1 关于乳脂降低的研究
乳脂是牛、羊乳中最容易受日粮影响的成分,通常表现为乳脂率的下降。Boussingault 早在1845年就报道乳牛饲喂低纤维和高淀粉甜菜日粮时乳脂率下降, 饲喂高谷物日粮或细粉碎干草或制粒干草均降低乳脂率, Carpino 等也加以证实。现已证明乳脂率的下降与瘤胃pH 的改变有关, 而且添加缓冲剂能够部分校正高精料造成的乳脂率下降。精料低纤维日粮诱导乳牛乳脂降低( Milk Fat Depression,MFD) 的同时, 脂肪酸的组成也发生改变, 而乳蛋白和乳糖等成分通常不发生改变。发生MFD 时从头合成的短链脂肪酸的比例明显减少。冯仰廉指出, 乳脂中碳链长度为C4 到C14 和部分C16 脂肪酸来源于乳腺组织的从头合成途径; 其余的C16 及所有的长链脂肪酸来源于日粮脂肪或体储脂肪。有关日粮因素引起乳牛发生MFD 的机理已提出了几种学说, 一些学者对此作了比较详细的论述。早期的理论有: 乙酸缺乏理论, β- 羟丁酸缺乏理论, 维生素B12/甲基丙二酸理论, 葡萄糖-胰岛素理论和反式脂肪酸理论, 但是这几种理论均未被国际学术界普遍接受。Bauman 等提出的瘤胃生物氢化理论认为, 脂肪酸中间代谢产物可有效地抑制乳脂合成。trans- 10, cis- 12CLA 是目前惟一证实的一种可有效地抑制乳脂合成的中间代谢产物。乳脂率和乳脂产量随trans- 10, cis- 12CLA 过瘤胃灌注剂量的增加而曲线性降低。研究证实trans- 10, cis- 12CLA 是通过抑制乳腺组织脂肪酸的从头合成途径来降低乳脂产量的。而Peterson和Ahnadi采用日粮诱导MFD 发生的研究表明, 乳腺组织中脂肪酸和甘油三酯合成反应均受抑制, 乳脂合成相关关键酶的基因表达丰度降低。
2 日粮因素对乳脂的影响
2.1 日粮碳水化合物对乳脂的影响
组成植物细胞壁的碳水化合物( 结构性碳水化合物, SC) 和细胞内容物中的碳水化合物( 非结构性碳水化合物, NSC) 是反刍动物饲粮的重要组成非纤维碳水化合物( NFC) 或非结构性碳水化合物( NSC) 主要成分为糖与淀粉, 是易发酵的碳水化合物组分, 释放能量快; 而结构性碳水化合物( SC)主要成分是纤维素、半纤维素、木质素等, 发酵速率与能量释放慢。研究发现NSC 要比NDF 降解快得多, NSC 的快速降解可能导致挥发性脂肪酸的积累, 使瘤胃pH 降低、渗透压升高。可发酵淀粉( DM) 含量高于50%干物质进食量时, 乳脂率降低,脂肪酸成分改变, 短链脂肪酸的比例降低, C18 脂肪酸的比例升高。粗纤维、酸性洗涤纤维( ADF) 和中性洗涤纤维( NDF) 是饲料常规分析中最常用的结构性碳水化合物分析指标, 其含量的不同对乳脂影响也有差异。饲喂高纤维日粮时, 瘤胃发酵产生高比例的乙酸能够提高乳脂率。李有观对国内外相关研究综合分析认为, 在干草+精饲料型日粮中,ADF 的含量变化( 相当干物质中的8.8%～23.1%) 能影响乳脂含量变化达76%。如果固定粗饲料, 增加精饲料, NDF 量的改变可使乳脂含量变化达到56%。
2.2 日粮中脂类对乳脂的影响
补饲脂肪饲料对乳脂率的影响最大, 而且不同研究的影响度差别很大, 这可能与脂肪补充量、脂肪种类等因素有关。鱼油对乳脂率的影响最严重,据报道, 补饲4%的鱼油使乳脂率降低20%以上,补饲5.3%的花生油、葵花籽油和亚麻油时, 乳脂率都低于2.5%。Dhiman 等报道, 乳脂率下降幅度与脂肪添加量有关, 2.2%亚麻酸处理组的乳脂率下降不足10%, 而4.4%的亚麻酸处理使乳脂率降低了将近30%, 补饲过多不饱和脂肪会干扰瘤胃发酵, 影响纤维消化。在绵羊中开展的研究发现, 亚麻油添加量达到10%会使结构性碳水化合物在瘤胃的降解率下降50%。伴随着纤维消化受到抑制, 瘤胃的甲烷、VFA 产量相应减少, 乙酸丙酸比也更低。日粮脂肪对非结构性碳水化合物的影响不大, 在纤维消化受到抑制的情况下, 瘤胃淀粉消化依然保持正常。日粮脂肪抑制纤维消化及瘤胃发酵的理论, 最受关注的是包被说和毒性说。包被理论认为, 饲料颗粒表面的脂肪层阻止了微生物及其酶与饲料纤维的接触, 从而抑制了纤维的消化。毒性说则认为脂肪酸对瘤胃微生物具有毒性,向纯培养物中添加脂肪酸抑制了微生物的生长和代谢。
2.3 CLA 对乳脂的影响
抑制脂肪沉积是CLA 的功能之一, 反式十八碳烯酸也可能抑制脂肪沉积, 此外, 真胃灌注CLA 使乳脂产量大幅度下降, 下降幅度在40%～50%, 这些研究使用的为几种CLA 异构体的混合物。Baumgard 等[ 6 ]则通过真胃灌注cis- 9, trans- 11和trans- 10, cis- 12 异构体研究了不同异构体对乳脂的影响, 发现cis- 9, trans- 11C18: 2 体对乳脂含量和产量没有影响, 而trans- 11, cis- 12C18: 2 使乳脂含量和产量分别下降了42%和44%。尽管乳脂CLA 的80%～90%为cis- 9, trans- 11 异构体, 但仍然存在少量trans- 10, cis- 12 异构体。Griinari 等准确分离和鉴定出牛奶中的反式十八碳烯酸异构体,发现乳脂含量只与一种含量较低的异构体trans- 10C18: 1 呈负相关。并指出trans- 10 C18: 1 浓度与CLA 或trans- 11 C18: 1 没有关联。进一步认为CLA对乳脂或体脂合成的影响是由于那些含有trans- 10双键的异构体造成的。
3 瘤胃生物氢化的研究
抑制奶牛乳脂合成减少的日粮具备以下两个条件, 一是日粮组成使瘤胃微生物区系组成发生变化; 二是日粮中应含有一定量的多不饱和脂肪酸作为瘤胃微生物氢化反应的底物。
3.1 生物氢化动力学
虽然有关高精料低纤维日粮对瘤胃微生物区系影响的研究已有很长的历史, 但对其中起氢化作用的微生物种群的影响的研究目前还很薄弱。有报道认为瘤胃细菌在氢化过程中起主要作用, 而瘤胃原虫的作用可能很小。长期以来, 一直认为瘤胃细菌中溶纤维丁酸弧菌( Butyrivibrio fibrisolvens) 具有生物氢化能力。然而, 随着研究的不断深入, 目前发现很多分离的瘤胃细菌能够生物氢化不饱和脂肪酸, 其过程要经过若干步生化反应, 没有任何一种细菌能够单独完成整个生物氢化过程。Kemp 和Lander 根据生物氢化反应的特点和产生的终产物将参与的瘤胃细菌分为A 和B 两组。A组细菌负责将亚油酸和α- 亚麻酸氢化为trans- 11C18: 1( TVA) ; B 组细菌则将TVA 进一步氢化为硬脂酸( C18: 0) 。高巍等推测, 这两组细菌只有附着在纤维颗粒上, 才能更加有效地进行反应底物的传递和代谢产物氢化的利用。由于纤维分解细菌是氢气的主要生产者, 而在高精料低纤维日粮条件下, 可供纤维分解菌附着并降解利用的纤维颗粒减少, 瘤胃pH 下降, 纤维分解菌活性减弱, 导致生物氢化的原料氢气供给不足, 这可能是不饱和脂肪酸氢化不完全的一个原因; 另一方面, 纤维颗粒上附着的细菌与瘤胃液相细菌菌群在生物氢化过程中的相对贡献率大小目前也不清楚。这些问题的研究有助于从瘤胃微生态学的层次上来认识瘤胃生物氢化过程的某些重要机制。
3.2 瘤胃氢化的意义及影响因素
Keweloh 等认为不饱和脂肪酸对瘤胃微生物有毒性, 氢化可以降低不饱和脂肪酸的毒性。因此,氢化在保护微生物免遭不饱和脂肪酸毒害方面起重要作用。有报道称瘤胃内脂肪的氢化主要是降低不饱和脂肪酸的活性。此外, 日粮不饱和脂肪酸只有氢化后才能被细菌充分利用。细菌脂肪主要是饱和脂肪, 生物氢化可将日粮不饱和脂肪酸转变成适当的形式和一定的比例进入细菌细胞而无需为长链脂肪酸的从头合成消耗能量。有报道认为, 由于C18: 3和C18: 2 氢化率、氢化程度大于trans- C18: 1,因此当日粮脂肪含有大量多不饱和脂肪酸时,trans- C18: 1吸收量增加。瘤胃trans- C18: 1量增加,氢化率降低, 结果导致更多的trans- C18: 1流入小肠。乳腺从血液中摄入的trans- C18: 1能抑制乳脂肪的合成, 降低乳脂率。Van Nevel 和Demeyer 用体外法研究了瘤胃液pH同大豆油脂降解和氢化间的关系, 当pH 值从6.8逐步降到5.2 时, 65%的脂肪分解被抑制, C18: 2和C18: 3不饱和脂肪酸在pH 值6.8 时的平均氢化率为96%, 而pH 值为5.2 时的平均氢化率是65%。Jouany 等研究发现当日粮精料水平大于70%( 以干物质为基础) 时, C18: 2或C18: 3不饱和脂肪酸的氢化率在35%～60%或50%～80%之间。
3.3 瘤胃氢化与乳脂
瘤胃对亚油酸的生物氢化是反刍动物乳脂中CLA主要来源之一, CLA 是生物氢化的中间体。大部分CLA 经过生物加氢过程, 最终变为硬脂酸。但在特定的条件下, 如日粮中亚油酸浓度较高时,抑制了trans- 11 C18: 1经生物加氢变成硬脂酸, 从而造成CLA 积累, CLA 合成增多。亚油酸和亚麻油酸在瘤胃微生物作用下氢化时, 也能发生位置异构化形成CLA, 当氢化不完全时, 一部分可过瘤胃而直接进入肠道被吸收, 用于乳脂合成及相关反应。不饱和脂肪酸的氢化程度是反映瘤胃微生物氢化反应随日粮组成等条件变化的一个指标。同时,该问题的阐述也是进一步研究高精料低纤维日粮减少乳脂合成生物学机理的一个基础性工作, 国内外迄今为止关于这方面的研究很少。
4 其他与乳脂有关的因素
饲粮Cu 可以影响奶牛的脂类代谢。它可能改变瘤胃氢化或者促进脂肪组织和乳腺组织中C18: 0
的脱饱和。Morales 等[14]的研究发现, 当饲粮中的Cu 耗尽2 个月后, 乳脂中的CLA 含量增加。Fellner 等用连续培养的瘤胃发酵罐发现, 添加离子载体会抑制脂肪酸的生物氢化, 导致瘤胃内容物中硬脂酸的减少和十八碳单烯酸的增加。一般的,放牧饲养可以增加乳脂中CLA 的含量。另外, 牧草的成熟度也会影响乳脂中的CLA含量, 饲喂早期生长阶段的牧草可以增加乳脂中的CLA 含量。有人发现限饲可以增加乳脂中的脂肪酸含量, 但有的试验结果正好相反。饲喂量不足会通过动员体脂储备来增加CLA 和trans- 11C18: 1的供应, 但这种CLA 的大量增加常常与能量负平衡相关联。此外, 乳脂的合成受乳腺组织△9 去饱
和酶活性调控。
5 小结
影响反刍动物乳脂的因素众多, 而且并不是通过单一的作用加以体现的, 多种因素的协同作用往往最终造成乳脂及其成分的变化, 通过研究碳水化合物日粮组成诱导奶牛发生MFD 情况下的瘤胃微生态区系变化、日粮多不饱和脂肪酸的氢化程度随日粮碳水化合物比例、脂类添加发生改变的变化规律, 利用动物营养学、瘤胃微生态学、细胞生物学与分子生物学等多学科交叉的研究方法, 进一步阐明了碳水化合物比例、脂类添加等因素对奶牛乳脂合成的某些重要生物学机理, 对人为调控乳脂脂肪酸组成和合成量, 如降低可引起高胆固醇的月桂酸、豆蔻酸和棕榈酸等脂肪酸的含量, 开发具有营养保健功能的饮用乳, 以及从营养上调控和改善产乳家畜的能量平衡和产乳性能等有重要意义。trans-10, cis- 12 CLA 在机体和乳产品中的量对乳脂造成的影响, 有待进一步研究。
