挥发性脂肪酸

内容简介

乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸等广泛地存在于自然界中，它们的共同特点是具有较强的挥发性，生物学上一般称之为挥发性脂肪酸（VFA）。

挥发性脂肪酸是厌氧消化过程的重要中间产物，甲烷菌主要利用VFA形成甲烷，只有少部分甲烷由CO2和H2生成。但CO2和H2生成也经过高分子有机物形成VFA的中间过程。由此看来，形成甲烷的过程离不开VFA的形成，但是VFA在厌氧反应器中的积累能反映出甲烷菌的不活跃状态或反应器操作条件的恶化，较高的VFA（例如乙酸）浓度对甲烷菌有抑制作用。因此在反应器运行中，出水VFA用作重要的控制指标。

在动物体内，对动物体代谢最为重要的有直链乙酸、丙酸和丁酸，乙、丙、丁酸约占瘤胃发酵VFA总产量的95%，而乙酸产量最大，约占VFA总产量的70-75%。挥发性脂肪酸在不同动物体内其比例和数量不同，如图所示。挥发性脂肪酸不仅可作为反刍动物能量代谢的表现形式，而且还具有许多调节功能。

作用介绍

能量供贮

能量供应是VFA在反刍动物体内存在的最基本的作用。体内代谢所需葡萄糖主要来源于体内肝脏组织的糖源异生，而丙酸是糖异生的主要前体物质。体外研究表明，当葡萄糖、酮体、谷氨酰胺等作为呼吸能源时，结肠上皮细胞首先利用丁酸。

复胃运动

实真胃中的VFA可抑制真胃的收缩性，因此高精料饲养条件下，皱胃内VFA反射性地抑制复胃运动是高精料诱发复胃疾病的途径之一。

对内分泌

胃动素与胃运动的生理调控有关，可引起胃及十二指肠强烈收缩，促进胃排空，刺激胃蛋白酶、胰液分泌，胆囊收缩，增大胃黏膜血流量。十二指肠的酸化或碱化可刺激胃动素的释放。输注VFA可提高山羊血浆胃动素水平，向瘤胃内输注乙酸、丙酸、丁酸后胃动素水平升高；而皱胃内输注乙酸、丙酸、丁酸，（除乙酸外）与对照组相比差异显著。VFA 对胰岛素也有影响。

干物质采食量

VFA 中的丙酸对反刍动物的干物质采食量具有一定作用。向绵羊的门静脉注入丙酸后与对照组相比，可减少日粮采食量80%。

动物产品

日粮影响乳脂率的机理与瘤胃VFA 的变化有关，瘤胃VFA 变化引起代谢变化。

疾病

VFA是肠道中抑制病原微生物的重要因素，当VFA 浓度升高时可抑制沙门氏菌的生长，肠道中抑制病原微生物的能力还与pH 值有关，而肠道内pH值又与VFA 含量有关。

上皮组织

瘤胃发酵终产物会影响瘤胃乳头的生长。

甲烷产量

瘤胃内挥发性脂肪酸与甲烷产生量具有一定关系。

影响因素

VFA的产生和比例除与饲料本身有关，还受其他因素的影响，包括矿物质、离子载体、动物年龄和采食时间、有机物质、外流速度、酶制剂、中草药、健康情况等。

吸收和代谢

在反刍动物中，乙酸，丙酸和丁酸是从瘤胃壁所吸收的，这是反刍动物能量的主要来源。许多因素会影响这些挥发性脂肪酸的吸收，例如VFA的浓度和比例、瘤胃pH、瘤胃上皮血液流动率等。反刍动物对于葡萄糖的吸收并不从瘤胃或小肠吸收，大多依赖糖异生，因此依赖VFA。反刍动物能很快利用挥发性脂肪酸。

瘤胃内生成的VFA主要以酸性的离子形式被吸收，约80%经瘤、网胃壁吸收，而其余VFA在瓣胃和真胃吸收。不同种类的VFA分子大小不同，其吸收速度不一，在瘤胃pH值>7时，乙酸>丙酸>丁酸，而pH值<7时，速度相反。单胃动物饲料中淀粉中糖经消化所产生的葡萄糖，大部分可为小肠壁所吸收，剩余部分可被细菌分解而产生有机酸，其中包括挥发性脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)及乳酸；小肠中未被消化的淀粉和葡萄糖当转移到大肠(盲肠、结肠)中时亦会受到细菌的分解而产生挥发性脂肪酸和气体。经消化道吸收入体内的营养物质首先经过肝脏代谢，后进入后腔静脉，经肺循环进入动脉血流分布至外周体组织，而进入门静脉血流的丙酸、丁酸几乎全部为肝脏代谢，在动脉血流中浓度很低。

气相色谱法

原理

气相色谱法可用于分析VFA总量及其组成。色谱柱分离后的馏出物被载气携带进入氢火焰离子化检测器的喷嘴口，与氢气和空气混合燃烧，待测样品中的各组分依次电离为正负离子，在离子室内形成离子流被收集极收集后，经放大为信号经记录仪记录。此信号的大小即反映出各组分的含量。与气相色谱连用的微机可以直接处理信号，经与标准进行比较后，可直接给出样品中各组分的浓度，其浓度可以以mg/L、mmol/L、或mgCOD/L同时给出。

仪器药品

(1) 高速微量台式离心机（转速1000r/min以上）。

(2)带有火焰离子化检测器和自动积分仪的气相色谱仪，例如HP5890或岛津-9A气相色谱仪。

(3)精确配制的含乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸的标准混合液。

(4)3%甲酸溶液。

样品的预处理

取水样若干毫升，加入等量的3%的甲酸溶液稀释，保证其PH值在3以下，如PH过高可加入硫酸调节。稀释后的水样COD浓度应小于1000mg/L，否则增加3%甲酸溶液的加入量。记下水样的稀释倍数。上述水样置于离心管，在高速微量离心机中以1000r/min离心5min后，即可取上清液进样。

工作条件

色谱柱：d2mm×2m不锈钢柱，内填国产GDX-102（表面酸处理）担体，60~80目。柱温：210℃，载气：氮气，流率为90ml/min，空气流率：500ml/min，汽化室温度：240℃　检测温度：210℃，选择中应注意色谱柱的质量。应利用振捣器和真空泵装入担体，并事先以玻璃纤维堵塞柱口，然后将色谱柱装入色谱仪，进行老化色谱柱的工作。在不连接检测器的情况下，通入载气，并以4℃/min的升温速度由60℃加热到200℃然后保持约4h，直到基线稳定为止。在每次使用时，都应将色谱柱由60℃将柱温逐渐升高。

结果计算

以气相色谱分析VFA浓度的原理是根据比较标准溶液中各组分和样品水样中相应组分的峰高和峰面积计算而来。但现代的气相色谱仪带有微机对个组分的峰面积进行自动积分，并与标准溶液中的相应组分的峰面积进行比较，同时根据水样的稀释倍数计算出个组分的浓度并打印出结果。如果所用气相色谱仪不带积分仪，被测样品中某组分的浓度可按下式计算：测试结果还可用mgCOD/L或mmol/L来表示，下表是每毫克或每毫摩尔的VFA与毫克COD的换算关系，据此可在各单位间相互换算。

研究前景

挥发性脂肪酸可以作为碳源生产可降解型塑料材料聚羟基脂肪酸酯PHA。

利用罗氏真菌，通过葡萄糖与丙酸混合物为碳源来进行培养，可以获得短链PHA。除此之外，还有其他类型的VFA被作为底物进行PHA生产。例如，用戊酸和葡萄糖作为底物，利用罗氏真菌发酵50小时，PHA产量可达90.4 g/L。