丁酸梭菌对奶山羊产奶量、乳成分、血浆激素指标及乳中氨基酸和脂肪酸组成的影响

 

摘要：本试验旨在研究饲粮中添加丁酸梭菌对奶山羊产奶量、乳成分、血浆激素指标及乳中氨基酸和脂肪酸组成的影响。选用48只健康、头胎且处于泌乳后期的奶山羊，随机分成4个组，每组12只羊。对照组饲喂基础饲粮，试验组分别在基础饲粮中添加0.2(Ⅰ组)、1.0(Ⅱ组)、5.0 g/d(Ⅲ组)丁酸梭菌(活菌数为5×109 CFU/g)。预试期1周，正试期6周。 结果表明： 1)试验第3、4、5、6周，Ⅱ组和Ⅲ组的产奶量显著高于对照组和Ⅰ组(P<0.05)。各组之间乳中乳蛋白、非脂固形物、乳糖含量均无显著差异(P>0.05)。Ⅲ组的乳中乳脂含量显著低于对照组和Ⅰ组(P<0.05)。2)试验第14、28、42天，Ⅱ组的血浆雌激素和催乳素含量显著高于对照组(P<0.05)。血浆催乳素含量与产奶量之间存在显著正相关性(r=0.376， P<0.05)。3)Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组的乳中鸟氨酸含量均显著低于对照组(P<0.05)。各组之间乳中其他氨基酸、必需氨基酸(EAA)和总氨基酸(TAA)含量均无显著差异(P>0.05)。4)Ⅱ组的乳中己酸、肉豆蔻酸、棕榈油酸、二十一烷酸和二十三烷酸含量显著低于对照组(P<0.05)，Ⅱ组的乳中饱和脂肪酸(SFA)和单不饱和脂肪酸(MUFA)含量显著低于其他各组(P<0.05)。综上所述，饲粮中添加丁酸梭菌可以通过改善奶山羊泌乳期催乳素含量从而稳定泌乳后期产奶量。本试验条件下，饲粮中1.0 g/d丁酸梭菌添加水平在维持泌乳后期奶山羊产奶量、改善乳成分方面表现最佳。

关键词：丁酸梭菌；奶山羊；产奶量；激素；乳成分 

当今社会，人们越来越重视食品的营养价值和健康效益。作为重要的乳制品之一，山羊奶因其独特的营养成分而备受关注。在总体营养物质对比中，山羊奶不仅在蛋白质结构、短链酸类及非蛋白质氮元素含量上优于牛奶，而且在维生素、矿物质和脂肪含量方面也更加贴近于人乳，显示出其综合营养价值的优越性。El-Tarabany等研究表明，泌乳后期奶山羊产奶量及乳中乳糖含量显著降低，但通过补充酿酒酵母、枯草芽孢杆菌等益生菌能够增加经产泌乳奶山羊产奶量。丁酸梭菌可通过发酵作用消耗膳食纤维，产生丁酸、丙酸等短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)，其中主要的发酵终产物丁酸是调节肠道功能、代谢过程(如糖异生和脂肪合成)的关键信号分子。李严研究表明，饲粮中添加4×107 CFU/kg丁酸梭菌能够显著提高母猪常乳中的乳蛋白和乳脂含量，同时增加非脂固形物含量。王威皓研究表明，绵羊饲粮中添加5 g/kg丁酸梭菌(活菌数为5×108 CFU/g)能够降低血清中甘油三酯(triglycerides，TG)、总胆固醇(total cholesterol，TC)含量，提高机体脂肪利用率，并通过调整肠道微生物和胆汁酸代谢，优化绵羊的肌肉脂肪代谢，从而提升其肉品质和胴体品质。以上研究表明，丁酸梭菌在改善反刍动物生产性能和产品质量方面有很大的应用前景。但用丁酸梭菌饲喂奶山羊的适宜添加水平及其对泌乳奶山羊的影响尚不确定，亟需确定丁酸梭菌在饲粮中的添加水平来解决实际运用的难题。因此，本试验旨在探讨丁酸梭菌对奶山羊产奶量、乳成分、血浆激素指标及乳中氨基酸和脂肪酸组成的影响，以明确丁酸梭菌在泌乳山羊饲粮中的适宜添加水平，以期为奶山羊的健康养殖和高质量乳品生产提供科学指导和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用丁酸梭菌的活菌数为5×109 CFU/g，于4 ℃低温保存。

1.2 试验设计

本研究所有试验程序和试验动物均已获得西北农林科技大学动物试验伦理委员会的批准(批准号：NWAFU-32172786)。

选取48只头胎且处于泌乳后期的奶山羊(体况良好，无任何疾病，产后约210 d，泌乳期产奶量及体重相近)，采用单因素试验设计，将试验羊随机分为4个组，每组12只羊。对照组饲喂基础饲粮，试验组分别在基础饲粮中添加0.2(Ⅰ组)、1.0(Ⅱ组)、5.0 g/d(Ⅲ组)丁酸梭菌。预试期1周，正试期6周。基础饲粮参照NRC(2007)奶山羊饲养标准配制，其组成及营养水平见表1。

 

1)预混料为每千克饲粮提供： VA 13 000 IU，VD 3 000 IU，VE 30 IU，Cu 15 mg，Fe 60 mg，Mn 30 mg，Zn 45 mg。2)代谢能为计算值，其余为实测值。

1.3 饲养管理

试验在陕西省阎良区佳蕊养殖场开展。试验前奶山羊统一驱虫，羊圈均经过消毒处理。按照牧场正常生产管理流程，每天饲喂3次(06：00、12：00、18：00)，每日晨饲时将丁酸梭菌混合在100 g基础饲粮中饲喂。试验羊采用挤奶器挤奶，每天2次。

1.4 样品采集与指标测定

1.4.1 样品采集

正试期第1、14、28、42天各组选取6只奶山羊，颈静脉采血5 mL，1 500×g离心15 min，分离血浆于无菌收集管中，-80 ℃保存备用。试验羊每日人工挤奶2次，弃去前3把奶，每只羊采集20 mL奶样于无菌收集管中，-80 ℃保存备用。

1.4.2 饲粮营养成分测定

粗蛋白质含量参照GB/T 6432—2018测定，粗脂肪含量参照GB/T 6433—2006测定，粗灰分含量参照GB/T 6438—2007测定，钙含量参照GB/T 6436—2018测定，总磷含量参照GB/T 6437—2018测定，中性洗涤纤维含量参照GB/T 20806—2022测定，酸性洗涤纤维含量参照NY/T 1459—2022测定。

1.4.3 产奶量测定

试验期间，每日进行2次人工挤奶，每次挤奶准确地记录产奶量，试验期间每周计算1次产奶量的平均值。

1.4.4 血浆激素指标测定

血浆催乳素、雌激素含量采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定，试剂盒购于泉州睿信生物科技有限公司。

1.4.5 乳成分测定

奶样收集后2 h内送至羊场内实验室，用MilkoScan FT+200Type 76150乳成分仪测定乳脂、乳蛋白、乳糖和非脂固体含量。

1.4.6 乳中氨基酸组成分析

奶样自-80 ℃解冻后，采用预冷的甲醇乙腈溶液提取氨基酸，并使用内标混合溶液进行标准化。样本通过高效液相色谱(HPLC)分离，并结合串联质谱(MS/MS)在正离子模式下进行分析。

1.4.7 乳中脂肪酸组成分析

奶样经4 ℃缓慢解冻后，取适量加入二氯甲烷-甲醇溶液进行脂肪提取。经过涡旋、洗涤和氮气吹干后，样本甲酯化，随后用正己烷复溶，利用气相色谱-质谱(GC-MS)进行分析。

1.5 数据统计分析

试验数据采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和LSD检验，奶山羊血浆催乳素与泌乳性能的相关性分析使用Spearman相关性分析。试验结果以平均值和均值标准误(SEM)表示，P<0.05为差异显著。

2 结果

2.1 丁酸梭菌对奶山羊产奶量的影响

由表2可见，试验第1、2周，各组之间产奶量均无显著差异(P>0.05)。试验第3、4、5、6周，Ⅱ组和Ⅲ组的产奶量显著高于对照组和Ⅰ组(P<0.05)，对照组与Ⅰ组之间产奶量无显著差异(P>0.05)。

表2 丁酸梭菌对奶山羊产奶量影响(kg/d)

 

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。

2.2 丁酸梭菌对奶山羊乳成分的影响

由表3可见，各组之间乳中乳蛋白、非脂固形物、乳糖含量均无显著差异(P>0.05)。Ⅲ组的乳中乳脂含量显著低于对照组和Ⅰ组(P<0.05)。

表3 丁酸梭菌对奶山羊乳成分影响（%）

2.3 丁酸梭菌对奶山羊泌血浆激素指标的影响

由表4可见，试验第1天，Ⅲ组的血浆雌激素含量显著高于其他各组(P<0.05)；试验第14、28天，Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组的血浆雌激素含量显著高于对照组(P<0.05)；试验第42天，Ⅰ组和Ⅱ组的血浆雌激素含量显著高于对照组和Ⅲ组(P<0.05)。

表4 丁酸梭菌对奶山羊血浆雌激素含量的影响(ng/L)

由表5可见，试验第1天，各组之间血浆催乳素含量无显著差异(P>0.05)；试验第14、28、42天，Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组的血浆催乳素含量显著高于对照组(P<0.05)。

表5 丁酸梭菌对奶山羊血浆催乳素含量的影响(ng/L)

2.4 奶山羊催乳素含量与泌乳性能的相关性分析

由表6可见，血浆催乳素含量与产奶量之间存在显著正相关性(r=0.376，P<0.05)，血浆催乳素与乳蛋白、乳脂、非脂固形物、乳糖含量之间的相关性均未达到显著水平(P>0.05)。

表6 奶山羊催乳素含量与泌乳性能的相关性分析

*代表显著相关(P<0.05)。

2.5 丁酸梭菌对奶山羊乳中氨基酸组成的影响

由表7可见，Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组的乳中鸟氨酸含量均显著低于对照组(P<0.05)。各组之间其他氨基酸、必需氨基酸(EAA)和总氨基酸(TAA)含量均无显著差异(P>0.05)。

表7 丁酸梭菌对奶山羊乳中氨基酸组成的影响(mg/L)

2.6 丁酸梭菌对奶山羊乳中脂肪酸组成的影响

由表8可见，Ⅰ组的乳中肉豆蔻酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、反油酸和山嵛酸含量显著高于对照组(P<0.05)。Ⅱ组的乳中己酸、肉豆蔻酸、棕榈油酸、二十一烷酸和二十三烷酸含量显著低于对照组(P<0.05)，Ⅱ组的乳中饱和脂肪酸(SFA)和单不饱和脂肪酸(MUFA)含量显著低于其他各组(P<0.05)。Ⅲ组的乳中棕榈酸、硬脂酸、反油酸和山嵛酸含量介于Ⅰ组和Ⅱ组之间，且与于Ⅰ组和Ⅱ组无显著差异(P>0.05)。各组之间乳中亚油酸、γ-亚麻酸和花生四烯酸等多不饱和脂肪酸(PUFA)含量以及n-3多不饱和脂肪酸、n-6多不饱和脂肪酸含量和n-3多不饱和脂肪酸/n-6多不饱和脂肪酸均无显著差异(P>0.05)。

表8 丁酸梭菌对奶山羊乳中脂肪酸组成的影响(μg/mL)

3 讨论

3.1 丁酸梭菌对奶山羊泌乳相关激素的影响

催乳素在哺乳动物乳汁生成中起着重要的作用，它不仅刺激和维持单胃动物和反刍动物的乳腺发展，还通过激活特定的氨基酸转运载体来增加乳腺动静脉内的氨基异丁酸、亮氨酸等多数氨基酸含量，这一过程进一步促进乳腺中乳蛋白的合成及分泌。雌激素在乳腺生长发育和改善乳成分及奶产量中具有重要调节作用。研究表明，联合应用催乳素和雌激素使乳蛋白β乳球蛋白表达增加。此外，益生菌能够通过微生物-肠脑轴的作用，经神经内分泌、细胞免疫等多种途径将肠道细菌的代谢产物运输至延髓、脑干及大脑，并通过调节大脑活动，影响雌激素的合成和分泌。胡鸿喆将丁酸梭菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌等益生菌等比例混合的复合菌剂饲喂泌乳中期奶牛，在试验期45 d观察到血浆催乳素含量较对照组显著提升，表明益生菌能够增强催乳素的分泌。本研究结果表明，饲粮添加1.0 g/d丁酸梭菌可提高奶山羊血浆雌激素含量，而添加5.0 g/d丁酸梭菌后血浆雌激素含量呈现降低趋势。这一现象可能与丁酸梭菌通过微生物-肠脑轴的作用有关。饲粮中添加1.0 g/d丁酸梭菌可刺激肠-脑轴，增强雌激素的生产，而添加5.0 g/d丁酸梭菌可能会过度刺激或扰乱这些通路。饲粮中添加1.0和5.0 g/d丁酸梭菌均提高了奶山羊血浆催乳素含量，这可能是由于丁酸梭菌增加产丁酸的有益菌数量，加速丁酸和异丁酸的生成。丁酸盐则进一步正向调节催乳素基因的表达及生殖激素的分泌。

3.2 丁酸梭菌对奶山羊产奶量的影响

产奶量是衡量奶山羊生产能力的关键指标。丁酸梭菌对肠道健康和营养吸收的改善可能是提升奶量的关键因素之一。刘燕娜等研究表明，丁酸梭菌具有增强肠道屏障功能和提高营养物质吸收效率的功能，并可能间接促进乳腺对营养物质的摄取和利用，从而提升产奶量。甄锐研究表明，丁酸梭菌通过发酵膳食纤维产生的SCFAs经瘤胃上皮吸收后参与调节能量代谢并促进细胞增殖。SCFAs还能够通过限制细菌易位、抑制乳腺中的微生物失调，维持乳腺健康，从而对泌乳性能具有潜在影响。研究表明，在泌乳早期，奶牛饲粮中添加枯草芽孢杆菌(活菌数为1×1011 CFU/g)可使产奶量较对照组提高14.8%。此外，催乳素在启动和维持泌乳中的关键作用已被广泛研究。Arun等的研究表明，催乳素能够通过与乳腺上皮细胞的受体结合，激活Janus激酶-信号传导及转录激活因子(JAK-STAT)、丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)和磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)等信号通路，促进乳腺细胞的增殖和分化，增加乳腺腺泡和导管的数量和功能，提高泌乳能力。本研究结果显示，血浆催乳素含量与产奶量呈正相关，这与Wu等的研究结果一致，说明饲喂益生菌可促进奶山羊体内催乳素的分泌，这可能是奶山羊产奶量提升的原因之一。自第3周开始，Ⅱ组和Ⅲ组的奶山羊产奶量较对照组和Ⅰ组显著提高，但未观察到Ⅰ组与Ⅲ组、Ⅱ组血浆催乳素含量之间存在显著差异，这表明除了激素含量对产奶量有影响外，仅当饲粮中添加1.0或5.0 g/d丁酸梭菌时，才能显著优化瘤胃SCFAs的组成并提升泌乳性能。

3.3 丁酸梭菌对奶山羊乳成分的影响

乳成分是衡量奶山羊经济效益和饲养水平的重要因素，与饲粮组成及奶山羊品种有关。其中，乳脂是乳成分的关键组成部分，其含量对奶制品的感官品质和加工特性具有重要影响。近年来，多项研究表明微生态制剂在改善乳成分上具有潜力。例如，廖智慧等研究表明，在饲粮中添加乳酸杆菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌的复合益生菌制剂可以显著提高牛奶中乳糖、乳脂含量，并降低乳中体细胞数量，从而改善奶牛乳成分。同样，类似的复合益生菌制剂也显示出通过调节肠道微生物群和增强营养物质吸收并改善乳成分的潜力。丁酸梭菌在脂肪代谢和肥胖调控中发挥多种作用机制，并且其相对丰度与肥胖倾向呈负相关。Li等研究表明，丁酸梭菌通过其代谢物丁酸盐增强脂肪组织驻留Treg细胞(Tregs)的生成，并激活白色脂肪组织Wnt10b的表达，从而抑制脂肪沉积。此外，Liao等研究表明，丁酸梭菌通过增加能量消耗和增加棕色脂肪组织(BAT)中产热相关基因的表达来减轻肥胖。本研究结果显示，饲粮中添加5.0 g/d丁酸梭菌显著降低了乳脂含量。这可能与丁酸梭菌通过激活Wnt10b表达，抑制前脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化，减少脂肪细胞生成以及抑制脂肪积累的功能相关。尽管本研究中乳蛋白、非脂固形物和乳糖的含量未显示出显著变化，但乳脂含量的降低可能对奶制品的整体营养价值产生影响。因此，在考虑丁酸梭菌对奶山羊乳成分的影响时，1.0 g/d丁酸梭菌添加水平表现出相较于5.0 g/d丁酸梭菌添加水平更为平衡的效果。

3.4 丁酸梭菌对奶山羊乳中氨基酸组成的影响

氨基酸作为乳品质量的关键指标，对评估奶山羊乳品的营养价值具有重要意义。EAA即人体无法自行合成且必须通过饮食摄取的氨基酸，不仅是细胞蛋白质的基本组成部分，也是合成全身稳态所必需的含氮物质。进一步的研究表明，氨基酸在泌乳过程中的代谢途径中起到关键的调节作用。在羊奶中，乳清蛋白与酪蛋白的自然比例大约为20：80。乳清蛋白特别富含若干限制性氨基酸，如赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸和色氨酸，这些氨基酸通常在其他食物中的含量较低。本研究结果显示，在饲喂丁酸梭菌的奶山羊中，特别是在Ⅱ组，TAA和部分游离氨基酸含量皆降低。氨基酸含量的下降可能与奶山羊乳腺的代谢活动增加直接相关，尤其是在产奶量增加时更为明显。随着乳腺代谢活性的增强，部分游离氨基酸被用于支持乳蛋白的合成，并可能参与到宿主的其他生理代谢过程中。这一增强的代谢需求可能是本研究乳中游离氨基酸含量减少的主要原因。有趣的是，EAA含量未发生显著变化，表明丁酸梭菌的添加对奶山羊乳品的核心营养价值影响有限。

3.5 丁酸梭菌对奶山羊乳中脂肪酸组成的影响

奶制品是人体获得脂肪酸的重要途径，山羊奶中SCFAs和中链脂肪酸(MCT)、磷脂等多种脂质成分具有生物活性功能。反刍动物乳中的脂肪酸主要有2种来源：一是通过饲料摄取的长链脂肪酸(如C16和C18)，这些脂肪酸可以直接被乳腺组织吸收并用于乳脂合成；二是瘤胃内饲粮发酵生成的小分子有机酸(如乙酸和丁酸)，在乙酰辅酶A羧化酶(ACC)和脂肪合成酶(FAS)的作用下形成脂肪酸。研究表明，游离脂肪酸在脂质代谢和胰岛素敏感性调节中具有重要作用。相比于其他血脂指标，血浆中的游离脂肪酸能够更灵敏地反映机体的脂代谢状态。本研究结果表明，饲粮中添加1.0 g/d丁酸梭菌可显著降低己酸、肉豆蔻酸、棕榈油酸等游离脂肪酸含量。这可能与丁酸盐通过抑制FAS的活性影响脂肪酸的合成有关。SFA摄入过多会提高低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)含量，增加心血管疾病的风险，特别是，肉豆蔻酸含量过高可能导致血脂异常。研究表明，MUFA有助于降低血液中LDL-C含量水平，从而减少动脉粥样硬化和心脏病的风险。本研究中，Ⅱ组的乳中SFA和MUFA含量显著低于其他各组，与侯冉等的研究结果有所差异，这可能是胆固醇和TG代谢改善的结果。由于机体无法自行合成n-3和n-6多不饱和脂肪酸，因此它们被称为必需脂肪酸，这些脂肪酸的平衡对维持健康至关重要。本研究发现，饲粮中添加丁酸梭菌对奶山羊乳中n-3多不饱和脂肪酸、n-6多不饱和脂肪酸含量和n-3多不饱和脂肪酸/n-6多不饱和脂肪酸均无显著影响。这表明丁酸梭菌对奶山羊乳中必需脂肪酸组成没有负面影响。总之，饲粮中添加1 g/d丁酸梭菌可有效调节奶山羊乳中的脂肪酸组成，特别是降低乳中SFA含量，有助于改善乳品的营养价值，但其作用机制仍需进行更深入的研究。

4 结论

饲粮中添加丁酸梭菌可以改善奶山羊泌乳期激素含量从而稳定泌乳后期产奶量。在本试验中，饲粮中1.0 g/d丁酸梭菌(活菌数为5×109 CFU/g)添加水平在维持泌乳后期奶山羊产奶量、乳成分方面表现最佳。

参考文献：略

作者：高嘉竞，柯振华等2025年1月首于《动物营养学报》