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鱼腥味鸡蛋形成机制及其影响因素的研究进展

2013-03-24鲍延娥董晓芳佟建明翟钦辉

动物营养学报 2013年7期
关键词:鱼腥味菜籽胆碱

鲍延娥 董晓芳 佟建明 翟钦辉

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193;2.西北农林科技大学动物科技学院,杨凌 712100)

1932 年,Vondell[1]首次提出了鸡蛋的鱼腥味问题。鸡蛋的鱼腥味主要来源于其中残留的三甲胺(trimethylamine,TMA)[2]。当 母鸡代 谢 TMA的能力不能满足机体的需要时,无法代谢转化的TMA就会逐渐累积并沉积于发育成蛋黄的卵泡中,导致一种类似鱼腥味的气味从鸡蛋中散发出来,形成鱼腥味鸡蛋[3]。当鸡蛋中TMA含量累积到 1.0~1.5 μg/g(蛋黄中 TMA 含量累积到4μg/g)时,人才能通过嗅觉识别到鸡蛋的鱼腥味[4]。一般鱼腥味鸡蛋中TMA含量至少是正常鸡蛋的 10 倍(1.0 μg/g vs.0.1 μg/g)[2]。鱼腥味严重影响鸡蛋的品质和人们的感官接受能力,本文将主要对鱼腥味鸡蛋的形成机制及其影响因素进行概述。

1 鱼腥味鸡蛋的形成机制

TMA分子式为(CH3)3N,沸点为2.87℃,具有高挥发性,是一种带有鱼腥味的叔胺。研究发现,产生鱼腥味鸡蛋的蛋鸡其卵巢内不同大小的卵泡中均含有TMA[5]。正常情况下,母鸡通过采食或内源性代谢在肠道中产生的TMA,经肠道吸收后通过血液循环运送到肝脏和肾脏,在含黄素单氧化酶 3(flavin-containing monooxygenase 3,FMO3)的作用下氧化为无鱼腥味的氧化三甲胺(trimetlylamine oxide,TMAO),通过肾滤过经尿排出体外[6]。但某些鸡种FMO3基因发生突变,可导致其氧化TMA的能力下降或消失,机体内未氧化的TMA不易通过肾滤过排出,而在循环中逐渐累积,大量沉积于卵泡中,导致鱼腥味鸡蛋的产生[3]。可见,鱼腥味鸡蛋的产生与体内TMA的代谢密切相关。TMA在体内的代谢主要分为4个过程:1)TMA前体物质的摄入。母鸡通过采食摄入TMA前体物质。胆碱是TMA的前体物质,甜菜碱、肉碱、卵磷脂以及菜籽粕中的芥子碱可以在体内转化为胆碱[7-8]。2)TMA的合成。机体内的TMA主要来源于肠道微生物对TMA前体物质的降解,少量来自于胆汁、卵磷脂和肠道细胞碎片的代谢[9]。胆碱能够通过细菌脱氨基作用水解产生TMA[5],但只有当饲粮中胆碱的添加量超过了蛋鸡肠道的吸收能力时,胆碱才会在十二指肠后端被肠道细菌利用[10]。甜菜碱、肉碱和卵磷脂可以在体内转化为胆碱[7],菜籽粕中的芥子碱也能在肠道细菌的作用下水解为胆碱和芥子酸[8]。另外,细菌还原酶能将饲粮中的TMAO还原成TMA[11]。3)TMA的利用。经肠道吸收的 TMA主要在肝脏中被 FMO3氧化为 TMAO[12],只有少量的TMA通过逐步脱甲基过程降解为更简单的胺[9]。FMO3对TMA的氧化反应需要经过4步来完成,还原型辅酶Ⅱ(NADPH)首先将FMO3的结合域黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)氧化为还原态FAD;还原态FAD与分子氧结合,形成黄素前氧化中间体(flavin-hydroperoxide,FADDOOH);FADDOOH再与TMA结合,分子氧的一个氧原子转移到TMA上,形成TMAO;分子氧的另一个氧原子则形成水,并释放出还原型辅酶Ⅰ(NADP+)[13]。相关研究表明,一些细菌也能降解TMA[14],且在细菌中发现了能够氧化 TMA的 FMO3[15]。4)TMA的排泄。TMA可以通过血液输送到呼吸气体、汗液、唾液、尿液和腺体分泌物中[16]。对于蛋鸡而言,TMA的主要去路是鸡蛋和粪。

2 鱼腥味鸡蛋的影响因素

鸡蛋鱼腥味是一种代谢性疾病,受遗传、日龄、气候、营养及其他因素的影响,其中主要受遗传(FMO3基因型)和营养因素(饲粮中TMA前体物质)的共同影响。

2.1 FMO3 基因突变

含黄素单氧化酶(FMO),又称微粒体功能胺氧化酶[17],具有催化氮(N)和硫(S)氧化的功能,能够氧化多种亲核物质,降低一些物质的毒性和药理活性[18]。FMO家族由 6种亚型(FMO1~FMO6)组成,其中FMO3是参与TMA代谢唯一的有效酶[12]。FMO3包含1个5'非编码外显子和8个编码外显子,主要存在于家禽的肝脏和肾脏中,以肝脏中含量最高[3]。

Dolphin等[19]于1997年首次证实了FMO3和鸡蛋鱼腥味相关联。Honkatukia等[3]研究发现,当FMO3外显子7处即第984 bp处碱基A突变为T时,引起其编码的第329个氨基酸由苏氨酸(T)转变为丝氨酸(S),由5个氨基酸残基组成的高度保守序列FATGY变为FASGY,导致FMO3不能正常的将TMA氧化为TMAO。相关研究表明,FATGY序列可能为FMO3的底物结合区,A/T突变导致FMO3与TMA无法有效地结合,酶与底物的亲和力降低,反应速度随之变慢[20-21]。我国除了白莱航蛋鸡和东乡绿壳蛋鸡不具有这种基因突变外,其他大部分鸡种群体都带有这种突变基因[22-23],定性分析表明鱼腥味表现型属于隐性遗传[24]。鱼腥味鸡蛋常见于褐壳蛋鸡品系中[25],因褐壳蛋鸡基本是由洛岛红与白洛克交配而成,而洛岛红与白洛克都带有这种突变基因,导致5%~10%的商品蛋鸡会产生鱼腥味鸡蛋[26]。Ward[27]研究报道,褐壳蛋鸡FMO3基因突变的频率大约为20%。可见,FMO3基因突变存在着个体和品系的差异。

根据T329S突变位点的变化,将FMO3分为3种基因型:AA、AT和TT基因型。研究发现,在海兰褐蛋鸡品系中,该突变一般都偏离了哈代-温伯格平衡(Hardy-Weinberg equilibrium),TT基因型所占比例较低[3,22,28-29]。一般 TT 基因型蛋鸡鸡蛋中TMA含量最高,AT基因型次之,AA基因型最低,但无显著差异(P>0.05)。当饲粮中含有高剂量的TMA前体物质时,各基因型蛋鸡鸡蛋中TMA含量才会有显著差异(P<0.05),TT基因型蛋鸡较敏感,鸡蛋中TMA含量显著高于AA和 AT 基因型(P <0.05)。Honkatukia等[3]检测了不同基因型蛋鸡FMO3 mRNA的表达量,发现各基因型无显著差异(P>0.05)。王晶[29]也得到类似结论,并发现各基因型蛋鸡FMO3活性也有显著差异(P<0.05),AA基因型最高,TT基因型最低。

2.2 日龄和气候

鸡蛋中TMA浓度随日龄呈现间歇性变化。Ward[27]和 Alison[28]研究均发现,鸡蛋中 TMA 含量每日变化差异大、不稳定,鱼腥味的产生具有间歇性,认为这种间歇性可能与蛋黄的形成有关。王晶[29]报道,AT和 TT基因型蛋鸡蛋黄中 TMA含量随日龄的增加呈间歇性上升。而早期研究表明,鸡蛋中TMA含量随蛋鸡日龄的增加呈现降低的 趋 势[5,25,30-32]。Danicke 等[31]给 鸡 饲 喂 添 加4 000 mg/kg胆碱的试验饲粮时,72周龄蛋鸡鸡蛋中TMA含量比47周龄蛋鸡显著降低(P<0.05)。Overfield 等[25]给鸡饲喂添加 9% 菜籽粕的试验饲粮3周后,鱼腥味鸡蛋的发生率从20%降低到11%,认为这是蛋鸡适应试验饲粮的结果。March等[5]认为这不仅与蛋鸡对试验饲粮的适应性有关,还可能与小肠和盲肠中的细菌菌群有关。此外,Miller等[30]研究发现,随着蛋鸡日龄的增加,鸡蛋中TMA的含量逐渐下降,并且秋季和冬季产生鱼腥味鸡蛋的几率要高于春季。

2.3 营养因素

影响鸡蛋鱼腥味的营养因素主要是饲粮中TMA前体物质和FMO3抑制剂。

2.3.1 饲粮中TMA前体物质

TMA前体物质主要包括胆碱、甜菜碱、肉碱、卵磷脂、菜籽粕、芥子碱和TMAO等。鱼腥味鸡蛋的产生与饲粮中TMA前体物质的添加水平密切相关。Alison[28]研究发现,饲粮中双低菜籽粕的添加量低于4%时,蛋鸡不会产生鱼腥味鸡蛋。而Overfield等[25]在饲粮中添加3%的菜籽粕,蛋鸡在5 d内便会产生鱼腥味鸡蛋;从饲粮中去掉菜籽粕后,蛋鸡则不再产生鱼腥味鸡蛋。Ward等[24]研究发现,在饲粮中添加0、6%、12%、18%和24%的菜籽粕,TT基因型蛋鸡蛋黄中TMA含量与饲粮中菜籽粕水平(12% ~24%)呈线性相关;与菜籽粕相比,饲粮中添加等量(550~2 200 mg/kg)的胆碱不会导致鱼腥味鸡蛋的产生。王晶[29]指出,高剂量(2 960 mg/kg)胆碱会显著增加蛋黄中的TMA含量(P<0.05),试验第21天和第42天2 960 mg/kg胆碱组蛋黄中TMA含量分别为370 mg/kg胆碱组的2.86和3.07倍,并发现添加2 960 mg/kg胆碱时,各基因型蛋鸡FMO3 mRNA表达量显著下降(P<0.05),TT基因型甚至降低了54.29%,FMO3活性平均降低了33.99%,说明胆碱不仅能够产生TMA,还能通过抑制FMO3基因的表达及其活性来参与TMA的代谢。Danicke等[31]在饲粮中分别添加0、500、1 000 和4 000 mg/kg的胆碱,添加量低于1 000 mg/kg时,蛋黄中TMA含量随胆碱添加量的增加而呈现缓慢上升的趋势;当添加量达到4 000 mg/kg时,蛋黄中TMA含量显著升高(P <0.05)。Kretzschmar等[32]给罗曼褐壳蛋鸡饲喂含4 000 mg/kg胆碱的饲粮,TT基因型蛋鸡蛋黄中TMA含量显著升高(P<0.05),AT基因型有所上升,但2个基因型间差异不显著(P >0.05)。Honkatukia等[3]指出,在 6 000 mg/kg胆碱处理下,AT和TT基因型蛋鸡蛋黄中三甲胺 -氮(TMA-N)含量较高,为 5.6 ~23.4 μg/g,相当于蛋黄中TMA含量为23.6~98.7μg/g。因此,实际生产中,低剂量添加胆碱不会导致鱼腥味鸡蛋的产生,但高剂量胆碱的添加则会增加鸡蛋中TMA含量,使其带有鱼腥味。鱼粉中含有不同水平的 TMA以及 TMAO。Pearson等[33]研究发现,饲粮中添加含100 mg/kg TMAO的鱼粉,6 d内便可检测到鱼腥味鸡蛋。Fenwick等[34]在饲粮中添加含500 mg/kg TMAO的鱼粉,鸡蛋中TMA含量上升1.10 μg/g。Lowis等[35]研究表明,饲粮中添加肉碱和卵磷脂均显著增加大鼠盲肠中TMA含量(P <0.05)。然而,Zhang 等[36]研究发现,与胆碱和TMAO相比,等量的甜菜碱、肉碱和卵磷脂不会显著增加人尿中TMA含量(P>0.05)。

2.3.2 饲粮中FMO3抑制剂

饲粮中除了含有TMA的一些前体物质,还有一些能够抑制FMO3活性的成分。菜籽粕中含有多种FMO3抑制剂,如致甲状腺肿素可以降低FMO3活性,5-乙烯基 -2-恶唑啉硫酮能与TMA竞争FMO3活性中心,单宁则以非竞争性机制抑制FMO3活性,但不同种类的单宁是否具有不同的抑制机制目前尚不清楚[37-39]。另外,Mc-Gee[40]研究表明,菜籽粕中硫代葡萄糖酸盐对FMO3活性的抑制作用与鸡蛋鱼腥味的形成相关。然而,Kretzschmar等[32]指出硫代葡萄糖酸盐不是FMO3的抑制剂,影响鸡蛋中TMA-N含量的并不是硫代葡萄糖酸盐,而是芥子碱,但在饲粮中大量添加芥子碱并没有发现其对FMO3有强烈的抑制作用。而另有相关研究表明,芥子碱对FMO3有一定的抑制作用[41-42]。

2.4 肠道微生物

March等[5]试验发现,各基因型蛋鸡小肠和盲肠中均含有TMA,并且盲肠中TMA含量要高于小肠;饲粮中添加胆碱,盲肠中TMA含量增加明显,小肠中则变化较小。Danicke等[31]指出,当胆碱添加量达到4 000 mg/kg时,蛋黄和盲肠食糜中TMA含量均显著升高(P<0.05),二者呈现线性相关。王晶[29]研究发现,2 960 mg/kg胆碱组蛋鸡蛋黄和盲肠中TMA含量均显著高于370 mg/kg胆碱组(P<0.05),蛋黄中 TMA含量与盲肠中TMA含量呈显著正相关(P<0.05)。Pearson等[43]在饲粮中添加10%的菜籽粕,对照组蛋黄中TMA含量为5.20μg/g,而试验组(切除盲肠)蛋黄中TMA含量仅为0.06μg/g。试验组和对照组蛋鸡分别注射TMA(14C),试验组蛋鸡每天吸收的TMA为6 mg/kg BW,而对照组为13 mg/kg BW。试验组与对照组血浆中TMA含量分别为 212、443 ng/mL,半衰期分别为 63、97 min。而且,饲粮中没有TMA前体物质时也有鱼腥味鸡蛋的产生,进一步说明盲肠微生物在发酵食糜产生TMA的过程中起到重要作用。Zentek等[44]对TMA的产生也有类似的结论,并发现蛋鸡经口摄入广谱抗生素后,肠道微生物代谢活性和鸡蛋中TMA含量均显著降低(P<0.05)。随后的研究发现,在饲粮中添加新霉素或四环素可以降低鸡蛋鱼腥味,推测革兰氏阳性菌在TMA的形成过程中起到重要作用,TMA的形成与肠道特殊的微生物菌群相关,但具体的菌种目前还无法确 定[4]。 然 而,Kretzschmar 等[32]用 低 胆 碱(500 mg/kg)饲粮替代高胆碱(4 000 mg/kg)饲粮饲喂蛋鸡4周,鸡蛋中TMA含量显著下降(P<0.05),认为鸡蛋中 TMA含量的上升与饲粮中TMA前体物质有关,而与蛋鸡肠道微生物菌群无关。

2.5 其他影响因素

芳香烃受体激动剂、共轭亚油酸、炎性细胞因子等因素可以通过影响FMO3 mRNA的表达来影响TMA的代谢。早期研究表明,一些芳香烃受体激动剂如 2,3,7,8- 四氯二苯并 -p-二(TCDD)[45]、3- 甲 基 胆 蒽 (3MC)和 苯 并 芘(BaP)[46]能够促进 FMO3 mRNA 的表达,而 c-9,t-11和t-10,c-12共轭亚油酸则会抑制其表达[47];炎性细胞因子能够降低肝脏FMO3活性,但抗坏血酸盐和二硫苏糖醇(DTT)可以恢复其活性[48]。此外,Borbas等[49]在链脲霉素(STZ)诱导小鼠糖尿病的研究中发现,胰岛素能够抑制肝脏FMO3 mRNA的表达,降低FMO3活性,且血糖水平与FMO3 mRNA表达水平呈极显著相关(P<0.01),推测在胰岛素缺乏状态下,血糖水平可能是机体调节FMO3 mRNA表达的信号分子。

3 小结

我国目前蛋鸡养殖规模处于世界第一[22],其中褐壳蛋鸡的比例很高。当饲粮中添加菜籽油、菜籽粕、鱼粉或高剂量胆碱时,极易诱发褐壳蛋鸡产生鱼腥味鸡蛋。2004年,德国罗曼公司将FMO3 T239S突变位点用于鱼腥味鸡蛋的选择,并于2006年将该突变基因从父母代鸡中剔除。但该基因的剔除对蛋鸡有无影响尚无报道,FMO3作用于TMA的具体机制以及TMA前体物质在蛋鸡体内的代谢如何影响其mRNA表达还不明确,对此仍需展开深入研究。目前,关于鱼腥味鸡蛋的研究多集中于FMO3基因型、TMA前体物质及其相互作用对鸡蛋中TMA含量的影响,但盲肠微生物是否影响TMA的形成及其机制以及随着蛋鸡日龄的增加鸡蛋中TMA含量下降的机制尚没有统一的观点,有待于进一步研究。

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