在飼料行業應用脂類的新思考

畜牧編輯

　　在飼料行業應用脂類的新思考脂類，也稱脂質，是一類低溶于水而高溶于非極性溶劑的生物有機分子。多數脂類是脂肪酸和醇所形成的化合物及其衍生物，常規飼料分析中將其劃分為粗脂肪，即可溶于石油醚或乙醚的物質的總稱。而酸水解脂肪則是先用鹽酸將樣品水解，然后再用乙醚浸提，可以將結合態脂肪和游離態脂肪測定出來。脂類包括脂肪、類脂等，飼料行業常用的脂類包括植物油、動物脂肪和磷脂等，它們的共同點是均含脂肪酸，脂肪酸的差異是決定脂類的關鍵因素。
　　脂類在動物營養和飼料行業的傳統功效包括高能值、促進脂溶性維生素吸收、抑制粉塵、改善適口性等。近年來，人們逐步認識到脂類在動物營養領域存在欠缺，尤其脂肪酸平衡、功能性脂肪酸、生物活性脂類等方面，制約了其在飼料行業的應用。本文從三大營養物質在體內代謝轉化入手，探討脂肪酸均衡和功能性脂肪酸相關理論和實踐，以期引起大家對脂類營養的重新思考。
　　1 脂肪體內轉化養豬生產的核心
　　其實就是將人類不愿意吃、不想吃的物品，通過生物轉化器( 豬) ，生產出來豬肉的過程，是以耗費含碳化合物，將飼料中的以植物來源為主的蛋白質轉化為食物中的動物蛋白質的過程。然而我們無法忽視的事實是，豬胴體中脂類占比遠高于蛋白質( 表 1) 。體重超過 60 kg以后的育肥期，機體脂肪相對于蛋白質沉積速度更快，過剩的能量主要向脂肪沉積方向轉變，且隨著體重增加，其蛋白質合成能力逐漸下降［1－2］。這是豬飼料轉化效率隨著體重增加而不斷降低的生物學基 礎，因 此，在研究蛋白質和氨基酸的基礎上，應該重視對脂肪的研究。
　　以肌肉沉積為代表的動物性產品生產，其實質是 ATP 驅動下的物質轉化過程。豬的生產凈能主要是脂肪轉化，在蛋、奶等動物性產品形成過程中，脂肪也都是干物質的重要成分。動物體內脂肪主要是從淀粉和外源性脂類轉化而來，即:“淀粉—糖—動物脂肪”、“飼料油脂—動物脂肪”。轉化路徑不同，效率不同。從降低成本和肉質改善的角度來看，可能需要重新思考動物性產品生產時的脂肪來源以及轉化途徑問題。顯而易見，“飼料油脂—動物脂肪”具有更高的效率。飼料中合理地添加油脂，可以減少從淀粉從頭開始合成動物體脂肪的比例，有助于提高動物性產品的生產效率。
　　2 脂肪酸平衡
　　脂肪酸是脂類物質中最主要的成分，脂肪酸的合成部位主要是肝臟和脂肪組織。脂肪酸合成的主要原料是乙酰輔酶 A、ATP 和原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸( NADPH) 。乙酰輔酶 A 是糖、脂肪和蛋白質代謝的樞紐物質，其在線粒體生成，通過檸檬酸－丙酮酸循環出線粒體，在胞液中參與脂肪酸合成［4］。脂肪酸從頭合成需要消耗大量能量，同時釋放大量熱量，對畜牧生產來講，會造成大量的熱增耗。而通過在飼料中添加油脂，可以減少動物體內內源性脂肪酸的合成，從而降低熱能的浪費，這在生產實踐中已經廣泛采用。
　　動物體的脂肪酸組成保持相對恒定，不同動物的脂肪酸組成也具有規律性，而植物中脂肪酸組成則千差萬別。動物體中( 海洋水生動物除外)脂肪 酸 按 豐 度 排 序，通 常 是: C18 ∶ 1 ＞ C16 ∶ 0 ＞C18 ∶0＞C18∶2＞＞其他脂肪酸。從圖 1 可見，C16∶0是動物體內源性合成的起始脂肪酸，它可以被進一步代謝成 C18∶ 0 和 C18∶ 1，但是，C16∶ 0 是長鏈飽和脂肪酸，富含 C16∶ 0 的油脂往往因為熔點太高而影響消化率。C18∶ 1 則通常是動物體的第一大脂 肪 酸。因 此，飼料中能否高效便捷地提供C16 ∶0和 C18∶1 就成為問題的關鍵，直接影響動物性產品生產的效率。但是，飼料行業在添加油脂時，大量使用的往往是大豆油。究其原因主要是大豆油供應量大、凝固點低、使用方便。然而從脂肪酸體內轉化與平衡的角度思考，在飼料中大量使用大豆油則是不合理的，因為大豆油是 C18 ∶ 2為主，而 C18∶2 要轉化成動物性產品脂肪，需要先分解成乙酰輔酶 A，然后再進一步代謝成 C16∶0 及后續的脂肪酸，這一過程是耗能和低效的。而且當 C18∶2 被分解成乙酰輔酶 A，意味著其代謝開始與糖的代謝交匯，也意味著 C18∶ 2 發揮了和淀粉及糖相似的價值，從經濟的角度也是不合理的。
　　在動物體最豐富的 4 種脂肪酸中，C18∶2 因為飼料來源豐富，通常不構成限制。C18∶1、C16∶0 和C18∶0 則是需要動物大量合成的，為了更通俗地表述，我們可以稱這 3 種脂肪酸為“造動物脂肪的脂肪酸”，這種脂肪酸平衡有助于提高動物的生產性能。總之，在飼料中添加動物生長所需要的平衡油脂，可以減少脂肪酸的內源性合成，有利于提高飼料轉化率，通常也可以帶來經濟效益的提升。
　　3 ω-3 脂肪酸
　　脂肪酸的 ω 分類法，是從脂肪酸的甲基端算起，第 3 個碳原子上開始出現雙鍵就是 ω-3 脂肪酸，第 6 個碳原子上開始出現雙鍵就是 ω-6 脂肪酸。動物自身不能合成多價不飽和脂肪酸，只能靠外源攝取，所以多價不飽和脂肪酸被稱為必需脂肪酸。多價不飽和脂肪酸包括 ω-3 系列和 ω-6系列。
　　C18:2 是 ω-6 系列的起始脂肪酸，C18:3 是ω-3系列的起始脂肪酸，C18:2 和 C18:3 通過碳鏈延長、脫飽和生成后續一系列脂肪酸。ω-6 和 ω-3脂肪酸分別是功能不同的結構性脂質，為構成動物機體所必需。ω-6 和 ω-3 系列脂肪酸中某些成員還是激素前體物，其中 ω-6 系列脂肪酸中的花生四烯酸是合成促炎類二十烷酸類激素，如前列腺素 A2( PGA2 ) 、凝血 烷 A2 ( TXA2 ) 、白三烯 B4( LTB4 ) 等的前體，而 ω-3 脂肪酸中的二十碳五烯酸( EPA) 則合成抗炎類二十烷酸類激素，如前列腺素 I3 ( PGI3 ) 、凝血 烷 A3 ( TXA3 ) 和白三烯 B5( LTB5 ) 等［7］。由于 ω-6 和 ω-3 系列脂肪酸的功能不同，甚至某些生理活性相反，因此二者的平衡對于動物健康非常重要。
　　所有的自然界油脂中都含有 ω-6 系 列 脂 肪酸，但只有少數油脂含有 ω-3 系列脂肪酸。所以，動物容易缺乏 ω-3 系列系列脂肪酸。盡管 ω-6 系列脂肪酸也被定義成必需脂肪酸，但由于 C18:2往往是過剩的必需脂肪酸，甚至是有害的必需脂肪酸，因此沒有現實添加意義。而在動物生產中補充 ω-3 系列脂肪酸可以改善動物免疫、提高生產速度、改善生殖特性、改善毛色和光亮度、改善蛋殼外觀等［8－14］。ω-3 系列脂肪酸中，不同的脂肪酸的作用效率是不同的，ω-3系列脂肪酸中 EPA 才具有調節激素的活性，但是，多數動物并不能高效地實現 C18∶3 向 EPA 的轉化［15］。在實踐中，補充深海魚油比補充亞麻油更有效，原因就在于魚油中的 EPA 可以直接發揮激素調節作用，而亞麻油只含有 C18∶ 3［16］。實踐證明，給動物補充深海魚油，普遍獲得改善效果。行業專家也有觀點認為，給母豬補充魚粉可以改善繁殖性能，其中魚粉中殘留的 EPA 或二十二碳六烯酸( DHA) 可能發揮了一定的作用［17］。因此，不僅要重視飼料中 ω-6 和 ω-3 系列脂肪酸平衡，還要重視 ω-3 系列脂肪酸作用效率，以及其最佳組合問題［18］。
　　4 中鏈脂肪酸
　　中鏈脂肪酸是碳原子數為 6 ～ 12 的一系列脂肪酸，這些脂肪酸都是飽和脂肪酸。從代謝角度，中鏈脂肪酸的最大特點是不需要依賴肉堿載體而直接進入線粒體氧化，具有快速供能的特點; 中鏈脂肪酸也不會在體內積累; 中鏈脂肪酸還可以促進人體對長鏈脂肪酸的分解而用于減肥［19］。中鏈甘油三酯( MCT) 是一種以 C8 和 C10 脂肪酸為原料人工合成的一種中鏈脂肪酸油脂，是應用時間最久、應用領域最廣的中鏈脂肪酸產品。在動物營養領域，MCT 被用于弱小動物的快速補充能量，還被用作天然抗菌性產品［20－22］。由 于 C8 ∶ 0 和C10∶0 資源的限制，MCT 價格快速上漲，未來必然限制其在飼料中的應用。中鏈脂肪酸中 C12∶0( 月桂酸) 是來源最豐富的一種中鏈脂肪酸，椰子油含有 40%以上的 C12∶0，所以，椰子油也被廣泛用于飼料行業，尤其是用于母豬、仔豬養殖［23］。
　　中鏈脂肪酸的單甘脂，尤其是 C12∶ 0 的單甘脂，具有抗病毒的功能［24］。據統計，60%的疾病都和病毒相關，很多細菌性感染也是病毒感染后的繼發性感染。自然界中，抗菌性物質很多，但抗病毒的物質非常少。2009 年，《Nature》報道了月桂酸單甘脂具有抗猴子免疫缺陷病毒的功能［25］，提示其可以抗人類艾滋病毒，更促進了人們對月桂酸衍生物的研發。在動物養殖領域，月桂酸單甘脂具有廣譜抗病毒功能，尤其是針對藍耳病，已有多個以 月 桂 酸 單 甘 脂 為 主 要 功 效 成 分 的 產 品面世［26－27］。
　　月桂酸單甘脂在食品行業用作乳化劑兼天然防腐劑。在飼料行業，月桂酸單甘脂可以提高油脂的消 化 利 用 率，從而可以顯著提高飼料報酬。
　　研究表明，每噸飼料添加 100 ～ 300 g 月桂酸單甘脂可以顯著降低肉雞感染球蟲和細菌的幾率，同時顯著改善飼料轉化效率和肉品質［28］，顯示出其在抗生素減量或者替代中的潛在應用價值，優化制造工藝、開發方便使用的劑型將會成為未來的研究方向。
　　5 短鏈脂肪酸
　　短鏈脂肪酸又稱為揮發性脂肪酸( VFA) ，主要是乙酸、丙酸、丁酸和戊酸，VFA 是反芻動物重要的能量來源，牛瘤胃一晝夜所產生的 VFA 可占機體所需能量的 60% ～ 70%，瘤胃內 VFA 含量為90 ～ 150 mmol /L。非反芻動物內源性 VFA 主要在結腸( 豬) 或者盲腸( 禽) 通過微生物發酵合成，短鏈脂肪酸是維持動物腸道健康的重要物質。
　　短鏈脂肪酸中，乙酸和丙酸吸收后運輸至肝臟，主要是參與動物體的能量代謝，丁酸則主要為腸黏膜供能［29］。腸黏膜系統具有重要的屏障功能，包括生物屏障、化學屏障、機械屏障和免疫屏障，其中免疫屏障最重要［30］。腸黏膜營養是近年來研究的熱點，研發發現，腸黏膜的主要能量物質不是葡萄糖，而是以谷氨酸、谷氨酰胺為代表的氨基酸，或者是以丁酸為代表的短鏈脂肪酸。當能量不足時，就會發生腸黏膜萎縮和絨毛高度下降，甚至造成腸絨毛的壞死脫落［31－33］。為動物補充短鏈脂肪酸，可以緩解由于谷氨酰胺供應不足造成的腸黏膜能量不足問題，且具有良好的經濟性。
　　丁酸具有選擇性抑菌的特點，對乳酸菌等抑制作用小，而對有害菌的抑制作用強，從而發揮調節腸道菌群的功能，對控制腸道感染具有顯著功效［34］。丁酸還具有促進消化液分泌、增加消化器官的血流量等功能［17］。
　　為腸道補充丁酸制劑的重要性在行業已經被廣泛接受。丁酸補充物質主要有丁酸鈉和丁酸甘油酯。由于丁酸鈉難以為后腸提供丁酸、臭味大等缺點，人們開發了包被丁酸鈉，但包被丁酸鈉含量低，添加成本高。丁酸甘油酯是一種脂類分子，其可以過胃，并在全腸道緩釋丁酸，且解決了丁酸鈉臭味問題，是一種更有發展前景的腸道丁酸補充劑。
　　實踐表明，將丁酸甘油酯和月桂酸單甘脂復合使用，具有協調效應［35］。在后抗生素時代，中短鏈脂肪酸類產品以其明確的機理、可靠的效果將會發揮重要的作用。
　　6 共軛亞油酸
　　共軛亞油酸( CLA) 是一類天然存在的、分子內含有共軛雙鍵的十八碳二烯酸，是亞油酸具有不同位置和空間構型的異構體的統稱，CLA 包含了多種異構體，其中含量最多、運用最廣泛的 2 種異構體為 c9，t11-CLA 和 t10，c12-CLA。自首次從烤牛排中分離出 CLA 并發現它們的抗癌活性以來，對 CLA 的研究一直較為活躍［36－37］。CLA具有抗癌、抗氧化、降低血清膽固醇、抑制脂肪積累、促進生長、刺激免疫等作用［38－42］。在動物養殖方面，CLA 具有以下潛在應用價值: 1) 生產富含CLA 的肉蛋奶產品; 2) 抑制脂肪積累，用于特種養殖; 3) 免疫調節功能。
　　關于 CLA 的報道非常多，但 CLA 要成為具有經濟性的飼料添加劑，還要解決一系列問題。首先通過優化生產途徑和工藝，以進一步降低生產成本; 其次是產品酯化形式。目前的 CLA 產品是游離酸或者乙酯型，酸型產品的缺點是容易氧化，乙酯型產品的缺點是生物利用率低，只有將 CLA轉化甘油酯，才可以將其功能充分發揮出來。
　　7 結構脂  甘油三酯是自然界中的最主要脂類，也是油脂的主要成分。甘油三酯分子結構是由 1 個甘油骨架連接 3 分子脂肪酸構成。由于甘油骨架包含手性碳原子，3 個脂肪酸酰化位置( 立體專一編號，stereo specific number，sn) 分別被定義為 sn-1、sn-2和 sn-3。自然界中脂肪酸按照不同的排列組合和甘油結合，造就了千差萬別的甘油三酯分子，形成的豐富多彩的脂質產品。
　　結構脂，又稱重構脂或質構脂，是通過人為的方法改變甘油骨架上脂肪酸酰基的組成和排列所得到的一類新型油脂。結構脂具有獨特的營養價值和 生 理 功 能，是未來脂質產品家族的重要成員［43］。
　　根據不同動物不同階段消化吸收的特點，可以設計不同的結構脂。例如: 豬乳脂結構代表性結構為 OPO 結構，O 代表油酸( C18∶1) ，P 代表棕櫚酸( C16∶0) ［44］。OPO 在胰脂肪酶分解下，高熔點的 C16∶ 0 不會游離出來，從而避免其與鈣、鎂、鋅等離子形成難以利用的皂鹽［45］。和 OPO 結構相反，一般的植物油中 C16 ∶ 0 是 位 于 1、3 位，可見，并不適合在仔豬飼糧中大量使用植物油。
　　丁酸甘油酯具有苦味，影響其在教保料中的使用，而通過在丁酸甘油酯分子上摻入長鏈脂肪酸，則可以大大改善 苦 味，減少其對適口性的影響。
　　結構脂的生產有多種技術，低成本產品可以基于酯 交 換、分提等技術獲得結構優化的油脂。
　　高端的結構脂是基于高特異性脂肪酶的催化，在非水相條件下定向反應獲得。
　　8 油脂氧化問題
　　飼料中添加油脂帶來多種優勢的同時，帶來的氧化風險也不容忽視。油脂氧化不僅造成養分損失，降低飼料適口性，還會產生有毒有害物質，如氫過氧化物、醛類、環氧化物、二聚物、反式脂肪酸等，這些物質會損傷動物的消化器官，降低免疫力。其中 有 關 丙 二 醛 ( MDA ) 、4 － 羥 基 壬 烯 醛( HNE) 的毒性研究最廣泛［46］。除此之外，還會影響肉品質，脂肪氧化會影響肉的色澤、貨架壽命，甚至會出現黃膘肉［47］。
　　油脂的氧化機制有自動氧化、光敏氧化和酶促氧化 3 種，其中自動氧化最普遍。油脂的自動氧化是個鏈式反應，只要有氧氣存在，油脂的自動氧化就會自動啟動、自動傳遞并且自動加速［48］。
　　飼料行業為避免油脂的氧化風險，應該注意以下問題: 1) 盡量避免飼料微量元素( 鐵、銅、鋅等) 和油脂的充分接觸，因為這些金屬離子可以強烈地激發油脂自動氧化反應; 2) 含膨化大豆的飼料應注意保質期，因為大豆中存在高活性的脂肪氧合酶( LoX) ，即使是在膨化大豆中仍然殘留較高的酶活; 3) 關注含高活性脂肪酶的飼料原料，如 米糠，即使是膨化米糠，仍然還有 5%左右的脂肪酶活性，因此含米糠的飼料產品要加快流通速度; 4)高不飽和脂肪酸的原料，如魚油、亞麻油，這些油脂的氧化誘導期通常只有植物油的 1 /10 左右，甚至更短，在操作時，更應該注意原料的選擇和抗氧化處理; 5) 陳化糧使用前要做油脂質量評定; 6) 在油脂和魚粉等產品中添加抗氧化劑。
　　9 仔豬對油脂的消化率
　　為了緩解斷奶仔豬采食量低、能量攝入不足，通常的解決方案是添加油脂，但是仔豬對飼料中脂肪的消化率較低。豬母乳干物質中脂肪含量在40%左右，而仔豬卻可以輕松消化母乳。究其原因可能是: 1) 豬母乳脂肪為 OPO 結構; 2) 母乳脂肪處于良好的乳化狀態，脂肪以脂蛋白等復合形式存在; 3) 母乳組成相對簡單，受其他飼料原料干擾少; 4) 母乳以流體形式供應，其干物質含量與固體飼料存在顯著差異。
　　將所有油脂改造成 OPO 在經濟上是不可行的，折中的方案是改善油脂的乳化。油脂的消化就是在胰脂肪酶作用下分解成脂肪酸和甘油一酯的過程。胰脂肪酶具有典型的界面活化現象，具有蓋子結構，當處于油水界面時，蓋子打開，從而使得酶成為有活性狀態。所以，界面面積大小是油脂消化難易的關鍵。動物消化油脂時，通過膽汁酸乳化油脂，但通常膽汁酸不足以充分乳化油脂，這時就需要添加外源性乳化劑以幫助油脂消化。可以用于飼料中的脂肪乳化劑，包括磷脂型、膽汁酸型、糖酯型、甘油酯型等。為更進一步改善油脂的消化率，可以考慮對油脂進行體外預乳化或者預消化，操作起來更復雜，只適合于某些特定場景。
　　10 油脂凈能
　　凈能是飼料總能扣除糞能、尿能、氣體能和熱增耗等 損 失 后，實際可用于維持和生產的能量。
　　與消化能或代謝能體系相比，凈能體系考慮了飼料在動物體內能量利用過程中所造成的全部損失和不同養分代謝能利用效率的差異，即消化能和代謝能體系高估粗蛋白質和纖維的能量水平，低估脂肪和淀粉的能量水平。因此，凈能可獨立于飼料的化學組分，并能使飼糧能值與動物能量需要量相統一［49］。
　　飼料行業應用較多的凈能預測方程是 1994年發表的 11 個方程中的 1 ～ 2 個［50］，NＲC( 2012)營養成分表采用的就是其中 2 個方程的平均值。
　　直接測定凈能的前提是精準呼吸商，而且硬件設備投入高，實際操作的難度較大。目前，中國農業大學已經測定了我國代表性飼料原料的凈能［51］。
　　由圖 2 可見，對于育肥豬，飼料中的總能只有30%多是生產凈能。熱增耗占據了代謝能的相當大比重，熱增耗可以用于維持體溫。因此，如何減少熱增耗、提高生產凈能是提高飼料轉化效率報酬的關鍵。油脂具有高凈能的特點，對脂肪酸進行平衡是否可以使凈能進一步提高值得研究。從理論上講，脂肪酸平衡不僅可以降低熱增耗，還可以提高動物體脂肪的轉化速度，從而節約維持凈能。有必要對不同的油脂配方、不同的油脂結構進行更準確的凈能測定和建立預測方程，將精準營養和飼料配方推進到一個新的高度。11 展 望無論是從體內能量代謝與轉化角度還是畜產品形成角度，都值得對其進行系統研究。在飼料行業禁止抗生素促生長劑的大背景下，全面評價脂肪酸平衡以及功能性脂肪酸對基礎營養、畜產品品質和畜禽免疫力提升方面的價值，合理地開發和利用脂類，尤其是功能性脂肪酸類產品，具有重要的理論和現實意義。
　　作者：楊 博 馬永喜   轉自：預混料家園