过瘤胃保护胆碱在奶牛上的应用研究进展

王 翀 刘红云 刘 凌

动物营养学上将胆碱归为维生素B族，但胆碱并不是一种真正的维生素，它不属于酶系统的一部分，不具有维生素特有的催化作用，并且需要量以克计算，超出了痕量范畴。近年来，随着对胆碱的生物学功能、饲料添加形式及产品开发等研究深入，胆碱以其特殊的生理功能和广泛的作用已在养殖业中广泛应用。传统上认为反刍动物瘤胃可以合成足够量的胆碱来满足其代谢和生产的需要，但是近年来研究发现在奶牛日粮中添加保护性胆碱，可提高奶牛生产性能[1]，特别是在奶牛围产期、泌乳高峰期等特殊生理时期，对预防奶牛脂肪肝、酮病等营养代谢性疾病具有重要的意义，进而改善奶牛营养和健康状况，提高泌乳性能。但是，胆碱极易受瘤胃微生物破坏，这也成为限制胆碱在奶牛上应用的最大瓶颈。为了防止胆碱在瘤胃内被降解，改善口感，必须对胆碱进行过瘤胃保护。然而，不同方法得到过瘤胃保护胆碱产品在保护效果上却不尽一致[2]，运用在奶牛上的效果更是存在巨大差异[1,3]。鉴于以上情况，有必要对国内外胆碱的过瘤胃保护技术进行整理、分析，探讨较优的胆碱过瘤胃保护方法，并进一步对过瘤胃保护胆碱在奶牛上的应用效果作一综述。

1 生物学特性及在反刍动物上的作用

1.1 生物学特性

胆碱化学名称为三甲基乙醇胺，是一种季胺盐。纯胆碱是无色、黏滞、微带鱼腥味的碱性液体，溶于水、甲醛和乙醇，不溶于乙醚，没有固定的熔点和沸点。生物体内胆碱分子中的乙醇胺来源于丝氨酸或甘氨酸，甲基来源于蛋氨酸，其中维生素B12和叶酸在蛋氨酸提供甲基的过程中起重要作用。因此，在维生素B12和叶酸缺乏的条件下，易产生胆碱的缺乏。胆碱在构成和保持细胞结构、维持细胞膜的完整以及信号转导方面发挥着重要作用。特别是在调解肝脏脂肪代谢中胆碱起着重要作用，可促进脂肪运输或通过提高肝脏本身对脂肪酸的利用来预防脂肪肝的发生[4]。并且胆碱是形成乙酰胆碱的必备物质，乙酰胆碱是一种神经递质，维持着神经系统的正常功能[5]。

1.2 在反刍动物上的作用

反刍动物的胆碱主要有两个来源，一是来自日粮中植物细胞膜的磷脂酰胆碱和少部分游离态胆碱，自然界存在的脂肪都含有胆碱，因此大部分含脂饲料都可以提供胆碱；二是反刍动物可利用甲基化途径来生物合成胆碱。通常认为成年奶牛体内合成的胆碱可以满足维持和生产的需要，不会发生缺乏。然而，高产奶牛，尤其是围产期和泌乳早期，由于采食量降低，常常出现能量负平衡[6]。为了满足急剧上升的产奶需要，机体必须动员脂肪组织，大量游离脂肪酸进入血液，其中大部分又被肝脏摄取。被摄入肝脏的游离脂肪酸有两条代谢途径，一是被氧化并产生酮体，过多的产生酮体则会导致酮病；二是被酯化成三酰甘油，并以低密度脂蛋白（VLDL）的形式从肝中输出，转运至乳腺组织为泌乳供能。但是如果输出不及时则在肝中沉积，严重的就会导致脂肪肝。而胆碱作为卵磷脂的成分可促进肝脏脂肪酸以卵磷脂的形式被运输，从而防止脂肪肝的发生。

胆碱的另一个重要功能是提供不稳态甲基，在线粒体内胆碱被氧化成甜菜碱，提供用于合成蛋氨酸的甲基。用成年奶山羊研究发现，约有28%的蛋氨酸在体内被用于合成胆碱[7]。通过静脉注射胆碱和肉毒碱可使绵羊体内蛋氨酸不可逆转地损失降低18%～25%[8]。这些结果均表明，给反刍动物补充含有甲基基团的代谢物能大大节省蛋氨酸的损失。

饲料上常用的是胆碱的盐酸盐——氯化胆碱。氯化胆碱稳定性优于胆碱，被动物吸收后易转化为胆碱，易被动物吸收且吸收率高于胆碱。氯化胆碱溶液呈中性，对动物体组织刺激小。但是，不论是日粮中的胆碱还是氯化胆碱对反刍动物的效价均很低[9]，胆碱在瘤胃内被瘤胃微生物迅速降解。因此，对于反刍动物口服未保护胆碱往往无效，必须通过注射、真胃灌注或者添加过瘤胃保护性胆碱才能发挥胆碱的生物学功能。

2 胆碱的过瘤胃保护方法

2.1 蛋白包被

李福昌等[10]发现，经10%鲜血包被处理后的玉米面，其瘤胃降解率显著下降。韩永利[11]饲喂奶牛6和12 g/d的全血保护氯化胆碱能使产奶量提高11.9%和11.2%，但文中未报道全血保护氯化胆碱的过瘤胃率。然而随着疯牛病、二噁英等事件出现，已不能在反刍动物日粮中使用肉骨粉、血粉、动物下脚料、动物脂肪、羽毛粉、鱼粉等动物性饲料。张继慧等[12]报道了添加经酪蛋白-脂肪复合物包被的过瘤胃胆碱能增加奶牛的产奶量，但对具体的过瘤胃率或瘤胃后释放率没有报道，酪蛋白单独作为被材是否有效果或者在复合包被材料中的作用占多大比重也未见试验报道。

2.2 微胶囊技术

微胶囊技术是现今包被方法中较先进也是应用最广泛的一项技术。简单来说，微胶囊就是将固体颗粒、液体或气体作为囊芯材料，在其外形成连续而薄的包囊的过程，囊芯材料常称为活性物或芯材料，囊壁材料则称为壁、载体、壳、膜等。囊壁的材料包括天然高分子材料、半合成高分子材料、全合成高分子材料和无机材料。较常用的天然高分子材料包括脂肪类、脂肪酸类、硬脂、蜡、淀粉、琼脂、阿拉伯胶、玉米朊等；半合成高分子材料主要包括氢化植物油、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素等；全合成高分子材料包括聚氯乙烯、环氧树脂等；无机材料主要有硫酸钙、硅酸盐、黏土等[13]。囊壁的材料要根据芯材的不同性质和加工、使用环境等综合因素来选择。Xu等[14]通过微胶囊技术制得过RPC，应用在奶牛上能提高产奶量，改善了血液指标，且在30 g/d时效果最佳。随着现代制药工程的发展，微胶囊技术也在不断改进。已应用于添加剂行业的一种新工艺是高温下使芯材膨胀，充分吸收活性物质，然后利用冷冻喷雾干燥技术进行包被，这种工艺的优点是即使包衣有了缺口，活性物质仍然嵌在芯材内，避免了因包衣破裂而使活性物质快速流失，达到了很好的缓释效果。王迪铭等[15]采用这种方法研制出过瘤胃保护γ-氨基丁酸，其过瘤胃率达到85%，总可利用率达76%，但这种改进的微胶囊法用于胆碱上还没试验报道。肖琎等[2]以氯化胆碱为芯材，采用流化床包衣技术，分别用壳聚糖和丙烯酸树脂Ⅳ号双层包衣(C1)，丙烯酸树脂Ⅳ号包衣(C2)和壳聚糖包衣(C3)等制备3种瘤胃保护性胆碱产品。采用尼龙袋法在奶牛瘤胃中培养2～48 h发现，C1的释放率最低（为15.8%～61.5%）；采用体外法在pH值6.6的缓冲液中培养 4～48 h，C1的释放率也是最低（14.7%～32.3%），在瘤胃中的有效保护率达62.0%，可见C1的保护效果最佳。

总体来说微胶囊技术是现今保护胆碱效果较好的方法，但其含量普遍在25%～60%，过瘤胃率在85%以下，并且随着含量的提高过瘤胃率会下降。相比其他过瘤胃包被产品（如蛋氨酸），含量达60%以上，过瘤胃率可达90%以上，通过该技术提高保护效果仍有空间。

2.3 颗粒过瘤胃技术

颗粒技术是指通过特定的工艺、技术，将物料加工成具有一定形状与大小粒状的过程。饲料工业中，制粒工艺就是指把混合均匀的配合饲料通过制粒机的高温调质和强烈挤压压制成颗粒饲料成品的过程。事实证明，制粒技术是保护营养物质过瘤胃的有效措施，且已成功应用于蛋白质、氨基酸及油脂的过瘤胃保护[3,16]。Ye等[3]通过虾饲料制粒工艺制粒可有效保护蛋氨酸和赖氨酸过瘤胃，提高奶牛的生产性能，但颗粒中添加胆碱不能进一步提高泌乳性能。其原因可能是由于补充了过瘤胃蛋氨酸和赖氨酸使得奶牛代谢蛋白用于合成乳蛋白达到最大量，或有足够的蛋氨酸作为甲基供体参与脂肪代谢，这就掩盖了胆碱作为甲基供体能够节省蛋氨酸、提高生产性能的作用。NRC[9]也报道当奶牛采食足量可吸收的甲硫氨酸时，补充胆碱的效果要比限制甲硫氨酸供应的差。

3 胆碱在奶牛上的应用

3.1 对采食量的影响

过多采食未保护的胆碱会显著降低奶牛的采食量，可能原因是未保护胆碱适口性差直接影响采食量或者因为胆碱具有碱性影响了瘤胃pH值[17]。但补充RPC对奶牛干物质采食量（DMI）的作用至今没有一致的结论。Zahra等[18]研究发现,添加14 g RPC会降低肥胖牛（体况评分＞4）的采食量，但对普通牛无负面影响。Xu等[14]通过剂量效应试验发现，随着RPC添加量的增加DMI有增加的趋势。Lima等[19]研究发现，围产期奶牛补充RPC对围产前期的DMI没有影响，但是分娩后奶牛有提高采食量的趋势。Zom等[20]研究发现，奶牛日粮中添加RPC能提高DMI 1.6 kg/d。胆碱如何影响DMI的机制仍不十分清楚，但比较认同的观点是DMI的提高是与胆碱改善了奶牛的健康有关。而补充RPC的不同效果也与所用产品的过瘤胃率及保护方法不同有关，这些差异间接影响了奶牛的DMI。

3.2 对生产性能的影响

胆碱对奶牛泌乳性能的作用受添加剂量、保护形式、添加方式、泌乳阶段以及日粮蛋白含量、氨基酸组成等影响[21-22]。由于反刍动物特殊的消化结构，胆碱的效价很低，胆碱的保护形式是决定其利用率的最重要因素之一[23]。

张继慧等[12]研究添加10 g经酪蛋白-脂肪复合物包被的过瘤胃胆碱能增加奶牛的产奶量1.8%。而韩永利等[11]发现，在奶牛日粮中添加6 g或12 g全血包被胆碱只有增加产奶量的趋势，但并没有达到显著水平。徐国忠等[24]研究了微胶囊包被氯化胆碱在奶牛泌乳初期的作用，结果表明试验组的总产奶量比对照组高8.6%。该试验中胆碱的保护率约为70%，含量37.5%，总可利用氯化胆碱为5.2 g。类似地，Xu等[14]另一试验中添加30 g RPC，总可利用氯化胆碱为7.8 g，增加产奶量约16%；但进一步提高到90 g RPC反而降低了泌乳量，与对照组差异不显著。徐晓明等[25]同样使用含量为25%、过瘤胃率85%的胆碱20 g/d饲喂奶牛，与对照组比产奶量提高1.6%。Zom等[20]添加60 g RPC（14.4 g胆碱）对奶牛产奶量无显著影响。造成这种差异的原因可能是添加剂量的不同或是添加方式的不同（表面撒饲vs.全混合日粮）。但是，现在还没有足够的证据说明在全混合日粮中添加微胶囊RPC会影响其使用效果。

Ye等[3]在满足奶牛蛋白且氨基酸平衡的状态下，通过颗粒技术添加胆碱没有进一步提高奶牛的生产性能，可能原因是受蛋白质水平的影响。中等蛋白和高蛋白水平日粮降低或限制了胆碱的需要，进而影响胆碱的效价，低蛋白水平日粮添加过瘤胃保护性胆碱效果较好。外源补充的胆碱可以节省用于合成胆碱所消耗的那部分蛋氨酸，这样就可以让更多的蛋氨酸用于产奶需要,但是如果蛋氨酸足够的话同样会影响胆碱的效价[20,26]。

尽管微胶囊技术还不够成熟，含量难以达到60%以上，过瘤胃率最高也在85%左右，但从试验数据来看，使用微胶囊技术包被胆碱的过瘤胃率及应用效果仍要优于蛋白包被和颗粒技术。目前，使用微胶囊技术制得的RPC之间仍有较大差异，需进一步探索最佳的微胶囊技术工艺。

3.3 对乳成分的影响

Elek等[27]通过表面撒饲含量为25%，过瘤胃率80%的RPC发现，乳蛋白含量增加16%，乳蛋白产量提高0.18 kg/d，乳脂含量虽然没有显著提高，但乳脂产量增加了0.1 kg/d。Zom等[20]研究表明，添加PRC能在试验开始阶段提高乳蛋白产量，但这种作用随时间的推移而减弱；对乳脂及乳糖没有显著影响。Sales等[28]总结了12个RPC添加试验（6～50 g/d）发现，乳蛋白含量随RPC添加量的增加而增加，主要原因可能是添加RPC节省了蛋氨酸用量，但这一结论仍需进一步试验来验证，每增加1 g/d RPC，乳脂含量下降0.003 39%，但乳脂产量呈增加趋势且符合线性关系。更多的试验发现，一定水平的胆碱能够增加乳脂含量[29]。这些结果不一致的可能原因是各类过瘤胃保护胆碱的保护效果、包被材料或是添加方式不同所引起的[30]。关于胆碱是如何增加乳脂率或乳脂产量目前尚无一致定论，可能原因是乙、丁酸比例的增加，而这两种挥发性脂肪酸是合成乳脂肪的部分前体物质，另外，也与体脂动员过程中胆碱参与肝脏脂肪酸的运输，提高肝脏利用脂肪酸的能力，满足了泌乳的需要有关[29]。Piepenbrink等[31]还提出了另一种可能，认为乳脂肪含量的升高是胆碱影响乳腺活动中的一种特殊机制，但仍缺乏试验证明。

乳中的胆碱含量也受RPC添加的影响，因此分泌到乳中的胆碱可作为评价RPC效果的一个定性指标[27]。全乳中胆碱含量变化很大，以卵磷脂形式存在的胆碱浓度为25 mg/l。胆碱分泌到牛奶的平均效率为2～3 g/d时，牛奶中的胆碱含量为70～90 mg/l。过瘤胃灌注胆碱或饲粮中添加过瘤胃保护胆碱，都可促进胆碱向牛奶中的分泌[29,32]。

3.4 对奶牛健康的影响

胆碱应用于围产期奶牛的报道主要是调控奶牛的脂肪代谢、减少脂肪肝和酮病的发生率。饲喂RPC能使围产期奶牛血糖维持相对稳定的水平，尤其在分娩后到泌乳高峰期这段时间内，能有效缓解奶牛体内能量负平衡，提高抗应激能力，而奶牛的生产性能的提高很大程度上也得益于胆碱对奶牛健康的改善[33]。日粮中添加RPC可促进磷脂酰胆碱的合成，促进了肝脏VLDL的合成，进而提高肝脏清除TG的能力，改善肝脏中糖原异生作用，使肝脏糖原浓度上升，血液中NEFA浓度下降[34]。Hartwell等[35]研究表明，RPC添加效果可能受日粮中蛋白状态的影响，在高瘤胃非降解蛋白（6.2%）日粮时添加RPC可降低围产期奶牛血浆中NEFA浓度。而用全血保护胆碱使奶牛血清TG、TC和NEFA有下降的趋势，但差异不显著，说明胆碱对血液指标的作用受其保护方式的影响[11]。徐国忠等[24]研究发现，添加RPC组奶牛血浆葡萄糖含量维持在较高水平，特别是在产后1周极显著高于对照组。饲喂RPC与未饲喂相比，能明显降低奶牛从分娩到产后2周内的丙氨酸转氨酶含量，同时在分娩到产后3周内天门冬氨酸转氨酶含量也有降低的趋势，血清中丙氨酸转氨酶含量可反映肝脏功能的变化，天门冬氨酸转氨酶反映心肌功能的变化[12]。另有研究还发现，胆碱能提高奶牛血液α-生育酚,这可能是胆碱改善奶牛繁殖性能的主要原因[36]。

4 小结

虽然奶牛自身能够合成胆碱，但随着饲养模式的改变、日粮结构的变化、泌乳性能的提升等，为了更好地发挥出奶牛的高产遗传性能并保持牛只的健康，在高产奶牛上补充胆碱显得十分必要。而过瘤胃保护胆碱是最佳的添加形式，表面撒饲是较好的添加方式。虽然国内外对过瘤胃保护胆碱开展了一系列的研究，但其过瘤胃率仍不尽如人意，且随着含量的增加过瘤胃率快速下降，因此在包被方式上还有待进一步研究。如何精确使用过瘤胃保护胆碱以及胆碱在奶牛体内如何与蛋氨酸、维生素等甲基供体之间的协同作用也是今后的研究方向。

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