植物甾醇對奶牛生產性能、血液膽固醇和抗氧化能力的影響

謝 穎，金志紅，朱 靖，韓兆玉

（1.南京農業大學動物科技學院，南京 210095；2.江蘇神力特生物科技股份有限公司，盱眙 211700）

在奶牛泌乳早期，由于產奶量的增加和采食量的限制，機體必須分解體內脂質來保持營養平衡，從而導致奶牛的能量負平衡，進而導致奶牛脂肪肝的發生。同理，泌乳后期奶牛的營養過剩，將導致肥胖和高膽固醇血癥[1]。高膽固醇水平可降低泌乳效率，給肝臟帶來過氧化損傷[2]。因此，在奶牛生產中，降低其血液膽固醇水平，提高抗氧化能力極具重要意義。

植物甾醇(phytosterol, PS)是一種結構與膽固醇相似的甾體化合物，其不能在動物或人體內合成，卻廣泛存在于蔬菜產品以及油、豆類、谷物和干果中[3,4]。研究表明，植物甾醇在降低血液膽固醇水平中起著重要作用[5]。另一方面，植物甾醇可用作動植物的抗氧化劑[6]。當機體補充分離的植物甾醇時，能夠顯著降低肝臟脂質過氧化產物和血漿丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平[7]。此外，也有研究顯示植物甾醇具有抗炎特性，可作為免疫調節劑[8]。也有研究證實，植物甾醇對結腸癌、乳腺癌和前列腺癌等的癥狀改善具有積極作用[9,10]。

然而，關于植物甾醇在反芻動物中的使用和其在瘤胃環境中的生理作用的報道很少。因此，本試驗通過在日糧中添加植物甾醇，探討植物甾醇對奶牛的產奶性能、血液膽固醇和抗氧化能力的影響，為降低奶牛血液膽固醇水平和發掘潛在的抗氧化劑提供生產依據。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

本試驗使用的植物甾醇于市場購得，其純度約91%，其中含谷甾醇40.95%、菜油甾醇24.57%、豆甾醇21.84%、菜籽甾醇3.64%。植物甾醇呈白色粉末狀，不溶于水，微溶于油。

1．2 試驗設計與飼養管理

本試驗選取33頭中國荷斯坦牛作為研究對象（27頭初產牛和6頭經產牛），根據年齡、胎次、泌乳天數和產奶量相近的原則進行配對，隨機分為3組，即對照組、試驗Ⅰ組、試驗Ⅱ組。對照組飼喂牛場TMR，試驗Ⅰ、Ⅱ組在對照組日糧基礎上分別添加200mg/d、800mg/d的植物甾醇。牛場TMR中植物甾醇平均含量≤20mg/d。每天早晨一次性投喂到試驗牛日糧中，試驗期日糧組成及營養水平如表1所示。

表1 日糧組成及營養水平（干物質基礎）

試驗在江蘇省某奶牛場進行，預試期7d，試驗期50d。試驗奶牛采用拴系式飼養，統一管理。試驗期間奶牛每天飼喂三次，擠奶三次，自由飲水。

試驗動物的飼養和管理，按照我國的法律法規以及《南京農業大學動物條例》執行，并符合國際上公認的動物飼養原則和農業實驗室指導方針。

1．3 樣品的采集

每周三下午14:30采集奶樣品（每個樣品50mL），與重鉻酸鉀混合后置于4℃保存。試驗期間的第10、30、50天，進行尾靜脈采血（10mL），靜置1h后，經4 000r/min離心20min，收集血清在-20℃保存待測。

1．4 產奶量及乳品質指標測定

每周測定兩次每頭奶牛產奶量；取50mL混合奶樣（早∶中∶晚= 4 : 3 : 3），使用全自動乳成分分析儀進行乳品質測定。測定指標有乳脂率、乳蛋白率、乳糖含量、乳總固體含量、體細胞數和乳尿素氮濃度。

1．5 血清指標測定

測定指標有：總膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、游離脂肪酸、雌激素、生長激素、谷草轉氨酸、丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、脂蛋白脂酶、肝酯酶。

1．6 統計與分析

試驗所得數據經 Excel 初步處理后，用SPSS 20.0進行顯著性統計分析，結果用平均值±標準誤表示。

2 結果與分析

2．1 植物甾醇對產奶量及乳品質的影響

由表2可知，各組間乳脂率、乳蛋白率、乳糖含量、無脂固形物含量、總固形物含量、體細胞數無顯著差異(P＞0.05)；試驗Ⅰ組平均產奶量比對照組高出1.71kg/d（P＜0.05），而試驗Ⅱ組平均產奶量與對照組相比沒有顯著性差異（P＞0.05）。結果表明，日糧中添加適量的植物甾醇可顯著提高奶牛的產奶量，但對乳品質沒有顯著性影響。

表2 植物甾醇對產奶量及乳品質的影響

2．2 植物甾醇對血液膽固醇及激素的影響

表3 植物甾醇對血漿膽固醇和激素水平的影響

由表3可知，試驗Ⅰ、Ⅱ組總膽固醇（TC）、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C )和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）含量均低于對照組。試驗期間各時間點試驗I組TC含量均顯著低于對照組。試驗Ⅱ組第10天TC極顯著低于對照組（P＜0.01）。試驗Ⅰ組HDL-C含量在第30天極顯著低于對照組（P＜0.01），試驗Ⅱ組第50天顯著低于對照組（P＜0.05）。試驗Ⅰ組LDL-C在第30天（P＜0.05）、第50天（P＜0.01）低于對照組，試驗Ⅱ組LDL-C僅在第10天低于對照組（P＜0.01）。試驗兩組的游離脂肪酸(NEFA)含量在第10、50天極顯著高于對照組（P＜0.01）。試驗Ⅱ組雌激素（E2）含量顯著低于對照組（P＜0.05）。試驗兩組生長激素（GH）水平與對照組相比無顯著性差異（P＞0.05）。結果表明，日糧中添加適量的植物甾醇可顯著降低TC、HDL-C、LDL-C和E2水平，但極顯著提高NEFA的含量。

2．3 植物甾醇對酶活性的影響

由表4可知，試驗Ⅱ組超氧化物歧化酶（SOD）各時間點活性均高于對照組。試驗兩組谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性均不同程度高于對照組。各組間丙二醛（MDA）含量無顯著性差異（P＞0.05）。試驗Ⅱ組谷草轉氨酶（GOT）含量在第10天顯著高于對照組（P＜0.05）。試驗兩組脂蛋白酯酶(LPL)含量在第50天極顯著低于對照組（P＜0.01）。試驗兩組肝酯酶(HL)含量顯著低于對照組（第10天P＜0.01，第50天P＜0.05）。結果表明，植物甾醇可增加SOD和GSHPx的活性。

表4 植物甾醇對酶活性的影響

3 討論

3．1 植物甾醇對產奶量及乳品質的影響

奶牛的產奶量受日糧中營養物質的組成與含量的影響。植物甾醇能提高動物對日糧中氮和蛋白質的利用率。Hristov等[11]指出，干物質采食量（DMI）在提高奶牛產奶量中起主導作用，且奶牛泌乳的發動與維持由催乳素（PRL）及其他多種激素調控[12]，呂潤全等[13]研究證明，蛋白質的利用率與乳蛋白質合成率的增高可促進PRL的分泌，從而使泌乳量增加，且植物甾醇與類固醇激素在結構上相似，則可能協同PRL促進機體泌乳。本研究發現，在飼料組成成分相同的奶牛日糧中添加適量的植物甾醇，可顯著提高奶牛的產奶量。謝心美[14]等研究發現，添加不同水平植物甾醇（200、400和800mg/d）均可使奶牛產乳量增高，這與本試驗研究結果一致。

除品種、年齡、飼養管理因素外，飼料營養成分也是影響乳成分組成的重要因素[15]，乳品質的高低與乳成分的組成密切相關，梁辛[16]等研究發現，添喂不同水平的植物甾醇可不同程度提高泌乳水牛乳蛋白率、乳脂率、總固形物率、非脂乳固體率、乳糖率，但各組無明顯的差異，這與本試驗研究結果相一致，本研究發現在日糧中添加植物甾醇，乳成分沒有顯著性變化，乳脂和乳蛋白比率在一個合理的范圍內。牛奶體細胞數是反映奶牛產奶量和乳品質的重要指標，且可預測奶牛乳房炎發病率[17]，本研究發現，與對照組相比，試驗組牛奶體細胞數(SCC)雖無顯著差異，但有明顯下降趨勢。因此，日糧中添加一定量的植物甾醇可顯著提高奶牛的產奶量，且不會顯著性降低乳品質。

3．2 植物甾醇對血液膽固醇及激素的影響

泌乳晚期的奶牛通常會營養過剩，導致血漿或肝臟中的膽固醇濃度升高，進而影響奶牛健康和引起降低泌乳效率的疾病，并且在奶牛分娩后容易產生脂肪肝，抑制卵巢活動，進而影響繁殖性能。研究表明[18]，膽固醇和植物甾醇的代謝與脂質有關，在瘤胃發酵過程中，微生物可以將不飽和脂肪酸氫化并轉化為飽和脂肪酸。Moreau等[19]證實大多數植物甾醇具有一個或兩個C-C雙鍵，常以共軛形式出現，其中3β-羥基團可以被酯化成脂肪酸或羥基肉桂酸，也可以與葡萄糖或6-脂肪酸?；禾前l生糖基化反應。在瘤胃發酵過程中，植物固醇可以通過第5位的雙鍵氧化而轉化為植物甾醇。然而，Heinemann等[20]研究發現，植物甾醇和植物甾醇酯(PSE)比植物固醇能更有效抑制膽固醇的吸收，且植物甾醇的攝入不僅干擾膽固醇的吸收，還影響血清甾醇的吸收，同時能降低血清中LDL-C水平。

本研究結果顯示，在日糧中添加一定量的植物甾醇可使血液中TC、HDL-C和LDL-C的含量顯著下降，而TG的含量有所升高。Hallikainen等[21]研究報道，商用降膽固醇散劑和富含甾醇補充劑每天推薦攝入量為300mg。Gylling等[22]研究發現，2g植物甾醇可以明顯降低8%～10% LDL-C濃度。顧莞婷等[23]研究表明，添加植物甾醇均降低了肉鴨血漿中TC和LDL-C的含量，且添加量為20mg/kg時，達到顯著性水平，這與本研究結果相似，本試驗在日糧中添加適量的植物甾醇可降低血液膽固醇及其相關代謝激素的含量。

NEFA是機體一種重要的能量物質，能夠通過氧化釋放比血漿葡萄糖更多的能量。通常血液中葡萄糖濃度變化很小，但NEFA含量每小時的變化卻很大，這可以反映動物的營養狀態和體力活動。本研究表明每天補充200mg、800mg植物甾醇可使NEFA的含量極顯著增高。

植物甾醇屬于甾體化合物，化學結構與雌激素類似，具備類激素活性。本研究發現，試驗兩組E2含量顯著低于對照組，但GH水平均無顯著性差異，結果表明，植物甾醇具有雌激素作用，但對GH的活性沒有影響。Nakari等[24]研究表明，植物甾醇對動物的生殖系統功能有一定影響。有研究者[25]補充報道說明，植物甾醇對機體生理影響特別是在雌激素效應方面的影響更顯著。也有研究證實[26～27]，β-谷甾醇可以在動物體內積累，還可以改變人類與生殖相關的固醇類激素水平。據報道[7]，β-谷甾醇和β-谷甾醇葡萄糖可以刺激雌激素依賴性人乳腺癌細胞的生長，無卵巢及胸腺的小鼠攝取β-谷甾醇能抑制E2對人乳腺癌細胞（MCF-7）腫瘤生長的誘導；另外，植物甾醇可使血漿E2水平下降，在0.001～100mol/L的濃度范圍內，豆甾醇不影響MCF-7細胞的增殖，而且每種植物甾醇具有的雌激素效應有所差別。因此，植物甾醇可能通過調節分泌模式與激素分泌相關，在不同情況下表現出雌激素或抗雌激素的作用。

3．3 植物甾醇對酶活性的影響

動物機體通常是通過體內的酶和非酶機制消除自由基，致使體內到達自由基穩態，主要相關的酶為SOD和GSH-Px。自由基可引發體內脂質過氧化，損壞細胞完整性并致使代謝紊亂。B?singer等[28]對接受25-羥基膽固醇放射性標記猴子的研究表明，氧化型低密度脂蛋白主要以極低密度和低密度脂蛋白形式運輸，這可能導致動脈粥樣硬化性疾病。Pie等[29]認為膽固醇的氧化產物能引起動脈硬化性病變或壞死，并抑制細胞生長。

本研究發現，植物甾醇能夠增強SOD和GSH-Px的活性。試驗Ⅱ組第10、30天SOD極顯著高于對照組，第50天明顯高于對照組。試驗組GSH-Px在試驗第30、50天時顯著高于對照組。各組間MDA含量無顯著性差異。Award等[10]、Gu等[30]在肉雞和肉鴨上的兩項研究均發現，每千克飼料添加40或80mg植物甾醇可明顯增加SOD活性，減少血清中TC和LDL-C含量，本研究結果與之相似。本研究表明，低水平的植物甾醇可以用作抗氧化劑來改善某些氧化酶的活性和減少其氧化產物，最終維持奶牛的健康并改善生產性能。

GOT普遍存在于各組織細胞的線粒體中，尤其是肝細胞中，其活性可反映出受損肝臟中的肝細胞壞死情況。若肝臟受損，血清中GOT活性會顯著增加。本研究發現，在第10天試驗II組GOT含量顯著高于對照組，結果表明，日糧中添加植物甾醇有保護肝細胞、維持肝臟活力的作用，但是其作用機制需進一步的研究來證實。

LPL和HL是調節脂蛋白代謝的關鍵酶。LPL是一種?；视退饷?，可以將富含甘油三酯的脂蛋白分解，包含乳糜微粒和極低密度脂蛋白（VLDL）。低活性LPL可增加血漿甘油三酯，降低從VLDL轉化而來的高密度脂蛋白膽固醇含量。HL與LPL具有一樣的功能，但它對低密度脂蛋白（LDL）的代謝具有更高的親和力。Trautwein等[31]提出，植物甾醇可以抑制脂肪酶、酯酶和其他與固醇吸收過程有關的酶活性，結果表明，膽固醇酯必須水解為游離膽固醇，才能通過某些酯酶被腸道細胞吸收。Krause等[32]通過對ACAT抑制劑對大鼠膽固醇吸收的影響的研究證明，植物甾醇可以抑制ACAT活性，從而降低腸道膽固醇攝取。本研究表明，植物甾醇可顯著降低LPL和HL的活性。Moghadasian等[33]將小鼠敲除載脂蛋白E基因，其結果與本試驗相似，研究發現普羅布考和植物甾醇混合物能顯著降低LPL和HL的活性和VLDL/LDL膽固醇的濃度，但是HDL和TC的濃度無改變，揭示高密度脂蛋白含量較低導致LPL降低。因此，植物甾醇降低膽固醇濃度可能是由于LPL和HL活性降低所致。

4 結論

日糧中添加適量的植物甾醇有益于泌乳后期的奶牛。本研究結果表明，在奶牛日糧中添加200mg/d的植物甾醇可有效提高產奶量。植物甾醇還能提高某些氧化酶活性，減少氧化產物，這對保護奶牛肝臟的健康很重要。此外，E2的分泌也受植物甾醇的影響?？傊?，日糧中補充200mg植物甾醇對降低血液膽固醇水平至關重要，植物甾醇抗氧化劑的作用有助于維持奶牛的健康。