體外法研究阿卡波糖對模擬瘤胃酸中毒的調控作用

王方園 李 艷

（山東省萊西市畜牧獸醫局，萊西 266600）

阿卡波糖是一類目前在人類醫學上用于治療Ⅱ型糖尿病（非胰島素依賴型）的藥物，其作用機制為通過抑制淀粉酶和葡萄糖苷酶的酶活性而減緩單糖的生成速度（高慧君，1997）。最近2年陸續有報道表明，該物質也可用于提高奶牛瘤胃中的pH值，防止急性酸中毒的發生（McLaughlin 等，2009A；McLaughlin 等，2009B）。為初步了解阿卡波糖在高精料條件下對瘤胃微生物的發酵的影響，進一步解明上述問題。本試驗通過體外發酵技術，在前人基礎上，體外研究了阿卡波糖對山羊瘤胃微生物發酵活力的影響，擬進一步為阿卡波糖在反芻動物上的應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、動物飼養及瘤胃液的獲取

阿卡波糖由德國拜耳公司生產，純度為99%。

本試驗選用兩頭裝有永久性瘤胃瘺管的本地成年公山羊，單圈飼喂，以玉米、豆粕和羊草為主的精粗比例為4∶6的日糧預飼1周，按每天8：00和20：00飼喂，自由飲水。試驗當日，于飼喂后2 h分別從2頭山羊的瘤胃內抽取瘤胃內容物，放入充滿CO2的塑料管內。將所獲取瘤胃液經過4層紗布過濾以后取相同的體積在厭氧條件下攪拌30 s混勻，而后與培養基混合，比例為培養基∶瘤胃液為9∶1。

1.2 方法

1.2.1 培養基的配方及制作

配方：292 mg K2HPO4、240 mg KH2PO4、480 mg（NH4）2SO4、480 mg NaCl、100 mg MgSO4·7H2O、64 mg CaCl2·2H2O、4 000 mg Na2CO3、600 mg半胱氨酸鹽酸，加水至1 L，通CO2至完全厭氧，加入瘤胃液，混合均勻后，厭氧條件下定量（40 ml/瓶）分裝至含底物的發酵瓶中，用橡皮塞和鋁蓋密封，放至39℃水浴中發酵。

1.2.2 試驗設計

試驗設置空白組和試驗組，試驗組中的阿卡波糖添加量分別為0 mg、4 mg、8 mg、16 mg。空白組除不添加底物和阿卡波糖外，其他與各處理相一致，各組均設置4個重復，底物為0.8 g粉碎的玉米和0.2 g粉碎的羊草（過40目的篩）。每瓶接種40 ml培養基和瘤胃液混合液，39 ℃下培養24 h。培養期間，每隔3 h用氣壓計平衡氣壓以保證發酵的正常進行，發酵至終點后，冰浴終止發酵，立即測定pH值，并收集上清液，凍存于－20℃冰箱內，備測氨氮、乳酸和揮發性脂肪酸（VFA）等。

另在試驗中準備相同試驗組研究阿卡波糖對發酵動力學的影響，用氣壓轉換儀定時測定瓶內產氣量（2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h、48 h、72 h）。

1.3 數據統計

數據經Excel（2003）初步處理之后，結果分析采用SPSS（16.0）統計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 添加阿卡波糖對發酵體系中pH、VFA和乳酸的影響

添加阿卡波糖對發酵體系中各項指標的影響，詳見表1。

表1 添加阿卡波糖對體外發酵系統常規指標的影響情況

由表1可見，試驗結果表明，與未加阿卡波糖的對照相相比，添加阿卡波糖的各處理組均顯著提高了發酵液pH值、乙丙比、異丁酸和戊酸產量（P＜0.01），顯著降低了乳酸、乙酸、丙酸、丁酸和TVFA產量（P＜0.01），但對異戊酸濃度無顯著影響（P=0.794）

2.2 阿卡波糖對累積產氣量和總產氣量的影響

如圖1所示：在接種后24 h內，各阿卡波糖處理組的累積產氣量顯著低于對照組（P＜0.001）。但在接種后72 h內，添加4 mg的阿卡波糖處理組的累積產氣量顯著高于對照組（P＜0.001），而8 mg組的累積產氣量與對照組大致相當，但其呈進一步上升趨勢，添加16 mg阿卡波糖的處理組低于對照組（P＜0.001）。

圖1 累積產氣量變化圖

3 討論

阿卡波糖作用機制是通過抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的酶活性減緩單糖的生成速度（高慧君，1997）。在瘤胃微生物發酵多糖類飼料時，首先需要通過自身分泌的α-淀粉酶和α-糖苷酶對多糖進行降解，形成單糖，供自身生長需要。本研究結果顯示，添加阿卡波糖可有效提高發酵液pH值，顯著降低乳酸及VFA產量，結果說明阿卡波糖可有效的抑制瘤胃微生物活力，結合其在人類醫學上治療Ⅱ型糖尿病的作用機制，我們推測，其可能機制是通過抑制瘤胃微生物發酵過程中產α-糖苷酶和α-淀粉酶的酶活力，進而減緩瘤胃微生物對多糖的酶解速度，從而有效的阻止瘤胃pH值的快速下降。

Speight等（2010）體外研究發現，與對照組相比，添加1.2～9.5 mg的阿卡波糖能有效阻止pH的下降以及VFA的積累。本試驗結果表明，添加阿卡波糖后，乙酸、丙酸、丁酸均顯著降低，并顯著減少了TVFA產量，增加了乙丙比例，本試驗結果與上述報道基本一致。Marta和Alex（2010）研究發現，在高產泌乳奶牛日糧中添加0.75 g/d的阿卡波糖能有效地減少瘤胃pH＜5.6的持續時間，乳酸產生菌牛鏈球菌和乳酸利用菌埃氏巨型球菌比例減小。本試驗研究結果表明，較總揮發性脂肪酸相比，阿卡波糖在降低乳酸含量（下降比例高于92%）上的結果更為顯著，由于乳酸是反芻動物急性酸中毒的主要因素，并主要由牛鏈球菌及乳酸桿菌等發酵生成。結論：高精料條件下，阿卡波糖可能主要通過抑制牛鏈球菌的發酵活力來減少乳酸生成，從而阻此乳酸的大量累積。

本試驗結果顯示，與對照組相比，接種后24 h內，添加阿卡波糖的各組的累積產氣量顯著降低，而接種后72 h總產氣量結果顯示，與對照組相比，添加4 mg阿卡波糖時的總產氣量高于對照組，8 mg時與對照組相近，而16 mg時總產氣量則低于對照組。該結果說明，阿卡波糖對瘤胃微生物作用效果與發酵時間有一定關聯，暗示阿卡波糖可能被瘤胃微生物降解，而降解產物可能不具有抑制淀粉酶和葡萄糖苷酶的酶活力的作用；同時該結果也提示，瘤胃微生物對阿卡波糖可能有一個適應效應，因此，其在預防瘤胃酸中毒方面是否具有持續效應，目前尚不清楚。

綜上可知，添加阿卡波糖可有效提高瘤胃pH值，降低24 h內瘤胃微生物產乳酸和VFA產量，減緩瘤胃微生物的產氣速率，有預防瘤胃酸中毒的潛力，但其作用機理及其持續效應方面的研究尚需進一步深入。