不同含量富鉻酵母對高GTF活性牛奶產量及鉻含量的影響

王 軒，杜道輝，李 津，劉素芬，馮前進

（1.山西中醫學院，山西太原030024； 2.武漢市黃陂區人民醫院，湖北武漢430300）

隨著生活水平的提高及生活方式的改變，2型糖尿病及葡萄糖耐量減低（impaired glucose tolerance，IGT）患病率迅速上升。越來越多的研究表明，在IGT階段，大血管病變的因素已經存在［1］。如何預防和干預IGT的發生和發展，是我國生命科學所面臨的嚴峻問題。課題組充分運用奶牛的生物轉化功能，從富鉻酵母中轉化高活性葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor，GTF），避免了因 GTF的組成和結構尚不能確定而帶來的GTF分離提純的難題，這種生物轉化性高GTF活性牛奶及生產方法已獲得國家發明專利［2］。本文通過實驗探討了不同含量富鉻酵母對生物轉化性高GTF活性牛奶的產量及鉻含量的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗動物 由山西畜牧科技園提供健康新西蘭進口純種奶牛40頭。預試期10 d，預試期觀察奶牛的精神狀態、產奶量、飲食情況，沒有發現異常情況即可開始實驗。實驗期內奶牛自由飲水、自由活動。定期飼喂，定量飼喂精料，飼喂精料前把富鉻酵母均勻拌入精料中。

1.1.2 實驗材料 富鉻酵母（鉻含量2 g/kg，湖北宜昌安琪酵母股份有限公司，生產批號：20080112），配成3個飼料鉻水平，分別為100 mg/d、200 mg/d、300 mg/d。

1.1.3 基礎飼料配方 玉米30%、大麥23%、青貯飼料8%、豆餅7.5%、礦物質添加劑1%、田玉粉5%、食鹽1%、細草粉等其他飼料24.5%。

1.2 實驗方法

供試奶牛隨機分為正常對照組、富鉻酵母添加小劑量組（小劑量組）、富鉻酵母添加中劑量組（中劑量組）和富鉻酵母添加大劑量組（大劑量組）4組，每組 10 頭。分別按 0 mg/d、100 mg/d、200 mg/d、300 mg/d飼料鉻含量水平連續喂養7 d，觀察各組奶牛行為學變化包括體重、活動量、飲水、攝食、二便、毛發等一般情況的變化；喂養的第1、3、5、7天收集牛奶噴霧干燥成奶粉，編號密封保存，送山西食品工業研究所食品檢驗科，用原子吸收法進行奶粉鉻含量測定。擠奶后稱重并記錄日產奶量。

1.3 統計學方法

采用SPSS12.0統計分析軟件進行數據分析，數據以均數±標準差（±s）表示，計量資料采用組間t檢驗（方差不齊時用t′檢驗）。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般情況

與正常對照組相比，富鉻酵母添加各劑量組奶牛的體重、活動量、二便、毛發、精神狀況等無明顯變化。

2.2 不同鉻含量飼料喂養對奶牛產奶量的影響

結果見表1。

表1 不同鉻含量飼料喂養對奶牛產奶量的影響 （±s）

表1 不同鉻含量飼料喂養對奶牛產奶量的影響 （±s）

喂養后產奶量（kg）第1天 第3天 第5天 第7天正常對照組 20.16±1.2520.06±1.0419.96±1.3220.12±1.1920.02±0.89小劑量組 20.08±1.3620.13±1.2520.00±1.2220.01±1.3119.97±1.01中劑量組 19.95±1.1720.17±1.2419.87±1.0419.90±1.2020.07±1.14大劑量組 19.91±1.2920.02±1.2020.07±1.2920.10±1.2320.00±1.10組別 喂養前產奶量（kg）

由表1可以看出，與正常對照組相比，小、中、大劑量組奶牛產奶量變化不明顯（P>0.05）。與喂養前產奶量相比，富鉻酵母添加各劑量組喂養的第1、3、5、7天之間奶牛產奶量比較差異無統計學意義（P>0.05），說明富鉻酵母添加喂養的時間對奶牛產奶量無顯著影響。

2.3 不同鉻含量飼料喂養對牛奶中鉻含量的影響

喂養前，小、中、大劑量組牛奶鉻含量與正常對照組比較，差異無統計學意義（P>0.05），說明在飼料添加富鉻酵母喂養前牛奶鉻含量無明顯差異；喂養添加富鉻酵母飼料后，中、大劑量組牛奶鉻含量明顯高于小劑量組（P<0.01）；大劑量組牛奶鉻含量顯著高于中劑量組（P<0.01）。提示隨著在飼料中添加富鉻酵母劑量的增加，牛奶鉻含量升高，牛奶鉻含量與飼料中添加富鉻酵母劑量存在明顯的相關性。通過SPSS軟件進行線性回歸分析，牛奶鉻含量與富鉻酵母添加劑量的線性回歸系數r=0.931，表明二者高度相關。結果見表2。

表2 不同鉻含量飼料喂養對牛奶中鉻含量的影響 （±s）

表2 不同鉻含量飼料喂養對牛奶中鉻含量的影響 （±s）

注：與正常對照組相比，1）P<0.01；與小劑量組相比，2）P<0.01；與中劑量組相比，3）P<0.01

喂養后牛奶鉻含量（mg/kg）第1天 第3天 第5天 第7天正常對照組 2.56±0.212.51±0.232.47±0.152.49±0.102.58±0.12小劑量組 2.59±0.183.97±0.271） 4.54±0.341） 4.93±0.451） 4.90±0.341）中劑量組 2.51±0.264.91±0.311）2） 6.25±0.431）2） 6.72±0.591）2） 6.75±0.481）2）大劑量組 2.48±0.235.15±0.411）2）3） 7.14±0.561）2）3） 8.45±0.681）2）3） 8.47±0.551）2）3）組別 喂養前牛奶鉻含量（mg/kg）

3 討 論

生物轉化是指利用酶或有機體（細胞、細胞器）作為催化劑實現化學轉化的過程，又稱生物催化，是生物體系（包括細菌、真菌、植物組織、動物組織培養系或生物體系的酶制劑）對外源性化合物進行結構修飾所發生的化學反應［3］。目前，運用生物轉化技術，開發牛乳高端產品，為市場提供許多新型和特定功能的產品，以提高牛乳的附加值和擴大市場份額，具有廣闊的市場前景。

雖然奶牛微量元素代謝研究早已表明，各種微量元素，除鐵和銅外，均能通過飼料移入乳中［4］，但本次實驗期內鉻元素向乳中轉化效率較低，提示奶牛體內可能有較寬裕的鉻元素存留組織，鉻元素在奶牛體內的遷移、流經途徑、存留組織分布及代謝規律尚有待深入探討。

糖、脂代謝紊亂及人體鉻缺乏和糖尿病密切相關。1957年，Schwarz和Mertz發現在以Torula yeast為食物且糖耐受已受損的大鼠體內存在一種與糖耐量密切相關的化合物，將其命名為GTF。1959年他們又提出Cr3+是葡萄糖耐量因子的中心活性成分［5］。人類缺鉻是由于食物中含鉻少、攝入不足或排泄過多造成的。人類對鉻的需要量國際上尚未制訂統一標準，我國亦未制訂對鉻的日需要量標準。美國營養需要量標準委員會推薦的安全和適宜的每日攝入量（estimated safe and adequate daily intake，ESADDI）為50 μg～200 μg［6］。

對提取的GTF進行分析發現，其主要成分為鉻、尼克酸、甘氨酸、谷氨酸和胱氨酸，相對分子質量為300～500。該類物質是水溶性的，可用乙醇等溶劑提取，它具有陽離子的特征，在260 nm處有最大紫外吸收。Bell G L等［7］在牛初乳中曾獲得了純化的GTF樣活性低分子量鉻結合物（M-LMWCR），通過色譜分析，發現該類物質含有天門冬氨酸、脯氨酸、甘氨酸及胱氨酸，其結構比例為 5∶4∶2∶1。雖然從提取物中未測到尼克酸，但該物質在260 nm處也出現了紫外吸收峰。從動物肝臟分離出的分子量鉻結合物LMWCR，其結構中每分子含有4個鉻離子，該寡肽分子中一半以上的氨基酸是谷氨酸和天冬氨酸。與M-LMWCR不同的只是鉻與末端氨基剩余量的比利不同，前者為 0.25∶1，后者為 4∶1。

當前國內外主要研究含鉻有機化合物和無機鉻化合物兩種形式的鉻，無機鉻化合物有CrCl3·6H2O、Cr2（SO4）3等，含鉻有機化合物有高鉻酵母和鰲合鉻（如煙酸鉻、吡啶羧酸鉻）等。在飼料原料中含鉻最豐富的是啤酒酵母。此外，禾谷類、堅果、豆類、植物油、肉類、奶制品、動物肝臟、胡蘿卜、螃蟹等也是天然含鉻有機化合物的來源。鉻在動物體內以低濃度廣泛分布于全身，存在形式為Cr3+，主要分布在肝、血液、毛發、牙齒中。鉻主要經腸道吸收，含鉻有機化合物吸收率高于無機鉻化合物，含鉻有機化合物的吸收率為10%～25%，無機鉻化合物為1%～3%或更低［8］。所以，我們急需開發含鉻有機化合物制劑產品，開發應用鉻制劑作為飼料添加劑的綜合配套適用技術，使鉻的獨特作用更好發揮，推動健康產業的發展。

［1］郭儀，石巖.葡萄糖轉運蛋白 4 轉位與胰島素抵抗［J］.遼寧中醫藥大學學報，2007，9（4）：63-66.

［2］馮前進，李津，劉亞明，等.一種生物轉化性高GTF活性牛奶及其生產方法.中國，ZL200910091531.5［P］.2012-08-22.

［3］Haffner S M，Kennedy E，Gonzalez C，et al.A prospective analysis of the HOMA model：the mexico city diabetes study［J］.Diabetes Care，1996，19（10）：1138-1141.

［4］Joost H G，Thorens B.The extended GLUT-family of sugar/polyol transport facilitators：nomenclature，sequence，characteristics，and potential function of its novel members［J］.Mol Membr Biol，2001，18（4）：247-256.

［5］Bryant N J，Govers R，James D E，et al.Regulated transport of the g1ucose transporter GLUT4［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2002，3（4）：267-277.

［6］Watson R T，Pessin J E.Intracellular organization of insulin signaling and GLUT4 translocation［J］.Recent Prog Horm Res，2001，56（2）：175-193.

［7］Bell G L，Po1onsky K S.Diabetes mellitus and genetically programmed defects in beta-cell function［J］.Nature，2001，414（6865）：788-791.

［8］Mueckler M，Caruso C，Baldwin S A，et al.Sequence and structure of a human glucose transporter［J］.Science，1985，229（4717）：941-945.