中鏈脂肪酸在仔豬生產(chǎn)中的研究與應用

王 俊， 趙小剛， 郭吉余*， 梁運祥

（1.廣東海大集團畜牧水產(chǎn)研究中心，廣東廣州 511400；2.華中農(nóng)業(yè)大學，湖北武漢 430070）

抗生素作為抑菌劑可以抑制仔豬腸道內(nèi)病原菌生長，為減少仔豬腹瀉，提高仔豬生長性能和降低飼養(yǎng)成本曾做出巨大貢獻。但是，隨著抗生素的不規(guī)范使用，加速了抗生素耐藥菌株的產(chǎn)生以及豬肉中抗生素殘留，嚴重威脅動物和人類健康。我國于2020年7月全面禁止使用抗生素作為促生長劑。因此，尋找抗生素替代品用于維持仔豬的健康和維護公共安全迫在眉睫。近年來，中鏈脂肪酸（MCFAs）受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，其具有快速供能、抗菌、抗炎、抗氧化和提高機體腸道免疫的作用，本文就MCFAs在仔豬生產(chǎn)上的應用及發(fā)揮作用的可能機制進行綜述，旨在為其作為飼料添加劑在生產(chǎn)養(yǎng)殖上的開發(fā)及合理利用提供理論依據(jù)。

1 中鏈脂肪酸的化學結(jié)構(gòu)和特性

中鏈脂肪酸（MCFAs）是一類含有6～12個碳原子的飽和脂肪酸，分為偶數(shù)碳中鏈脂肪酸和奇數(shù)碳中鏈脂肪酸。偶數(shù)碳中鏈脂肪酸包括己酸（C6：0）、 辛 酸 （C8：0）、 癸 酸 （C10：0） 和 月 桂 酸（C12：0）。 偶數(shù)碳 MCFAs存在于天然食物中，如椰子油、棕櫚仁油、牛奶和母乳中，目前所說的MCFAs一般指偶數(shù)碳MCFAs（Zentek等，2011；Jensen，2002；Sprong等，2001）。 奇數(shù)碳 MCFAs包括庚酸（C7：0）、壬酸（C9：0）和十一烷酸（C11：0）。奇數(shù)碳MCFAs在天然食物中含量極少，主要由化工合成。MCFAs與甘油發(fā)生酯化反應生成甘油三酯，被稱為中鏈脂肪酸甘油三酯（MCTs）。與長鏈脂肪酸（LCFAs）相比，MCFAs熔點低，水溶性相對較高，在中性環(huán)境中基本解離。

2 中鏈脂肪酸的消化吸收和代謝特性

MCFAs/MCTs具有碳鏈短、分子量小和水溶性較高的特點。因此，MCFAs/MCTs的消化、吸收和代謝過程與LCFAs和長鏈脂肪酸酯 （LCTs）明顯 不同 （Greenberger 和 Skillman，1971）。 因 為MCTs具有較高的水溶性，所以一般不需要膽鹽乳化即可被胰脂酶快速水解為MCFAs和甘油單酯（Ferreira等，2014）。MCFAs在胃和十二指腸上段被快速吸收，少部分MCTs也可以不經(jīng)過水解而直接被腸上皮細胞吸收 （Ferreira等，2014；Ramirez等，2001）。腸上皮細胞以被動擴散的方式吸收大部分未經(jīng)降解的MCFAs，也有一部分被酯化后吸收（Carvajal等，2000）。在腸上皮細胞中，MCFAs與脂肪酸結(jié)合后蛋白親和力低，因此不會被再次酯化而是擴散到門靜脈中與白蛋白結(jié)合直接進入肝臟 （Guillot等，1994）。只有一小部分的MCFAs以乳糜微粒的形式被吸收 （Bach和Babayan，1982）。而 LCTs不溶于水，因此需要經(jīng)過膽鹽乳化才能被胰脂酶水解成LCFA和相應的單甘油酯。在腸上皮細胞中，LCFA和長鏈單甘油酯會被重新酯化成甘油三酯，然后與脂蛋白結(jié)合形成可溶性的乳糜微粒，通過淋巴系統(tǒng)進入血液循環(huán)被運輸?shù)礁闻K （Rego Costa等，2012）。因為MCFAs到達肝臟后不依賴肉毒堿的轉(zhuǎn)運就可以通過線粒體膜進入線粒體，所以大部分MCFAs被線粒體以β-氧化的方式利用并快速供能（Rasmussen等，2002）。另外，MCFAs極少用于脂類合成，因此不會在肝臟和脂肪中蓄積。而LCFAs供能慢，進入線粒體依賴于肉毒堿轉(zhuǎn)運。進入肝細胞內(nèi)的LCFAs多用于脂類合成直接被轉(zhuǎn)運到脂肪組織儲存起來。

3 中鏈脂肪酸的抗菌作用

3.1 不同中鏈脂肪酸的抗菌特性 研究表明，MCFAs對細菌、病毒和寄生蟲都具有抗菌作用（Zentek等，2011）。不同種類的MCFAs對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的抗菌效果并不一樣（Skˇr ivanová等，2005；Skˇrivanová等，2004；Marounek等，2003）。總的來說，碳鏈長的MCFAs對革蘭氏陽性菌的抗菌作用好，碳鏈短的MCFAs對革蘭氏陰性菌的抗菌作用好。有學者系統(tǒng)比較了不同MCFAs對革蘭氏陰性菌（E.coli和 Salmonellas）和革蘭氏陽性菌（Clostridium perfringens）的抗菌效果。結(jié)果表明，C8對E.coli的抗菌效果最好，C10次之，C6和C12最差。C8對Salmonellas的抗菌效果最好，C6、C10和 C12次之。而 C12對Clostridium perfringens的抗菌作用最好，C10次之，C8和C6最差（Skˇrivanová等，2005；Skˇrivanová 等，2004；Marounek 等，2003）。 總的來說，C8對革蘭氏陰性菌的抗菌作用最好，C12對革蘭氏陽性菌的抗菌作用最好。

3.2 中鏈脂肪酸的抗菌機理 研究表明，MCFAs無論是對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都具有很好的抗菌效果，對細菌的直接損傷可能是其發(fā)揮抗菌作用的主要方式（圖1）。一般認為，MCFAs屬于非離子表面活性劑，可以進入細菌細胞膜并造成瞬間或永久的空隙，進而增加細菌細胞膜的通透性，引起細菌內(nèi)容物釋放，最終導致細菌死亡（Desbois等，2010；Altieri等，2009）。 而非解離形式的MCFAs進入細菌后會對其產(chǎn)生細胞毒性。由于細菌的生活和繁殖依賴于體內(nèi)相關(guān)酶類的協(xié)調(diào)互作，在中性環(huán)境中，這些酶類能夠發(fā)揮正常的生理功能。但是，由于MCFAs進入細菌細胞后導致細胞內(nèi)pH降低，細菌細胞內(nèi)酶類的活性隨之迅速下降。進入細菌細胞質(zhì)中的MCFAs會解離為H+和陰離子，降低胞質(zhì)內(nèi)的pH，進而滅活胞質(zhì)中對pH敏感的酶類，最終導致細菌的死亡（Hsiao和Siebert，1999）。為了保持細胞質(zhì)內(nèi)pH的穩(wěn)定，細菌被迫利用能量啟動H+-ATPase泵出多余的H+，但是此過程會消耗大量能量，將造成細菌代謝障礙和衰竭，最終引起細菌的死亡（Suiryanrayna和Ramana，2015）。除了直接對細菌造成損傷外，MCFAs還可以誘導細菌產(chǎn)生一種自溶酶，引起細菌的死亡（Tsuchido等，1985）。

圖1 中鏈脂肪酸的抗菌機制

4 中鏈脂肪酸的抗炎和抗氧化作用

胃腸道不僅是營養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收和代謝的重要場所，而且是重要的免疫器官，含有大量的免疫細胞。致病或非致病的刺激因素都可以激活胃腸道的免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生多種特化的細胞和信號分子，如促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6（Wei等，2017；Xiong 等，2016）。 但是，過多的促炎因子會導致腸道黏膜損傷和功能紊亂。研究表明，中鏈脂肪酸具有抗炎作用。Nakatsuji等（2009）發(fā)現(xiàn)，痤瘡丙酸桿菌可以誘導ICR小鼠產(chǎn)生炎癥反應；而注射月桂酸后可以緩解小鼠的炎癥反應。除了月桂酸外，癸酸也具有抗炎作用。Lee和Kang（2017）研究表明，環(huán)磷酰胺可以提高IPEC-J2細胞和小型豬腸道促炎因子 TNF-α、IFN-γ、IL-6和 IL-8的表達量，同時降低抑炎因子IL-4和IL-10的表達量。在添加癸酸處理后，顯著改善了IPEC-J2細胞和小型豬腸道的炎癥狀態(tài)。除了改善炎癥狀態(tài)外，體外試驗（小型豬）和體內(nèi)試驗（IPEC-J2細胞）均表明，癸酸還可以通過提高SOD和GPx的水平，降低MDA水平來緩解環(huán)磷酰胺誘導的氧化應激（Kang 和 Lee，2017）。

5 中鏈脂肪酸對仔豬生長性能的影響

MCFAs是一種容易得到的能源物質(zhì)，在體內(nèi)可以快速供能，還具有很強的抗菌活性。因此，MCFAs可以代替抗生素作為斷奶仔豬飼料的良好補充劑，提高仔豬生長性能。但在斷奶仔豬飼料中添加MCFAs對仔豬生長性能的影響并不一致，這可能與MCFAs添加類型、組合方式、添加劑量和試驗周期有關(guān)（表1）。

表1 MCFAs對仔豬生長性能的影響

MCFAs提高仔豬生長性能可能與其提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率，抑制胃腸道病原菌生長和保護腸道結(jié)構(gòu)有關(guān)。Hanczakowska等（2010）研究表明，在仔豬飼料中添加MCFAs（C6+C8+C10+C12）降低了仔豬小腸中大腸桿菌和霉菌的數(shù)量，并且提高了仔豬小腸絨毛高度。Devi和Kim（2014）在仔豬飼料中添加MCFAs（C8或C10）提高了仔豬對飼料中干物質(zhì)、氮和能量的利用率。Hanczakowska等（2011）在飼料中添加 MCFAs（C8，C10 和 C8+C10）提高了仔豬對干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和粗纖維的利用率；降低回腸中大腸桿菌、厭氧菌、梭狀芽孢桿菌、白色念珠菌和念珠菌屬的豐度，提高了絨毛高度。

6 結(jié)語

中鏈脂肪酸具有快速供能、抑制腸道中病原菌生長和抗炎抗氧化等作用，有利于預防仔豬腹瀉、提高仔豬生長性能。中鏈脂肪酸來源于食物中，又具有光譜的抗菌作用，可以作為一種安全的抗生素替代品，具有廣闊的應用前景。但是，中鏈脂肪酸對仔豬生長性能影響的結(jié)果并不一致，這可能與中鏈脂肪酸添加類型、組合方式、添加劑量和試驗周期有關(guān)。因此，深入研究中鏈脂肪酸的效果以及其作用機理，不僅有利于穩(wěn)定中鏈脂肪酸的作用效果，而且能為畜禽新型飼料添加劑的開發(fā)和合理利用提供理論依據(jù)。