2. 中国科学院亚热带农业生态研究所, 长沙 410125;
3. 湖南省畜牧兽医研究所, 长沙 410131
2. Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China;
3. Hunan Institute of Animal and Veterinary Science, Changsha 410131, China
桑叶是桑科植物桑(Morus alba L.)的叶,具有丰富的营养价值与药理活性作用,在1993年即被我国国家卫生部认定为药食两用品[1]。桑叶中含有多种天然活性成分,如黄酮、多酚、多糖及生物碱类物质[2],具有降血糖[3]、降血脂[4]、保护心脏[5]、增强机体抗氧化能力[6]、抗肿瘤[7]和抑菌[8]等功效。桑叶黄酮(flavonoids from mulberry leaf,FML)作为桑叶中最重要的活性成分之一,占桑叶干物质的1%~3%[9],其主要成分包括芸香苷、槲皮素、异槲皮素和二氢山奈素4类[10]。
近年来,随着畜牧行业对新型植物性蛋白质饲料的需要,桑叶潜在的饲用价值被进一步发掘。有关桑叶中天然活性成分的研究日益增多,特别是对FML降糖、降脂等生理作用及机制的研究正逐渐被更多从业者重视[11]。陈冰等[12]研究发现,添加适量的FML能改善吉富罗非鱼肌肉中氨基酸组成,提高其抗氧化能力。江正菊等[13]研究发现,FML可遏制患高血脂症大鼠的血糖持续升高的趋势,对稳定血脂浓度也有一定的作用。此外,FML还可使患有高血脂症的大鼠动脉粥样硬化指数显著降低,进而起到预防动脉粥样硬化的作用[14]。李向荣等[15]则研究发现,FML能够加速胆固醇的转运和代谢,从一定程度上揭示了桑叶总黄酮提取物的降脂作用。
肝脏是动物最重要的器官之一,承担着维生素合成与储存、胆汁分泌与排泄、有毒物质代谢、分泌性蛋白质合成及造血等生理功能,最能反映机体的营养、生理和病理状态[16-17]。同时,肝脏参与了机体的糖脂代谢,作为胰岛素的靶器官,既能通过糖异生作用合成葡萄糖,又能主动摄入葡萄糖并将其转化为糖原储存起来,对维持血糖平衡具有积极意义[18]。肝脏是将动物机体内的甘油三酯、磷脂以及胆固醇等脂质分解为游离脂肪酸的主要场所,因此其代谢能力的正常与否关乎到血脂平衡与体脂的沉积。当饲粮中脂质含量过高时,机体脂类合成代谢作用增强,进而导致甘油三酯与胆固醇在肝脏中的过量沉积,易诱发非酒精性脂肪肝与高脂血症[19]。肾脏则是动物最重要的排泄与内分泌器官,它通过排尿的形式来调节并维持机体内水、电解质和酸碱平衡,通过分泌激素参与全身电解质、水和血压的调节[20]。研究表明,游离脂肪酸的升高是糖尿病患者肾功能损害的危险因素之一,因此糖尿病患者要改善预后必须合理控制血脂[21]。朱盼[22]研究发现,内源性n-3多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)能通过上调超氧化物歧化酶1(superoxide dismutase 1,SOD1)的表达,缓解动物机体内的氧化应激,对抑制链脲佐菌素诱导的肾脏纤维化、预防并改善糖尿病肾病具有非常重要的作用。目前,关于FML对动物机体肝脏与肾脏中的脂肪酸和氨基酸沉积的影响研究甚少,因此有必要借助合适的动物模型对其进行深入探索。
巴马香猪属华南型猪,原产于广西巴马瑶族自治县境内的巴马镇,产区群众称之为“冬瓜猪”“芭蕉猪”或“两头乌”[23]。巴马香猪是我国的本土小型猪种之一,属典型的脂肪型动物。本研究以育肥期的巴马香猪杂交后代为动物模型,分析FML对育肥猪肝脏和肾脏中氨基酸代谢与脂质代谢的影响,有望为抑制脂肪沉积、生产优质猪肉产品提供技术手段,对畜牧业可持续发展具有重要理论和实践意义。
1 材料与方法 1.1 试验材料FML由西安某生物科技有限公司生产,采用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)法提取,纯度大于80%(主要成分为黄酮和黄酮醇类),为鹅黄色粉末。
1.2 动物分组和处理选用体况健康、体重[(45.11±4.23) kg]相近的育肥期巴马香猪杂交后代60头,按体重随机原则分为5组,每组3个重复(栏),每个重复4头猪。对照组饲喂基础饲粮,试验组分别在基础饲粮中添加0.02%、0.04%、0.08%和0.16%的FML。
1.3 基础饲粮试验所用基础饲粮为玉米-豆粕型,参照我国《猪饲养标准》(NY/T 65—2004)并结合试验猪场实际情况进行配制,其组成及营养水平见表 1。
试验前先对试验猪舍进行消毒,整个试验期为67 d,包括7 d预试期和60 d正试期。每日分2次饲喂,分别在08:00和16:00;猪只自由采食和饮水,每天07:00和15:00清粪2次,每天冲洗猪圈。其他饲养管理及防疫程序严格按照猪场常规方法进行。
1.5 样品采集在饲养试验结束当天每组随机选择6头猪(共30头),禁食12 h,次日早上空腹称重后屠宰;取肝脏、肾脏各2份,每份100 g,放入封口袋,-20 ℃保存。
1.6 测定指标及方法 1.6.1 组织器官发育指标称取各组试验猪的头、心脏、肝脏、脾脏、肾脏及板油重量并记录。
1.6.2 常规营养成分指标取各组试验猪的肾脏或肝脏组织样品,对其干物质、粗蛋白质和粗脂肪含量进行测定;采用冷冻干燥法(GB/T 6435—1986)测定水分含量,采用凯式定氮法(GB/T 6432—1994)测定粗蛋白质含量,采用乙醚抽提法(GB/T 6433—1994)测定粗脂肪含量。
1.6.3 氨基酸指标称取约0.2 g肾脏或肝脏冻干样品,放置于水解管中,加入6 mol/L的盐酸溶液10 mL,封口后放入110 ℃恒温箱内水解22 h,冷却后将水解管中的溶液转移、定容至100 mL容量瓶中,吸取滤液1 mL,利用RVC 2-18 CD plus盐酸型真空离心浓缩仪(Chirst,德国)蒸干滤液,随后加入1 mL 0.01 mol/L的盐酸溶液溶解,稀释后过0.22 μm滤膜,置于LH-8900型全自动氨基酸分析仪(HITACHI,日本)上检测氨基酸含量,并计算必需氨基酸(essential amino acid,EAA)、非必需氨基酸(non essential amino acid,NEAA)、风味氨基酸(flavor amino acid,FAA)和总氨基酸(total amino acid,TAA)的含量。
1.6.4 中长链脂肪酸指标称取约0.5 g肾脏或肝脏冻干样品,置于50 mL离心管中,加入4 mL苯-石油醚(1 ∶ 1)混合溶剂,密闭浸提24 h;加入4 mL 0.4 mol/L氢氧化钾-甲醇溶液,置于漩涡混合器上振荡3 min,静置30 min。加入超纯水分层后,取上层溶液并加无水硫酸钠以吸去样品中的水分。取200 μL待测样品,加800 μL正己烷稀释后过0.22 μm滤膜,借助7890A型气相色谱仪(Agilent,美国)对样品的中长链脂肪酸含量进行测定。
色谱分析条件为:色谱柱,SP-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm)毛细管柱,载气为高纯氮气,流速0.8 mL/min;柱温,初始温度140 ℃,保持5 min,以3 ℃/min升至220 ℃,保持40 min;火焰离子化检测器(FID)温度280 ℃,进样量1 μL,分流比20 ∶ 1。
1.7 数据统计分析所有试验数据采用SPSS 20.0软件中的ANOVA过程进行单因素方差分析,并进行线性(linear)和二次(quadratic)分析,P < 0.05为差异显著,差异显著时采用Duncan氏法进行多重比较,结果用平均值和均值标准误表示。
2 结果与分析 2.1 FML对育肥猪组织器官发育的影响由表 2可知,与对照组相比,饲粮添加FML对育肥猪器官重量无显著影响(P>0.05)。
由表 3可知,随着FML添加水平的提高,育肥猪肝脏中粗脂肪含量呈二次显著降低(P < 0.05);其中,0.16%FML组育肥猪肝脏中粗脂肪含量显著低于对照组和0.02%FML组(P < 0.05)。
由表 4可知,与对照组相比,饲粮添加FML对育肥猪肾脏中常规营养成分含量无显著影响(P>0.05)。
由表 5可知,与对照组相比,饲粮添加FML二次降低了育肥猪肝脏中甘氨酸、谷氨酸、酪氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、缬氨酸和组氨酸含量(P < 0.05),线性降低了育肥猪肝脏中苯丙氨酸、精氨酸、赖氨酸和亮氨酸含量(P < 0.05);其中,0.04%FML组育肥猪肝脏中酪氨酸含量显著低于对照组(P < 0.05)。
由表 6可知,与对照组相比,饲粮添加FML对育肥猪肾脏中所有氨基酸含量无显著影响(P>0.05)。
由表 7可知,与对照组相比,饲粮添加FML线性提高了育肥猪肝脏中十五烷酸甲酯(C15 ∶ 0)含量(P < 0.05),二次提高了肝脏中棕榈油酸(C16 ∶ 1)、十七烷酸(C17 ∶ 0)、花生酸(C20 ∶ 0)、二十碳四烯酸(C20 ∶ 4n6)和饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)含量(P < 0.05),二次降低了肝脏中亚麻酸(C18 ∶ 3n6)、二十四烷酸(C24 ∶ 0)、不饱和脂肪酸(unsaturated fatty acid,UFA)、PUFA和n-6 PUFA含量(P < 0.05)。
其中,0.02%FML组育肥猪肝脏中肉豆蔻酸(C14 ∶ 0)含量显著低于其他各组(P < 0.05);0.04%和0.16%FML组肝脏中C15 ∶ 0含量显著高于对照组和0.02%FML组(P < 0.05),0.08%FML组肝脏中C15 ∶ 0含量显著低于0.04%FML组(P < 0.05);0.16%FML组肝脏中C16 ∶ 1含量显著高于其他各组(P < 0.05);0.08%和0.16%FML组肝脏中C17 ∶ 0含量显著高于0.02%FML组(P < 0.05),0.16%FML组肝脏中C17 ∶ 0含量显著高于0.04%FML组(P < 0.05);0.02%FML组肝脏中油酸与反油酸(C18 ∶ 1n9)含量显著高于其他各组(P < 0.05);0.04%、0.08%和0.16%FML组肝脏中C20 ∶ 0含量显著高于对照组与0.02%FML组(P < 0.05);0.16%FML组肝脏中C18 ∶ 3n6含量显著低于对照组和0.02%FML组(P < 0.05);0.08%FML组肝脏中二十碳一烯酸(C20 ∶ 1)含量显著高于0.02%和0.16%FML组(P < 0.05),肝脏中二十碳二烯酸(C20 ∶ 2)含量显著高于0.16%FML组(P < 0.05);0.02%FML组肝脏中C24 ∶ 0含量显著高于0.16%FML组(P < 0.05);0.16%FML组肝脏中SFA含量显著高于对照组(P < 0.05);0.02%FML组肝脏中PUFA含量显著高于0.08%和0.16%FML组(P < 0.05)。
2.4.2 FML对育肥猪肾脏中脂肪酸含量的影响由表 8可知,与对照组相比,饲粮添加FML二次提高了育肥猪肾脏中C15 ∶ 0、C18 ∶ 3n6、α-亚麻酸(C18 ∶ 3n3)和n-3 PUFA含量(P < 0.05),二次降低了肾脏中C14 ∶ 0和C16 ∶ 1含量(P < 0.05)。
其中,各FML添加组育肥猪肾脏中C14 ∶ 0含量显著低于对照组(P < 0.05);0.16%FML组肾脏中C15 ∶ 0含量显著高于0.04%FML组(P < 0.05);对照组肾脏中C16 ∶ 1含量显著高于其他各组(P < 0.05);0.08%和0.16%FML组肾脏中C18 ∶ 3n6含量显著高于0.02%FML组(P < 0.05);0.08%和0.16%FML组肾脏中C18 ∶ 3n3和n-3 PUFA含量显著高于对照组和0.02%FML组(P < 0.05),且0.16%FML组肾脏中C18 ∶ 3n3和n-3 PUFA含量同时显著高于0.04%FML组(P < 0.05);0.02%和0.16%FML组肾脏中二十碳三烯酸(C20 ∶ 3n6)含量显著高于对照组、0.04%和0.08%FML组(P < 0.05);0.02%FML组肾脏中n-6/n-3 PUFA显著高于对照组、0.08%和0.16%FML组(P < 0.05)。
3 讨论 3.1 FML对育肥猪组织器官发育的影响已有多项研究表明,在饲粮中添加植物黄酮有利于动物的生长发育,对提高猪、牛和羊等常见经济动物的生产性能与繁殖性能有较大的帮助。陈庆菊[24]研究发现,在基础饲粮中添加40、80 mg/kg柑橘黄酮能显著提高断奶仔猪的末重、平均日增重和平均日采食量,并显著降低料重比及腹泻指数,对改善断奶仔猪的肠道健康十分有益。毛玉平等[25]研究发现,在饲粮中添加100 mg/kg大豆异黄酮不仅对提高青年奶山羊的平均日采食量、平均日增重和相对增重最为有利,并且可以通过提高奶山羊血液中雌激素和生长激素的水平,促进动物肌肉蛋白的合成,进而提高其生产性能。占今舜[26]研究发现,饲粮添加适宜水平的苜蓿黄酮能够提高奶牛的采食量和产奶量,改善乳品质和降低体细胞数量。刘莹莹等[27]选取60头巴马香猪杂交后代,在基础饲粮的基础上分别添加0.02%、0.04%、0.08%和0.16%FML,探究了FML对脂肪型巴马香猪生长性能的影响,结果表明:随着饲粮FML添加水平的提高,育肥猪的末重和平均日增重呈线性和二次提高,料重比呈线性和二次降低,平均日采食量则无显著变化。这说明饲粮添加FML有助于提高巴马香猪的生长性能,FML具备作为功能性饲料添加剂进而被加以研发与应用的潜力。而在本试验中,饲粮添加FML对育肥猪头、心脏、肝脏、脾脏、肾脏和板油等组织器官的重量影响不显著,原因可能是育肥猪的采食量较大,代谢作用旺盛,外源性的FML难以在较短的饲养周期内迅速影响动物的器官生长与发育。此外,本试验所用的猪数量较少以及FML添加水平较低也可能是导致该结果的2个重要原因。因此,有必要提高FML在育肥猪饲粮中的添加量,延长饲养期以进一步研究FML对育肥猪组织器官发育的影响,并综合评价在FML干预前后试验猪生长性能的变化。
3.2 FML对育肥猪肝脏和肾脏中常规营养成分含量的影响动物肝脏富含优质蛋白质、碳水化合物、维生素和矿物质等营养成分,是一种食用价值较高的滋补佳品,据统计,每100 g猪肝中的优质蛋白质高达19.49 g,高于瘦牛肉与瘦羊肉,动物肝脏中不仅含有比例恰当的多种氨基酸,还含有大量的超氧化物歧化酶以发挥其抗脂质氧化的作用。据统计,每100 g猪肝含5.78 mg锌和19.21 mg硒,因此食用猪肝有助于补充这些微量元素,提高机体免疫力[28]。猪的肾脏含有蛋白质、脂肪、维生素A、维生素B、维生素C以及铁、钙、磷等多种营养素,具有补肾疗虚、生津止渴的功效,食用与药用价值较高[29]。在本试验中,0.16%FML组育肥猪肝脏中粗脂肪含量显著低于对照组和0.02%FML组,说明饲粮添加FML能够改善肝脏中原有的脂质代谢情况,加速脂肪的分解与消耗,具有一定的降脂作用,且这种作用呈现出一定的量效关系,即随着饲粮中FML添加水平的逐渐提高,肝脏中粗脂肪含量逐渐降低,FML对脂质代谢的改善作用越强。这与陈仁伟[30]对沙葱黄酮的报道有不一致的地方,原因可能是FML与沙葱黄酮在成分和化学结构上存在差异,且其所用样品为肉羊的背最长肌,与本试验所用的育肥猪肝脏和肾脏不同。
3.3 FML对育肥猪肝脏和肾脏中氨基酸含量的影响蛋白质的代谢本质上是氨基酸在机体内的消化与吸收,氨基酸作为多种酶及激素的母体或原料,在动物体内发挥着调节生理生化功能、促进生长和提高生产性能等作用[31]。饲粮中的蛋白质经过胃肠道一系列消化作用后,经小肠黏膜吸收并以氨基酸形式进入血液,在动物各器官内经过脱羧作用合成各种所需要的蛋白质[30]。其中,苯丙氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸作为动物自身不能合成且对动物生理过程有重要作用的8类EAA,它们的含量与比例在很大程度上决定了蛋白质的质量,进而可以用于评价猪肉的营养价值;而天冬氨酸与谷氨酸因具有鲜味,与丙氨酸、脯氨酸及甘氨酸均为影响猪肉香味的FAA,FAA的含量与组成可反馈出猪肉味道的鲜美程度[32-33]。
肝脏、肾脏是研究机体氨基酸代谢的2个重要器官。肝脏中氨基酸代谢非常活跃,来自肠道的氨基酸、小肽以及外周组织中多余的氨基酸都能通过血液运输到肝脏中,经转氨作用生成其他的氨基酸,或经脱氨参与尿素循环,亦或合成蛋白质,进而完成代谢过程。进入肝脏的总氨基酸中只有一小部分以游离氨基酸的形式进入外周循环[34]。肾脏是动物最重要的排泄器官,通过形成尿液排泄代谢终产物、药物和毒物等;此外,在肾小球形成的原尿基础上,经肾小管对水、葡萄糖、蛋白质和氨基酸进行有效地重吸收,进而对体液、电解质和酸碱平衡进行调节,对维持机体内环境稳态有重要的作用;肾脏作为一个内分泌器官,能产生多种生物活性物质,如肾素、促红细胞生成素等,亦参与了胰岛素、胃泌素和甲状旁腺激素等体内激素的灭活[35-36]。肾脏通过对氨基酸及多肽类物质进行合成、降解、滤过、重吸收以及经尿排泄等处理,从而对体内氨基酸池的稳态起着重要的作用,在正常的生理状态下,肾脏每天会滤过50~70 g氨基酸,其中有97%~98%的氨基酸会在近端小管处被重吸收[35]。通过检测肝脏和肾脏中的氨基酸含量一方面可以评价这些器官中蛋白质的质量,进而作为衡量育肥猪肝脏和肾脏风味与品质的基础;另一方面则用于分析FML对育肥猪肝脏和肾脏中氨基酸代谢的影响。在本试验中,饲粮添加FML使育肥猪肝脏中大部分氨基酸含量下降,其中0.04%FML组肝脏中酪氨酸含量显著低于对照组,而在肾脏中各氨基酸含量差异不显著。本试验所得到的一系列结论与樊路杰[37]的报道部分相似,与陈冰等[12]、陈仁伟[30]的报道存在较大差异,初步推测FML可能会促进肝脏内氨基酸的分解。总而言之,育肥猪肝脏和肾脏中氨基酸含量的变化情况在FML的影响下是不同的,而导致这一现象的原因可能是器官差异性,故FML对育肥猪肝脏和肾脏中氨基酸含量的具体影响机制还有待进一步研究。
3.4 FML对育肥猪肝脏和肾脏中脂肪酸含量的影响脂肪酸按照是否含有双键可分为SFA与UFA,而根据双键的数目又可将UFA细分为只含1个C—C双键的单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)与含2个或2个以上C—C双键的PUFA[38]。SFA来源于家畜肉与乳类中的脂肪,其主要作用是提供能量,若摄入不足易导致脑出血、贫血等疾病;此外,SFA可以调节肝脏的脂质代谢,减轻肝脏脂肪的积累,有效地治疗酒精性肝病[39]。PUFA是构成生物膜脂质结构的重要组分,对生物膜结构与功能的维护和稳定起着至关重要的作用;作为一种活性物质,PUFA亦与人体免疫系统功能及心脑血管疾病、糖尿病和肿瘤等多种疾病的发生密切相关[40],n-6 PUFA能导致血小板凝集和血栓形成,对动物肿瘤的发展有促进作用,n-3 PUFAs则表现出抑癌作用[39]。其中,C20 ∶ 4n6、亚油酸(C18 ∶ 2n6)及C18 ∶ 3n3是人体必需的3类PUFA,后2类更是作为合成n-6和n-3 PUFA过程中不可或缺的前体[41]。有研究报道,向妊娠后期的母猪饲粮中添加n-3 PUFA可促进孕体发育,提高仔猪出生前后的存活率,若长期添加n-3 PUFA,还能缓解断奶后仔猪所受到的应激,增强仔猪对环境的适应能力,提高其对葡萄糖等营养物质的吸收效率[42]。
肝脏在动物脂类代谢中起到了非常重要的作用,是脂肪酸合成的主要部位,约占合成脂肪酸的90%以上。肝脏、肾脏等器官也是易发生脂肪的变性与沉积的部位,因此是研究脂代谢的2个重要器官[43]。肝肾中脂质的不断积累可能会导致肝肾中脂质代谢的改变,诱发脂质毒性效应。作为环境与药物毒性的常见靶标,肾脏对机体脂质的异常沉积比较敏感,过多的脂质若沉积于肾脏中,会损伤肾脏的正常功能[44]。由于育肥猪肝肾中的脂肪酸及其降解物对其风味、营养价值影响较大,因此检测肝肾中的脂肪酸组成及含量一方面对于综合评价FML对脏器膳食营养价值的影响是很有必要的,另一方面则可观察FML对肝脏和肾脏中的脂代谢过程及脂质沉积是否存在改善作用。本试验结果显示:0.02%FML组育肥猪肝脏中C14 ∶ 0和C17 ∶ 0含量显著低于对照组,肝脏中C18 ∶ 1n9含量显著高于对照组,且肝脏中PUFA含量显著高于0.08%和0.16%FML组。与肝脏类似的是,0.02%FML组育肥猪肾脏中C14 ∶ 0含量亦显著低于对照组,且饲粮添加FML后,肾脏中C18 ∶ 3n6、C18 ∶ 3n3和n-3 PUFA含量提高,0.08%和0.16%FML组肾脏中C18 ∶ 3n3和n-3 PUFA显著高于对照组,说明饲粮添加0.08%和0.16%FML对提高育肥猪肾脏中部分PUFA尤其是n-3 PUFA含量有利。综上所述,饲粮添加适宜水平FML可以改善育肥猪肝肾中脂肪酸的组成比例,即提高这些器官中部分PUFA的含量,并降低某些SFA的含量,这一结论与陈仁伟[30]、刘莹莹等[45]、丁赫等[46]的研究结果相似。但不可否认的是,FML对育肥猪肝脏和肾脏中UFA和SFA的影响呈现出较大的器官差异性,而导致这一结果出现的原因可能是肝脏与肾脏之间在结构、功能上存在本质不同。目前FML对育肥猪肝脏和肾脏中各类中长链脂肪酸的影响机制尚不清楚,需进一步试验探究。
4 结论饲粮添加适宜水平的FML能够改善育肥猪肝脏中原有的脂质代谢情况,具有一定的降脂作用。随着饲粮中FML添加水平的逐渐提高,育肥猪肝脏中粗脂肪含量逐渐降低,FML对脂质代谢的改善作用越强。FML对育肥猪肝脏和肾脏中氨基酸及中长链脂肪酸的影响存在较大的器官差异性,但添加适宜水平的FML均可以提高肝脏和肾脏中部分PUFA的含量,降低部分SFA的含量。其中,饲粮添加0.02%FML可降低育肥猪肝脏中多种SFA的含量,提高部分PUFA的含量;而添加0.08%和0.16%FML则对提高肾脏中n-3 PUFA的含量有利。
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