李孟偉+葉幫同

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院.長沙.410128）

摘要：近年來，國外動物飼養(yǎng)中廣泛應(yīng)用有機(jī)酸作為添加劑，其中蘋果酸占有重要地位。本文就蘋果酸的特性、營養(yǎng)生理功能及其對反芻動物生產(chǎn)性能和瘤胃發(fā)酵功能的影響進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：L-蘋果酸；反芻動物；酸中毒；作用機(jī)理；瘤胃發(fā)酵

為了增加反芻動物日糧的能量值和提高其生產(chǎn)性能，生產(chǎn)中普遍使用了高精料日糧（>60%），然而，高精料日糧的使用也會產(chǎn)生一些負(fù)面作用，其中，瘤胃酸中毒最為普遍，蘋果酸作為酸化劑和病原微生物的抑制劑，早就應(yīng)用于單胃動物。蘋果酸在反芻動物中應(yīng)用發(fā)現(xiàn)可以預(yù)防并治療臨床瘤胃酸中毒。目前，許多國內(nèi)外研究學(xué)者正在探索蘋果酸的作用機(jī)理，以使其能更好地應(yīng)用于反芻動物，增強(qiáng)其瘤胃功能及生產(chǎn)性能。下面我們將蘋果酸的理化性質(zhì)及其在反芻動物上的應(yīng)用及研究進(jìn)展簡要概述一下。

1.蘋果酸的理化性質(zhì)

蘋果酸是生物體糖代謝過程中產(chǎn)生的重要有機(jī)酸，廣泛存在于自然界的水果和蔬菜中，呈白色或熒白色粉狀、粒狀或結(jié)晶狀固體，具有較強(qiáng)的吸濕性，易溶于水和乙醇。分子式為C4H6O5，分子量為134.09。L-蘋果酸的化學(xué)名稱為2-羥基-γ-二酸或L-羥基苯二酸，在分子結(jié)構(gòu)上有一不對稱碳原子，所以有2種異構(gòu)體，在旋光性上表現(xiàn)為右旋（D-）、左旋（L-）和外消旋（DL-）。其pKa值為3.4～ 5.1，能量值為10MJ/kg。未成熟的蘋果中含量較高，約為0.4%。蘋果酸是生物體代謝三羧酸循環(huán)（TCA）的重要中間產(chǎn)物，也是CO2固定反應(yīng)的產(chǎn)物，它在代謝過程中不斷更新，有時被用于合成其他物質(zhì)，有時由其他物質(zhì)衍生直接參與線粒體的能量代謝，在生物體代謝過程中處于一種樞紐位置，因此蘋果酸對調(diào)節(jié)生物體內(nèi)的代謝活動起著重要作用。

2.蘋果酸對反芻動物的作用機(jī)理

蘋果酸對檸檬酸循環(huán)中的某些瘤胃微生物起著關(guān)鍵作用。這些酸對微生物所起的作用，采用以下兩種重要的方式：離解能力-酸化；通過未離解的微生物細(xì)胞壁及改變細(xì)胞內(nèi)的代謝作用或DNA合成的能力。在最近進(jìn)行的研究中，在體外進(jìn)行了瘤胃中添加蘋果酸的試驗(yàn)，得到的結(jié)果是產(chǎn)生的甲烷減少，而干物質(zhì)的消化率和丙酸鹽增加。在另一項(xiàng)研究中，半纖維素的消化率和丙酸鹽也增加。將蘋果酸和酵母培養(yǎng)物結(jié)合起來使用，在體外試驗(yàn)的瘤胃狀態(tài)表明，當(dāng)存在高乳酸鹽濃度時，由于月形單胞菌屬的反芻功能使乳酸鹽的攝入量增加，故半纖維素的消化率和丙酸鹽也增加。

早先對反芻動物進(jìn)行的試驗(yàn)表明，各種月形單胞菌屬的反芻功能品系在瘤胃內(nèi)的微生物中總共占到22%～51%，這種情況是指飼喂的日糧中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的含量較高。此外，當(dāng)各種代謝因素起作用時，月形單胞菌屬的反芻功能品系可以利用乳酸鹽作為基質(zhì)來產(chǎn)生醋酸鹽、丙酸鹽和CO2。在各種不同的反芻通道中，蘋果酸鹽是一種中間的、起關(guān)鍵作用的代謝物，并且可以替代作為生長因素的冬氨酸鹽；當(dāng)草酰乙酸鹽的數(shù)量有限時，它對月形單胞菌屬的反芻功能有刺激作用。

3.蘋果酸的營養(yǎng)生理功能

3.1直接參與體內(nèi)代謝

蘋果酸是生物體代謝過程中產(chǎn)生的重要有機(jī)酸，是三羧酸循環(huán)及其支路乙醛酸循環(huán)代謝過程中的重要中間產(chǎn)物，也可以直接作為能量物質(zhì)被機(jī)體使用。此外，蘋果酸還是蘋果酸天冬氨酸穿梭的重要組成部分，對胞液和線粒體之間的還原當(dāng)量（NADH）的轉(zhuǎn)移起到重要的作用。研究表明，L-蘋果酸能提高蘋果酸天冬氨酸穿梭相關(guān)蛋白質(zhì)的基因表達(dá)，提高穿梭途徑中NADH的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，提高機(jī)體的氧化磷酸化及能量代謝能力。通過對動物的研究發(fā)現(xiàn)，蘋果酸可提高老年大鼠肝臟中谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性達(dá)41.98%。說明蘋果酸可改善老年大鼠肝臟酶代謝能力，有利于改善機(jī)體新陳代謝。

3.2對機(jī)體腸道的影響

在飼料中添加蘋果酸后，可降低飼料的pH，動物采食后，可提高胃蛋白酶的活性。蘋果酸還可刺激胰腺的分泌，從而促進(jìn)飼料在小腸中的消化吸收。許多研究報道，幾種常見的病原菌在豬腸道內(nèi)生長的適宜pH范圍均是中性偏堿，若pH小于4，病原菌則會大量失活。因此，通過降低胃腸道pH，可以改善胃腸道微生物菌群，從而起到防病和促進(jìn)營養(yǎng)吸收的作用。

3.3促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收

添加蘋果酸能在降低胃腸道中pH的同時，還能與飼料中一些在堿性環(huán)境中易形成不溶性或難溶性鹽的礦物質(zhì)形成一種生物學(xué)效價較高的螯合物，如與鈣發(fā)生螯合作用，從而提高消化道對其的吸收和存留。研究表明，蘋果酸鈣生物活性要高于碳酸鈣，使用檸檬酸-蘋果酸鈣比碳酸鈣更利于鈣的吸收利用和存留。

3.4改善日糧適口性

一方面蘋果酸可直接刺激口腔味蕾，使唾液分泌增多從而增強(qiáng)食欲；另一方面由于其具有芳香味，可掩蓋飼料中添加的某些物質(zhì)的不良?xì)馕?，對飼料起到調(diào)味的作用。因此，適量的蘋果酸能改善日糧的適口性，從而提高采食量，促進(jìn)動物生長發(fā)育。

3.5抗應(yīng)激作用

蘋果酸是三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，能量形成途徑比葡萄糖形成過程短。因此，動物在應(yīng)激狀態(tài)下，往往直接利用其緊急合成ATP，從而提高機(jī)體的抗應(yīng)激能力。

4.蘋果酸在反芻動物上的研究

4.1蘋果酸在反芻動物上的應(yīng)用

4.1.1奶牛和山羊

Salama報道，蘋果酸和酵母培養(yǎng)物混合處理的粗草日糧飼喂奶山羊，其DMI、奶產(chǎn)量、奶成分及泌乳高峰沒有變化。這可能是山羊日糧中使用紫花苜蓿造成的，因?yàn)樽匣ㄜ俎：刑O果酸，導(dǎo)致日糧中蘋果酸含量過高。Kung報道，隨著日糧中蘋果酸添加量的增加（70，105和140g/d），奶牛DMI沒有變化。盡管每天飼喂140g蘋果酸的奶牛采食飼料較少，但其泌乳高峰和乳脂率增加。Alfere在紫花苜蓿、玉米青貯、大麥日糧基礎(chǔ)上給泌乳早期奶牛分別飼喂0、70、105g蘋果酸，105g組產(chǎn)奶量最高、校正乳量、乳脂量、飼料轉(zhuǎn)化率均比0、70g組高。添加105g以上，沒有增加產(chǎn)奶量和飼喂效率。

Stallcup飼喂荷斯坦奶牛以高梁、蘇丹草和玉米為基礎(chǔ)日糧中添加蘋果酸0、28、70g時，70g組產(chǎn)奶量最高。另一個試驗(yàn)中，以苜蓿干草和高梁青貯為基礎(chǔ)日糧中補(bǔ)飼100g蘋果酸，校正乳含量提高，乳脂率提高。最近，Vicini發(fā)現(xiàn)，飼喂玉米基礎(chǔ)日糧時補(bǔ)充糖和蘋果酸（4g/d/頭）對乳產(chǎn)量沒有影響。Devant和Bach研究發(fā)現(xiàn)泌乳早期奶牛補(bǔ)飼84g蘋果酸，增加了泌乳高峰期產(chǎn)奶量，精料采食量增加，但是瘤胃pH值沒有變化。結(jié)果表明在高濃度精料日糧中添加蘋果酸減少了瘤胃酸中毒發(fā)生的幾率。Sniffen研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)飼50g蘋果酸增加了產(chǎn)奶量。對乳中乳脂率、乳蛋白率、乳糖率沒有影響。然而，總蛋白、乳糖量比對照組增加，這是由于乳量增加的結(jié)果。日糧中TDN、OM、CP、ADF、NDF、脂肪、淀粉、NFC消化率沒有受到影響。劉海濤研究表明，在給處于圍產(chǎn)前期的荷斯坦奶牛日糧中添加80g/d的蘋果酸時，提高了瘤胃pH值（P<0.05），增加了瘤胃中TVFA、丙酸濃度、NH3-N濃度和MCP含量（P<0.05）；提高產(chǎn)奶量，尤其是泌乳初期的產(chǎn)奶量（P<0.05），但是對乳成分沒有顯著影響（P>0.05）。

4.1.2肉牛

Martin開展了3個試驗(yàn)來確定飼喂DL-蘋果酸對生長速度和飼料效率的影響。在第一個試驗(yàn)中，閹牛飼喂3個不同水平的蘋果酸（0，40和80g/ d），以高精料日糧作為基礎(chǔ)日糧，飼喂84d后，DL-蘋果酸改善了飼料效率，與對照組相比，其飼料效率提高8.1%，日增重也隨DL-蘋果酸的增加而線性增加。飼喂98d后，日增重隨DL-蘋果酸的添加也線性增加。在第二個生產(chǎn)性能的研究試驗(yàn)中，閹牛飼喂3個不同水平的蘋果酸（0，60和120g/d），DL-蘋果酸在10d內(nèi)逐漸加入。在10d的試驗(yàn)中，飼料效率和日增重隨DL-蘋果酸的增加而線性增加。在第三個試驗(yàn)研究中，每天飼喂閹牛和青年母牛100g蘋果酸，其飼料效率和日增重變化不大。在第26d，DL-蘋果酸引起日增重下降。這些結(jié)果表明，飼喂DL-蘋果酸能消除亞臨床酸中毒癥狀，并在兩個肥育試驗(yàn)中均能改善動物生產(chǎn)性能。

Kung報道，閹牛采食蘋果酸處理過的日糧（100或200mg/kg·BW），其DMI、瘤胃pH，ADF，CP消化率及氮沉積都沒有變化，但TVFA和丙酸濃度升高。Montano報道，蘋果酸（80g/d）能提高酸中毒閹牛的瘤胃pH，但對整個消化道消化率（OM，ADF，CP及淀粉）、VFA、乳酸及微生物效率沒有影響。Martin給采食高谷物日糧（80%）的閹牛飼喂蘋果酸（0，27，54和80g/d）結(jié)果，閹牛瘤胃pH升高，但蘋果酸添加量最高的閹牛瘤胃，TVFA和丙酸濃度最低。

為了觀察DL-蘋果酸對瘤胃代謝的影響，Streeter用4頭瘺管牛進(jìn)行研究，其日糧中精料比例占80%（75%玉米、25%小麥），按干物質(zhì)攝入量為體重的2%的比例每天飼喂2次。DL-蘋果酸按每天0、27、54或80mg混入500mL磷酸緩沖液中或保證其最終瘤胃濃度為0、4、8或12mM。結(jié)果表明，當(dāng)僅有500mL磷酸緩沖液混入瘤胃后（0mMDL-蘋果酸），1h后pH下降到5.49，12h后升高到6.29，這種結(jié)果伴隨有亞臨床的酸中毒。灌注3種不同濃度蘋果酸后，1h內(nèi)pH不下降（P﹤0.05），與不加DL-蘋果酸相比，灌注后2h、4h時的瘤胃pH升高。在12mMDL-蘋果酸存在的情況，12h后采樣分析，瘤胃pH仍高于6.0。DL-蘋果酸處理使總VFA量線性下降，乙酸濃度線性上升。

4.1.3肉羊

Garin研究了蘋果酸對綿羊生產(chǎn)性能的影響。飼喂育肥羔羊不同水平的蘋果酸和酵母培養(yǎng)物的混合物（0、0.2和0.3%），能夠改善其精料進(jìn)食量和飼料轉(zhuǎn)化率。高劑量（0.2%）能夠提高飼料轉(zhuǎn)化率，與對照組相比，增加7%。但日增重、瘤胃pH和屠殺后瘤胃粘膜角化指數(shù)均沒有變化。

4.2蘋果酸對反芻動物瘤胃相關(guān)指標(biāo)的影響

4.2.1瘤胃pH值

在相同條件下，蘋果酸存在時反芻獸新月單胞菌對乳酸的利用更有效。添加蘋果酸可以增加乳酸的利用及細(xì)胞內(nèi)反芻獸新月單胞菌合成的糖類和蛋白質(zhì)的含量。在蘋果酸存在時，乳酸的利用率為77%～80%，而沒有蘋果酸時僅為40%～70%。并且蘋果酸提高了（pH=5）細(xì)胞外反芻獸新月單胞菌對高濃度可溶性淀粉和去殼谷物中乳酸的利用，降低了乳酸濃度，提高了瘤胃內(nèi)pH值。

4.2.2能量

瘤胃甲烷的產(chǎn)生不僅意味著飼料能量的浪費(fèi)、動物能量利用的損失，而且對大氣環(huán)境也造成一定的污染，對大氣臭氧層具有破壞作用。反芻動物的甲烷產(chǎn)量約為全球動物和人類甲烷釋放總量的95%。而蘋果酸可以作為電子的受體，與甲烷產(chǎn)生菌競爭H，使甲烷生成量下降。因此，蘋果酸對甲烷的作用來自對H的抑制而不是抑制甲烷產(chǎn)生菌。添加蘋果酸可增加VFA的總量。在去殼谷物中添加8或12mMDL-蘋果酸可使瘤胃發(fā)酵TVFA增加，最終的pH值上升，乙酸、丙酸比值及甲烷含量下降。Martin發(fā)現(xiàn)，混合瘤胃液的粉碎玉米日糧中添加糖和蘋果酸（濃度分別為2.25、3.25）時，乙酸、丙酸及TVFA量增加。

Tatsuoka通過瘤胃體外分批培養(yǎng)，用蘋果酸和延胡索酸減少H的積累，成功抑制甲烷的生成。龐學(xué)東研究表明，日糧中添加蘋果酸能改善瘤胃內(nèi)纖維素的降解率，有利于日糧能量利用率的提高。但是Foley研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加蘋果酸對甲烷生成無明顯影響。

4.2.3碳水化合物

在反芻動物瘤胃中添加DL-蘋果酸鹽可引起可溶性淀粉和脫皮玉米微生物發(fā)酵的最終pH值、甲烷及VFA發(fā)生變化，這與離子載體的作用類似。在反芻動物飼喂高濃度快速發(fā)酵碳水化合物日糧中添加蘋果酸，可以提高反芻獸新月單胞菌（pH=6）對乳酸的利用。蘋果酸可有效提高飼喂高濃度谷物日糧后1～2小時的pH值，因此，在日糧中補(bǔ)充蘋果酸是降低瘤胃酸中毒的有效手段。不同種類谷物對瘤胃酸中毒的影響不同，反芻動物若大量采食小麥、大麥或加工玉米，會極大地增加酸中毒發(fā)生的危險度，而采食燕麥和高粱的危險度則相對較低。但這些谷物經(jīng)粉碎、脫皮處理后，在增加瘤胃對其淀粉的消化的同時，也加大了酸中毒發(fā)生的可能性。蘋果酸還可增加日糧的CO2產(chǎn)量，降低CH4產(chǎn)量，VFA的產(chǎn)量增加。另有試驗(yàn)表明，在肥育牛的高濃度谷物日糧中添加蘋果酸80克/（頭·天）使瘤胃的pH值提高，而微生物的生長和淀粉、纖維及蛋白的消化沒有受到不良影響。上述結(jié)論表明，蘋果酸可促進(jìn)高濃度谷物日糧的發(fā)酵，減少酸中毒的發(fā)生。

4.2.4生產(chǎn)性能

理論上，反芻動物飼喂蘋果酸可以提高飼料的轉(zhuǎn)化率，提高動物的生產(chǎn)性能，因?yàn)樘O果酸是能量代謝途徑的關(guān)鍵物質(zhì)，對動物生產(chǎn)性能的提高具有非常重要的作用。肉牛的相關(guān)研究相對較少。Martin采用33頭閹公牛進(jìn)行舍飼試驗(yàn)，添加40～ 80克/（頭·天）的蘋果酸，試驗(yàn)結(jié)果表明，飼料效率提高8.1%，日增重隨蘋果酸的增加呈線性增加。但也有試驗(yàn)證實(shí)肥育牛飼喂蘋果酸后生產(chǎn)性能并未提高，DMI（于物質(zhì)采食量）、日增重、胴體特性所受影響也不大，這說明蘋果酸的添加效果受牛肥育階段及多種因素影響。

5.小結(jié)

日糧中適量蘋果酸可以防止乳酸酸中毒和改善精料能量效率，可將其用作反芻動物的添加劑，防止反芻動物因采食高精料日糧而發(fā)生的酸中毒。另外，蘋果酸對血液生化指標(biāo)的影響及影響蘋果酸使用效果的因素的研究還很欠缺，也是以后研究的方向。

與抗生素相反，蘋果酸減少亞臨床瘤胃酸中毒的發(fā)生，是通過刺激而不是抑制瘤胃細(xì)菌（如反芻動物新月狀單胞菌）菌群來達(dá)到目的的，同時蘋果酸是瘤胃微生物代謝途徑的中間產(chǎn)物，可被微生物或其他生化反應(yīng)所代謝利用，無殘留，不存在微生物的耐藥性、病原體抗藥性轉(zhuǎn)移和藥物殘留等問題。由于公眾對食物安全日益關(guān)注，營養(yǎng)學(xué)家和微生物學(xué)家應(yīng)開發(fā)出抗生素替代品來解決瘤胃酸中毒的問題。到目前為止，還沒有報道蘋果酸的使用對反芻動物和人類存在負(fù)作用，蘋果酸可以作為反芻動物離子載體抗生素添加劑的綠色替代品。

參考文獻(xiàn)（略）