活酵母能消耗瘤胃中的氧气吗?——活性干酵母作用机理见解

2017-11-13 14:21 荷斯坦奶农俱乐部网 访问量:17 [ 字号: ]
Dr.Johann Frericks  Leiber GmbH  译者 周勃 博士
深圳市英威欧联进出口有限公司
 
酵母类产品在反刍动物领域有广泛的应用,无论是活性干酵母还是酵母培养物,均获得了市场不同程度的认可。
其中,活性干酵母的供应商宣称的活性酵母重要作用机理之一是“耗氧理论”。具体含义是:活性酵母进入瘤胃,会消耗氧气,从而为瘤胃中的厌氧菌创造一个更加有利的发酵环境,进而改善饲料利用效率并改善动物的生产性能。
酵母菌的生长环境
但是,事实真的如此吗? 首先,众所周知,瘤胃是一个大的发酵罐,成年奶牛的瘤胃容积大小在50~60L,温度在38~40℃ ,正常pH范围在5.5~7.0左右,每克瘤胃内容物含细菌109~1010,原虫105~106,氧气含量很少,氧化还原电位在-250~ -450mv之间,平均-350mv。然后,再看看酵母菌的发酵和生长环境。酵母菌能在pH 值为3.0~7.5 的范围内生长,但是最适pH值为4.5~5.0,最适生长温度一般在28℃~30℃之间。同时,酵母菌是兼性厌氧的真菌。在缺乏氧气的环境下,酵母的代谢行为是将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳,本身不进行繁殖。酿酒酵母的繁殖是无性繁殖,需要在有氧环境中,代谢过程是将葡萄糖分解为二氧化碳和水。
由此可见,瘤胃环境并非酿酒酵母适宜的繁殖环境(氧气含量很少,pH和温度都不是最佳的环境)。这样的条件下,仅仅存在理论上的可能。
不同活性酵母对氧化还原电位的影响
实际上,这种理论上的可能性正在受到实验数据的挑战!如果活酵母在瘤胃中能够依靠消耗氧气进行繁殖或者代谢,那么势必会引起瘤胃中氧化还原电势电位的降低。B.Antlinger等2015年(Biomin Research Center,Tulln,Austria)的研究结果挑战了这一可能性。B.Antlinger使用连续人工瘤胃装置研究了灭活酿酒酵母(S.cerevisiae)和活性酿酒酵母(1x1010cfu/g)对氧化还原电位的影响。四个处理分别为:对照组,灭活酿酒酵母组(30g/d),低剂量活性酿酒酵母组(0.5g/d),高剂量活性酿酒酵母组(4g/d)。实验结果参见图1。
 
数据表明,灭活酿酒酵母和高剂量活性酿酒酵母均降低了氧化还原电位。显然,灭活酿酒酵母不可能繁殖和代谢,其降低氧化还原电位的原因必定是因为其促进了其他耗氧细菌的繁殖。低剂量活性酿酒酵母对于氧化还原电位没有影响。其他实验数据显示,灭活酿酒酵母和高剂量活性酿酒酵母均显著增加了挥发性脂肪酸(SCFAs)产量。有趣的是,只有灭活酿酒酵母提高了总细菌数量,两个活性酿酒酵母组均没有对细菌总数产生任何影响。这暗示灭活酿酒酵母和活性酿酒酵母可能存在着调控瘤胃代谢的不同机制。不过,这显然不会是“能否消耗氧气”。重要的是:是否有足够的酿酒酵母数量进入瘤胃!
不同酵素对总挥发性脂肪性酸的影响
Ozturk等(2003)在0.75L的连续人工瘤胃装置中,通过分别添加不同剂量(0,0.5g/d,1.5g/d)的灭活酵母和活性酵母(布拉迪酵母S. boulardii,2x1010cfu/g),发现低剂量活性酵母对发酵参数没有显著影响,而高剂量活性酵母则显著提高了总挥发性脂肪酸(SCFAs)的产量和氨氮(NH3-N)的产量。无论是低剂量还是高剂量活性酵母处理,都没有显著影响氧化还原电位。酵母灭活后(121℃,2.1atm,30分钟),得到了同样的结论,并且实验数据和同等剂量的活性酵母相比,没有显著差异。值得注意的是,考虑到成年泌乳奶牛的瘤胃容积大约在50~60L,上述添加量分别相当于33g/d和100g/d。实际上,即便是低剂量活性酵母添加量,也超过常规商业推荐添加量1倍以上。而高剂量的活性酵母添加量在商业上难以实现。尽管如此,这个研究结果和上述B.Antlinger等的研究结果都支持高剂量的活性酵母添加量可以取得显著影响瘤胃发酵参数的效果。
表1 活酵母和灭活酵母对瘤胃体外发酵参数的影响,均值±SD,n=3
 
Ozturk等(2004)比较了同样剂量(1.5g/d)的Yea-Sacc®活性酵母和灭活酵母对体外瘤胃发酵参数的影响,实验结果见表1。无论是活性酵母或者是灭活酵母,都增加了总挥发性脂肪酸(SCFAs)和氨氮(NH3-N)产量。但是活性和灭活两者之间没有差异。由于有机物的消失率在各处理间没有显著差异,因此作者认为酵母,无论具有活性与否,都是作为一种益生元(prebiotic)提供给微生物作为底物利用。
不同实验证明添加剂的重要性
 
图2 瘤胃细菌分解酵母(德国Leiber GmbH提供)
 
实际上,在电子显微镜下,可以清晰地观察到瘤胃细菌附着在酵母细胞上将其分解的过程(图2)。如果酵母无论是否具有活性,本身都能够作为底物供微生物利用,那么酵母的添加剂量就显得非常重要。国内某农业大学(内部交流)利用人工瘤胃装置对商业活性酵母和酵母培养物做了横向评估。实验使用的产品涵盖了国内外主流的活性酵母和酵母培养物供应商(表2)。实验结果从侧面印证了上述观点:添加剂量很重要。
表2 实验中使用的产品和添加量
 
 
图3 活性酵母和酵母培养物对瘤胃体外挥发性脂肪酸产量的影响
从上述研究结果可以看出,消耗氧气造成瘤胃厌氧环境不能成为活性酵母作用机理的理论依据。在生产中,无论是活性干酵母还是灭活的酵母培养物,均有广泛应用。酵母本身可作为益生元(Prebiotic)的参与瘤胃调控的事实提示:无论是否具有活性,酵母细胞的数量对于使用效果很关键。
 
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