γ-氨基丁酸產菌對以玉米粉為底物的瘤胃體外發酵及抗氧化的影響

馬廣禮

(許昌職業技術學院,河南許昌 461000)

γ-氨基丁酸是一種非蛋白氨基酸，是哺乳動物中樞神經系統主要的抑制性神經遞質。γ-氨基丁酸廣泛分布于自然界，有多種生理功能，包括鎮靜、利尿和降血壓活動（司文宇等，2009）。此外，研究表明，它有利于動物健康，能提高生長速度、保護細胞、促進精子運動（Cho等，2007）。反芻動物可從日糧和瘤胃微生物來源獲得生物胺，但生物胺的過多攝入不利于反芻動物營養，因為這些物質往往降低了干物質攝入和氮在瘤胃的降解性，對內臟器官和肉類質量具有負面影響（Fusi等，2004）。在非反芻動物胃腸道角質層研究了代謝性酸中毒期間生物胺濃度與酸度的關系（Komuro等，1998）。但這一關系在反芻動物瘤胃中還沒有得到充分研究。環境溫度和濕度等應激因素會導致家畜生產損失，為了維持體內平衡，動物對熱環境的反應是多種多樣的，包括毛細血管血流量的變化和呼吸速率的變化。此外，代謝減少和內分泌機制的適應似乎也在適應熱環境中起重要作用。近年來的研究主要集中在產生γ-氨基丁酸的乳酸桿菌上，因為其具有特殊的生理活性，被普遍認為是安全的，能安全、環保的生產（Li和Cao，2010）。本研究分析了不同濃度的γ-氨基丁酸乳桿菌和γ-氨基丁酸對以玉米粉為底物的瘤胃體外發酵及抗氧化性能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設計 在2%干物質基礎下，用帶有瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛的瘤胃液樣本作為接種物，以玉米作為基質，同時添加2000或5000 mg/kg γ-氨基酸丁酸及產γ-氨基丁酸乳酸桿菌。此外，產γ-氨基酸丁酸乳酸菌在121℃下高壓滅活15 min，然后放入發酵瓶中作為T4和T5。T1為對照組，T2為2000 mg/kg乳酸桿菌，T3為5000 mg/kg乳酸桿菌，T4為2000 mg/kg高壓滅活乳酸桿菌，T5為5000 mg/kg高壓滅活乳酸桿菌，T6為2000 mg/kg γ-氨基丁酸，T7為5000 mg/kg γ-氨基丁酸。

1.2 體外發酵 瘤胃液體采集自體重（600±47）kg的荷斯坦奶牛。收集的瘤胃液4層紗布過濾后放在玻璃瓶里，加入緩沖液將pH調至6.7。在厭氧條件下，采用二氧化碳氣體流將瘤胃液與培養基混合充入血清瓶。將50 mL緩沖瘤胃液厭氧轉入含2%玉米粉的160 mL血清瓶。血清瓶被密封裝滿橡膠瓶塞和鋁帽，在39℃和100 r/min的搖床上孵育0、12、24和48 h。

1.3 樣品測定 參考Han等（2005）的方法測定揮發性脂肪酸含量，Snyder等（1997）的方法分析生物胺各組分含量。

1.4 統計分析 數據分析采用SAS軟件單因素方差分析（ANOVA），采用Duncan's進行多重比較，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 對瘤胃體外發酵pH、氣體和氨氮含量的影響 由表1可知，培養0～48 h時pH下降，但只有在孵育前12 h，各處理間的pH才有顯著差異（P＜0.05）。氣體產生和氨氮濃度均隨培養時間的增加而增加（P＜0.05）。孵育24 h后T3、T4、T5的氣體產量最高（P＜0.05）。孵育48 h，T1組氨氮濃度最低，T6和T7最高（P＜0.05）。

表1 γ-氨基丁酸產菌對以玉米粉為底物的瘤胃體外發酵pH、氣體和氨氮含量的影響

2.2 對揮發性脂肪酸含量的影響 由表2可知，各處理對乙酸的產量無顯著影響（P＞0.05），但孵育24 h后T2組乙酸產量最高，孵育48 h后T2和T7最高（P＜0.05）。此外，孵育24 h后T5組及孵育48 h后T4組丙酸產量最高（P＜0.05），而孵育24 h后T5及孵育48 h后T2組丁酸產量最高（P＜0.05）。孵育24 h后，T2和T4組乙酸與丙酸比值最高（P＜0.05），孵育48 h后T2和T7組乙酸與丙酸比值最高（P＜0.05）。孵育24 h后T5組以及孵育48 h后T2和T7組揮發性脂肪酸總產量最高（P＜0.05）。

表2 γ-氨基丁酸產菌對以玉米粉為底物的瘤胃體外發酵揮發性脂肪酸含量的影響

2.3 對生物胺濃度的影響 由表3可知，只有甲胺和乙胺濃度隨孵育時間的不同而表現出顯著變化（P＜0.05），其中孵育48 h后最高（P＜0.05）。T1組組胺和生物胺總量最高（P＜0.05）。孵育24 h后，T2、T3組酪胺含量顯著降低（P＜0.05）。此外也評估了各處理對抗氧化指標的影響（數據未列出），隨著孵育時間的延長，超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性顯著降低（P＜0.05）。此外，產γ-氨基丁酸乳酸桿菌和γ-氨基丁酸組超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性顯著高于對照組（P＜0.05）。

表3 γ-氨基丁酸產菌對以玉米粉為底物的瘤胃 體外發酵生物胺濃度的影響 mg/kg

3 討論

本研究結果表明，以玉米粉為底物時，添加產γ-氨基丁酸乳酸菌和γ-氨基丁酸后，體外發酵參數如氨氮濃度、揮發性脂肪酸產量和生物胺濃度與對照有顯著差異。γ-氨基丁酸在轉化成琥珀酸鹽和丙酸鹽過程中產生了二氧化碳，這解釋了添加γ-氨基丁酸和滅活產γ-氨基丁酸乳酸菌后氣體生成總量增加。另外，T2和T3中氣體總量的增加是由于添加了未滅活的產γ-氨基丁酸乳酸菌，增加了發酵過程，從而增加了氣體產量。添加活的乳酸菌增加了微生物種群，從而增加了發酵過程，同時由于乳桿菌產生乳酸，pH降低。利用可溶性碳水化合物延長飼料發酵時間會導致反芻動物乳酸快速產生，pH下降，以玉米粉為底物，添加乳桿菌會導致乳酸積累。但如果pH降低到6.2以下，纖維降解細菌的減少會導致纖維消化不良。

反芻動物瘤胃液中的氨氮濃度為1～76 mg/100 mL（Syrjala等，1973）。滅活和未滅活產γ-氨基丁酸乳酸菌及化學物質γ-氨基丁酸是瘤胃蛋白質的來源。因此，處理組的氨氮濃度高于對照組，但仍在反芻動物胃氨氮濃度范圍內。這可能是由于使用玉米粉作為基質，這是碳水化合物的來源。因為當碳水化合物可利用性增加時，由于氨氮直接摻入微生物蛋白合成，從而繞過氨庫，導致氨產量下降。生物胺存在于所有發生蛋白質降解的天然產物中。酪胺是一種間接的擬交感神經遞質，可引起高血壓反應，已被發現與血壓升高和頭痛有關。此外，Shalaby（1996）報告說，酪胺和組胺會引發惡心、嘔吐、偏頭痛、高血壓和頭痛等不良癥狀。此外，甲胺也是生物胺，被用作產甲烷的底物（王潔等，2016）。處理組組胺、酪胺和生物胺總量明顯低于對照組，說明滅活和未滅活產γ-氨基丁酸乳酸菌及化學物質γ-氨基丁酸的積極作用。

反芻動物可以通過食用受污染的飼料和水而暴露于不同環境污染物的有毒濃度中，包括重金屬。攝入的有毒物質可以抑制微生物的發酵活性和生長，從而改變瘤胃發酵的生理穩態。污染物還可增加瘤胃微生物體內自由基的含量，使瘤胃微生物產生氧化應激和環境應激。微生物通過有效的酶和非酶機制來消除這些有毒和誘變氧副產品（Storz等，1990）。添加產γ-氨基丁酸入三甲可顯著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，這與Baydas等（2005）在大鼠上的試驗結果一致。這些物質是主要的氧自由基清除劑，在應激環境條件下會降低。

4 結論

本研究結果表明，產γ-氨基丁酸乳酸桿菌在飼料添加劑開發中的潛在應用。在體外發酵條件下，產γ-氨基丁酸乳酸桿菌2000 mg/kg的添加效果最佳。