辣椒碱对热应激奶牛采食量、产奶性能和血清生化指标的影响

引用本文

朱靖, 谢颖, 裴明财, 韩兆玉. 辣椒碱对热应激奶牛采食量、产奶性能和血清生化指标的影响[J]. 动物营养学报, 2020, 32(9): 4158-4165.

ZHU Jing, XIE Ying, PEI Mingcai, HAN Zhaoyu. Effects of Capsaicin on Intake, Milk Performance and Serum Biochemical Indexes of Heat Stressed Dairy Cows[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2020, 32(9): 4158-4165.

辣椒碱对热应激奶牛采食量、产奶性能和血清生化指标的影响

朱靖 , 谢颖 , 裴明财 , 韩兆玉

南京农业大学动物科技学院乳牛科学研究所, 南京 210095

收稿日期: 2020-03-24

基金项目: 江苏现代农业（奶牛）产业技术体系项目（JATS[2019]434）

作者简介: 朱靖(1996-), 男, 江西九江人, 硕士研究生, 研究方向为反刍动物营养与调控。E-mail:1783687191@qq.com.

通信作者: 韩兆玉, 教授, 博士生导师, E-mail:zyhan6708@njau.edu.cn.

摘要: 本试验旨在研究辣椒碱对热应激奶牛采食量、产奶性能及血清生化指标的影响。选择年龄、胎次、泌乳日龄及产奶量相近的40头荷斯坦奶牛，随机分为对照组和试验组，每组20头。对照组奶牛饲喂原奶牛场饲粮，试验组在此基础上每头添加1.2 g/d的辣椒碱，每天饲喂3次，预试期7 d，试验期2个月。每天记录牛舍温湿指数；每天记录投料量和剩料量，测定干物质含量，计算干物质采食量；每周测量试验奶牛直肠温度；试验第1、15、30、45、60天时，分别记录产奶量并采集奶样测定乳成分相关指标；试验第1及60天时，牛尾根采血10 mL，离心后取上清，测定血清生化指标。结果表明：试验牛处于轻微热应激水平，添加辣椒碱能够缓解奶牛直肠温度上升，同时显著提高奶牛干物质采食量（P < 0.05），显著降低乳体细胞数（P < 0.05）。但添加辣椒碱对产奶量和乳脂率、乳糖率、乳蛋白率没有显著影响（P>0.05）。此外，添加辣椒碱能够显著降低血清磷酸肌酸激酶活性及皮质醇和丙二醛含量（P < 0.05），对血清谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性没有显著影响（P>0.05）。总而言之，夏季热应激奶牛饲粮中添加辣椒碱能够促进奶牛采食，并有益于改善血清生化指标，但对产奶性能没有显著改善。

关键词: 辣椒碱热应激产奶性能血清生化指标

Effects of Capsaicin on Intake, Milk Performance and Serum Biochemical Indexes of Heat Stressed Dairy Cows

ZHU Jing , XIE Ying , PEI Mingcai , HAN Zhaoyu

Institute of Dairy Science, College of Animal Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

Corresponding author: HAN Zhaoyu, professor, E-mail:zyhan6708@njau.edu.cn.

Abstract: The purpose of this experiment was to study the effects of capsaicin on intake, milk performance and serum biochemical indexes of heat stressed dairy cows. Forty Holstein cows with similar age, parity, day in milk and milk yield were randomly divided into control group and experimental group with 20 cows in each group. The control group was fed the formula diet of the original dairy, and the experimental group was added 1.2 g/d capsaicin. The pre-feeding period was 7 days and the experimental period was 2 months. The temperature and humidity index of the cowshed were recorded every day; the amount of feed and leftover every day was recorded, the dry matter content was determined, and the dry matter intake was calculated. The rectal temperature of experimental cows was measured every week; on the 1, 15, 30, 45 and 60 days of the experiment, the milk yield was recorded and milk samples were collected to determine the milk composition; on the 1 and 60 days of the experiment, 10 mL of blood was collected from the tail root, and the supernatant was taken after centrifugation to determine serum biochemical indexes. The results showed that capsaicin could alleviated the rectal temperature rise, promoted the intake of milk (P < 0.05), decreased the milk somatic cell number. However, capsaicin had no significant effect on milk yield, milk fat rate, milk lactose rate, milk protein rate (P>0.05). In addition, capsaicin could reduce the serum creatine phosphokinase activity, cortisol and malondialdehyde contents (P < 0.05), but had no significant effect on the activities of serum glutathione peroxidase and superoxide dismutase (P>0.05). All in all, adding capsaicin in diets in summer heat stress can promote the intake and is beneficial to improve serum biochemical indexes of dairy cows, but it has no significant effect on the milk performance.

Key words: capsaicin heat stress milk performance serum biochemical indexes

我国南方地区夏季高温多雨，易导致奶牛热应激反应，极不利于生产养殖。牛舍温湿指数(temperature humidity index, THI)是评估奶牛热应激程度的常用手段，根据THI的不同可以将热应激划分为轻度热应激(70≤THI≤79)、中度热应激(80≤THI≤89)、严重热应激(THI≥90)^[1]。奶牛热应激反应表现为厌食、少动^[2]，干物质采食量直接影响奶牛的生产性能，因此如何促进热应激奶牛采食至关重要。辣椒为木兰纲，茄科，辣椒属，1年或有限多年生的草本植物，辣椒碱(capsaicin, CAP)是辣椒活性提取物中的重要成分，是最主要的功能物质^[3]。最初有关CAP的报道大都集中在医学领域。大量医学研究证明，CAP具有抗癌^[4]、抗氧化^[5]、抗菌^[6]及镇痛^[7]作用。随着辣椒产业的发展及CAP提取工艺的改进，动物学家们逐步探究了其在畜牧业的发展潜力。有学者将CAP作为添加剂饲喂奶牛，探究CAP刺激性气味提高奶牛干物质采食量和调节瘤胃发酵的潜力^[8-9]，其结果显示CAP可增加瘤胃中丙酸的生成，减少醋酸或甲烷的生成。此外，最近有研究报道，生长性能的改善可能是由于宿主的生理和免疫反应，而不是CAP的直接抗菌或刺激作用，如Karadas等^[10]的研究发现，CAP与其他植物提取物混合后能够降低氧化应激反应；Lee等^[11]发现在健康和患病的肉鸡饲粮中添加CAP，能够改善肠道健康，防止疾病发生。由此可见，CAP具有开发为饲料添加剂的潜力，但其在奶牛上鲜有研究报道，CAP能否提高夏季热应激奶牛生产性能、促进奶牛健康、改善乳品质仍不确定。因此，本试验拟在夏季高温时，在基础饲粮中添加CAP，探讨CAP对热应激奶牛采食量、产奶性能和血清生化指标的影响，以期为CAP在奶牛生产中的应用提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

本试验采用微囊包被的天然CAP，由广州某生物科技股份有限公司提供，有效成分为2%，其余成分为石粉、沸石粉等载体。

1.2 试验设计

选取体况良好、处于泌乳中期及泌乳天数[(150±5) d]、平均体重[(584±10) kg]、胎次(2.0±0.9)相近的健康荷斯坦奶牛40头，随机分为对照组和试验组，每组20头。试验地为卫岗乳业新沂牧场，试验时间在夏季7~9月份。对照组饲喂原奶牛场饲粮，试验组在原奶牛场饲粮基础中添加1.2 g/d CAP(生产方建议添加量)，用少量玉米粉混合后均匀地分成3份，分别于每日04:00、12:30、19:00均匀地撒在奶牛饲粮上。保证自由饮水，定期对牛舍消毒，打扫卫生。预试期7 d，正试期2个月。原奶牛场基础饲粮组成及营养水平见表 1。

表 1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis)

1.3 牛舍THI与试验牛直肠温度的测定

试验期间每天测定牛舍的温度和湿度, 计算THI。每天08:00、14:00和20:00分别读取牛舍内前、中、后6个固定点的电子温湿度计的温度(T，℃)和相对湿度(RH，%)。THI计算公式如下：

试验期间每周测定1次试验奶牛的直肠温度。直肠温度使用兽用体温计进行测定。测量前保证体温计示数在35 ℃以下，用75%乙醇棉球消毒，一手持体温计，旋转插入直肠约2/3后固定。测量前体温计后端用棉线拴系1个夹子，体温计插入直肠后用夹子夹住奶牛皮肤固定。每次测定时间为17:00，2人各使用5只体温计同时测量，保证前后测量牛只时间相近，共测定40头牛。

1.4 干物质采食量、产奶量及乳成分的测定

试验期间，采用全自动配料机配料，每天记录总投料量，每天早上分别清理2组试验牛剩料并称重记录，测定干物质含量，计算试验牛干物质采食量。试验第1、15、30、45、60天时，分别记录产奶量并采集奶样，用装有防腐剂的50 mL离心管按奶样早:中:晚=4:3:3收集并混合均匀，冰袋保存迅速带回南京农业大学乳品检测中心，使用全自动乳成分分析仪(MilkoScan-FT120)进行检测，测定指标有乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳总固形物率、乳体细胞数和乳尿素氮含量。4%标准乳(4% FCM)产量计算公式如下：

式中：M为产奶量，F为乳脂率。

1.5 血清生化指标的测定

在试验第1及60天时，分别尾静脉采血10 mL，分离血清，-80 ℃保存待测。测定血清生化指标包括：葡萄糖(glucose, GLU)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)活性，以上指标由酶标仪(RT-6000)测得，试剂盒来源为南京建成生物工程研究所；血清皮质醇(cortisol, COR)、多巴胺(dopamine, DA)含量及磷酸肌酸激酶(phosphocreatine kinase, CPK)活性由江苏酶免实业有限公司检测，测定仪器为全自动放射免疫仪(Sn-69513)，使用试剂盒为放射免疫试剂盒，由江苏酶免实业有限公司生产。

1.6 数据统计分析

试验所得数据由Excel 2016初步处理后用SPSS 20.0的一般线性模型(GLM)进行双因素方差分析(two-way ANOVA)，然后各组间进行最小显著差数(LSD)法多重比较，所有数据结果用平均值±标准误表示。P < 0.05为差异显著，所有数据采用的样本数相同。

2 结果与分析 2.1 热应激水平鉴定与直肠温度

根据West等^[1]的方法判定奶牛热应激水平，当牛舍THI低于70时，奶牛不会出现热应激；当THI在70~79时，奶牛会出现轻微热应激。图 1-A所示为试验期间牛舍THI变化趋势，结果显示至8月底牛舍THI高于70，表明试验牛群处于轻微热应激环境，2组牛舍THI差异不显著(P>0.05)。图 1-B表示试验期间奶牛直肠温度变化趋势，结果显示在8月中上旬时，饲粮中添加CAP能够显著缓解奶牛直肠温度的上升(P < 0.05)。

**表示同一时间2组之间差异显著(P < 0.05)。 ** mean significant difference between the two groups at the same time (P < 0.05). 图 1 牛舍温湿指数及试验牛直肠温度 Fig. 1 THI of cowshed and rectal temperature of test cattle

2.2 辣椒碱对热应激奶牛干物质采食量、产奶量及乳成分的影响

由表 2可知，试验时间和处理对奶牛干物质采食量、产奶量和乳成分均没有显著互作效应(P>0.05)。第15、30天，试验组干物质采食量显著高于对照组(P < 0.05)；第30天，试验组乳蛋白率显著高于对照组(P < 0.05)；第30、45天，试验组乳体细胞数显著低于对照组(P < 0.05)。其他时间各指标组间差异均不显著(P>0.05)。产奶量、4% FCM产量、乳脂率以及乳尿素氮含量随试验时间变化显著(P < 0.05)，但同一时期处理间无显著变化(P>0.05)。

表 2 辣椒碱对热应激奶牛干物质采食量、产奶量及乳成分的影响 Table 2 Effects of capsaicin on DM intake, milk yield and milk composition of heat stressed dairy cows

项目 Items	组别 Groups	时间Time/d					双因素方差分析 Two-way ANOVA
项目 Items	组别 Groups	1	15	30	45	60	时间 Time	处理 Treatment	互作 Interaction
干物质采食量 Dry matter intake/(kg/d)	对照组 Control group	21.44 ±1.32^A	19.61 ±0.95^bB	20.23 ±1.03^bB	21.08 ±0.48^A	20.57 ±0.86^AB	＜0.01	＜0.01	0.13
干物质采食量 Dry matter intake/(kg/d)	试验组 Experimental group	21.86 ±1.27	21.42 ±1.01^a	21.62 ±0.93^a	21.81 ±0.74	21.43 ±1.22	＜0.01	＜0.01	0.13
产奶量 Milk yield/kg	对照组 Control group	34.63 ±1.62^A	33.62 ±0.65^A	27.00 ±1.50^B	27.75 ±1.28^B	32.00 ±1.26^A	＜0.01	0.15	0.62
产奶量 Milk yield/kg	试验组 Experimental group	34.13 ±1.53^A	33.44 ±1.38^A	29.44 ±1.11^B	28.35 ±1.84^B	33.13 ±1.07^A	＜0.01	0.15	0.62
4%标准乳产量 4% FCM yield/kg	对照组 Control group	32.40 ±1.48^A	31.75 ±0.32^AB	26.51 ±1.15^C	27.04 ±1.02^C	30.18 ±1.03^B	＜0.01	0.08	0.75
4%标准乳产量 4% FCM yield/kg	试验组 Experimental group	31.47 ±1.37^A	31.94 ±0.93^A	28.78 ±1.02^B	27.46 ±1.33^B	30.89 ±0.72^A	＜0.01	0.08	0.75
乳糖率 Milk lactose rate/%	对照组 Control group	4.90 ±0.37	4.98 ±0.55	4.76 ±0.28	4.95 ±0.43	4.89 ±0.33	0.32	0.82	0.56
乳糖率 Milk lactose rate/%	试验组 Experimental group	4.87 ±0.32	4.98 ±0.53	4.78 ±0.33	5.00 ±0.49	4.92 ±0.27	0.32	0.82	0.56
乳脂率 Milk fat rate/%	对照组 Control group	3.57 ±0.31^B	3.63 ±0.45^B	3.88 ±0.51^A	3.83 ±0.21^A	3.62 ±0.60^B	＜0.01	0.58	0.37
乳脂率 Milk fat rate/%	试验组 Experimental group	3.48 ±0.27^B	3.70 ±0.49^A	3.85 ±0.37^A	3.79 ±0.39^A	3.55 ±0.34^B	＜0.01	0.58	0.37
乳蛋白率 Milk protein rate/%	对照组 Control group	3.35 ±0.11^A	3.01 ±0.08^B	3.16 ±0.10^bAB	3.41 ±0.09^A	3.16 ±0.09^AB	0.01	0.02	0.58
乳蛋白率 Milk protein rate/%	试验组 Experimental group	3.26 ±0.07^AB	3.06 ±0.04^B	3.41 ±0.07^aA	3.34 ±0.06^AB	3.19 ±0.13^AB	0.01	0.02	0.58
乳总固体率 Milk total solid rate/%	对照组 Control group	11.91 ±0.51	12.25 ±0.57	12.13 ±0.78	12.41 ±0.63	12.01 ±0.25	0.09	0.16	0.78
乳总固体率 Milk total solid rate/%	试验组 Experimental group	11.76 ±0.44	12.06 ±0.65	12.76 ±0.64	11.77 ±0.33	11.96 ±0.47	0.09	0.16	0.78
乳尿素氮含量 Milk urea nitrogen content/(mg/dL)	对照组 Control group	13.98 ±1.34^AB	15.26 ±1.63^A	12.76 ±1.08^B	14.53 ±1.78^A	14.18 ±1.53^AB	＜0.01	0.35	0.48
乳尿素氮含量 Milk urea nitrogen content/(mg/dL)	试验组 Experimental group	15.09 ±1.46^A	15.14 ±1.24^A	13.00 ±1.02^B	15.21 ±1.63^A	14.45 ±1.74^AB	＜0.01	0.35	0.48
乳体细胞数 Mile somatic cell count/(×10⁴/mL)	对照组 Control group	28.78 ±3.78^A	9.28 ±0.86^C	25.28 ±1.97^aA	12.94 ±0.94^aB	14.27 ±2.39^B	＜0.01	＜0.01	0.07
乳体细胞数 Mile somatic cell count/(×10⁴/mL)	试验组 Experimental group	26.24 ±2.69^A	6.36 ±0.54^C	7.25 ±1.28^bC	6.83 ±0.73^bC	16.28 ±1.92^B	＜0.01	＜0.01	0.07
同列数据肩标不同小写字母表示同一时间不同组间差异显著(P < 0.05)，相同或无小写字母表示差异不显著(P>0.05)；同列数据肩标不同大写字母表示同一组不同时间差异显著(P < 0.05)，相同或无大写字母表示差异不显著(P>0.05)。 In the same column, values with different small letter superscripts mean significant difference between different groups at the same time (P < 0.05), with the same or no small letter superscripts mean no significant difference (P>0.05); in the same row, values with different capital letter superscripts mean significant difference in the same group at different time (P < 0.05), and with the same or no capital letter superscripts mean no significant difference (P>0.05).

表 2 辣椒碱对热应激奶牛干物质采食量、产奶量及乳成分的影响 Table 2 Effects of capsaicin on DM intake, milk yield and milk composition of heat stressed dairy cows

2.3 辣椒碱对热应激奶牛血清生化指标的影响

由表 3可知，第1、60天，与对照组相比，试验组血清中抗氧化酶GSH-Px和SOD活性均没有显著变化(P>0.05)。第60天，试验组奶牛血清丙二醛含量却显著下降(P < 0.05)，同时血清葡萄糖含量显著低于对照组(P < 0.05)；此外，试验组血清磷酸肌酸激酶活性和皮质醇含量均显著降低(P < 0.05)；试验组血清多巴胺含量比对照组高近180 pg/mL(P < 0.05)。

表 3 辣椒碱对热应激奶牛血清生化指标的影响 Table 3 Effects of capsaicin on serum biochemical indexes of heat stressed dairy cows

3 讨论

CAP是一种高辛辣香草酰氨类生物碱，是辣椒辛辣味的来源，具有抑菌、诱食、开胃、增加消化液分泌等多种生物学功能^[12-14]。此外，其无毒副作用、健康环保的特性，非常适合作为畜禽饲粮添加剂。Cardozo等^[15]试验表明，添加CAP能够增加肉牛干物质采食量和饮水量。此外还有研究报道了辣椒素能够激活全身副交感神经，其中包括采食调节的神经^[16]。本试验结果显示，试验组奶牛干物质采食量显著增加，同时发现血清中多巴胺含量上升，其可能原因是CAP的味道刺激神经系统兴奋，分泌多巴胺，从而促进采食。据Liu等^[17]报道，补充CAP能够降低猪的直肠温度，同时本试验显示CAP能够缓解轻微热应激水平时奶牛直肠温度的上升。此外有研究表明，在奶牛基础饲粮中添加CAP能够提高奶牛产奶量和饲料利用率^[17-18]，但在本试验中产奶量并没有显著升高，其原因可能是夏季高温导致奶牛热应激反应影响其泌乳。

血清代谢物含量的高低反映了动物营养水平和健康状况。在胰岛素和胰高血糖素的调节下，血清葡萄糖的分解与合成处于动态平衡，血糖是乳糖的主要前体物，并且是乳腺上皮细胞合成乳蛋白和乳脂的底物^[19-20]。有研究报道，饲粮中补充CAP饲喂大鼠不会影响血清葡萄糖含量^[21-22]。但De Koster等^[23]在奶牛的试验中报道，CAP能够降低血清胰岛素含量，胰岛素含量减少阻碍葡萄糖转化为骨骼肌和脂肪组织，使得多余的葡萄糖可以被乳腺运用合成乳糖、乳脂、乳蛋白等，从而提高牛奶的营养成分。在本试验中，与对照组相比，试验组血清葡萄糖含量显著降低，牛奶中乳蛋白率有上升趋势，这可能正如De Koster等^[23]报道的一样，更多的葡萄糖被乳腺利用了。此外，Liu等^[24]研究发现，在仔猪基础饲粮中添加CAP可以提高仔猪的免疫应答反应而促进健康生长，提高抗病力。本试验中也显示添加CAP在一定程度上能够降低乳体细胞数，改善乳品质。

奶牛在维持长期产奶的过程中往往会伴随着机体损伤，血清磷酸肌酸激酶活性及丙二醛和皮质醇含量都能从某一方面体现机体的健康状况^[25-27]，因此本试验测定了相关血清生化指标的变化，从而探讨CAP对奶牛健康养殖的潜力。磷酸肌酸激酶是与能量代谢密切相关的酶，其在血清中的活性可作为反映骨骼肌损伤及评定肌肉承受刺激的主要指标，机体负荷强度和时间越大，或发生炎症反应时其含量越高^[25]。有研究发现，CAP和姜黄素能够下调促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)和白细胞介素-8(IL-8)的表达，证明其能够消除炎症^[28]。在本试验中，试验组奶牛血清磷酸肌酸激酶活性显著降低，而对照组显著升高，说明CAP能够减轻奶牛肌肉损伤，有利于奶牛健康养殖。丙二醛是机体自由基作用于脂质发生过氧化反应的产物，是氧化应激的标志物，会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合，具有细胞毒性^[26]。在大鼠的研究上证明CAP能够减少氧化产物丙二醛和硫代巴比妥酸在动物血清和脏器中的含量^[29-30]。本试验同样发现，CAP能够显著降低奶牛血清中丙二醛含量，但发现血清中GSH-Px和SOD活性没有显著改变。CAP的分子结构中苯环上含有羟基，支链上具有碳碳双键，表明其具有一定的还原性，因此，我们猜测CAP并非通过增加血清抗氧化酶活性加速氧化产物的分解，而是通过与体内自由基直接作用，以减少机体氧化产物的生成。Wang等^[31]的试验也证实了这一猜想，辣椒素及其衍生物具有与维生素C类似的抗氧化功能，具有开发为天然食品添加剂和运用于医药领域的潜力。此外，血清皮质醇由肾上腺分泌，受下丘脑-垂体-肾上腺轴的控制，是一种主要的应激激素，当动物体处于应激状态时，皮质醇含量会显著升高，因此常用来代指动物体应激水平^[27]。Choi等^[32]在用CAP饲喂大鼠的试验中发现，血清皮质醇含量增加，同样的结果出现在Alving等^[33]对猪的研究中，但是Oh等^[18]在奶牛试验中却发现血清皮质醇含量降低了，这与本试验结果一致。因此，CAP对血清皮质醇含量的影响可能因动物的种类而异，CAP缓解奶牛应激的生理机制还有待进一步研究。

4 结论

添加1.2 g/d的CAP能够促进热应激奶牛采食，但对产奶量和乳脂率、乳糖率等没有显著影响，血清磷酸肌酸激酶活性和丙二醛含量的降低表明奶牛处于更加健康的生理状态，同时血清皮质醇含量的降低表明CAP能够缓解奶牛应激。因此，CAP能够作为添加剂饲喂奶牛，并且有益于奶牛的健康养殖。

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