三丁酸甘油酯的消化吸收及其在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

■原清會(huì) 彭 艷

（上海美農(nóng)生物科技股份有限公司，上海 201807）

動(dòng)物的腸道在整個(gè)生長(zhǎng)期，特別是早期非常容易被外界不良條件如有害菌增殖刺激，引起腸道損傷，從而對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)性能產(chǎn)生不利影響?？股乜梢杂行У馗纳颇c道健康，但是長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)防用藥會(huì)使病菌產(chǎn)生抗藥性，不僅影響對(duì)動(dòng)物疾病的治療用藥，而且長(zhǎng)時(shí)間的添加引起的抗生素殘留也會(huì)引起人們對(duì)食品安全的擔(dān)憂[1]。近期，研究人員在選擇替代抗生素上做了大量的研究，其中丁酸作為后腸微生物發(fā)酵的產(chǎn)物，是腸道細(xì)胞最優(yōu)先選擇的能量物質(zhì)?？梢钥焖贋槟c道提供優(yōu)質(zhì)能量，修復(fù)腸道損傷，保障腸道健康，提高動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收作用[2-3]。丁酸具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，實(shí)際生產(chǎn)中為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員通過(guò)酯化反應(yīng)，將丁酸固定在三丁酸甘油酯中。三丁酸甘油酯可以在內(nèi)源脂肪酶的作用下于小腸中靶向釋放出丁酸作用于腸道細(xì)胞，解決了丁酸易揮發(fā)和其它丁酸類添加劑具有較強(qiáng)烈異味和不易過(guò)胃的問(wèn)題[4]。大量的研究表明，三丁酸甘油酯具有改善腸道健康、增強(qiáng)免疫能力和提高動(dòng)物生產(chǎn)性能的作用，但是其消化、吸收和代謝途徑及代謝產(chǎn)物的作用機(jī)制等還并不為大家所了解。為此本文將從這幾方面做一闡述。

1 三丁酸甘油酯的理化特性

三丁酸甘油酯的分子式為C15H26O6，相對(duì)分子量為302.26，為透明近油狀液體，是丁酸的前體物，由三分子的正丁酸和一分子的甘油酯化形成，幾乎沒(méi)有氣味，略有刺激作用。易溶于有機(jī)乙醇、氯仿和乙醚等有機(jī)溶劑，極難溶于水。三丁酸甘油酯是三酰甘油，其不具有丁酸特有的臭味[4]。作為丁酸的前體物質(zhì)，其具有半衰期長(zhǎng)、使用方便，安全無(wú)毒副作用。

2 三丁酸甘油酯的作用機(jī)理

2.1 三丁酸甘油酯的分解

三丁酸甘油酯屬于脂質(zhì)，與脂質(zhì)分解代謝相同，其可以被脂肪酶分解。消化道內(nèi)主要存在的脂肪酶有胃脂肪酶、胰脂肪酶和腸脂肪酶。其中胃脂肪酶存在于胃中，數(shù)量很少，作用很小，作用效果接近于胰脂肪酶的1/600，可以忽略[5-6]；胰脂肪酶主要存在于小腸中，是脂肪（三酰甘油，包括三丁酸甘油酯）消化的主要酶，腸液中有少量腸脂肪酶用以補(bǔ)充胰脂肪酶對(duì)脂肪的消化不足，也具有將三丁酸甘油酯分解為丁酸和甘油的能力。同時(shí)，后腸很多微生物也具有分解脂肪的作用，可以將三丁酸甘油酯分解為丁酸和甘油[7]。分解代謝中，三酰甘油在脂肪酶的作用下分解出多種單體物質(zhì)：?jiǎn)熙８视?、雙酰甘油、游離脂肪酸和甘油，其中雙酰甘油可以分解為單酰甘油和游離脂肪酸；而單酰甘油則可以在腸道中繼續(xù)分解為游離脂肪酸和甘油[8]。在腸道中脂肪酶先將三丁酸甘油酯分解為雙丁酸甘油酯，隨后雙丁酸甘油酯再在脂肪酶的作用下解離出一個(gè)丁酸，形成1-單丁酸甘油酯或2-單丁酸甘油酯；單丁酸甘油酯也可以在脂肪酶的作用下分解出一個(gè)丁酸和一個(gè)甘油，但是這個(gè)過(guò)程相對(duì)效率較低[9]。脂肪酶對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪酸形成的三酰甘油和中短鏈脂肪酸形成的三酰甘油的作用效率不同，使用人的胃液做的試驗(yàn)表明，短鏈脂肪酸形成的三酰甘油更容易被胃脂肪酶分解[5]。而早在1959年的試驗(yàn)表明，三丁酸甘油酯可以被脂肪酶完全水解為丁酸和甘油[10-12]。

2.2 三丁酸甘油酯的吸收

三丁酸甘油酯在脂肪酶作用下分解為甘油和丁酸。甘油具有很強(qiáng)的親脂性，可以被動(dòng)透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入胞內(nèi)。有研究發(fā)現(xiàn)，在三丁酸甘油酯被攝入后的1 h時(shí)，肝門靜脈中的丁酸根含量達(dá)到最高[13]，這就說(shuō)明三丁酸甘油酯在脂肪酶作用下產(chǎn)生的丁酸會(huì)通過(guò)腸上皮細(xì)胞進(jìn)入到靜脈中。通常認(rèn)為長(zhǎng)鏈游離脂肪酸和長(zhǎng)鏈單酰甘油以囊泡或者膽酸鹽結(jié)合物的形式通過(guò)腸道頂端刷狀緣吸收進(jìn)入體內(nèi)，而短鏈脂肪酸和短鏈單酰甘油由于具有較好的水溶性，可能更容易通過(guò)腸上皮細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)[14]。單體丁酸具有較強(qiáng)的親脂性，可以通過(guò)被動(dòng)運(yùn)輸或者主動(dòng)運(yùn)輸?shù)男问竭M(jìn)入體內(nèi)，其中被動(dòng)運(yùn)輸仍然是丁酸進(jìn)入體內(nèi)的主要方式[15]，主動(dòng)運(yùn)輸主要是在MCT-1（單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1）的幫助下進(jìn)行的。而丁酸鹽則主要依靠載體蛋白SMCT-1（Na介導(dǎo)一元羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）才可以通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入胞內(nèi)[16-17]。吸收進(jìn)入體內(nèi)的脂肪酸、單酰甘油和甘油等物質(zhì)在進(jìn)入體內(nèi)后經(jīng)歷了合成儲(chǔ)存和分解利用的過(guò)程，合成與分解通常為可逆反應(yīng)。從化學(xué)的角度來(lái)看，任何可逆的化學(xué)反應(yīng)均會(huì)傾向于向反應(yīng)物減少的方向發(fā)展。作為機(jī)體的基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)，三酰甘油會(huì)在機(jī)體需要脂肪酸的時(shí)候分解生產(chǎn)脂肪酸供機(jī)體需要；而在機(jī)體不需要脂肪酸供能的時(shí)候，脂肪酸則通過(guò)三酰甘油的合成途徑合成三酰甘油儲(chǔ)存在脂肪細(xì)胞中。

丁酸是腸道優(yōu)選的能量物質(zhì)，在腸道細(xì)胞受損的時(shí)候，丁酸作為能源物質(zhì)優(yōu)先分解供能，參與到修復(fù)腸道的過(guò)程中；同時(shí)由于丁酸和單丁酸甘油酯具有很好的水溶性，而三酰甘油合成通常是在水油界面處發(fā)生，所以二者是否會(huì)在腸道和肝臟這兩個(gè)主要的三酰甘油合成場(chǎng)所發(fā)生合成反應(yīng)仍未明確。游離脂肪酸和單酰甘油在腸道細(xì)胞中合成的三酰甘油會(huì)形成乳糜微粒，通過(guò)淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)入血，所以血液中的三酰甘油含量可以對(duì)分解產(chǎn)物是否在腸道細(xì)胞中有合成有一定的印證。在腫瘤病患者上的研究發(fā)現(xiàn)，在攝入TB后，血液中會(huì)出現(xiàn)TB，但是相對(duì)于丁酸來(lái)說(shuō)，量非常少[18]，表明TB進(jìn)入腸道后的分解產(chǎn)物丁酸、單丁酸甘油酯和甘油在腸細(xì)胞中合成TB的量非常少。這與1930年的研究報(bào)告得出的結(jié)果類似，TB被雞攝入后，并不會(huì)發(fā)生三酰甘油在脂肪組織中沉積而造成的皂化值增高[19]。這些證據(jù)都表明，采食的三丁酸甘油酯在消化和吸收的過(guò)程中幾乎沒(méi)有重新合成的反應(yīng)發(fā)生，絕大部分的丁酸可以被利用。

2.3 三丁酸甘油酯的主導(dǎo)作用

在腸道中，三丁酸甘油酯被分解為丁酸、甘油和極少量的單丁酸甘油酯。不同的代謝產(chǎn)物效果不同，研究者為了探究三丁酸甘油酯中間產(chǎn)物的作用設(shè)計(jì)了細(xì)胞上的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明在類紅細(xì)胞分化的潛力方面，三丁酸甘油酯是丁酸的3～4倍，同時(shí)，相對(duì)于丁酸來(lái)說(shuō)，單丁酸甘油酯幾乎沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)[20]。這也暗示，三丁酸甘油酯的作用強(qiáng)于中間代謝產(chǎn)物雙三丁酸甘油酯和單丁酸甘油酯，主要通過(guò)脂肪酶分解產(chǎn)生的丁酸發(fā)揮作用。

三丁酸甘油酯可以通過(guò)產(chǎn)生丁酸作用于腸道，在腸黏膜細(xì)胞中代謝供能，三丁酸甘油酯的主導(dǎo)作用是通過(guò)靶向供給腸道優(yōu)質(zhì)能量來(lái)改善腸道健康。有研究表明，丁酸是腸道優(yōu)選的能量物質(zhì)，丁酸在進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)后可以在肉毒堿轉(zhuǎn)移酶的作用下轉(zhuǎn)移進(jìn)入線粒體中，隨后通過(guò)β-氧化作用轉(zhuǎn)化為兩分子乙酰CoA，或進(jìn)入TCA循環(huán)中功能；或在肝臟中轉(zhuǎn)化為酮體，在機(jī)體缺乏葡萄糖時(shí)為大腦或者其它組織供能。有研究表明，三丁酸甘油酯可以為腸道提供高達(dá)75%的能量[21]。借助于腸道供能的作用，三丁酸甘油酯可以改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸道消化吸收；阻止黏膜損傷，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能；促進(jìn)有益菌增殖，維持腸道微生態(tài)平衡[3-4]；同時(shí)也有很多證據(jù)表明三丁酸甘油酯可以促進(jìn)癌癥細(xì)胞的凋亡[22]。

3 三丁酸甘油酯的作用效果

3.1 三丁酸甘油酯對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響

三丁酸甘油酯具有提高生長(zhǎng)育肥豬的生長(zhǎng)性能的作用，不同的試驗(yàn)中添加量各不相同，大致為0.1%～0.5%之間，其中0.2%可以使仔豬的平均日增重提高10%左右，料肉比降低10%左右，從而降低養(yǎng)殖成本[23]。三丁酸甘油酯可以提高絨毛高度，降低隱窩深度，增加十二指腸絨毛表面積[24-25]；緩解炎癥發(fā)生、提高免疫力[25]；緩解由外界因素引起的腸道、機(jī)體氧化應(yīng)激[26-27]；提高相關(guān)消化酶的活性[25，28]；改善飼料粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維和能量的表觀消化率[29-30]。同時(shí)有研究表明，三丁酸甘油酯還可以改善肝臟免疫功能和抗氧化能力[31-32]。

三丁酸甘油酯可以改善外源或內(nèi)源因素對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生的不利影響。Dong L等[33]選取16頭IUGR仔豬和8頭正常仔豬的試驗(yàn)結(jié)果表明：正常仔豬的生長(zhǎng)性能顯著高于IUGR豬，而IUGR豬采食含有三丁酸甘油酯的日糧后生長(zhǎng)性能顯著改善。乙酸挑戰(zhàn)試驗(yàn)可以模擬結(jié)腸炎對(duì)動(dòng)物的影響，Yongqing Hou（2014）設(shè)計(jì)了2個(gè)階段的試驗(yàn)，第一階段15 d的試驗(yàn)結(jié)果顯示，0.1%的三丁酸甘油酯并未對(duì)采食量產(chǎn)生影響，但是對(duì)該階段平均日增重有一定的改善作用；隨后在第二階段7 d乙酸挑戰(zhàn)后，乙酸使試驗(yàn)豬日增重降低了14.7%，三丁酸甘油酯緩解了乙酸的負(fù)面作用（ADG增加8.8%）。

表1 三丁酸甘油酯對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響

3.2 三丁酸甘油酯對(duì)腸道機(jī)械屏障的影響

小腸是食物消化吸收的主要場(chǎng)所，小腸形態(tài)相關(guān)的腸絨毛長(zhǎng)度、隱窩深度、黏膜厚度及絨毛表面積是衡量小腸消化吸收功能的重要指標(biāo)。多項(xiàng)研究表明，三丁酸甘油酯添加后可以有效地改善腸道表觀形態(tài)[28，35]。丁酸主要在空腸和回腸段被吸收，并且作為細(xì)胞的能量來(lái)源可以促進(jìn)消化道細(xì)胞的增殖和成熟，提高腸道緊密連接蛋白的表達(dá)，降低由腸道細(xì)胞破損而引起的血液二胺氧化酶活力，從而維持腸黏膜上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性，增強(qiáng)機(jī)械屏障作用[3]，這些證據(jù)說(shuō)明三丁酸甘油酯可通過(guò)改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸道消化吸收，進(jìn)而提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。

3.3 三丁酸甘油酯對(duì)腸道菌群的影響

健康動(dòng)物的消化道存在著一個(gè)穩(wěn)定的微生物區(qū)系，有益菌和有害菌處于平衡狀態(tài)。然而飼糧、環(huán)境等因素很容易打破該平衡，引起消化道菌群失調(diào)，導(dǎo)致疾病發(fā)生。三丁酸甘油酯具有改善腸道微生物區(qū)系的作用，對(duì)三丁酸甘油酯主要代謝產(chǎn)物丁酸的研究表明丁酸鈉可以顯著降低豬腸道內(nèi)沙門氏菌的繁殖及在糞中的排放，提高腸道內(nèi)容物乳酸桿菌的含量，降低回腸大腸桿菌的數(shù)量[36]。

正常情況下，腸道內(nèi)微生物群構(gòu)成一個(gè)對(duì)抗病原體的重要的保護(hù)屏障，當(dāng)這個(gè)微生態(tài)菌群的穩(wěn)定性遭到破壞后，腸道定植抵抗力大為降低，可導(dǎo)致腸道中潛在性病原體（包括條件致病菌）的定植和入侵。動(dòng)物使用三丁酸甘油酯后，通過(guò)產(chǎn)生代謝產(chǎn)物修復(fù)腸道、提高機(jī)體免疫能力等方式抑制病原微生物對(duì)宿主腸道的損傷，調(diào)整腸道菌群使腸道微生態(tài)系統(tǒng)處于最佳的平衡狀態(tài)，提高動(dòng)物的生物屏障功能。此外，三丁酸甘油酯分解后產(chǎn)生的有機(jī)酸可通過(guò)破壞細(xì)胞膜，調(diào)節(jié)有毒陰離子在細(xì)菌內(nèi)的聚集等方式來(lái)降低致病菌對(duì)腸道的攻擊，維持腸道微生物平衡[4，37]。

4 小結(jié)

綜上所述，三丁酸甘油酯可以在脂肪酶的作用下分解為丁酸和甘油，靶向?yàn)槟c道提供高效能量，為腸黏膜供能，修復(fù)腸道機(jī)械屏障和微生物屏障，最終改善動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。隨著三丁酸甘油酯研究的進(jìn)一步深入及其生理功能作用機(jī)制的進(jìn)一步闡釋，三丁酸甘油酯必將在動(dòng)物生產(chǎn)、動(dòng)物保健等方面發(fā)揮更廣泛的作用。