揮發(fā)性脂肪酸

揮發(fā)性脂肪酸，volatile   fatty 3356 acid，簡稱VFA，是脂肪酸的一種，一般是碳鏈為1~6個碳原子的有機(jī)酸，包括醋酸、丙酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、正丁酸等，它們的共同特點(diǎn)是揮發(fā)性強(qiáng)，所以稱為揮發(fā)性脂肪酸。

揮發(fā)性脂肪酸

乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異戊酸廣泛存在于自然界中，它們的共同特點(diǎn)是揮發(fā)性強(qiáng)，生物學(xué)上一般稱為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）

揮發(fā)性脂肪酸是厭氧消化的重要中間產(chǎn)物甲烷桿菌主要利用VFA生成甲烷，只有少量甲烷由CO2和H2生成。然而，CO2和H2的形成也經(jīng)歷了從聚合物有機(jī)物形成VFA的中間過程。從這個角度來看，甲烷形成的過程與VFA的形成密不可分，但厭氧反應(yīng)器中VFA的積累可以反映出甲烷菌的不活躍狀態(tài)或反應(yīng)器運(yùn)行條件的惡化，以及較高的VFA（例如乙酸）該濃度可以抑制產(chǎn)甲烷菌。因此，在反應(yīng)器運(yùn)行中，出水VFA被作為一個重要的控制指標(biāo)。

在動物中，線性乙酸對動物的新陳代謝是最重要的、丙酸和丁酸，乙、丙、丁酸約占瘤胃發(fā)酵中VFA總產(chǎn)量的95%其中醋酸產(chǎn)量最大，約占VFA總產(chǎn)量的70-75%不同動物揮發(fā)性脂肪酸的比例和數(shù)量不同，如圖。揮發(fā)性脂肪酸不僅可以作為反芻動物能量代謝的一種表現(xiàn)形式，還具有多種調(diào)節(jié)功能。

能量供貯

能量供應(yīng)是反芻動物VFA最基本的功能。體內(nèi)代謝所需的葡萄糖主要來源于肝組織中的糖異生，丙酸是糖異生的主要前體。體外研究表明，當(dāng)葡萄糖、酮體、當(dāng)谷氨酰胺被用作呼吸能源時(shí)，結(jié)腸上皮細(xì)胞首先使用丁酸。

復(fù)胃運(yùn)動

皺胃中的VFA可抑制皺胃的收縮性，因此VFA反射性抑制皺胃運(yùn)動是高精飼養(yǎng)誘發(fā)皺胃疾病的途徑之一。

對內(nèi)分泌

胃動素與胃運(yùn)動的生理調(diào)節(jié)有關(guān)，能引起胃和十二指腸的強(qiáng)烈收縮，促進(jìn)胃排空，刺激胃蛋白酶、胰液分泌，膽囊收縮，胃粘膜血流量增加。十二指腸的酸化或堿化可刺激胃動素的釋放。輸注VFA能提高山羊血漿胃動素水平，并能向瘤胃內(nèi)注入乙酸、丙酸、丁酸后，胃動素水平升高；同時(shí)將乙酸注入皺胃、丙酸、丁酸，（除乙酸外）與對照組相比，差異顯著。VFA 也對胰島素有影響。

干物質(zhì)采食量

VFA 中的丙酸對反芻動物的干物質(zhì)采食量有一定的影響。綿羊門靜脈注射丙酸后，與對照組相比，采食量可減少80%

動物產(chǎn)品

日糧影響乳脂率的機(jī)制與瘤胃VFA 的變化引起代謝變化有關(guān)。

疾病

VFA是抑制腸道內(nèi)病原微生物的重要因素當(dāng)VFA 的濃度增加時(shí)，可以抑制沙門氏菌的生長抑制腸道內(nèi)病原微生物的能力也與pH 有關(guān)，腸道內(nèi)的pH值與VFA 含量有關(guān)。

上皮組織

瘤胃發(fā)酵的終產(chǎn)物會影響瘤胃乳頭的生長。

甲烷產(chǎn)量

瘤胃揮發(fā)性脂肪酸與甲烷產(chǎn)量之間存在一定的關(guān)系。

VFA的產(chǎn)生和比例不僅與飼料本身有關(guān)，還受到包括礦物質(zhì)在內(nèi)的其他因素的影響、離子載體、動物年齡和喂食時(shí)間、有機(jī)物質(zhì)、外流速度、酶制劑、中草藥、健康情況等。

在反芻動物中，乙酸丙酸和丁酸是從瘤胃壁吸收的，是反芻動物的主要能量來源。很多因素都會影響這些揮發(fā)性脂肪酸的吸收，比如VFA的濃度和比例、瘤胃pH、瘤胃上皮血液流速等。反芻動物對葡萄糖的吸收不是從瘤胃或小腸吸收，而大多依賴于糖異生，所以依賴于VFA。反芻動物可以快速利用揮發(fā)性脂肪酸。

瘤胃中產(chǎn)生的VFA主要以酸性離子的形式被吸收，約占80%經(jīng)瘤、網(wǎng)狀胃壁被吸收，而剩余的VFA在瓣胃和皺胃中被吸收。不同種類的VFA分子大小不同，吸收率也不同瘤胃pH為7時(shí)，乙酸丙酸丁酸，而pH為7時(shí)，速度相反。單胃動物飼料中淀粉消化產(chǎn)生的葡萄糖大部分可被小腸壁吸收，其余可被細(xì)菌分解產(chǎn)生有機(jī)酸，包括揮發(fā)性脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)及乳酸；小腸中未消化的淀粉和葡萄糖被轉(zhuǎn)移到大腸(盲腸、結(jié)腸)還會被細(xì)菌分解產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸和氣體。通過消化道吸收到體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)首先被肝臟代謝，然后進(jìn)入后腔靜脈，通過肺循環(huán)進(jìn)入動脈血流并分布到外周組織，進(jìn)入門靜脈血流中的丙酸、丁酸幾乎完全由肝臟代謝，其在動脈血流中的濃度非常低。

原理

氣相色譜法可以用來分析VFA的總量和組成。色譜柱分離出的餾出液由載氣帶入氫火焰離子化檢測器的噴嘴，與氫氣和空氣混合燃燒待測樣品中的各組分依次電離成正負(fù)離子，在離子室中形成離子流，由采集器采集，放大成信號，由記錄儀記錄。該信號的大小反映了每種成分的含量。與氣相色譜相連的微機(jī)可直接對信號進(jìn)行處理，與標(biāo)準(zhǔn)比較后，可直接給出樣品中各組分的濃度，其濃度可為mg/L、mmol/L、或mgCOD/L同時(shí)給出。

儀器藥品

1) 高速微型臺式離心機(jī)（轉(zhuǎn)速1000r/min以上）

2)帶有火焰離子化檢測器和自動積分器的氣相色譜儀，如HP5890或Shimadzu-9A氣相色譜儀。

3)精確制備的乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸標(biāo)準(zhǔn)混合溶液。

4)3%甲酸溶液。

樣品的預(yù)處理

取幾毫升水樣，加入等量的3%稀釋甲酸溶液，確保PH值低于3如果PH值過高，加硫酸調(diào)節(jié)。稀釋水樣的COD濃度應(yīng)小于1000毫克/L，否則增加3%甲酸溶液的加入量。記下水樣的稀釋倍數(shù)。將上述水樣置于離心管中，并在高速微型離心機(jī)中以1000轉(zhuǎn)分鐘的速度處理水樣/離心5分鐘后，取上清液進(jìn)行注射。

色譜柱：D2mm×2m不銹鋼柱，填充國產(chǎn)GDX-102（表面酸處理）載體，60~80目。柱溫：210℃，載氣：流量為90毫升的氮?dú)?最小空氣流速：500ml/最小汽化室溫度：240℃檢測溫度：210℃，在選擇時(shí)應(yīng)注意色譜柱的質(zhì)量。應(yīng)使用振動器和真空泵裝載載體，并預(yù)先用玻璃纖維堵塞柱口，然后將色譜柱裝入色譜儀，使色譜柱老化。在不連接檢測器的情況下，通入載氣，溫度為4℃/min的升溫速率從60℃升溫至200℃，然后保持約4小時(shí)，直至基線穩(wěn)定。每次使用時(shí)，色譜柱溫度應(yīng)從60℃開始逐漸升高。

氣相色譜法分析VFA濃度的原理是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液中各組分和樣品水中相應(yīng)組分的峰高和峰面積來計(jì)算的。而現(xiàn)代的氣相色譜儀則配有微型計(jì)算機(jī)，自動對各組分的峰面積進(jìn)行積分，并與標(biāo)準(zhǔn)溶液中相應(yīng)組分的峰面積進(jìn)行比較同時(shí)根據(jù)水樣的稀釋倍數(shù)計(jì)算出各組分的濃度并打印出結(jié)果。如果所用的氣相色譜儀沒有積分器，則可根據(jù)以下公式計(jì)算被測樣品中某一組分的濃度：測試結(jié)果也可用于mgCOD/L或mmol/l下表是每毫克或毫摩爾VFA與毫克COD的換算關(guān)系，可以在單位之間換算。

揮發(fā)性脂肪酸可作為碳源生產(chǎn)可生物降解塑料材料聚羥基脂肪酸酯PHA。

利用羅氏真菌，以葡萄糖和丙酸的混合物為碳源培養(yǎng)，可以獲得短鏈PHA。此外，其他類型的VFA被用作PHA生產(chǎn)的底物。例如，以戊酸和葡萄糖為底物，用羅氏真菌發(fā)酵50小時(shí)，PHA產(chǎn)率可達(dá)90.4 g/L。