1 關(guān)于乳脂降低的研究
乳脂是牛、羊乳中最容易受日糧影響的成分,通常表現(xiàn)為乳脂率的下降。Boussingault 早在1845年就報道乳牛飼喂低纖維和高淀粉甜菜日糧時乳脂率下降, 飼喂高谷物日糧或細(xì)粉碎干草或制粒干草均降低乳脂率, Carpino 等也加以證實。現(xiàn)已證明乳脂率的下降與瘤胃pH 的改變有關(guān), 而且添加緩沖劑能夠部分校正高精料造成的乳脂率下降。精料低纖維日糧誘導(dǎo)乳牛乳脂降低( Milk Fat Depression,MFD) 的同時, 脂肪酸的組成也發(fā)生改變, 而乳蛋白和乳糖等成分通常不發(fā)生改變。發(fā)生MFD 時從頭合成的短鏈脂肪酸的比例明顯減少。馮仰廉指出, 乳脂中碳鏈長度為C4 到C14 和部分C16 脂肪酸來源于乳腺組織的從頭合成途徑; 其余的C16 及所有的長鏈脂肪酸來源于日糧脂肪或體儲脂肪。有關(guān)日糧因素引起乳牛發(fā)生MFD 的機(jī)理已提出了幾種學(xué)說, 一些學(xué)者對此作了比較詳細(xì)的論述。早期的理論有: 乙酸缺乏理論, β- 羥丁酸缺乏理論, 維生素B12/甲基丙二酸理論, 葡萄糖-胰島素理論和反式脂肪酸理論, 但是這幾種理論均未被國際學(xué)術(shù)界普遍接受。Bauman 等提出的瘤胃生物氫化理論認(rèn)為, 脂肪酸中間代謝產(chǎn)物可有效地抑制乳脂合成。trans- 10, cis- 12CLA 是目前惟一證實的一種可有效地抑制乳脂合成的中間代謝產(chǎn)物。乳脂率和乳脂產(chǎn)量隨trans- 10, cis- 12CLA 過瘤胃灌注劑量的增加而曲線性降低。研究證實trans- 10, cis- 12CLA 是通過抑制乳腺組織脂肪酸的從頭合成途徑來降低乳脂產(chǎn)量的。而Peterson和Ahnadi采用日糧誘導(dǎo)MFD 發(fā)生的研究表明, 乳腺組織中脂肪酸和甘油三酯合成反應(yīng)均受抑制, 乳脂合成相關(guān)關(guān)鍵酶的基因表達(dá)豐度降低。
2 日糧因素對乳脂的影響
2.1 日糧碳水化合物對乳脂的影響
組成植物細(xì)胞壁的碳水化合物( 結(jié)構(gòu)性碳水化合物, SC) 和細(xì)胞內(nèi)容物中的碳水化合物( 非結(jié)構(gòu)性碳水化合物, NSC) 是反芻動物飼糧的重要組成非纖維碳水化合物( NFC) 或非結(jié)構(gòu)性碳水化合物( NSC) 主要成分為糖與淀粉, 是易發(fā)酵的碳水化合物組分, 釋放能量快; 而結(jié)構(gòu)性碳水化合物( SC)主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等, 發(fā)酵速率與能量釋放慢。研究發(fā)現(xiàn)NSC 要比NDF 降解快得多, NSC 的快速降解可能導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累, 使瘤胃pH 降低、滲透壓升高。可發(fā)酵淀粉( DM) 含量高于50%干物質(zhì)進(jìn)食量時, 乳脂率降低,脂肪酸成分改變, 短鏈脂肪酸的比例降低, C18 脂肪酸的比例升高。粗纖維、酸性洗滌纖維( ADF) 和中性洗滌纖維( NDF) 是飼料常規(guī)分析中最常用的結(jié)構(gòu)性碳水化合物分析指標(biāo), 其含量的不同對乳脂影響也有差異。飼喂高纖維日糧時, 瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生高比例的乙酸能夠提高乳脂率。李有觀對國內(nèi)外相關(guān)研究綜合分析認(rèn)為, 在干草+精飼料型日糧中,ADF 的含量變化( 相當(dāng)干物質(zhì)中的8.8%～23.1%) 能影響乳脂含量變化達(dá)76%。如果固定粗飼料, 增加精飼料, NDF 量的改變可使乳脂含量變化達(dá)到56%。
2.2 日糧中脂類對乳脂的影響
補(bǔ)飼脂肪飼料對乳脂率的影響最大, 而且不同研究的影響度差別很大, 這可能與脂肪補(bǔ)充量、脂肪種類等因素有關(guān)。魚油對乳脂率的影響最嚴(yán)重,據(jù)報道, 補(bǔ)飼4%的魚油使乳脂率降低20%以上,補(bǔ)飼5.3%的花生油、葵花籽油和亞麻油時, 乳脂率都低于2.5%。Dhiman 等報道, 乳脂率下降幅度與脂肪添加量有關(guān), 2.2%亞麻酸處理組的乳脂率下降不足10%, 而4.4%的亞麻酸處理使乳脂率降低了將近30%, 補(bǔ)飼過多不飽和脂肪會干擾瘤胃發(fā)酵, 影響纖維消化。在綿羊中開展的研究發(fā)現(xiàn), 亞麻油添加量達(dá)到10%會使結(jié)構(gòu)性碳水化合物在瘤胃的降解率下降50%。伴隨著纖維消化受到抑制, 瘤胃的甲烷、VFA 產(chǎn)量相應(yīng)減少, 乙酸丙酸比也更低。日糧脂肪對非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的影響不大, 在纖維消化受到抑制的情況下, 瘤胃淀粉消化依然保持正常。日糧脂肪抑制纖維消化及瘤胃發(fā)酵的理論, 最受關(guān)注的是包被說和毒性說。包被理論認(rèn)為, 飼料顆粒表面的脂肪層阻止了微生物及其酶與飼料纖維的接觸, 從而抑制了纖維的消化。毒性說則認(rèn)為脂肪酸對瘤胃微生物具有毒性,向純培養(yǎng)物中添加脂肪酸抑制了微生物的生長和代謝。
2.3 CLA 對乳脂的影響
抑制脂肪沉積是CLA 的功能之一, 反式十八碳烯酸也可能抑制脂肪沉積, 此外, 真胃灌注CLA 使乳脂產(chǎn)量大幅度下降, 下降幅度在40%～50%, 這些研究使用的為幾種CLA 異構(gòu)體的混合物。Baumgard 等[ 6 ]則通過真胃灌注cis- 9, trans- 11和trans- 10, cis- 12 異構(gòu)體研究了不同異構(gòu)體對乳脂的影響, 發(fā)現(xiàn)cis- 9, trans- 11C18: 2 體對乳脂含量和產(chǎn)量沒有影響, 而trans- 11, cis- 12C18: 2 使乳脂含量和產(chǎn)量分別下降了42%和44%。盡管乳脂CLA 的80%～90%為cis- 9, trans- 11 異構(gòu)體, 但仍然存在少量trans- 10, cis- 12 異構(gòu)體。Griinari 等準(zhǔn)確分離和鑒定出牛奶中的反式十八碳烯酸異構(gòu)體,發(fā)現(xiàn)乳脂含量只與一種含量較低的異構(gòu)體trans- 10C18: 1 呈負(fù)相關(guān)。并指出trans- 10 C18: 1 濃度與CLA 或trans- 11 C18: 1 沒有關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步認(rèn)為CLA對乳脂或體脂合成的影響是由于那些含有trans- 10雙鍵的異構(gòu)體造成的。
3 瘤胃生物氫化的研究
抑制奶牛乳脂合成減少的日糧具備以下兩個條件, 一是日糧組成使瘤胃微生物區(qū)系組成發(fā)生變化; 二是日糧中應(yīng)含有一定量的多不飽和脂肪酸作為瘤胃微生物氫化反應(yīng)的底物。
3.1 生物氫化動力學(xué)
雖然有關(guān)高精料低纖維日糧對瘤胃微生物區(qū)系影響的研究已有很長的歷史, 但對其中起氫化作用的微生物種群的影響的研究目前還很薄弱。有報道認(rèn)為瘤胃細(xì)菌在氫化過程中起主要作用, 而瘤胃原蟲的作用可能很小。長期以來, 一直認(rèn)為瘤胃細(xì)菌中溶纖維丁酸弧菌( Butyrivibrio fibrisolvens) 具有生物氫化能力。然而, 隨著研究的不斷深入, 目前發(fā)現(xiàn)很多分離的瘤胃細(xì)菌能夠生物氫化不飽和脂肪酸, 其過程要經(jīng)過若干步生化反應(yīng), 沒有任何一種細(xì)菌能夠單獨完成整個生物氫化過程。Kemp 和Lander 根據(jù)生物氫化反應(yīng)的特點和產(chǎn)生的終產(chǎn)物將參與的瘤胃細(xì)菌分為A 和B 兩組。A組細(xì)菌負(fù)責(zé)將亞油酸和α- 亞麻酸氫化為trans- 11C18: 1( TVA) ; B 組細(xì)菌則將TVA 進(jìn)一步氫化為硬脂酸( C18: 0) 。高巍等推測, 這兩組細(xì)菌只有附著在纖維顆粒上, 才能更加有效地進(jìn)行反應(yīng)底物的傳遞和代謝產(chǎn)物氫化的利用。由于纖維分解細(xì)菌是氫氣的主要生產(chǎn)者, 而在高精料低纖維日糧條件下, 可供纖維分解菌附著并降解利用的纖維顆粒減少, 瘤胃pH 下降, 纖維分解菌活性減弱, 導(dǎo)致生物氫化的原料氫氣供給不足, 這可能是不飽和脂肪酸氫化不完全的一個原因; 另一方面, 纖維顆粒上附著的細(xì)菌與瘤胃液相細(xì)菌菌群在生物氫化過程中的相對貢獻(xiàn)率大小目前也不清楚。這些問題的研究有助于從瘤胃微生態(tài)學(xué)的層次上來認(rèn)識瘤胃生物氫化過程的某些重要機(jī)制。
3.2 瘤胃氫化的意義及影響因素
Keweloh 等認(rèn)為不飽和脂肪酸對瘤胃微生物有毒性, 氫化可以降低不飽和脂肪酸的毒性。因此,氫化在保護(hù)微生物免遭不飽和脂肪酸毒害方面起重要作用。有報道稱瘤胃內(nèi)脂肪的氫化主要是降低不飽和脂肪酸的活性。此外, 日糧不飽和脂肪酸只有氫化后才能被細(xì)菌充分利用。細(xì)菌脂肪主要是飽和脂肪, 生物氫化可將日糧不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)變成適當(dāng)?shù)男问胶鸵欢ǖ谋壤M(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞而無需為長鏈脂肪酸的從頭合成消耗能量。有報道認(rèn)為, 由于C18: 3和C18: 2 氫化率、氫化程度大于trans- C18: 1,因此當(dāng)日糧脂肪含有大量多不飽和脂肪酸時,trans- C18: 1吸收量增加。瘤胃trans- C18: 1量增加,氫化率降低, 結(jié)果導(dǎo)致更多的trans- C18: 1流入小腸。乳腺從血液中攝入的trans- C18: 1能抑制乳脂肪的合成, 降低乳脂率。Van Nevel 和Demeyer 用體外法研究了瘤胃液pH同大豆油脂降解和氫化間的關(guān)系, 當(dāng)pH 值從6.8逐步降到5.2 時, 65%的脂肪分解被抑制, C18: 2和C18: 3不飽和脂肪酸在pH 值6.8 時的平均氫化率為96%, 而pH 值為5.2 時的平均氫化率是65%。Jouany 等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)日糧精料水平大于70%( 以干物質(zhì)為基礎(chǔ)) 時, C18: 2或C18: 3不飽和脂肪酸的氫化率在35%～60%或50%～80%之間。
3.3 瘤胃氫化與乳脂
瘤胃對亞油酸的生物氫化是反芻動物乳脂中CLA主要來源之一, CLA 是生物氫化的中間體。大部分CLA 經(jīng)過生物加氫過程, 最終變?yōu)橛仓帷５谔囟ǖ臈l件下, 如日糧中亞油酸濃度較高時,抑制了trans- 11 C18: 1經(jīng)生物加氫變成硬脂酸, 從而造成CLA 積累, CLA 合成增多。亞油酸和亞麻油酸在瘤胃微生物作用下氫化時, 也能發(fā)生位置異構(gòu)化形成CLA, 當(dāng)氫化不完全時, 一部分可過瘤胃而直接進(jìn)入腸道被吸收, 用于乳脂合成及相關(guān)反應(yīng)。不飽和脂肪酸的氫化程度是反映瘤胃微生物氫化反應(yīng)隨日糧組成等條件變化的一個指標(biāo)。同時,該問題的闡述也是進(jìn)一步研究高精料低纖維日糧減少乳脂合成生物學(xué)機(jī)理的一個基礎(chǔ)性工作, 國內(nèi)外迄今為止關(guān)于這方面的研究很少。
4 其他與乳脂有關(guān)的因素
飼糧Cu 可以影響奶牛的脂類代謝。它可能改變瘤胃氫化或者促進(jìn)脂肪組織和乳腺組織中C18: 0
的脫飽和。Morales 等[14]的研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)飼糧中的Cu 耗盡2 個月后, 乳脂中的CLA 含量增加。Fellner 等用連續(xù)培養(yǎng)的瘤胃發(fā)酵罐發(fā)現(xiàn), 添加離子載體會抑制脂肪酸的生物氫化, 導(dǎo)致瘤胃內(nèi)容物中硬脂酸的減少和十八碳單烯酸的增加。一般的,放牧飼養(yǎng)可以增加乳脂中CLA 的含量。另外, 牧草的成熟度也會影響乳脂中的CLA含量, 飼喂早期生長階段的牧草可以增加乳脂中的CLA 含量。有人發(fā)現(xiàn)限飼可以增加乳脂中的脂肪酸含量, 但有的試驗結(jié)果正好相反。飼喂量不足會通過動員體脂儲備來增加CLA 和trans- 11C18: 1的供應(yīng), 但這種CLA 的大量增加常常與能量負(fù)平衡相關(guān)聯(lián)。此外, 乳脂的合成受乳腺組織△9 去飽
和酶活性調(diào)控。
5 小結(jié)
影響反芻動物乳脂的因素眾多, 而且并不是通過單一的作用加以體現(xiàn)的, 多種因素的協(xié)同作用往往最終造成乳脂及其成分的變化, 通過研究碳水化合物日糧組成誘導(dǎo)奶牛發(fā)生MFD 情況下的瘤胃微生態(tài)區(qū)系變化、日糧多不飽和脂肪酸的氫化程度隨日糧碳水化合物比例、脂類添加發(fā)生改變的變化規(guī)律, 利用動物營養(yǎng)學(xué)、瘤胃微生態(tài)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)等多學(xué)科交叉的研究方法, 進(jìn)一步闡明了碳水化合物比例、脂類添加等因素對奶牛乳脂合成的某些重要生物學(xué)機(jī)理, 對人為調(diào)控乳脂脂肪酸組成和合成量, 如降低可引起高膽固醇的月桂酸、豆蔻酸和棕櫚酸等脂肪酸的含量, 開發(fā)具有營養(yǎng)保健功能的飲用乳, 以及從營養(yǎng)上調(diào)控和改善產(chǎn)乳家畜的能量平衡和產(chǎn)乳性能等有重要意義。trans-10, cis- 12 CLA 在機(jī)體和乳產(chǎn)品中的量對乳脂造成的影響, 有待進(jìn)一步研究。
