天然物功能性饲料添加剂是指为保证或改善饲料品质，提高饲料利用率，以及促进动物生理功能和改善改进动物生产能力及动物性产品品质，而掺入饲料中的少量或微量的天然物活性成分物质（主要是生物二次代谢产物）。包括植物、微生物、海洋生物和部分动物及矿物有机活性成分物质等。
1 天然物的简介
天然物是指在自然界及其规律控制下自然产生，并保持其自然结构和生理活性，且可在自然中循环转化和再生。从有机物来说，它包括动物、植物、微生物和海洋生物、生物体二次代谢产物及生物体内的内源性生理活性化合物。天然物也是人类和一切生物从自然中获得保障生存发展及维持健康繁衍的物质基础。它有别于人工化学合成物，两者性质和来源完全不同。
2 天然产物的生物合成
生物合成是指生物机体通过合成或降解而产生一种生物化合物质的过程。包括一次代谢过程和二次代谢过程，最后形成或生成天然物活性成分。
2.1 生物一次代谢
生物一次代谢是指生物体内的生物细胞通过光合作用、碳水化合物代谢、柠檬酸代谢产生三磷酸腺苷（ATP）及辅酶Ⅰ等生物体生存繁殖所必需的能量物质。如糖类、氨基酸、核酸及其衍生物（多糖类、蛋白质类、脂肪类、RNA、DNA），乙酰辅酶A、丙二醇草酰辅酶A的代谢过程。以上产生的化合物称一次代谢产物（或称二次代谢的原料、前体）。对各种生物来讲，生物一次代谢过程基本相同，其代谢产物广泛分布于生物体内。
2.2 生物二次代谢
生物二次代谢是生物一次代谢的继续。指在以一次代谢产物为起始原料（或称前体），通过一系列特殊的生物化学反应，再生成似乎对生物本身营养无用处的，而对其生存发展起重要保护作用的有机化合物，称二次代谢。生物二次代谢的产物与生物所处环境（生长期、季节、温度、产地、光照等）密切相关。同时，也与生物自身保护、抗逆、抗危害等有关。
3 天然活性成分
天然活性成分是指源自自然界，而结构并非人为意想的，而是按生物规律合成的物质（即生物第二次代谢产物）。随着人类科技进步，现已发现天然活性成分能引起人、动物、植物等生物的生理、病理状态改变的功能物质。与此同时，在生物天然活性成分中，还有能抗有害微生物（病原微生物）、病原寄生虫和病毒功能的活性物质成分（20世纪后称“抗生素”“驱虫剂”）。如1638年，西班牙驻秘鲁的总督夫人看见当地人用当地的生命树皮粉治疗痢疾，遂将该树树皮带回国研究。1820年，从此树皮中分离出金鸡纳霜（喹啉生物碱），之后又合成多种抗病菌的药物。现已从自然界得到10000多种，且已精确测知其成分结构和应用的近3000多种。
3.1 天然物活性成分分类
天然物活性成分分为配糖体类（三萜、甾醇皂苷）；黄酮类，醌类，苯丙醇类，生物碱类，鞣质，脂类等。
3.1.1 皂苷、配糖体类
配糖体（苷类），是植物体中最主要的活性成分之一。配糖体由糖基与非糖基（称苷元）组成。据苷元，配糖体可分为皂苷类、黄酮苷类、其他苷。苷的种类较多，如黄酮苷在200种植物中均有。如皂苷分类，皂苷是非糖基，其分为三萜类及甾体类的配糖体：三萜皂苷，分为四环三萜皂苷、五环三萜皂苷。三萜类化合物（具有广泛生理活性，如溶血、抗癌、抗炎，抗病毒，降胆固醇、杀软体动物，抗生育等）如雷公藤、甘草中三萜抗病毒。甾体类化合物成分，有植物甾醇、昆虫变态激素、强心苷、甾体皂苷、甾体生物碱等；甾体类皂苷，在植物中分布较广，如单子叶植物（百合科、石蒜科、豆科、姜科等）、海洋生物。上述成分主要功能为治心血管症、肿瘤，降血压、调节免疫。
3.1.2 苯丙素类与黄酮类苯丙素类
这两类广泛分布于天然物中，是多方面的生理功能活性物。分为苯丙素类、多豆素类、木脂素类、黄铜类化合物。黄酮与黄酮苷类分为：黄酮类化合物（广泛存在于自然界，呈黄色，淡黄色）分子中含酮基；组成“黄酮苷”的糖类（单糖类、双糖类、三糖类、酰化糖类）；广泛分布于高等植物中集中于“被子植物”（唇形、云参、菊科等）和“双子叶植物”中，尤其在花叶中广泛存在。如葛根、银杏叶、芦丁、橙皮、水飞蓟等。大豆素异黄酮类，具有雌激素样作用。苯丙素类丹酚酸（丹参、当归）香豆素类，广存于高等植物中，少数来自微生物（黄曲霉、假密环菌）、动物等。生理功能为治痢疾、利胆（茵陈）、补骨脂，具光敏活性，治白痢。木脂素，存在于植物的木质部和树脂中，且游离，少数与糖结合生成“苷”，如五味子、胡辣椒等。
3.1.3 醌类化合物
有苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌4种基本骨架，广泛存在于植物中。如蓼科的大黄、何首乌；豆科的决明子、潘泻叶；百合科的芦荟；唇形科的丹参；紫草科的紫草。生物活性为致泻、抗菌、扩冠（茜草素）、抗癌、镇静。
3.1.4 生物碱类
含氯的有机化合物，碱性，多种生理活性。广泛存在于植物中。如麻黄、黄连、洋金花、党参、乌头、苦参、延胡索、马钱子、紫杉。
3.1.5 鞣质素（单宁、柔酸）类
鞣质素能与蛋白质、生物碱结合成多元酚化合物，广泛用于皮革加工。含鞣质素的天然物有五倍子、地榆、大黄、虎杖、仙鹤草、麻黄、四季青等。常用的鞣质化合物有400多种。其生理功能为抗肿瘤（茶叶中的）、抗过氧化、清除自由基、抗病毒、抗过敏、抗疱疹；收敛止血、止痢，治烧伤，也可作染色剂、除垢剂。
3.1.6 萜类及挥发油类
萜类化合物，尤以海洋生物萜类是研究热点，现已发现2.6万种萜类化合物。单萜类：薄荷油、栀子苷、马鞭草苷、蚁内脂是动物体内抗生素，可杀菌、杀昆虫；倍半萜类（青葛等）。二萜醌类化合物（丹参酮等）。
3.2 天然生物活性物质的毒素成分
天然生物活性成分是在自然界各自生存中，由逆境中为保护自己和发展而产生的消灭危害自己物质的二次代谢产物，也是人类利用的主要天然生物活性成分。但其中有生物天然毒素。对此，人在利用中应按“天然物性理论”和“配伍规则”，以及炮制技术来消除天然毒素的毒性作用，而达到利用目的。
3.2.1 植物毒素
苷类植物含“氰苷类”植物（杏仁、白果、木薯）；皂苷类植物（菜豆、扁豆、四季豆、芸豆）。这类物质能刺激消化道，引起出血症、溶解细胞等症状，可在100℃加热下破坏和消除其毒素；含生物碱植物，如土豆含有龙葵素。含毒蛋白植物（土豆、芒果、豆类），其抑制酶作用，可在100℃下加工去毒；大麻子中凝血毒素；生蓖麻子的蓖麻毒素可引起凝血、溶血、心衰、中毒等；含酚类化合物植物（大麻子、棉籽中棉酚）；其他植物，荔枝引起低血糖症，毒蕈（毒菇）引起神经毒、肝毒、胃肠炎。
3.2.2 动物毒素
蛇毒是神经和血混合毒；蜂毒，有微弱毒性；河豚毒素；鱼胆毒素；贝类毒素等。
3.2.3 微生物毒素
细菌毒素即革兰氏阴性菌内毒素；外毒素，即革兰氏阳性菌（破伤风、炭疽、肉毒素、葡萄球肠菌毒素等）；放线菌毒素，如肿瘤的链霉菌毒素；真菌毒素（霉菌代谢产物有300多种，如黄曲霉、黄绿青霉）。
3.2.4 植物原料中有害成分
有毒植物蛋白及氨基酸凝集素，豆类、豆状种子（蓖麻），凝集红细胞；消化酶抑制剂（蛋白酶抑制剂，如豆、谷类），大豆胰蛋白酶抑制剂、淀粉酶抑制剂（小麦、菜豆、芋头、未熟香蕉、芒果），用加热、微生物发酵法消除；毒肽（真菌毒素）；有毒氨基酸及其衍生物，可引起麻痹神经、骨畸形（山黎豆、刀豆、蚕豆）。
毒苷类（氰苷、硫苷、皂苷）氰苷（李子、桃杏）；硫苷（萝卜、芥菜）；皂苷（苜蓿、大豆）。有毒酚、有机酸有毒酚（棉酚）、有机酸（草酸、菠菜、马齿苋等）。有毒生物碱（是植物重要药用成分）：毒蝇碱（蕈类）；裸盖菇素（蕈类）；秋水仙碱（鲜黄花菜）；有毒亚硝酸盐（腌制泡菜、腐蚀菜中）。
4 天然活性成分的来源
天然活性成分的来源是指源于自然界的生物（动物、植物、微生物、海洋生物）并按生物合成规律产生的能引起人、动物等生理状况和病理状态改变的功能作用极微量的活性物质成分。其来源有：
4.1 植物
地球上有25万多种植物。中国的药用植物有1万种～2万种，包括藻类、植物菌类、地衣类、苔藓类、蕨类、种子植物类等。自我国明朝《医学入门》（1575年）首次记载用发酵法从五倍子中获得没食子酸活性成分后，现已从植物中发现大量的活性成分，并将其开发成药品，如麻黄素、青蒿素、小檗碱、黄芩苷、紫杉醇等近4000个产品。目前，从植物中找出活性成分已成为世界范围内药用植物研究的重要目标。
4.2 动物
药用动物《本草纲目》记载了4400种，但据统计有1600种。我国宋代沈括的《沈氏良方》首次从人尿中提取出性激素，1926年分离出胰岛素，1932年至1935年分离出雌二醇、睾酮，1956年从雌蛾蚕中分离出性激素，1975年从猪脑中分离出脑吗啡等，现又分离出河豚毒素（在阻断神经方面比古柯碱高16万倍），沙海葵毒素（比强心苷强100多倍）等。目前常用300种蛋白质、活性肽、黏多糖、生物碱、脂质、甾类等活性物质。
4.3 微生物
包括细菌、放线菌、真菌（霉菌、酵母菌）、病毒，以及一些真菌药物（虫草、茯苓、香菇、灵芝等）、有虫草素、茯苓和灵芝多糖等。微生物的活性成分比较重要的有抗生素。自1940年从青霉液中分离处苄青霉素后，相继分离相互链霉素（1944年）、氯霉素（1947年）、土霉素（1950年）、四环素（1953年）。之后，又从微生物中可生产其他药，如环肽免疫抑制剂（环孢菌素A）、还原酶抑制剂（洛伐他丁）等。
4.4 海洋
海洋生物包括上述动物、植物、微生物。海洋是生命的发源地，是地球各种有效资源的宝库。蕴含着极其丰富的生物资源（占地球总生物量的87%）。种类达20多万种。其生物产物具有多样性和特殊性。可从中获得数以万计的生物活性成分，现已发现的海洋生物活性成分有300多种。21世纪是海洋的世纪。我国人造就认识海洋生物了，早在《神农本草经》中就已经记有“乌贼骨”，《本草纲目拾遗》中用海马做活性成分物质。海洋生物活性成分研究始于20世纪60年代（河豚毒素），现已发现许多活性成分，如从海绵中获取的抗癌、抗真菌的黑色素瘤细胞抑制剂（聚酶类化合物）；从海兔中获取的抑制白血病细胞的“直链肽类化合物”等。海洋生物有2万多种，是蓝色大宝库，海洋每年可供蛋白质30亿吨，而现在每年仅供1亿吨。
5 天然活性成分的特点
源于自然生物体（动物、植物、微生物、海洋生物）的二次代谢产物即是生物体为生存发展在逆境中防卫危害而产生的生物生理功能性活性成分，起着生理调节、扶正祛邪、杀灭有害侵犯物、排毒、修复等作用；其物质成分在自然中可降解，并进行物质循环，没有残留，在动物体内、植物体内亦是如此，且如果不需要此成分，还可随机体代谢排出；天然活性成分虽然功效作用大，但其原产生物体内的含量极少。如紫杉醇活性成分在红豆杉树中含量仅为10-6；其结构多变，即随生物体状况而变，故用化学合成法很难获得，只有通过生物技术才能获得。
6 天然物活性成分的生物转化技术
6.1 生物技术法
用微生物、生物细胞和特异性酶来处理天然物活性成分，制出高活性的次生成分（稀有成分），或制备高活性成分含量的天然物。如：苷类（配糖体）的“皂苷和苷”是多种植物含有的生理活性物质，也是天然物重要的“有效成分”。其“苷元是活性物质”，广泛用于天然物、保健品、日用品，但不一定是活性最佳结构。若改变其侧链，则活性可提高几十倍、几百倍（改变其糖基团之后）。皂苷在肠膜的酶、肠菌等的作用下变成一种结构进入血中，从而起功效。即生物有效成分在肠菌作用下形成中间产物，中间产物又在体内的胰酶作用下起功效作用。如：淫羊藿、黄酮苷在肠菌作用下水解糖基及体酶的苷元分子基团而入血起效；服用人参醇类皂苷Rb1，Rc.d的糖基水解，而被K细胞吸收，从而起免疫增白细胞作用；服用穿山龙后，其丙醇类皂苷糖基水解，被吸收后起功效。但活性有效成分含量极低。所以，目前改变天然物活性成分（皂苷、糖苷基等基团），制备高活性成分已成热门。
6.2 其他技术法（物理法、化学法、植物细胞培养法、微生物法）
物理法：传统天然物在加工、采集、炮制过程中，其有效成分的结构灰有变化。如在红参加工过程中，原人参二醇类皂苷Rb1、Rc等转化为稀有的皂苷Rb2、Rb3，但转化量微少，即Rb2量仅1/10克分。
酸碱法是对小分子天然成分的生物转化可用该法。但在物质被污染后，且改变大分子结构则难度大。
有目的的改天然物基团的植物细胞培养法，难度较大，且成本高。
用特定的微生物、酶法：即定向限制性改变天然物的基团。即用酶、微生物定向催化天然物活性成分，可制出高活性成分。
6.3 天然物生物转化的优点
微生物法、酶法，可限制性改变基团，目的产物明确。可把天然物中基本骨架结构相同，但个别基团不同的一类化合物转成结构相同的化合物。克服了细胞培养目的性、专一性很差的问题。微生物法、酶法的生物反应条件温和、无污染、副反应少，克服了酸碱反应的问题，解决了化学污染及结构复杂的皂苷类基团的转化等问题。
6.4 天然物生物转化的意义
可创出天然物或中药微生物法、酶法可选择性改变皂苷等天然物（苷类）的成分基因，制出高活性成分及中药，有助于解释天然物的物质基础，是天然物中药现代化的途径。对食品意义食品添加剂配料源于植物原料，近万种保健品离不开天然活性成分。豆类食品有皂苷、黄酮苷；油料种子有苷类、低热甜类的甘草苷、甜叶菊苷等。人们对食品功能随时代而需求温饱时代，营养与安全为第一功能，色香味为第二功能。改革开放后，生活提高则食品需求高为第三功能，即生理活性功能。如对免疫、抗自由基、预防疾病、减肥。第四功能为保证流通、保鲜等。
6.5 天然物生物转化的研究进展
天然物活性成分及生物转化始于20世纪50年代，如用微生物酶除去柚、橙果汁中的苦味成分等；食品甜味剂（甜叶菊苷，甘草甜素）、罗汉果苷应用；大豆品中水解大豆皂苷糖基、大豆以黄酮苷法去豆腥味而变成活性高的次生皂苷、异黄酮等。食品工业中应用酶法水解柚皮苷的糖基消除其产品苦味，以免混浊物生成，从而发展出多种苷酶等15个碳原子以内的小分子苷酶，并已编入国际酶学的糖苷酶编号。这些苷酶的DNA同源性大，而形成苷类酶家族。如植物甜味剂苷类转化酶：甜叶菊苷为甜叶菊叶中提取的二萜类苷的天然甜味剂，其甜度达250倍蔗糖，是用芽孢杆菌、霉菌的糖基转移酶改变糖基，从而提高甜叶菊苷的甜味的。
甘草甜素（甘草皂苷）又称甘草酸、甘草甜素。功能为调节免疫、抗病毒作用。如有抗艾滋病毒、治疗慢性乙型肝炎、十二指肠溃疡等。也用于调味品、工业矫味剂、化妆品等。用微生物酶水解甘草皂苷糖醛酸基，制出单葡萄糖醛酸基甘草苷、甜度达蔗糖的1000倍，并无副作用。
大豆皂苷含糖基较多，其水解掉糖基后可提高活性，去腥味。天然物的苷类、皂苷物被服用后，在肠菌作用下变成另一种结构被吸收起功效。用微生物酶、动物酶改造苷类糖基提高药效。苷类物在体内通过肠代谢转化。在肠菌作用下，苷类皂苷的糖基被水解，转化为活性高的物质被吸收起功效。苷类物质口服后，在肠菌作用下转化为另一种结构而被吸收起药效。即其糖基被菌水解成高活性物质后再被吸收起到功效。如：人参皂苷Rb1和Rg1在肠菌作用后，即Rb1→F2→C→K→苷元、Rg1→Rb1（F1）→苷元、人参二醇类皂苷（Rb2、Rc等）口服后，被菌水解成F2、C、K等。黄芩苷（抗敏、促胆汁分泌）口服后被菌转化为糖苷后再被吸收。但血液里的苷元会合成黄芩苷，有抗血脂作用，而苷元无此功能。黄芩苷元还有抗病毒的作用。
