γ-氨基丁酸产菌对以玉米粉为底物的瘤胃体外发酵及抗氧化的影响

马广礼

(许昌职业技术学院,河南许昌 461000)

γ-氨基丁酸是一种非蛋白氨基酸，是哺乳动物中枢神经系统主要的抑制性神经递质。γ-氨基丁酸广泛分布于自然界，有多种生理功能，包括镇静、利尿和降血压活动（司文宇等，2009）。此外，研究表明，它有利于动物健康，能提高生长速度、保护细胞、促进精子运动（Cho等，2007）。反刍动物可从日粮和瘤胃微生物来源获得生物胺，但生物胺的过多摄入不利于反刍动物营养，因为这些物质往往降低了干物质摄入和氮在瘤胃的降解性，对内脏器官和肉类质量具有负面影响（Fusi等，2004）。在非反刍动物胃肠道角质层研究了代谢性酸中毒期间生物胺浓度与酸度的关系（Komuro等，1998）。但这一关系在反刍动物瘤胃中还没有得到充分研究。环境温度和湿度等应激因素会导致家畜生产损失，为了维持体内平衡，动物对热环境的反应是多种多样的，包括毛细血管血流量的变化和呼吸速率的变化。此外，代谢减少和内分泌机制的适应似乎也在适应热环境中起重要作用。近年来的研究主要集中在产生γ-氨基丁酸的乳酸杆菌上，因为其具有特殊的生理活性，被普遍认为是安全的，能安全、环保的生产（Li和Cao，2010）。本研究分析了不同浓度的γ-氨基丁酸乳杆菌和γ-氨基丁酸对以玉米粉为底物的瘤胃体外发酵及抗氧化性能的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计 在2%干物质基础下，用带有瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛的瘤胃液样本作为接种物，以玉米作为基质，同时添加2000或5000 mg/kg γ-氨基酸丁酸及产γ-氨基丁酸乳酸杆菌。此外，产γ-氨基酸丁酸乳酸菌在121℃下高压灭活15 min，然后放入发酵瓶中作为T4和T5。T1为对照组，T2为2000 mg/kg乳酸杆菌，T3为5000 mg/kg乳酸杆菌，T4为2000 mg/kg高压灭活乳酸杆菌，T5为5000 mg/kg高压灭活乳酸杆菌，T6为2000 mg/kg γ-氨基丁酸，T7为5000 mg/kg γ-氨基丁酸。

1.2 体外发酵 瘤胃液体采集自体重（600±47）kg的荷斯坦奶牛。收集的瘤胃液4层纱布过滤后放在玻璃瓶里，加入缓冲液将pH调至6.7。在厌氧条件下，采用二氧化碳气体流将瘤胃液与培养基混合充入血清瓶。将50 mL缓冲瘤胃液厌氧转入含2%玉米粉的160 mL血清瓶。血清瓶被密封装满橡胶瓶塞和铝帽，在39℃和100 r/min的摇床上孵育0、12、24和48 h。

1.3 样品测定 参考Han等（2005）的方法测定挥发性脂肪酸含量，Snyder等（1997）的方法分析生物胺各组分含量。

1.4 统计分析 数据分析采用SAS软件单因素方差分析（ANOVA），采用Duncan's进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 对瘤胃体外发酵pH、气体和氨氮含量的影响 由表1可知，培养0～48 h时pH下降，但只有在孵育前12 h，各处理间的pH才有显著差异（P＜0.05）。气体产生和氨氮浓度均随培养时间的增加而增加（P＜0.05）。孵育24 h后T3、T4、T5的气体产量最高（P＜0.05）。孵育48 h，T1组氨氮浓度最低，T6和T7最高（P＜0.05）。

表1 γ-氨基丁酸产菌对以玉米粉为底物的瘤胃体外发酵pH、气体和氨氮含量的影响

2.2 对挥发性脂肪酸含量的影响 由表2可知，各处理对乙酸的产量无显著影响（P＞0.05），但孵育24 h后T2组乙酸产量最高，孵育48 h后T2和T7最高（P＜0.05）。此外，孵育24 h后T5组及孵育48 h后T4组丙酸产量最高（P＜0.05），而孵育24 h后T5及孵育48 h后T2组丁酸产量最高（P＜0.05）。孵育24 h后，T2和T4组乙酸与丙酸比值最高（P＜0.05），孵育48 h后T2和T7组乙酸与丙酸比值最高（P＜0.05）。孵育24 h后T5组以及孵育48 h后T2和T7组挥发性脂肪酸总产量最高（P＜0.05）。

表2 γ-氨基丁酸产菌对以玉米粉为底物的瘤胃体外发酵挥发性脂肪酸含量的影响

2.3 对生物胺浓度的影响 由表3可知，只有甲胺和乙胺浓度随孵育时间的不同而表现出显著变化（P＜0.05），其中孵育48 h后最高（P＜0.05）。T1组组胺和生物胺总量最高（P＜0.05）。孵育24 h后，T2、T3组酪胺含量显著降低（P＜0.05）。此外也评估了各处理对抗氧化指标的影响（数据未列出），随着孵育时间的延长，超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性显著降低（P＜0.05）。此外，产γ-氨基丁酸乳酸杆菌和γ-氨基丁酸组超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性显著高于对照组（P＜0.05）。

表3 γ-氨基丁酸产菌对以玉米粉为底物的瘤胃 体外发酵生物胺浓度的影响 mg/kg

3 讨论

本研究结果表明，以玉米粉为底物时，添加产γ-氨基丁酸乳酸菌和γ-氨基丁酸后，体外发酵参数如氨氮浓度、挥发性脂肪酸产量和生物胺浓度与对照有显著差异。γ-氨基丁酸在转化成琥珀酸盐和丙酸盐过程中产生了二氧化碳，这解释了添加γ-氨基丁酸和灭活产γ-氨基丁酸乳酸菌后气体生成总量增加。另外，T2和T3中气体总量的增加是由于添加了未灭活的产γ-氨基丁酸乳酸菌，增加了发酵过程，从而增加了气体产量。添加活的乳酸菌增加了微生物种群，从而增加了发酵过程，同时由于乳杆菌产生乳酸，pH降低。利用可溶性碳水化合物延长饲料发酵时间会导致反刍动物乳酸快速产生，pH下降，以玉米粉为底物，添加乳杆菌会导致乳酸积累。但如果pH降低到6.2以下，纤维降解细菌的减少会导致纤维消化不良。

反刍动物瘤胃液中的氨氮浓度为1～76 mg/100 mL（Syrjala等，1973）。灭活和未灭活产γ-氨基丁酸乳酸菌及化学物质γ-氨基丁酸是瘤胃蛋白质的来源。因此，处理组的氨氮浓度高于对照组，但仍在反刍动物胃氨氮浓度范围内。这可能是由于使用玉米粉作为基质，这是碳水化合物的来源。因为当碳水化合物可利用性增加时，由于氨氮直接掺入微生物蛋白合成，从而绕过氨库，导致氨产量下降。生物胺存在于所有发生蛋白质降解的天然产物中。酪胺是一种间接的拟交感神经递质，可引起高血压反应，已被发现与血压升高和头痛有关。此外，Shalaby（1996）报告说，酪胺和组胺会引发恶心、呕吐、偏头痛、高血压和头痛等不良症状。此外，甲胺也是生物胺，被用作产甲烷的底物（王洁等，2016）。处理组组胺、酪胺和生物胺总量明显低于对照组，说明灭活和未灭活产γ-氨基丁酸乳酸菌及化学物质γ-氨基丁酸的积极作用。

反刍动物可以通过食用受污染的饲料和水而暴露于不同环境污染物的有毒浓度中，包括重金属。摄入的有毒物质可以抑制微生物的发酵活性和生长，从而改变瘤胃发酵的生理稳态。污染物还可增加瘤胃微生物体内自由基的含量，使瘤胃微生物产生氧化应激和环境应激。微生物通过有效的酶和非酶机制来消除这些有毒和诱变氧副产品（Storz等，1990）。添加产γ-氨基丁酸入三甲可显著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，这与Baydas等（2005）在大鼠上的试验结果一致。这些物质是主要的氧自由基清除剂，在应激环境条件下会降低。

4 结论

本研究结果表明，产γ-氨基丁酸乳酸杆菌在饲料添加剂开发中的潜在应用。在体外发酵条件下，产γ-氨基丁酸乳酸杆菌2000 mg/kg的添加效果最佳。