植物甾醇对奶牛生产性能、血液胆固醇和抗氧化能力的影响

谢 颖，金志红，朱 靖，韩兆玉

（1.南京农业大学动物科技学院，南京 210095；2.江苏神力特生物科技股份有限公司，盱眙 211700）

在奶牛泌乳早期，由于产奶量的增加和采食量的限制，机体必须分解体内脂质来保持营养平衡，从而导致奶牛的能量负平衡，进而导致奶牛脂肪肝的发生。同理，泌乳后期奶牛的营养过剩，将导致肥胖和高胆固醇血症[1]。高胆固醇水平可降低泌乳效率，给肝脏带来过氧化损伤[2]。因此，在奶牛生产中，降低其血液胆固醇水平，提高抗氧化能力极具重要意义。

植物甾醇(phytosterol, PS)是一种结构与胆固醇相似的甾体化合物，其不能在动物或人体内合成，却广泛存在于蔬菜产品以及油、豆类、谷物和干果中[3,4]。研究表明，植物甾醇在降低血液胆固醇水平中起着重要作用[5]。另一方面，植物甾醇可用作动植物的抗氧化剂[6]。当机体补充分离的植物甾醇时，能够显著降低肝脏脂质过氧化产物和血浆丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平[7]。此外，也有研究显示植物甾醇具有抗炎特性，可作为免疫调节剂[8]。也有研究证实，植物甾醇对结肠癌、乳腺癌和前列腺癌等的症状改善具有积极作用[9,10]。

然而，关于植物甾醇在反刍动物中的使用和其在瘤胃环境中的生理作用的报道很少。因此，本试验通过在日粮中添加植物甾醇，探讨植物甾醇对奶牛的产奶性能、血液胆固醇和抗氧化能力的影响，为降低奶牛血液胆固醇水平和发掘潜在的抗氧化剂提供生产依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料

本试验使用的植物甾醇于市场购得，其纯度约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状，不溶于水，微溶于油。

1．2 试验设计与饲养管理

本试验选取33头中国荷斯坦牛作为研究对象（27头初产牛和6头经产牛），根据年龄、胎次、泌乳天数和产奶量相近的原则进行配对，随机分为3组，即对照组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组。对照组饲喂牛场TMR，试验Ⅰ、Ⅱ组在对照组日粮基础上分别添加200mg/d、800mg/d的植物甾醇。牛场TMR中植物甾醇平均含量≤20mg/d。每天早晨一次性投喂到试验牛日粮中，试验期日粮组成及营养水平如表1所示。

表1 日粮组成及营养水平（干物质基础）

试验在江苏省某奶牛场进行，预试期7d，试验期50d。试验奶牛采用拴系式饲养，统一管理。试验期间奶牛每天饲喂三次，挤奶三次，自由饮水。

试验动物的饲养和管理，按照我国的法律法规以及《南京农业大学动物条例》执行，并符合国际上公认的动物饲养原则和农业实验室指导方针。

1．3 样品的采集

每周三下午14:30采集奶样品（每个样品50mL），与重铬酸钾混合后置于4℃保存。试验期间的第10、30、50天，进行尾静脉采血（10mL），静置1h后，经4 000r/min离心20min，收集血清在-20℃保存待测。

1．4 产奶量及乳品质指标测定

每周测定两次每头奶牛产奶量；取50mL混合奶样（早∶中∶晚= 4 : 3 : 3），使用全自动乳成分分析仪进行乳品质测定。测定指标有乳脂率、乳蛋白率、乳糖含量、乳总固体含量、体细胞数和乳尿素氮浓度。

1．5 血清指标测定

测定指标有：总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、游离脂肪酸、雌激素、生长激素、谷草转氨酸、丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、脂蛋白脂酶、肝酯酶。

1．6 统计与分析

试验所得数据经 Excel 初步处理后，用SPSS 20.0进行显著性统计分析，结果用平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2．1 植物甾醇对产奶量及乳品质的影响

由表2可知，各组间乳脂率、乳蛋白率、乳糖含量、无脂固形物含量、总固形物含量、体细胞数无显著差异(P＞0.05)；试验Ⅰ组平均产奶量比对照组高出1.71kg/d（P＜0.05），而试验Ⅱ组平均产奶量与对照组相比没有显著性差异（P＞0.05）。结果表明，日粮中添加适量的植物甾醇可显著提高奶牛的产奶量，但对乳品质没有显著性影响。

表2 植物甾醇对产奶量及乳品质的影响

2．2 植物甾醇对血液胆固醇及激素的影响

表3 植物甾醇对血浆胆固醇和激素水平的影响

由表3可知，试验Ⅰ、Ⅱ组总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C )和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）含量均低于对照组。试验期间各时间点试验I组TC含量均显著低于对照组。试验Ⅱ组第10天TC极显著低于对照组（P＜0.01）。试验Ⅰ组HDL-C含量在第30天极显著低于对照组（P＜0.01），试验Ⅱ组第50天显著低于对照组（P＜0.05）。试验Ⅰ组LDL-C在第30天（P＜0.05）、第50天（P＜0.01）低于对照组，试验Ⅱ组LDL-C仅在第10天低于对照组（P＜0.01）。试验两组的游离脂肪酸(NEFA)含量在第10、50天极显著高于对照组（P＜0.01）。试验Ⅱ组雌激素（E2）含量显著低于对照组（P＜0.05）。试验两组生长激素（GH）水平与对照组相比无显著性差异（P＞0.05）。结果表明，日粮中添加适量的植物甾醇可显著降低TC、HDL-C、LDL-C和E2水平，但极显著提高NEFA的含量。

2．3 植物甾醇对酶活性的影响

由表4可知，试验Ⅱ组超氧化物歧化酶（SOD）各时间点活性均高于对照组。试验两组谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性均不同程度高于对照组。各组间丙二醛（MDA）含量无显著性差异（P＞0.05）。试验Ⅱ组谷草转氨酶（GOT）含量在第10天显著高于对照组（P＜0.05）。试验两组脂蛋白酯酶(LPL)含量在第50天极显著低于对照组（P＜0.01）。试验两组肝酯酶(HL)含量显著低于对照组（第10天P＜0.01，第50天P＜0.05）。结果表明，植物甾醇可增加SOD和GSHPx的活性。

表4 植物甾醇对酶活性的影响

3 讨论

3．1 植物甾醇对产奶量及乳品质的影响

奶牛的产奶量受日粮中营养物质的组成与含量的影响。植物甾醇能提高动物对日粮中氮和蛋白质的利用率。Hristov等[11]指出，干物质采食量（DMI）在提高奶牛产奶量中起主导作用，且奶牛泌乳的发动与维持由催乳素（PRL）及其他多种激素调控[12]，吕润全等[13]研究证明，蛋白质的利用率与乳蛋白质合成率的增高可促进PRL的分泌，从而使泌乳量增加，且植物甾醇与类固醇激素在结构上相似，则可能协同PRL促进机体泌乳。本研究发现，在饲料组成成分相同的奶牛日粮中添加适量的植物甾醇，可显著提高奶牛的产奶量。谢心美[14]等研究发现，添加不同水平植物甾醇（200、400和800mg/d）均可使奶牛产乳量增高，这与本试验研究结果一致。

除品种、年龄、饲养管理因素外，饲料营养成分也是影响乳成分组成的重要因素[15]，乳品质的高低与乳成分的组成密切相关，梁辛[16]等研究发现，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、总固形物率、非脂乳固体率、乳糖率，但各组无明显的差异，这与本试验研究结果相一致，本研究发现在日粮中添加植物甾醇，乳成分没有显著性变化，乳脂和乳蛋白比率在一个合理的范围内。牛奶体细胞数是反映奶牛产奶量和乳品质的重要指标，且可预测奶牛乳房炎发病率[17]，本研究发现，与对照组相比，试验组牛奶体细胞数(SCC)虽无显著差异，但有明显下降趋势。因此，日粮中添加一定量的植物甾醇可显著提高奶牛的产奶量，且不会显著性降低乳品质。

3．2 植物甾醇对血液胆固醇及激素的影响

泌乳晚期的奶牛通常会营养过剩，导致血浆或肝脏中的胆固醇浓度升高，进而影响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产生脂肪肝，抑制卵巢活动，进而影响繁殖性能。研究表明[18]，胆固醇和植物甾醇的代谢与脂质有关，在瘤胃发酵过程中，微生物可以将不饱和脂肪酸氢化并转化为饱和脂肪酸。Moreau等[19]证实大多数植物甾醇具有一个或两个C-C双键，常以共轭形式出现，其中3β-羟基团可以被酯化成脂肪酸或羟基肉桂酸，也可以与葡萄糖或6-脂肪酸酰基己糖发生糖基化反应。在瘤胃发酵过程中，植物固醇可以通过第5位的双键氧化而转化为植物甾醇。然而，Heinemann等[20]研究发现，植物甾醇和植物甾醇酯(PSE)比植物固醇能更有效抑制胆固醇的吸收，且植物甾醇的摄入不仅干扰胆固醇的吸收，还影响血清甾醇的吸收，同时能降低血清中LDL-C水平。

本研究结果显示，在日粮中添加一定量的植物甾醇可使血液中TC、HDL-C和LDL-C的含量显著下降，而TG的含量有所升高。Hallikainen等[21]研究报道，商用降胆固醇散剂和富含甾醇补充剂每天推荐摄入量为300mg。Gylling等[22]研究发现，2g植物甾醇可以明显降低8%～10% LDL-C浓度。顾莞婷等[23]研究表明，添加植物甾醇均降低了肉鸭血浆中TC和LDL-C的含量，且添加量为20mg/kg时，达到显著性水平，这与本研究结果相似，本试验在日粮中添加适量的植物甾醇可降低血液胆固醇及其相关代谢激素的含量。

NEFA是机体一种重要的能量物质，能够通过氧化释放比血浆葡萄糖更多的能量。通常血液中葡萄糖浓度变化很小，但NEFA含量每小时的变化却很大，这可以反映动物的营养状态和体力活动。本研究表明每天补充200mg、800mg植物甾醇可使NEFA的含量极显著增高。

植物甾醇属于甾体化合物，化学结构与雌激素类似，具备类激素活性。本研究发现，试验两组E2含量显著低于对照组，但GH水平均无显著性差异，结果表明，植物甾醇具有雌激素作用，但对GH的活性没有影响。Nakari等[24]研究表明，植物甾醇对动物的生殖系统功能有一定影响。有研究者[25]补充报道说明，植物甾醇对机体生理影响特别是在雌激素效应方面的影响更显著。也有研究证实[26～27]，β-谷甾醇可以在动物体内积累，还可以改变人类与生殖相关的固醇类激素水平。据报道[7]，β-谷甾醇和β-谷甾醇葡萄糖可以刺激雌激素依赖性人乳腺癌细胞的生长，无卵巢及胸腺的小鼠摄取β-谷甾醇能抑制E2对人乳腺癌细胞（MCF-7）肿瘤生长的诱导；另外，植物甾醇可使血浆E2水平下降，在0.001～100mol/L的浓度范围内，豆甾醇不影响MCF-7细胞的增殖，而且每种植物甾醇具有的雌激素效应有所差别。因此，植物甾醇可能通过调节分泌模式与激素分泌相关，在不同情况下表现出雌激素或抗雌激素的作用。

3．3 植物甾醇对酶活性的影响

动物机体通常是通过体内的酶和非酶机制消除自由基，致使体内到达自由基稳态，主要相关的酶为SOD和GSH-Px。自由基可引发体内脂质过氧化，损坏细胞完整性并致使代谢紊乱。Bösinger等[28]对接受25-羟基胆固醇放射性标记猴子的研究表明，氧化型低密度脂蛋白主要以极低密度和低密度脂蛋白形式运输，这可能导致动脉粥样硬化性疾病。Pie等[29]认为胆固醇的氧化产物能引起动脉硬化性病变或坏死，并抑制细胞生长。

本研究发现，植物甾醇能够增强SOD和GSH-Px的活性。试验Ⅱ组第10、30天SOD极显著高于对照组，第50天明显高于对照组。试验组GSH-Px在试验第30、50天时显著高于对照组。各组间MDA含量无显著性差异。Award等[10]、Gu等[30]在肉鸡和肉鸭上的两项研究均发现，每千克饲料添加40或80mg植物甾醇可明显增加SOD活性，减少血清中TC和LDL-C含量，本研究结果与之相似。本研究表明，低水平的植物甾醇可以用作抗氧化剂来改善某些氧化酶的活性和减少其氧化产物，最终维持奶牛的健康并改善生产性能。

GOT普遍存在于各组织细胞的线粒体中，尤其是肝细胞中，其活性可反映出受损肝脏中的肝细胞坏死情况。若肝脏受损，血清中GOT活性会显著增加。本研究发现，在第10天试验II组GOT含量显著高于对照组，结果表明，日粮中添加植物甾醇有保护肝细胞、维持肝脏活力的作用，但是其作用机制需进一步的研究来证实。

LPL和HL是调节脂蛋白代谢的关键酶。LPL是一种酰基甘油水解酶，可以将富含甘油三酯的脂蛋白分解，包含乳糜微粒和极低密度脂蛋白（VLDL）。低活性LPL可增加血浆甘油三酯，降低从VLDL转化而来的高密度脂蛋白胆固醇含量。HL与LPL具有一样的功能，但它对低密度脂蛋白（LDL）的代谢具有更高的亲和力。Trautwein等[31]提出，植物甾醇可以抑制脂肪酶、酯酶和其他与固醇吸收过程有关的酶活性，结果表明，胆固醇酯必须水解为游离胆固醇，才能通过某些酯酶被肠道细胞吸收。Krause等[32]通过对ACAT抑制剂对大鼠胆固醇吸收的影响的研究证明，植物甾醇可以抑制ACAT活性，从而降低肠道胆固醇摄取。本研究表明，植物甾醇可显著降低LPL和HL的活性。Moghadasian等[33]将小鼠敲除载脂蛋白E基因，其结果与本试验相似，研究发现普罗布考和植物甾醇混合物能显著降低LPL和HL的活性和VLDL/LDL胆固醇的浓度，但是HDL和TC的浓度无改变，揭示高密度脂蛋白含量较低导致LPL降低。因此，植物甾醇降低胆固醇浓度可能是由于LPL和HL活性降低所致。

4 结论

日粮中添加适量的植物甾醇有益于泌乳后期的奶牛。本研究结果表明，在奶牛日粮中添加200mg/d的植物甾醇可有效提高产奶量。植物甾醇还能提高某些氧化酶活性，减少氧化产物，这对保护奶牛肝脏的健康很重要。此外，E2的分泌也受植物甾醇的影响。总之，日粮中补充200mg植物甾醇对降低血液胆固醇水平至关重要，植物甾醇抗氧化剂的作用有助于维持奶牛的健康。