合物的可持续性益处

畜牧和家禽生产中的可持续性有助于减少废物和遏制温室气体排放。胶束包封的植物源化合物通过增强饲料效率、最小化废物和降低排放提供了一种环保方法。源自天然植物来源，这些化合物在改善动物性能的同时支持全球环境目标。这些植物源化合物通过改善饲料转化率减少环境足迹，使动物用更少的饲料更有效地生长。这种饲料需求的减少减轻了对谷物生产的压力，节约了土地、水和能源资源。此外，某些植物化学物质减少了反刍动物和非反刍动物中的甲烷排放，支持气候友好型农业模式。胶束技术还通过改善养分消化率增强废物管理，导致粪便中未消化的饲料减少。这降低了废物中的氮和磷浓度，减轻了养分径流和环境污染。此外，使用可再生的植物基资源代替合成化学品和抗生素符合消费者对环保解决方案的需求。最终，基于胶束的植物源化合物通过提高效率、减少排放、增强废物管理和促进植物基替代非可再生投入品，为可持续畜牧业做出贡献。这些创新是实现未来农业生产力与环境管理平衡的关键。

7.2 减少动物生产中抗生素使用的潜力

抗生素在动物生产系统中的过度使用导致了抗菌素耐药性，对动物和人类健康造成了重大风险。作为回应，基于胶束的植物源化合物——天然植物衍生的化合物——提供了抗生素的可持续替代品。这些植物源化合物拥有抗菌、免疫增强和肠道调节特性，使其成为减少抗生素依赖的变革性解决方案。胶束包封的植物源化合物，如精油、类黄酮和多酚，有效抑制病原细菌（如沙门氏菌、大肠杆菌和弯曲杆菌），同时促进有益肠道细菌的生长。这种双重作用增强肠道健康并减少对抗生素的需求。此外，如水飞蓟素和姜黄素等化合物加强免疫反应，进一步减少对抗生素的依赖并提升动物健康和生产力。随着对抗生素免费肉类需求的增长和更严格的法规，基于胶束的植物源化合物提供了一种天然、无残留的替代品。它们改善肠道健康，减少炎症，并增强免疫力，降低疾病风险和抗生素使用。这支持了一个更可持续、负责任的农业系统，增强动物福利和食品安全。

7.3 成本效益和商业可行性

饲料补充剂的经济可行性在现代畜牧和家禽生产中至关重要。胶束包封的植物源化合物通过增强营养吸收、改善饲料效率和减少对抗生素等昂贵添加剂的需求，提供了一种成本效益高的替代方案。它们更高的生物利用度确保较低剂量即可达到最佳效果，使其成为生产者的财务可行选择。通过促进肠道健康、免疫力和整体性能，胶束植物源化合物有助于降低兽医成本和减少生产损失。此外，它们在改善饲料转化效率方面的作用有助于优化饲料利用，最终降低饲料成本。随着对抗生素免费肉类需求的增长，这些天然化合物也增强了市场性，为家禽和猪产品增加了经济价值。提高生产力、降低投入成本和市场优势的结合，使胶束植物源化合物成为现代动物养殖的商业可行和可持续解决方案。

8 结论

本综述强调了基于胶束的植物源化合物作为家禽和猪营养中创新饲料添加剂的潜力。通过增强生物利用度和生理功能，胶束技术最大化植物源化合物的功效，改善生长性能、肠道健康、免疫反应和抗氧化能力。此外，这些化合物增强饲料效率、肉和蛋品质，并减少粪便气体排放，支持可持续畜牧业。它们在较低添加水平下的成本效益使其成为常规添加剂的可行的替代品。然而，需要进一步研究以优化剂量、探索协同效应，并应对行业挑战，如大规模生产、监管批准和消费者接受度。总之，基于胶束的植物源化合物在改善动物生产力和健康的同时促进畜牧业的可持续性方面具有巨大潜力。

伦理声明

实验按照欧盟动物保护标准进行，协议由韩国天安檀国大学动物护理和使用委员会批准。

利益冲突

作者声明无利益冲突。