1蘋果酸降低瘤胃酸中毒的作用機(jī)制
DL-蘋果酸是白色結(jié)晶體或結(jié)晶狀粉末，有較強(qiáng)酸味，其化學(xué)名稱為DL-羥基丁二酸，分子量為134．09。蘋果酸是瘤胃琥珀酸—丙酸途徑的重要中間產(chǎn)物，它對(duì)瘤胃發(fā)酵的作用與莫能菌素類似，但其作用方式與離子載體抗菌劑不同。蘋果酸可通過反芻獸新月單胞菌(selenomonasruminantium)促進(jìn)琥珀酸和丙酸的產(chǎn)生，從而降低甲烷產(chǎn)生菌對(duì)H2的利用。大量的體外研究表明，蘋果酸可以促進(jìn)乳酸的利用，降低瘤胃酸中毒發(fā)生的機(jī)率，增加丙酸和VFA的產(chǎn)量，降低甲烷造成的能量損失，提高干物質(zhì)、有機(jī)物、NDF及半纖維素的消化率。
反芻動(dòng)物采食大量碳水化合物后，瘤胃微生物消化釋放出大量葡萄糖，使幾乎所有微生物生長(zhǎng)速度加快，尤其是僅靠葡萄糖生存的產(chǎn)乳酸菌——牛鏈球菌的數(shù)量顯著增加，瘤胃微生物群落發(fā)生變化，產(chǎn)生的大量乳酸使瘤胃pH值下降。而乳酸利用菌——反芻獸新月單胞菌由于不耐酸而增殖速度相對(duì)較慢，使得乳酸不能及時(shí)被吸收利用，致使瘤胃乳酸大量積累，造成酸中毒。但當(dāng)瘤胃葡萄糖被消耗完以后，反芻獸新月單胞菌就可以利用乳酸作為能量和碳的來源。
添加蘋果酸會(huì)促進(jìn)反芻獸新月單胞菌的生長(zhǎng)，提高對(duì)乳酸的利用，緩解酸中毒。反芻獸新月單胞菌利用逆檸檬酸循環(huán)的琥珀酸—丙酸途徑，可以把乳酸轉(zhuǎn)化為琥珀酸和丙酸，作為能量合成的前體，蘋果酸則是反芻獸新月單胞菌利用這一途徑代謝的關(guān)鍵中間體。蘋果酸促進(jìn)反芻獸新月單胞菌對(duì)乳酸的利用路線：乳酸→丙酮酸→草酰乙酸→蘋果酸→延胡索酸→琥珀酸→丙酸。蘋果酸可以結(jié)合反芻動(dòng)物瘤胃產(chǎn)生的H2因?yàn)槿绻鸋2在中間產(chǎn)物中累積，乳酸脫氫酶就不能把乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，反芻獸新月單胞菌也就不能利用乳酸。另一方面，反芻獸新月單胞菌利用乳酸作為碳和能量的來源進(jìn)行發(fā)酵，在此過程中，細(xì)胞內(nèi)的糖類含量下降，而補(bǔ)充的蘋果酸可以轉(zhuǎn)化為草酰乙酸，補(bǔ)充因糖異生造成的草酰乙酸的不足，使細(xì)胞的糖類含量升高，細(xì)胞內(nèi)的草酰乙酸增加，導(dǎo)致此發(fā)酵過程的終產(chǎn)物乙酸、丙酸、琥珀酸的產(chǎn)量提高。
2 蘋果酸對(duì)反芻動(dòng)物的作用
2．1 對(duì)瘤胃pH值的影響
Nisbet和Martin(1990)證實(shí)，在相同條件下，蘋果酸存在時(shí)反芻獸新月單胞菌對(duì)乳酸的利用更有效(與對(duì)照組相比，蘋果酸增加了10倍，延胡索酸增加了倍)。Evans和Martin(1997)驗(yàn)證了細(xì)胞外pH值、乳酸濃度及添加蘋果酸對(duì)反芻獸新月單胞菌生長(zhǎng)的影響結(jié)果表明，添加蘋果酸可以增加乳酸的利用及細(xì)胞內(nèi)反芻獸新月單胞菌合成的糖類和蛋白質(zhì)的含量。在蘋果酸存在時(shí)，乳酸的利用率為77％-80％，而沒有蘋果酸時(shí)僅為40％-70％。并且蘋果酸提高了(pH值為5
條件下)細(xì)胞外反芻獸新月單胞菌對(duì)高濃度可溶性淀粉和去殼谷物中乳酸的利用，降低了乳酸濃度，提高了瘤胃內(nèi)pH值。Martin(1999)用分別含有0、27、54、80gDL-蘋果酸的500mi磷酸鹽緩沖液對(duì)飼喂含粉；谷物日糧的肉牛進(jìn)行瘤胃灌注，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨蘋果濃度的增加，瘤胃pH值呈線性上升，且總VFA含及乙酸濃度線性增加。
此外，CO：是反芻獸新月單胞菌利用琥珀酸—丙酸途徑把乳酸發(fā)酵為丙酸的終產(chǎn)物。Martin(1998)也證實(shí)，補(bǔ)充蘋果酸在利用琥珀酸—丙酸途徑增加乳酸利用的同時(shí)，也增加了C02的產(chǎn)量，緩沖了瘤胃pH值。也有人認(rèn)為蘋果酸可以作為唾液促進(jìn)劑緩解瘤胃pH值，預(yù)防酸中毒。
2．2 對(duì)能量的影響
瘤胃甲烷的產(chǎn)生不僅意味著飼料能量的浪費(fèi)、動(dòng)物能量利用的損失，而且對(duì)大氣環(huán)境也造成一定的污染，對(duì)大氣臭氧層具有破壞作用。反芻動(dòng)物的甲烷產(chǎn)量約為全球動(dòng)物和人類甲烷釋放總量的95％。瘤胃甲烷產(chǎn)生菌合成甲烷遵循方程4H2+C02：CH4+2H20，而蘋果酸可以作為電子的受體，與甲烷產(chǎn)生菌競(jìng)爭(zhēng)H2，使甲烷生成量下降。因此，蘋果酸對(duì)甲烷的作用來自對(duì)H2的抑制而不是抑制甲烷產(chǎn)生菌。
添加蘋果酸可增加VFA的總量。在去殼谷物中添加8或12mMDL-蘋果酸可使瘤胃發(fā)酵總VFA增
加，最終的pH值上升，乙酸、丙酸比值及甲烷含量下降(Matin和Streeter，1995)。Mati(2000)發(fā)現(xiàn)，混合瘤胃液的粉碎玉米日糧中添加糖和蘋果酸(濃度分別為2．25、3．2524)時(shí)，乙酸、丙酸及總VFA量增加，pH值升高。
2．3 對(duì)碳水化合物的影響
在反芻動(dòng)物瘤胃中添加DL-蘋果酸鹽可引起可溶性淀粉和脫皮玉米微生物發(fā)酵的最終pH值、甲烷及VFA發(fā)生變化，這與離子載體的作用類似。NisbetMartin(1994)發(fā)現(xiàn)，在反芻動(dòng)物飼喂高濃度快速發(fā)酵碳水化合物日糧中添加蘋果酸，可以提高反芻獸新月單胞菌(pH值為6時(shí))對(duì)乳酸的利用。蘋果酸可有效提高飼喂高濃度谷物日糧后1-2h的pH值，因此，在日糧中補(bǔ)充蘋果酸是降低瘤胃酸中毒的有效手段。
不同種類谷物對(duì)瘤胃酸中毒的影響不同，反芻動(dòng)物若大量采食小麥、大麥或加工玉米，會(huì)極大地增加酸中毒發(fā)生的危險(xiǎn)度，而采食燕麥和高梁的危險(xiǎn)度則相對(duì)較低。但這些谷物經(jīng)粉碎、脫皮處理后，在增加瘤胃對(duì)其淀粉的消化的同時(shí)，也加大了酸中毒發(fā)生的幾率。Crespo等(2002)觀察了在玉米、大麥、小麥、高梁4種谷物日糧中添加蘋果酸鹽(4、7、10mM)對(duì)瘤胃發(fā)酵
的影響效果。結(jié)果表明，隨蘋果酸添加量的增加，每種日糧中最終pH值提高。蘋果酸還可增加日糧的C02產(chǎn)量，降低CH4產(chǎn)量，?繞涫譴舐蠛托÷筧樟浮２⑶宜?兇櫚腖—乳酸的含量下降，VFA的產(chǎn)量增加。另有試驗(yàn)表明，在肥育牛的高濃度谷物日糧中添加蘋果酸80g／(頭·d)使瘤胃的pH值提高，而微生物的生長(zhǎng)和淀粉、纖維及蛋白的消化沒有受到不良影響。上述結(jié)論表明，蘋果酸可促進(jìn)高濃度谷物日糧的發(fā)酵，減少酸中毒的發(fā)生。
2．4 對(duì)反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能的影響
理論上，反芻動(dòng)物飼喂蘋果酸可以提高飼料的轉(zhuǎn)化率，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，因?yàn)樘O果酸是能量代謝途徑的關(guān)鍵物質(zhì)，對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能的提高具有非常重要的作用。1982年Kung等發(fā)現(xiàn)，以玉米青貯為基礎(chǔ)日糧的產(chǎn)奶早期及中期的荷斯坦牛補(bǔ)充蘋果酸，140z／(頭．d)組較0、70、105e／(頭·d)組產(chǎn)奶期延長(zhǎng)，總VFA量增加，而在蘋果酸各處理組之間，干物質(zhì)采食量、奶產(chǎn)量及奶成分無顯著差異。Stalleup(1979)給飼喂高丹草和玉米型日糧的荷斯坦奶牛分別補(bǔ)充蘋果酸28、70z／(頭，d)，結(jié)果表明，補(bǔ)充70e／(頭·d)組的產(chǎn)奶量較對(duì)照組高。Devant和Bach(2004)發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)奶早期飼喂奶牛84e／(頭·d)蘋果酸與對(duì)照組相比，增加了產(chǎn)奶高峰期的產(chǎn)奶量。2006年Niffen等研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充50、100z／(頭·d)蘋果酸的奶牛，其微生物氮產(chǎn)量及用于微生物氮合成的有機(jī)物和碳水化合物的利用率增加，奶產(chǎn)量增加而奶成分不受影響。
對(duì)肉牛的相關(guān)研究相對(duì)較少。Sanson和Stallcup(1984)發(fā)現(xiàn)，給荷斯坦公牛飼喂蘋果酸提高了日增重和飼料效率，但對(duì)血清成分的影響不明顯。Martin等(1999)采用33頭閹公牛進(jìn)行舍飼試驗(yàn)，添加40-80g／(頭．d)的蘋果酸，試驗(yàn)結(jié)果表明，飼料效率提高8．1％，日增重隨蘋果酸的增加呈線性增加。但也有試驗(yàn)證實(shí)肥育牛飼喂蘋果酸后生產(chǎn)性能并未提高，DMI(于物質(zhì)采食量)、日增重、胴體特性所受影響也不大，這說明蘋果酸的添加效果受牛肥育階段及多種因素影響。
3 小結(jié)
瘤胃酸中毒對(duì)養(yǎng)牛場(chǎng)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失，但高能日糧又是高產(chǎn)奶牛和育肥牛所必須的。大量體外試驗(yàn)表明了蘋果酸對(duì)瘤胃微生物調(diào)控的有益影響，及對(duì)預(yù)防酸中毒的作用。但蘋果酸價(jià)格較貴，生產(chǎn)中使用會(huì)大大增加飼養(yǎng)成本?人們開始嘗試用富含蘋果酸的苜蓿青草調(diào)節(jié)日糧組成來補(bǔ)充蘋果酸，節(jié)約成本，這在理論上是可行的，但蘋果酸效果的發(fā)揮受日糧類型、精粗比等多種因素影響，所以實(shí)踐中的效果并不理想。但不管怎樣，蘋果酸的作用是不可否認(rèn)的，在現(xiàn)代畜牧生產(chǎn)中，蘋果酸將成為繼抗生素后與益生素、酶制劑等并列的重要添加劑。另外，影響蘋果酸使用效果的原因尚未全面探明，蘋果酸的最佳使用劑量、補(bǔ)充的最適時(shí)間等問題都需要進(jìn)一步研究。
