揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids， VFA）也被稱為短鏈脂肪酸。根據(jù)碳鏈中碳的多少，把碳原子數(shù)為1-6的有機脂肪酸成為短鏈脂肪酸，主要包括冰醋、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸。它們的共同特點是具有較強的揮發(fā)性，生物學(xué)上一般稱之為揮發(fā)性脂肪酸。
揮發(fā)性脂肪酸是厭氧消化過程的重要中間產(chǎn)物，還是糖類在反芻亞目瘤胃內(nèi)經(jīng)多種微生物發(fā)酵后產(chǎn)生的主要產(chǎn)物。反芻動物體內(nèi)的VFA主要為乙酸、丙酸、丁酸，占VFA總量的 90%~95%，其所提供的能量約占反動物所吸收利用營養(yǎng)物質(zhì)總能量的2/3。
揮發(fā)性脂肪酸是一類低分子脂肪酸，具有較高的蒸氣壓，易于揮發(fā)， 是用于化工、制藥、食品和農(nóng)業(yè)等眾多行業(yè)的關(guān)鍵平臺化學(xué)品。它們在工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，如溶劑、化工原料、燃料等。
內(nèi)容簡介
冰醋、丙酸、丁酸、戊酸、異戊酸等廣泛地存在于自然界中，它們的共同特點是具有較強的揮發(fā)性，生物學(xué)上一般稱之為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）。
揮發(fā)性脂肪酸是厭氧消化過程的重要中間產(chǎn)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生成也經(jīng)過有機高分子化合物有機化合物形成VFA的中間過程。由此看來，形成甲烷的過程離不開VFA的形成，但是VFA在厭氧反應(yīng)器中的積累能反映出甲烷菌的不活躍狀態(tài)或反應(yīng)器操作條件的惡化，較高的VFA（例如乙酸）濃度對甲烷菌有抑制作用。因此在反應(yīng)器運行中，出水VFA用作重要的控制指標(biāo)。
在動物體內(nèi)，對動物體代謝最為重要的有直鏈冰醋、丙酸和丁酸，乙、丙、丁酸約占瘤胃發(fā)酵VFA總產(chǎn)量的95%，而乙酸產(chǎn)量最大，約占VFA總產(chǎn)量的70-75%。揮發(fā)性脂肪酸在不同動物體內(nèi)其比例和數(shù)量不同，如圖所示。揮發(fā)性脂肪酸不僅可作為反芻亞目能量代謝的表現(xiàn)形式，而且還具有許多調(diào)節(jié)功能。
作用介紹
能量供貯
能量供應(yīng)是VFA在反芻動物體內(nèi)存在的最基本的作用。體內(nèi)代謝所需葡萄糖主要來源于體內(nèi)肝臟組織的糖源異生，而丙酸是糖異生的主要前體物質(zhì)。體外研究表明，當(dāng)葡萄糖、體、谷氨胺等作為呼吸能源時，結(jié)腸上皮細(xì)胞首先利用丁酸。
復(fù)胃運動
實真胃中的VFA可抑制真胃的收縮性，因此高精料飼養(yǎng)條件下，皺胃內(nèi)VFA反射性地抑制復(fù)胃運動是高精料誘發(fā)復(fù)胃疾病的途徑之一。
對內(nèi)分泌
胃動素與胃運動的生理調(diào)控有關(guān)，可引起胃及十二指腸強烈收縮，促進(jìn)胃排空，刺激胃蛋白酶、胰液分泌，膽囊收縮，增大胃黏膜血流量。十二指腸的酸化或堿化可刺激胃動素的釋放。輸注VFA可提高山羊血漿胃動素水平，向瘤胃內(nèi)輸注冰醋、丙酸、丁酸后胃動素水平升高；而皺胃內(nèi)輸注乙酸、丙酸、丁酸，（除乙酸外）與對照組相比差異顯著。VFA 對胰島素也有影響。
干物質(zhì)采食量
VFA 中的丙酸對反芻亞目的干物質(zhì)采食量具有一定作用。向綿羊的門靜脈注入丙酸后與對照組相比，可減少日糧采食量80%。
動物產(chǎn)品
日糧影響黃油率的機理與瘤胃VFA 的變化有關(guān)，瘤胃VFA 變化引起代謝變化。
疾病
VFA是腸道中抑制病原菌的重要因素，當(dāng)VFA 濃度升高時可抑制沙門氏菌屬的生長，腸道中抑制病原微生物的能力還與pH 值有關(guān)，而腸道內(nèi)pH值又與VFA 含量有關(guān)。
上皮組織
甲烷產(chǎn)量
瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸與甲烷產(chǎn)生量具有一定關(guān)系。
影響因素
VFA的產(chǎn)生和比例除與飼料本身有關(guān)，還受其他因素的影響，包括礦物質(zhì)、離子載體、動物年齡和采食時間、有機物質(zhì)、外流速度、酶制劑、中草藥、健康情況等。
吸收和代謝
在反芻動物中，冰醋，丙酸和丁酸是從瘤胃壁所吸收的，這是反芻動物能量的主要來源。許多因素會影響這些揮發(fā)性脂肪酸的吸收，例如VFA的濃度和比例、瘤胃pH、瘤胃上皮血液流動率等。反芻動物對于葡萄糖的吸收并不從瘤胃或小腸吸收，大多依賴糖異生，因此依賴VFA。反芻動物能很快利用揮發(fā)性脂肪酸。
瘤胃內(nèi)生成的VFA主要以酸性的離子形式被吸收，約80%經(jīng)瘤、網(wǎng)胃壁吸收，而其余VFA在重瓣胃和真胃吸收。不同種類的VFA分子大小不同，其吸收速度不一，在瘤胃pH值>7時，冰醋>丙酸>丁酸，而pH值<7時，速度相反。單胃動物飼料中淀粉中糖經(jīng)消化所產(chǎn)生的葡萄糖，大部分可為小腸壁所吸收，剩余部分可被細(xì)菌分解而產(chǎn)生有機酸，其中包括揮發(fā)性脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)及DL-乳酸；小腸中未被消化的淀粉和葡萄糖當(dāng)轉(zhuǎn)移到大腸(盲腸、結(jié)腸)中時亦會受到細(xì)菌的分解而產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸和氣體。經(jīng)消化道吸收入體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)首先經(jīng)過肝臟代謝，后進(jìn)入后腔靜脈，經(jīng)肺循環(huán)進(jìn)入動脈血流分布至外周體組織，而進(jìn)入門靜脈血流的丙酸、丁酸幾乎全部為肝臟代謝，在動脈血流中濃度很低。
氣相色譜法
原理
氣相色譜法可用于分析VFA總量及其組成。色譜柱分離后的餾出物被載氣攜帶進(jìn)入氫火焰離子化檢測器的噴嘴口，與氫氣和空氣混合燃燒，待測樣品中的各組分依次電離為正陰離子，在離子室內(nèi)形成離子流被收集極收集后，經(jīng)放大為信號經(jīng)記錄儀記錄。此信號的大小即反映出各組分的含量。與氣相色譜連用的微機可以直接處理信號，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較后，可直接給出樣品中各組分的濃度，其濃度可以以mg/L、mmol/L、或mgCOD/L同時給出。
儀器藥品
(1) 高速微量臺式離心機（轉(zhuǎn)速1000r/min以上）。
(2)帶有氫火焰離子化檢測器和自動積分儀的氣相色譜儀，例如HP5890或島津-9A氣相色譜儀。
(3)精確配制的含冰醋、丙酸、丁酸、戊酸、己酸的標(biāo)準(zhǔn)混合液。
(4)3%甲酸溶液。
樣品的預(yù)處理
取水樣若干毫升，加入等量的3%的甲酸溶液稀釋，保證其PH值在3以下，如PH過高可加入硫酸調(diào)節(jié)。稀釋后的水樣COD濃度應(yīng)小于1000mg/L，否則增加3%甲酸溶液的加入量。記下水樣的稀釋倍數(shù)。上述水樣置于離心管，在高速微量離心機中以1000r/min離心5min后，即可取上清液進(jìn)樣。
工作條件
色譜柱：d2mm×2m不銹鋼柱，內(nèi)填國產(chǎn)GDX-102（表面酸處理）擔(dān)體，60~80目。柱溫：210℃，載氣：氮氣，流率為90ml/min，空氣流率：500ml/min，汽化室溫度：240℃ 檢測溫度：210℃，選擇中應(yīng)注意色譜柱的質(zhì)量。應(yīng)利用振搗器和真空泵裝入擔(dān)體，并事先以玻璃鋼堵塞柱口，然后將色譜柱裝入色譜儀，進(jìn)行老化色譜柱的工作。在不連接檢測器的情況下，通入載氣，并以4℃/min的升溫速度由60℃加熱到200℃然后保持約4h，直到基線穩(wěn)定為止。在每次使用時，都應(yīng)將色譜柱由60℃將柱溫逐漸升高。
結(jié)果計算
以氣相色譜分析VFA濃度的原理是根據(jù)比較標(biāo)準(zhǔn)溶液中各組分和樣品水樣中相應(yīng)組分的峰高和峰面積計算而來。但現(xiàn)代的氣相色譜儀帶有微機對個組分的峰面積進(jìn)行自動積分，并與標(biāo)準(zhǔn)溶液中的相應(yīng)組分的峰面積進(jìn)行比較，同時根據(jù)水樣的稀釋倍數(shù)計算出個組分的濃度并打印出結(jié)果。如果所用氣相色譜儀不帶積分儀，被測樣品中某組分的濃度可按下式計算：測試結(jié)果還可用mgCOD/L或mmol/L來表示，下表是每毫克或每毫摩爾的VFA與毫克COD的換算關(guān)系，據(jù)此可在各單位間相互換算。
研究前景
揮發(fā)性脂肪酸可以作為碳源生產(chǎn)可降解型塑料材料聚羥基脂肪酸PHA。
利用羅氏制藥真菌，通過葡萄糖與丙酸混合物為碳源來進(jìn)行培養(yǎng)，可以獲得短鏈PHA。除此之外，還有其他類型的VFA被作為底物進(jìn)行PHA生產(chǎn)。例如，用戊酸和葡萄糖作為底物，利用羅氏真菌發(fā)酵50小時，PHA產(chǎn)量可達(dá)90.4 g/L。
參考資料 >
頂空-氣相色譜法測定反芻動物瘤胃液中揮發(fā)性脂肪酸含量.浙江大學(xué)學(xué)報.2024-03-03
Nature:科研人員發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸在早發(fā)1型糖尿病中具有保護作用.生物谷.2024-03-03
揮發(fā)性脂肪酸.正保醫(yī)學(xué)教育網(wǎng).2024-03-03
揮發(fā)性脂肪酸(vfa)的測定.百家號.2024-03-03
Volatile fatty acids (VFA).MCE.2024-03-03