不同含量富铬酵母对高GTF活性牛奶产量及铬含量的影响

王 轩，杜道辉，李 津，刘素芬，冯前进

（1.山西中医学院，山西太原030024； 2.武汉市黄陂区人民医院，湖北武汉430300）

随着生活水平的提高及生活方式的改变，2型糖尿病及葡萄糖耐量减低（impaired glucose tolerance，IGT）患病率迅速上升。越来越多的研究表明，在IGT阶段，大血管病变的因素已经存在［1］。如何预防和干预IGT的发生和发展，是我国生命科学所面临的严峻问题。课题组充分运用奶牛的生物转化功能，从富铬酵母中转化高活性葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor，GTF），避免了因 GTF的组成和结构尚不能确定而带来的GTF分离提纯的难题，这种生物转化性高GTF活性牛奶及生产方法已获得国家发明专利［2］。本文通过实验探讨了不同含量富铬酵母对生物转化性高GTF活性牛奶的产量及铬含量的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验动物 由山西畜牧科技园提供健康新西兰进口纯种奶牛40头。预试期10 d，预试期观察奶牛的精神状态、产奶量、饮食情况，没有发现异常情况即可开始实验。实验期内奶牛自由饮水、自由活动。定期饲喂，定量饲喂精料，饲喂精料前把富铬酵母均匀拌入精料中。

1.1.2 实验材料 富铬酵母（铬含量2 g/kg，湖北宜昌安琪酵母股份有限公司，生产批号：20080112），配成3个饲料铬水平，分别为100 mg/d、200 mg/d、300 mg/d。

1.1.3 基础饲料配方 玉米30%、大麦23%、青贮饲料8%、豆饼7.5%、矿物质添加剂1%、田玉粉5%、食盐1%、细草粉等其他饲料24.5%。

1.2 实验方法

供试奶牛随机分为正常对照组、富铬酵母添加小剂量组（小剂量组）、富铬酵母添加中剂量组（中剂量组）和富铬酵母添加大剂量组（大剂量组）4组，每组 10 头。分别按 0 mg/d、100 mg/d、200 mg/d、300 mg/d饲料铬含量水平连续喂养7 d，观察各组奶牛行为学变化包括体重、活动量、饮水、摄食、二便、毛发等一般情况的变化；喂养的第1、3、5、7天收集牛奶喷雾干燥成奶粉，编号密封保存，送山西食品工业研究所食品检验科，用原子吸收法进行奶粉铬含量测定。挤奶后称重并记录日产奶量。

1.3 统计学方法

采用SPSS12.0统计分析软件进行数据分析，数据以均数±标准差（±s）表示，计量资料采用组间t检验（方差不齐时用t′检验）。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

与正常对照组相比，富铬酵母添加各剂量组奶牛的体重、活动量、二便、毛发、精神状况等无明显变化。

2.2 不同铬含量饲料喂养对奶牛产奶量的影响

结果见表1。

表1 不同铬含量饲料喂养对奶牛产奶量的影响 （±s）

表1 不同铬含量饲料喂养对奶牛产奶量的影响 （±s）

喂养后产奶量（kg）第1天 第3天 第5天 第7天正常对照组 20.16±1.2520.06±1.0419.96±1.3220.12±1.1920.02±0.89小剂量组 20.08±1.3620.13±1.2520.00±1.2220.01±1.3119.97±1.01中剂量组 19.95±1.1720.17±1.2419.87±1.0419.90±1.2020.07±1.14大剂量组 19.91±1.2920.02±1.2020.07±1.2920.10±1.2320.00±1.10组别 喂养前产奶量（kg）

由表1可以看出，与正常对照组相比，小、中、大剂量组奶牛产奶量变化不明显（P>0.05）。与喂养前产奶量相比，富铬酵母添加各剂量组喂养的第1、3、5、7天之间奶牛产奶量比较差异无统计学意义（P>0.05），说明富铬酵母添加喂养的时间对奶牛产奶量无显著影响。

2.3 不同铬含量饲料喂养对牛奶中铬含量的影响

喂养前，小、中、大剂量组牛奶铬含量与正常对照组比较，差异无统计学意义（P>0.05），说明在饲料添加富铬酵母喂养前牛奶铬含量无明显差异；喂养添加富铬酵母饲料后，中、大剂量组牛奶铬含量明显高于小剂量组（P<0.01）；大剂量组牛奶铬含量显著高于中剂量组（P<0.01）。提示随着在饲料中添加富铬酵母剂量的增加，牛奶铬含量升高，牛奶铬含量与饲料中添加富铬酵母剂量存在明显的相关性。通过SPSS软件进行线性回归分析，牛奶铬含量与富铬酵母添加剂量的线性回归系数r=0.931，表明二者高度相关。结果见表2。

表2 不同铬含量饲料喂养对牛奶中铬含量的影响 （±s）

表2 不同铬含量饲料喂养对牛奶中铬含量的影响 （±s）

注：与正常对照组相比，1）P<0.01；与小剂量组相比，2）P<0.01；与中剂量组相比，3）P<0.01

喂养后牛奶铬含量（mg/kg）第1天 第3天 第5天 第7天正常对照组 2.56±0.212.51±0.232.47±0.152.49±0.102.58±0.12小剂量组 2.59±0.183.97±0.271） 4.54±0.341） 4.93±0.451） 4.90±0.341）中剂量组 2.51±0.264.91±0.311）2） 6.25±0.431）2） 6.72±0.591）2） 6.75±0.481）2）大剂量组 2.48±0.235.15±0.411）2）3） 7.14±0.561）2）3） 8.45±0.681）2）3） 8.47±0.551）2）3）组别 喂养前牛奶铬含量（mg/kg）

3 讨 论

生物转化是指利用酶或有机体（细胞、细胞器）作为催化剂实现化学转化的过程，又称生物催化，是生物体系（包括细菌、真菌、植物组织、动物组织培养系或生物体系的酶制剂）对外源性化合物进行结构修饰所发生的化学反应［3］。目前，运用生物转化技术，开发牛乳高端产品，为市场提供许多新型和特定功能的产品，以提高牛乳的附加值和扩大市场份额，具有广阔的市场前景。

虽然奶牛微量元素代谢研究早已表明，各种微量元素，除铁和铜外，均能通过饲料移入乳中［4］，但本次实验期内铬元素向乳中转化效率较低，提示奶牛体内可能有较宽裕的铬元素存留组织，铬元素在奶牛体内的迁移、流经途径、存留组织分布及代谢规律尚有待深入探讨。

糖、脂代谢紊乱及人体铬缺乏和糖尿病密切相关。1957年，Schwarz和Mertz发现在以Torula yeast为食物且糖耐受已受损的大鼠体内存在一种与糖耐量密切相关的化合物，将其命名为GTF。1959年他们又提出Cr3+是葡萄糖耐量因子的中心活性成分［5］。人类缺铬是由于食物中含铬少、摄入不足或排泄过多造成的。人类对铬的需要量国际上尚未制订统一标准，我国亦未制订对铬的日需要量标准。美国营养需要量标准委员会推荐的安全和适宜的每日摄入量（estimated safe and adequate daily intake，ESADDI）为50 μg～200 μg［6］。

对提取的GTF进行分析发现，其主要成分为铬、尼克酸、甘氨酸、谷氨酸和胱氨酸，相对分子质量为300～500。该类物质是水溶性的，可用乙醇等溶剂提取，它具有阳离子的特征，在260 nm处有最大紫外吸收。Bell G L等［7］在牛初乳中曾获得了纯化的GTF样活性低分子量铬结合物（M-LMWCR），通过色谱分析，发现该类物质含有天门冬氨酸、脯氨酸、甘氨酸及胱氨酸，其结构比例为 5∶4∶2∶1。虽然从提取物中未测到尼克酸，但该物质在260 nm处也出现了紫外吸收峰。从动物肝脏分离出的分子量铬结合物LMWCR，其结构中每分子含有4个铬离子，该寡肽分子中一半以上的氨基酸是谷氨酸和天冬氨酸。与M-LMWCR不同的只是铬与末端氨基剩余量的比利不同，前者为 0.25∶1，后者为 4∶1。

当前国内外主要研究含铬有机化合物和无机铬化合物两种形式的铬，无机铬化合物有CrCl3·6H2O、Cr2（SO4）3等，含铬有机化合物有高铬酵母和鳌合铬（如烟酸铬、吡啶羧酸铬）等。在饲料原料中含铬最丰富的是啤酒酵母。此外，禾谷类、坚果、豆类、植物油、肉类、奶制品、动物肝脏、胡萝卜、螃蟹等也是天然含铬有机化合物的来源。铬在动物体内以低浓度广泛分布于全身，存在形式为Cr3+，主要分布在肝、血液、毛发、牙齿中。铬主要经肠道吸收，含铬有机化合物吸收率高于无机铬化合物，含铬有机化合物的吸收率为10%～25%，无机铬化合物为1%～3%或更低［8］。所以，我们急需开发含铬有机化合物制剂产品，开发应用铬制剂作为饲料添加剂的综合配套适用技术，使铬的独特作用更好发挥，推动健康产业的发展。

［1］郭仪，石岩.葡萄糖转运蛋白 4 转位与胰岛素抵抗［J］.辽宁中医药大学学报，2007，9（4）：63-66.

［2］冯前进，李津，刘亚明，等.一种生物转化性高GTF活性牛奶及其生产方法.中国，ZL200910091531.5［P］.2012-08-22.

［3］Haffner S M，Kennedy E，Gonzalez C，et al.A prospective analysis of the HOMA model：the mexico city diabetes study［J］.Diabetes Care，1996，19（10）：1138-1141.

［4］Joost H G，Thorens B.The extended GLUT-family of sugar/polyol transport facilitators：nomenclature，sequence，characteristics，and potential function of its novel members［J］.Mol Membr Biol，2001，18（4）：247-256.

［5］Bryant N J，Govers R，James D E，et al.Regulated transport of the g1ucose transporter GLUT4［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2002，3（4）：267-277.

［6］Watson R T，Pessin J E.Intracellular organization of insulin signaling and GLUT4 translocation［J］.Recent Prog Horm Res，2001，56（2）：175-193.

［7］Bell G L，Po1onsky K S.Diabetes mellitus and genetically programmed defects in beta-cell function［J］.Nature，2001，414（6865）：788-791.

［8］Mueckler M，Caruso C，Baldwin S A，et al.Sequence and structure of a human glucose transporter［J］.Science，1985，229（4717）：941-945.