中短鏈脂肪酸的聯(lián)合使用

■黃藝珠 姜 飛 黃懷萱 唐卓懿 崔 超 章 亮 龍吉云 賴州文*

（1.新奧（廈門）農(nóng)牧發(fā)展有限公司，福建廈門361006；2. Manuka Biotech Sdn Bhd，馬來西亞81000）

“非瘟”和“無抗”是當前畜牧業(yè)最關注的兩大熱點問題。自2018 年爆發(fā)非洲豬瘟以來，已給我國養(yǎng)豬業(yè)造成了巨大的損失。在疫苗遙遙無期，藥物無用的處境下，一篇2009 年發(fā)表在國際著名期刊雜志《Nature》上關于“月桂酸單甘酯可阻斷猴免疫缺陷病毒（SIV）傳播”的文章引起了行業(yè)的廣泛關注，因此在業(yè)內(nèi)掀起了一股月桂酸單甘酯抗囊膜病毒（如ASFV）的熱潮。雖然月桂酸單甘酯能否抑制ASFV還有待考證，但是月桂酸單甘酯在抑制HIV 病毒、細胞巨化病毒、皰疹病毒、感冒病毒、豬藍耳病毒等方面的應用已得到廣泛的驗證。

自抗生素被發(fā)現(xiàn)和使用以來，其在人和動物的疾病防治中發(fā)揮著重要作用。實踐證明，飼用抗生素在促進動物生長、提高飼料報酬、改善動物產(chǎn)品品質(zhì)等方面作用突出，但同時也引起藥物殘留、細菌耐藥性等負面問題，對動物、人和生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。歐盟等多個國家早已禁止在飼料中使用抗生素，我國的禁抗步伐也提上了日程，2018 年4 月20 日農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了“關于開展獸用抗菌藥使用減量化行動試點工作”的通知，將深入推進養(yǎng)殖業(yè)供給側結構性改革，維護養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)安全、動物源性食品安全、公共衛(wèi)生安全和生態(tài)環(huán)境安全。之后，2019年7月9 日農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《藥物飼料添加劑退出計劃》通知，飼料端“禁抗”，養(yǎng)殖端“減抗、限抗”大勢已定，行業(yè)已處于“后抗生素時代”的風口浪尖。大家都在尋求抗生素的替代品。短、中鏈脂肪酸及其衍生物(脂肪酸鹽及脂肪酸甘油酯)具有廣泛的抑菌效果，短鏈脂肪酸SCFA（如丁酸及其衍生物）抑制革蘭氏陰性細菌如沙門氏菌、大腸桿菌，中鏈脂肪酸MCFA(如月桂酸及其衍生物）抑制革蘭氏陽性細菌如金黃色葡萄球菌。實踐證明，單一成分產(chǎn)品很難完全替代抗生素，多個成分組合的產(chǎn)品和方案才是替抗的最佳選擇。

1 人與動物乳脂中短、中鏈脂肪酸的占比

《人乳脂及人乳代替脂》這本書闡述了人及幾種哺乳動物乳脂中短、中鏈脂肪酸的占比[1]，總結如表1所示。

表1 人及動物乳脂中短、中鏈脂肪酸的占比(%)

由表1 可以得出：①乳脂中短、中鏈脂肪酸的占比高低是自然選擇的結果，這與中國農(nóng)業(yè)大學咼于明教授在2019 年“鯤鵬鳥”大會上提出的“丁酸是表遺傳學調(diào)控的營養(yǎng)素”的觀點不謀而合；②哺乳動物的生存條件越差，其乳脂中短、中鏈脂肪酸的占比就越高，說明短、中鏈脂肪酸對于動物抗逆環(huán)境具有重要作用。

2 短鏈脂肪酸

2.1 抑菌機理

有機酸（丁酸）具有親脂性，可以黏附致病菌脂質(zhì)胞膜而穿入細菌胞漿內(nèi)，在胞漿內(nèi)解離產(chǎn)生氫離子，從而降低胞內(nèi)pH 值或造成胞內(nèi)有機酸的離子積累，導致致病菌死亡[2]，影響到致病菌內(nèi)生物大分子的功能。為了維持胞內(nèi)pH 值穩(wěn)定性，致病菌必須動用能源ATP 來運送氫離子到胞外。但這種耗能工作終將導致致病菌用盡能量而死亡[3]，見圖1。有機酸除可通過降低pH 值而影響微生物外，其陰離子還具有獨特的殺菌功能，大量陰離子在胞內(nèi)積聚，從而改變胞內(nèi)的滲透壓而造成細菌中毒，如糖酵解和核酸合成的停止、酶解反應受阻[4]。

眾所周知，乳酸菌在低pH值環(huán)境下也能生長，對有機酸的耐受力比大腸桿菌強得多。革蘭氏陽性細菌胞內(nèi)鉀離子濃度高，抵消了有機酸酸根陰離子的作用。因此，有機酸起到了選擇性抗菌作用，乳酸桿菌得以存活下來，而病原微生物如大腸桿菌和沙門氏菌遭到撲殺。

圖1 短鏈脂肪酸（丁酸）的抑菌機理

2.2 抑菌效果

Galfi 等(1990)[5]給生長豬飼喂含0.17%丁酸鈉的日糧，發(fā)現(xiàn)能夠使豬回腸微生物區(qū)系中大腸桿菌的比例下降，乳酸桿菌的比例上升。Fernández-Rubio 等（2009）[6]試驗表明，1日齡雛雞口服感染腸炎沙門氏菌后，添加丁酸鈉能夠顯著降低肉雞嗉囊、腸道沙門氏菌的定植數(shù)量（P＜0.05），降低沙門氏菌的肝臟移位，下調(diào)沙門氏菌侵襲相關基因表達。張雪艷（2007）[7]研究表明蛋雞日糧添加丁酸鹽，空腸、盲腸、結腸中大腸桿菌數(shù)量顯著減少（P＜0.05），乳酸桿菌數(shù)量顯著增加（P＜0.05）。Castillo等（2006）[8]在早期斷奶仔豬飼糧中添加0.3%的丁酸鈉，其腸道微生物多樣性極顯著增加(P=0.002)，乳酸桿菌和腸桿菌數(shù)量的比值顯著提高。郭小華等（2005）[9]在斷奶仔豬日糧中添加0.1%丁酸鈉，結果發(fā)現(xiàn)仔豬腸道乳酸桿菌數(shù)量增加，致病性大腸桿菌數(shù)量減少。Lynch等（2017）[10]研究表明給仔豬飼喂丁酸鈉后可以有效降低仔豬糞便中沙門氏菌數(shù)量（P=0.001）。陳芳等（2017）[11]在屠宰前4 周時給育肥豬飼喂丁酸鈉，結果顯著降低育肥豬盲腸沙門氏菌的檢出率（P＜0.05）。

Defoirdt等（2006）[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的短鏈脂肪酸例如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸對坎氏弧菌的生長抑制作用具有pH依賴性。在pH值為5時，生長被完全抑制；在pH值為6時，生長抑制被推遲；在pH值為7 時無抑制效果。本研究結果與Wolin（1969）[13]、McHan 等（1993）[14]研究在不同pH 值條件下短鏈脂肪酸對大腸桿菌和腸炎沙門氏菌生長抑制效果的結果存在相關性。以上研究表明，在低pH值條件下，短鏈脂肪酸的殺菌抑菌效果增強。

3 中鏈脂肪酸

3.1 抑菌機理

中鏈脂肪酸（MCFAs）是指碳鏈長度在6～12個的飽和脂肪酸，包括己酸、辛酸、癸酸和月桂酸。中鏈脂肪酸具有廣譜的抗病原微生物作用，因此是目前熱門的替抗產(chǎn)品之一。關于中鏈脂肪酸的抑菌機理，據(jù)研究報道主要有以下四種。

①由于中鏈脂肪酸也是一種有機酸，所以它跟短鏈脂肪酸有同樣的抑菌機理，穿透細菌的細胞膜，在細菌細胞內(nèi)開始解離并不斷積聚H+，最終通過在細胞質(zhì)中產(chǎn)生的酸化作用殺死細菌[15]。相比短鏈脂肪酸和長鏈脂肪酸，中鏈脂肪酸的最小抑菌濃度最低，而且游離的中鏈脂肪酸在動物胃中就可以對病菌發(fā)揮早期的屏障作用。

②中鏈脂肪酸具有的特殊的化學結構, 可以迅速進入到細菌細胞膜的脂質(zhì)層，通過破壞細菌細胞膜結構而引起內(nèi)容物丟失、運輸機制被破壞而起到抑制細菌的作用。見圖2。

圖2 中鏈脂肪酸破壞細菌細胞膜的抑菌機理

③中鏈脂肪酸可以抑制細菌脂肪酶的生成。因細菌要附著于腸道絨毛上必須有這種酶參與, 所以中鏈脂肪酸能起到抑制細菌附著到腸壁的作用, 從而有利于腸道通過糞便將細菌排出體外。

④中鏈脂肪酸可通過解偶聯(lián)作用而抑制革蘭氏陽性菌。如圖3。

3.2 抑菌效果

許多的體外試驗已經(jīng)表明，中鏈脂肪酸及其甘油一酯對致病菌、病毒及寄生蟲的活性具有一定的抑制作用。中鏈脂肪酸中辛酸（C8∶0）及癸酸（C10∶0）對大多數(shù)的革蘭氏陽性菌有顯著的抑制作用，但是對革蘭氏陰性菌作用很小。辛酸（C8∶0）及癸酸（C10∶0）同時使用還具有協(xié)同效應。月桂酸（C12∶0）主要對革蘭氏陰性菌有顯著的抑制效果，辛酸、癸酸及月桂酸的甘油一酯的抗菌效果要明顯的好于其游離的脂肪酸。辛癸酸單甘酯對革蘭菌、霉菌、酵母均有抑制作用。月桂酸單甘酯對革蘭氏陽性菌以及部分革蘭氏陰性菌均具有最強抑制效果，其次是絲狀真菌以及酵母菌，而對部分革蘭氏陰性菌抑菌作用較弱，其原因是革蘭氏陽性菌細胞壁肽聚糖含量高，組成簡單，交聯(lián)度高，月桂酸單甘酯分子較易通過細胞壁。而革蘭氏陰性菌具有內(nèi)外壁，肽聚糖含量較少，但外壁層(脂多糖層)組成復雜在控制細胞對月桂酸單甘酯或其他防腐劑及小分子物質(zhì)的親和性方面起著關鍵作用。而對諸如淋病奈瑟菌、空腸彎曲桿菌、幽門螺桿菌、嗜血桿菌及加德納菌屬等細胞壁是由脂寡糖(LOS)組成的革蘭氏陰性菌。月桂酸單甘酯易于通過細胞壁而與生物膜相結合而發(fā)揮抑制作用，故對該類革蘭氏陰性菌具有良好的抑制效果?？梢?，中鏈脂肪酸的抑菌效果與其所含的中鏈脂肪酸的種類密切相關。

圖3 中鏈脂肪酸的解偶聯(lián)作用

月桂酸單甘酯(Glycerol Monolaurate，簡稱GML)，是一種新型、安全、高效的親脂性非離子型表面活性劑，兼具防腐和乳化的功能，對革蘭氏陽性菌以及部分革蘭氏陰性菌均具有很強抑制效果。但GML的缺點是不溶于水，因此限制了它的應用，可將GML改性制成水溶性的GML，使之方便使用，乳化性能和抗菌性能增效，還可以促進皮膚的滲透（滲透率增加23%）、增加營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[16]。

中鏈脂肪酸作為歐盟熱門的替抗產(chǎn)品之一，其效果在國內(nèi)外已得到了廣泛的驗證。Sprong等（2002）[17]研究表明，0.5 mmol/kg 中鏈脂肪酸對沙門氏菌、大腸桿菌、空腸彎曲桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌均有抑制作用。Timbermont 等（2010）[18]給雞飼喂含中鏈脂肪酸的日糧，可以減少產(chǎn)氣莢膜梭菌引起的雞壞死性腸炎病變。Dierick 等（2002）[19]研究發(fā)現(xiàn)添加中鏈脂肪酸（MCFA）使豬十二指腸內(nèi)大腸桿菌數(shù)量降低10 倍左右。宋漢嬌（2017）[20]的研究再次證實中鏈脂肪酸對白色念珠菌、綠膿桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有較強的抑制作用。作為中鏈脂肪酸的一種，月桂酸的抑菌作用也得到了廣泛的研究驗證，梁準成等（2015）[21]研究表明月桂酸及其衍生物對枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和沙門氏菌均有抑菌活性。

3.3 抑制囊膜病毒的機理

Hyldgaard 等（2012）[22]研究發(fā)現(xiàn)月桂酸單甘酯對囊膜病毒有抑制作用，可能通過破壞病毒囊膜的脂質(zhì)雙分子層來抑制病毒的復制和傳播（見圖4）。

圖4 GML抑制囊膜病毒的機理

由于月桂酸單甘酯不溶于水，限制了他的抗菌、抗病毒效果的發(fā)揮。將月桂酸單甘酯改性后，增加了親水的極性基團。而囊膜病毒脂質(zhì)雙分子層中的磷脂酰帶極性基團，吸引了同樣是極性的改性月桂酸單甘酯趨近并穿透病毒脂質(zhì)雙分子層。當親水基團碳鏈與疏水基團碳鏈相當時，改性單月桂酸單甘酯就固化在病毒囊膜或細菌胞膜上，破壞了病毒的脂質(zhì)膜，且H+加速了這一進程。見圖5。

圖5 改性月桂酸單甘酯抑制囊膜病毒的機理

3.4 抑制囊膜病毒效果

2009年，一篇發(fā)表在世界著名期刊《Nature》中的文章，研究者用恒河猴為研究對象探索了月桂酸單甘酯對預防艾滋病的效果。結果表明月桂酸單甘酯可阻斷猴免疫缺陷病毒（SIV）的傳播。另有研究表明月桂酸單甘酯對艾滋病病毒、細胞巨化病毒、皰疹病毒、sna 病毒等均有抑制作用。Hilmarsson 等（2006）[23]研究發(fā)現(xiàn)中鏈脂肪酸及其衍生物對綿羊髓鞘脫落病毒有抑制作用，該研究還有一個重要發(fā)現(xiàn)，在pH 值4.2的抑制效果顯著高于pH值7的抑制效果（見表2），說明在酸性條件下，中鏈脂肪酸及其衍生物的抗病毒效果更強。

4 中短鏈脂肪酸的組合遵循中醫(yī)的君臣佐使的理念

中短鏈脂肪酸組合的研發(fā)遵循中醫(yī)藥的君、臣、佐、使原理：改性月桂酸單甘酯是一種表面活性劑、乳化劑和防霉劑，在食品行業(yè)已經(jīng)使用很長時間了，對囊膜和細菌胞膜有很強的破壞性，是核心組分，為君。丁酸衍生物提升機體黏膜的四大屏障功能，協(xié)助抵御病原微生物的侵擾，為臣。將改性月桂酸單甘酯和丁酸衍生物裹敷在酸性懸浮液中，酸性環(huán)境為佐。產(chǎn)品使用方法可噴、可混、可飲、可灌、可敷、可涂擦、可稀釋、可揉團、可隨油、可隨水、可前灑、可后噴、可氣霧、可佐藥(見圖6)。

圖6 設計理念

5 中短鏈脂肪酸組合的優(yōu)勢

5.1 對病毒囊膜和細菌胞膜穿透力更強

GML和改性GML經(jīng)飼料添加時接觸病原微生物的機會不同：GML 呈固態(tài)，粒徑在0.5～1.0 mm 之間，與囊膜病毒接觸的機會很小。即便接觸到了，彼此都是固態(tài)，之間沒有液體介質(zhì)，GML 是無法殺菌抗病毒的。改性GML呈液態(tài)，顆粒比常規(guī)GML小250倍，再經(jīng)500倍稀釋，與飼料表面可能污染的病原菌或囊膜病毒粒子的接觸面積擴大了12 萬倍，接觸的機率大幅提升。在水油交界的介質(zhì)中，又受酸性氫離子的促發(fā)，對病原菌和囊膜病毒的破壞力大增。GML和改性GML的對比見表3。

表3 GML和改性GML的特性比較

5.2 酸性條件下抗病原微生物能力更強

為動物營造一個酸性環(huán)境是呵護動物健康的關鍵。常見致病性微生物的pH敏感值見表4。

在酸性條件下，絕大部分病原微生物均可降低活性或失活。因此酸性條件下中短鏈脂肪酸的組合抗病原微生物的能力更強。

5.3 中短鏈脂肪酸組合的四個雙效

①液態(tài)分散性極強，與病原微生物接觸的面積和機會更大；pH＜4，酸化使得抑制病原微生物的效果更強，二者協(xié)同抑制的雙效。

②丁酸修復黏膜，維持消化道黏膜完整性，降低非特異性免疫反應，減少巨噬細胞暴露，黏膜保護與抑制病毒的雙效。

③中短鏈脂肪酸合理搭配對病毒、病原菌有同時抑制的雙效。

④飼料添加混合和飲水同時使用時，可在兩個主要途徑大大降低病毒、細菌感染風險的雙效。

5.4 中短鏈脂肪酸組合是替抗方案的必然選擇

中短鏈脂肪酸對病原微生物的敏感性見表5，短鏈脂肪酸對革蘭氏陰性菌的作用比較強，中鏈脂肪酸對囊膜病毒、革蘭氏陽性菌和真菌的作用比較強，因此把中、短鏈脂肪酸組合起來，抑制病原微生物的譜系更廣，抑制病原微生物的能力更強。

表4 常見致病性微生物的pH敏感值

表5 中短鏈脂肪酸對病原微生物的敏感性

6 中短鏈脂肪酸的應用

6.1 養(yǎng)殖場復養(yǎng)

通過消化道傳播是非洲豬瘟病毒主要的傳播途徑之一。通過消化道傳播又可以分為兩種方式：通過飼料傳播和通過飲水傳播。

6.1.1 阻斷飼料中非洲豬瘟病毒的感染風險

非洲豬瘟爆發(fā)后，很多飼料廠采取提高制粒溫度，延長調(diào)制時間的方式來減少飼料中非洲豬瘟病毒感染的風險，但是全球非洲豬瘟聯(lián)盟主任、首席專家Sandra Blome教授指出：85 ℃加熱10 min才可以滅活非洲豬瘟病毒，但需要保證使非洲豬瘟病毒處于這種環(huán)境中，而不是飼料處于的環(huán)境。我們尚且不論飼料制粒過程能否保證非洲豬瘟病毒處于這種環(huán)境中，就目前的工藝技術，飼料制粒溫度和時間最多維持在85 ℃5 min，因此通過飼料加熱方式防控非洲豬瘟還有待研究證實。

將中、短鏈脂肪酸組合制成酸性水制劑，在飼料中添加混合時，與囊膜病毒（如非洲豬瘟病毒）的接觸面積和接觸機會更大，在水油交界的介質(zhì)中，又受酸性氫離子的促發(fā)，對囊膜病毒的破壞力更強，可以阻斷非洲豬瘟病毒通過飼料感染的風險。

6.1.2 阻斷飲水中非洲豬瘟病毒的感染風險

最近美國新型傳染病雜志(EID journal)發(fā)表了一篇關于非洲豬瘟病毒在自然飲水或飼料中的感染劑量報道[24]。研究結果表明：非洲豬瘟病毒通過飲水傳播感染豬，最小感染豬群的劑量，每毫升水中病毒的含量只需要為100TCID50即1個病毒粒子就可以，而通過飼料傳播感染豬群，感染一半的豬群，每克飼料中需要104TCID50即10 000 個病毒粒子才能使豬感染。說明飲水相對于飼料更容易成為非洲豬瘟感染豬群的途徑，這就給非洲豬瘟的防控提出了極高的要求，即要求有效地預防非洲豬瘟病毒感染，必須阻斷飲水感染的可能。

非洲豬瘟病毒耐酸堿范圍為pH 值4～13，將中、短鏈脂肪酸組合制成酸性制劑，pH＜5，通過飲水添加可以阻斷非洲豬瘟病毒經(jīng)飲水感染的風險。

將中、短鏈脂肪酸組合制成酸性制劑，具有酸化、抗囊膜病毒、促進胃腸道健康、促生長等作用，同時在飼料和飲水中添加，可以阻斷非洲豬瘟病毒經(jīng)飼料和飲水感染的風險，助力養(yǎng)殖場復養(yǎng)。

6.2 替抗

“飼料禁抗”實錘落地，“科學替抗”迫在眉睫!一種好的替抗產(chǎn)品需同時具備以下條件：便于飼料加工且在飼料中穩(wěn)定；具有促生長功能；改善飼料轉(zhuǎn)換效率；能提高動物抗病力；對動物適口性無不良影響；易被機體利用或清除；在消化道內(nèi)穩(wěn)定；可以殺滅致病菌；不破壞腸道正常菌群；無毒副作用；環(huán)境無殘留；不引起細菌耐藥性。中短鏈脂肪酸正好符合以上所有的條件。在1928 年之前，脂肪酸是人類對抗感染的重要手段，在歐洲十幾年的禁抗歷程中，中短鏈脂肪酸已成為替抗的主力。短鏈脂肪酸對革蘭氏陰性菌的作用效果比較強，中鏈脂肪酸對革蘭氏陽性菌、真菌和囊膜病毒的作用效果比較強，將中短鏈脂肪酸組合在一起抗病原譜更廣，是替抗方案的最佳選擇之一。

6.3 救助弱仔，或疫病來臨時的應急措施

畜禽在弱小、疾病或應激情況下，機體通常處于負能量平衡的狀態(tài)，體質(zhì)比較弱，抗病力差，對飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力十分有限，這時急需一種可以快速供能的營養(yǎng)物質(zhì)，讓病弱畜禽可以快速恢復體能，提高抗病力和成活率。短鏈脂肪酸（丁酸）是腸上皮細胞的快速能量源，可以為病弱畜禽腸道快速供能，維持腸道健康；中鏈脂肪酸水溶性極強，即使在缺乏膽鹽或脂肪酶的情況下，也可以快速通過門靜脈進入肝臟線粒體進行氧化供能，能快速、有效地為病弱畜禽提供能量，因此被稱為“救命油”。另外，在疾病情況下，病弱畜禽體內(nèi)酶活力比較低，中鏈脂肪酸作為一種代謝激活劑，可提高體內(nèi)酶活力，提高病弱畜禽對其他營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率。中短鏈脂肪酸除了具有快速供能的作用外，還具有抗菌、抗病毒的作用，可以增強病弱畜禽的抗病力。因此，將中、短鏈脂肪酸組合制成酸性制劑，可飲水，也可灌服，是救助弱仔，或疾病來臨時的應急措施。

6.4 酸化水線

水是生命之源，所以水是養(yǎng)殖場24 h不可斷的營養(yǎng)。但是很多的病原微生物都可能通過飲水線感染給動物，因此切斷飲水線的病原傳播至關重要。在酸性條件下，絕大部分病原微生物均可降低活性或失活。由畜禽常見疫病病原的pH值敏感值可以看出大多數(shù)病原微生物在pH＜5時均可被滅活，因此，在養(yǎng)殖場飲水線中添加中短鏈脂肪酸組合酸性制劑，可以酸化水線，切斷病原微生物經(jīng)水感染的可能。