体外法研究阿卡波糖对模拟瘤胃酸中毒的调控作用

王方园 李 艳

（山东省莱西市畜牧兽医局，莱西 266600）

阿卡波糖是一类目前在人类医学上用于治疗Ⅱ型糖尿病（非胰岛素依赖型）的药物，其作用机制为通过抑制淀粉酶和葡萄糖苷酶的酶活性而减缓单糖的生成速度（高慧君，1997）。最近2年陆续有报道表明，该物质也可用于提高奶牛瘤胃中的pH值，防止急性酸中毒的发生（McLaughlin 等，2009A；McLaughlin 等，2009B）。为初步了解阿卡波糖在高精料条件下对瘤胃微生物的发酵的影响，进一步解明上述问题。本试验通过体外发酵技术，在前人基础上，体外研究了阿卡波糖对山羊瘤胃微生物发酵活力的影响，拟进一步为阿卡波糖在反刍动物上的应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料、动物饲养及瘤胃液的获取

阿卡波糖由德国拜耳公司生产，纯度为99%。

本试验选用两头装有永久性瘤胃瘘管的本地成年公山羊，单圈饲喂，以玉米、豆粕和羊草为主的精粗比例为4∶6的日粮预饲1周，按每天8：00和20：00饲喂，自由饮水。试验当日，于饲喂后2 h分别从2头山羊的瘤胃内抽取瘤胃内容物，放入充满CO2的塑料管内。将所获取瘤胃液经过4层纱布过滤以后取相同的体积在厌氧条件下搅拌30 s混匀，而后与培养基混合，比例为培养基∶瘤胃液为9∶1。

1.2 方法

1.2.1 培养基的配方及制作

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半胱氨酸盐酸，加水至1 L，通CO2至完全厌氧，加入瘤胃液，混合均匀后，厌氧条件下定量（40 ml/瓶）分装至含底物的发酵瓶中，用橡皮塞和铝盖密封，放至39℃水浴中发酵。

1.2.2 试验设计

试验设置空白组和试验组，试验组中的阿卡波糖添加量分别为0 mg、4 mg、8 mg、16 mg。空白组除不添加底物和阿卡波糖外，其他与各处理相一致，各组均设置4个重复，底物为0.8 g粉碎的玉米和0.2 g粉碎的羊草（过40目的筛）。每瓶接种40 ml培养基和瘤胃液混合液，39 ℃下培养24 h。培养期间，每隔3 h用气压计平衡气压以保证发酵的正常进行，发酵至终点后，冰浴终止发酵，立即测定pH值，并收集上清液，冻存于－20℃冰箱内，备测氨氮、乳酸和挥发性脂肪酸（VFA）等。

另在试验中准备相同试验组研究阿卡波糖对发酵动力学的影响，用气压转换仪定时测定瓶内产气量（2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h、48 h、72 h）。

1.3 数据统计

数据经Excel（2003）初步处理之后，结果分析采用SPSS（16.0）统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 添加阿卡波糖对发酵体系中pH、VFA和乳酸的影响

添加阿卡波糖对发酵体系中各项指标的影响，详见表1。

表1 添加阿卡波糖对体外发酵系统常规指标的影响情况

由表1可见，试验结果表明，与未加阿卡波糖的对照相相比，添加阿卡波糖的各处理组均显著提高了发酵液pH值、乙丙比、异丁酸和戊酸产量（P＜0.01），显著降低了乳酸、乙酸、丙酸、丁酸和TVFA产量（P＜0.01），但对异戊酸浓度无显著影响（P=0.794）

2.2 阿卡波糖对累积产气量和总产气量的影响

如图1所示：在接种后24 h内，各阿卡波糖处理组的累积产气量显著低于对照组（P＜0.001）。但在接种后72 h内，添加4 mg的阿卡波糖处理组的累积产气量显著高于对照组（P＜0.001），而8 mg组的累积产气量与对照组大致相当，但其呈进一步上升趋势，添加16 mg阿卡波糖的处理组低于对照组（P＜0.001）。

图1 累积产气量变化图

3 讨论

阿卡波糖作用机制是通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的酶活性减缓单糖的生成速度（高慧君，1997）。在瘤胃微生物发酵多糖类饲料时，首先需要通过自身分泌的α-淀粉酶和α-糖苷酶对多糖进行降解，形成单糖，供自身生长需要。本研究结果显示，添加阿卡波糖可有效提高发酵液pH值，显著降低乳酸及VFA产量，结果说明阿卡波糖可有效的抑制瘤胃微生物活力，结合其在人类医学上治疗Ⅱ型糖尿病的作用机制，我们推测，其可能机制是通过抑制瘤胃微生物发酵过程中产α-糖苷酶和α-淀粉酶的酶活力，进而减缓瘤胃微生物对多糖的酶解速度，从而有效的阻止瘤胃pH值的快速下降。

Speight等（2010）体外研究发现，与对照组相比，添加1.2～9.5 mg的阿卡波糖能有效阻止pH的下降以及VFA的积累。本试验结果表明，添加阿卡波糖后，乙酸、丙酸、丁酸均显著降低，并显著减少了TVFA产量，增加了乙丙比例，本试验结果与上述报道基本一致。Marta和Alex（2010）研究发现，在高产泌乳奶牛日粮中添加0.75 g/d的阿卡波糖能有效地减少瘤胃pH＜5.6的持续时间，乳酸产生菌牛链球菌和乳酸利用菌埃氏巨型球菌比例减小。本试验研究结果表明，较总挥发性脂肪酸相比，阿卡波糖在降低乳酸含量（下降比例高于92%）上的结果更为显著，由于乳酸是反刍动物急性酸中毒的主要因素，并主要由牛链球菌及乳酸杆菌等发酵生成。结论：高精料条件下，阿卡波糖可能主要通过抑制牛链球菌的发酵活力来减少乳酸生成，从而阻此乳酸的大量累积。

本试验结果显示，与对照组相比，接种后24 h内，添加阿卡波糖的各组的累积产气量显著降低，而接种后72 h总产气量结果显示，与对照组相比，添加4 mg阿卡波糖时的总产气量高于对照组，8 mg时与对照组相近，而16 mg时总产气量则低于对照组。该结果说明，阿卡波糖对瘤胃微生物作用效果与发酵时间有一定关联，暗示阿卡波糖可能被瘤胃微生物降解，而降解产物可能不具有抑制淀粉酶和葡萄糖苷酶的酶活力的作用；同时该结果也提示，瘤胃微生物对阿卡波糖可能有一个适应效应，因此，其在预防瘤胃酸中毒方面是否具有持续效应，目前尚不清楚。

综上可知，添加阿卡波糖可有效提高瘤胃pH值，降低24 h内瘤胃微生物产乳酸和VFA产量，减缓瘤胃微生物的产气速率，有预防瘤胃酸中毒的潜力，但其作用机理及其持续效应方面的研究尚需进一步深入。