中鏈脂肪酸在仔豬生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用

王 俊， 趙小剛， 郭吉余*， 梁運(yùn)祥

（1.廣東海大集團(tuán)畜牧水產(chǎn)研究中心，廣東廣州 511400；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，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(zhǎng)，為減少仔豬腹瀉，提高仔豬生長(zhǎng)性能和降低飼養(yǎng)成本曾做出巨大貢獻(xiàn)。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(yán)重威脅動(dòng)物和人類健康。我國(guó)于2020年7月全面禁止使用抗生素作為促生長(zhǎng)劑。因此，尋找抗生素替代品用于維持仔豬的健康和維護(hù)公共安全迫在眉睫。近年來(lái)，中鏈脂肪酸（MCFAs）受到國(guó)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(jī)體腸道免疫的作用，本文就MCFAs在仔豬生產(chǎn)上的應(yīng)用及發(fā)揮作用的可能機(jī)制進(jìn)行綜述，旨在為其作為飼料添加劑在生產(chǎn)養(yǎng)殖上的開(kāi)發(fā)及合理利用提供理論依據(jù)。

1 中鏈脂肪酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)和特性

中鏈脂肪酸（MCFAs）是一類含有6～12個(gè)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(shuō)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(yīng)生成甘油三酯，被稱為中鏈脂肪酸甘油三酯（MCTs）。與長(zhǎng)鏈脂肪酸（LCFAs）相比，MCFAs熔點(diǎn)低，水溶性相對(duì)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(diǎn)。因此，MCFAs/MCTs的消化、吸收和代謝過(guò)程與LCFAs和長(zhǎng)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(guò)水解而直接被腸上皮細(xì)胞吸收 （Ferreira等，2014；Ramirez等，2001）。腸上皮細(xì)胞以被動(dòng)擴(kuò)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(xì)胞中，MCFAs與脂肪酸結(jié)合后蛋白親和力低，因此不會(huì)被再次酯化而是擴(kuò)散到門靜脈中與白蛋白結(jié)合直接進(jìn)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(guò)膽鹽乳化才能被胰脂酶水解成LCFA和相應(yīng)的單甘油酯。在腸上皮細(xì)胞中，LCFA和長(zhǎng)鏈單甘油酯會(huì)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(guò)淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液循環(huán)被運(yùn)輸?shù)礁闻K （Rego Costa等，2012）。因?yàn)镸CFAs到達(dá)肝臟后不依賴肉毒堿的轉(zhuǎn)運(yùn)就可以通過(guò)線粒體膜進(jìn)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(huì)在肝臟和脂肪中蓄積。而LCFAs供能慢，進(jìn)入線粒體依賴于肉毒堿轉(zhuǎn)運(yùn)。進(jìn)入肝細(xì)胞內(nèi)的LCFAs多用于脂類合成直接被轉(zhuǎn)運(yùn)到脂肪組織儲(chǔ)存起來(lái)。

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(duì)細(xì)菌、病毒和寄生蟲都具有抗菌作用（Zentek等，2011）。不同種類的MCFAs對(duì)革蘭氏陽(yáng)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）?？偟膩?lái)說(shuō)，碳鏈長(zhǎng)的MCFAs對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的抗菌作用好，碳鏈短的MCFAs對(duì)革蘭氏陰性菌的抗菌作用好。有學(xué)者系統(tǒng)比較了不同MCFAs對(duì)革蘭氏陰性菌（E.coli和 Salmonellas）和革蘭氏陽(yáng)性菌（Clostridium perfringens）的抗菌效果。結(jié)果表明，C8對(duì)E.coli的抗菌效果最好，C10次之，C6和C12最差。C8對(duì)Salmonellas的抗菌效果最好，C6、C10和 C12次之。而 C12對(duì)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(lái)說(shuō)，C8對(duì)革蘭氏陰性菌的抗菌作用最好，C12對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的抗菌作用最好。

3.2 中鏈脂肪酸的抗菌機(jī)理 研究表明，MCFAs無(wú)論是對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌都具有很好的抗菌效果，對(duì)細(xì)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(rèn)為，MCFAs屬于非離子表面活性劑，可以進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞膜并造成瞬間或永久的空隙，進(jìn)而增加細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，引起細(xì)菌內(nèi)容物釋放，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡（Desbois等，2010；Altieri等，2009）。 而非解離形式的MCFAs進(jìn)入細(xì)菌后會(huì)對(duì)其產(chǎn)生細(xì)胞毒性。由于細(xì)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(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)pH降低，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)酶類的活性隨之迅速下降。進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中的MCFAs會(huì)解離為H+和陰離子，降低胞質(zhì)內(nèi)的pH，進(jìn)而滅活胞質(zhì)中對(duì)pH敏感的酶類，最終導(dǎo)致細(xì)菌的死亡（Hsiao和Siebert，1999）。為了保持細(xì)胞質(zhì)內(nèi)pH的穩(wěn)定，細(xì)菌被迫利用能量啟動(dòng)H+-ATPase泵出多余的H+，但是此過(guò)程會(huì)消耗大量能量，將造成細(xì)菌代謝障礙和衰竭，最終引起細(xì)菌的死亡（Suiryanrayna和Ramana，2015）。除了直接對(duì)細(xì)菌造成損傷外，MCFAs還可以誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生一種自溶酶，引起細(xì)菌的死亡（Tsuchido等，1985）。

圖1 中鏈脂肪酸的抗菌機(jī)制

4 中鏈脂肪酸的抗炎和抗氧化作用

胃腸道不僅是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收和代謝的重要場(chǎng)所，而且是重要的免疫器官，含有大量的免疫細(xì)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(xì)胞和信號(hào)分子，如促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6（Wei等，2017；Xiong 等，2016）。 但是，過(guò)多的促炎因子會(huì)導(dǎo)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(dǎo)ICR小鼠產(chǎn)生炎癥反應(yīng)；而注射月桂酸后可以緩解小鼠的炎癥反應(yīng)。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(xì)胞和小型豬腸道促炎因子 TNF-α、IFN-γ、IL-6和 IL-8的表達(dá)量，同時(shí)降低抑炎因子IL-4和IL-10的表達(dá)量。在添加癸酸處理后，顯著改善了IPEC-J2細(xì)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(yàn)（小型豬）和體內(nèi)試驗(yàn)（IPEC-J2細(xì)胞）均表明，癸酸還可以通過(guò)提高SOD和GPx的水平，降低MDA水平來(lái)緩解環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激（Kang 和 Lee，2017）。

5 中鏈脂肪酸對(duì)仔豬生長(zhǎng)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(qiáng)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(bǔ)充劑，提高仔豬生長(zhǎng)性能。但在斷奶仔豬飼料中添加MCFAs對(duì)仔豬生長(zhǎng)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(yàn)周期有關(guān)（表1）。

表1 MCFAs對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能的影響

MCFAs提高仔豬生長(zhǎng)性能可能與其提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，抑制胃腸道病原菌生長(zhǎng)和保護(hù)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(duì)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(duì)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(yǔ)

中鏈脂肪酸具有快速供能、抑制腸道中病原菌生長(zhǎng)和抗炎抗氧化等作用，有利于預(yù)防仔豬腹瀉、提高仔豬生長(zhǎng)性能。中鏈脂肪酸來(lái)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(yīng)用前景。但是，中鏈脂肪酸對(duì)仔豬生長(zhǎng)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(yàn)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(jī)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(kāi)發(fā)和合理利用提供理論依據(jù)。