中链脂肪酸的生物学功能及其在动物生产中的应用研究进展

陈倩倩，王金荣，王 朋，乔汉桢，张亚坤，杨 娜，刘 岑

（河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450001）

绿色、健康、有机的畜产品越发受到饲料加工业、养殖业和消费者的关注。抗生素类生长促进剂（Antibiotic Growth Promoters，AGPs）因其具有促进动物生长和提高饲料转化效率等功能曾被广泛应用于畜禽生产，但动物饲料中AGPs的滥用会导致细菌产生耐药性以及在动物产品中过多残留。同时，耐药基因可以从非致病基因水平转移到致病基因，而耐抗生素细菌可以直接从动物转移到人类。欧盟自2006年1月1日起已开始全面禁止在动物饲料中使用AGPs，我国已于2020年7月1日起全面禁止在畜禽饲料中使用AGPs。抗生素的禁用促使人们致力于寻求可替代抗生素的新型、绿色和无公害的饲料添加剂。目前研究较为广泛的抗生素替代品包括有机酸、益生菌、酸化剂和植物提取物等。中链脂肪酸（Medium-Chain Fatty Acids，MCFAs）是一类属于C6至C12之间的有机酸，包括天然MCFAs[C6:0（己酸）、C8:0（辛酸）、C10:0（癸酸）、C12:0（月桂酸）]和化学合成的MCFAs[C7:0（庚酸）、C9:0（壬酸）、C11:0（十一烷酸）]。MCFAs在自然界中主要以中链甘油三酯（Medium-Chain Triglycerides，MCTs）的形式存在于乳脂和饲料中，MCTs是由MCFAs经甘油酯化而来，主要来源于棕榈核仁油、椰子油、萼距化植物油和母乳及其乳制品中。MCFAs作为一种天然抗菌剂，因其特殊的化学结构和生物学特性，具有调节动物肠道形态、抑制有害菌增殖、调节免疫功能以及促进动物的生长性能等优势，作为抗生素替代产品之一逐渐在动物生产中普遍应用。因此，本文重点阐述了MCFAs的生物学功能及其在畜牧养殖方面的应用，为改善畜禽生长性能提供理论依据。

1 MCFAs的生物学功能

MCFAs具有迅速供能、改善肠道、降低脂肪沉积和抑菌等特点，相对于长链脂肪酸（Long-Chain Fatty Acids，LCFAs）其碳链更短、熔点更低、溶解性较高，相对于短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids，SCFAs）其稳定性较高，作用于机体的时间更长，从而使其在动物体内经消化、吸收、代谢、转运、氧化等过程都具有独特之处。

1.1 供能作用 MCFAs能被动物更快速、直接地吸收，并且在动物体内起到降糖降脂的作用，也是幼年动物供能的直接能源。MCFAs分子量小（116～200）、水溶性较强、在动物体内不需要胆盐乳化就可被胰脂肪酶水解，且水解效果是LCFAs的6倍，可以不依赖线粒体肉碱酰转移酶的协助转运即可经过门静脉循环系统直接运输到肝细胞线粒体内进行氧化、分解供能。这种代谢机制促进了动物体内酮体的生成，酮体容易通过血脑屏障并被大脑氧化，因此，MCFAs可以通过生成酮体提供直接和间接脑供能来源，在低血糖发作期间保持脑功能而不提高血糖水平，为1型糖尿病的预防性治疗提供了新策略。MCFAs的降糖作用与其血浆和脂肪细胞脂联素水平升高有关，脂肪细胞脂联素通过胰岛素受体底物1（Insulin Receptor Substrate，IRS1）、相关磷脂酰肌醇-3-激酶（Phosphatidylin-Ositol-3-Kinase，PI 3K）、AMP活化蛋白激酶（AMP-Activated Protein Kinase）以及肝脏和肌肉中的过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome Proliferators-Activated Receptors，PPARs）来增强肾周脂肪组织脂联素mRNA的表达，最终在动物体外和体内达到增强胰岛素的效果。同时MCFAs还能抑制脂肪组织中脂肪酸合成酶、肉碱棕榈酰转移酶的活性以及相关mRNA、解偶联蛋白mRNA和甘油激酶mRNA的表达，进而抑制脂肪的生成达到脂解作用。

MCFAs的消化吸收也受碳链长度的影响。其中在混合己酸和辛酸的MCFAs中，仔猪对己酸的水解速度是辛酸的8倍，辛酸在新生仔猪体内的氧化速度比LCFAs快3～4倍，供能效率更高。Johnson等给大鼠饲喂含有MCFAs和LCFAs的饲粮，24 h后经检测发现大约有90%的MCFAs被大鼠吸收，说明MCFAs在大鼠体内的氧化吸收比LCFAs更完全。Wein等报道，LCFAs能够明显损害大鼠体内胰岛素敏感性和脂质代谢率，但MCFA似乎可以在不限制热量摄入的情况下保护高脂肪喂养的大鼠免受脂毒性和胰岛素拮抗的危害。同样，与饲喂含长链甘油三酯（Long-Chain Triglycerides，LCTs）饲料的大鼠相比，喂食含MCTs饲料的大鼠体内脂肪堆积较少，糖耐量更好。

1.2 抗菌作用 MCFAs和MCTs对多种病原体均表现出很强的抑菌活性，包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌、包膜病毒、真菌、藻类以及原生动物。目前对MCTs的抑菌研究相对较多，尽管MCTs的抑菌机理还不是非常清楚，但有研究人员假设MCTs作为一种非离子表面活性剂穿过细菌细胞膜，成为细胞膜的一部分，从而改变细胞膜的穿透性，同时抑制其中脂肪酶的活性。由于解离的MCFAs和MCTs可进入细菌内并和细菌质膜中的膜蛋白结合，改变膜的通透性，使细菌膨胀受压过大而死亡，因此具有抑菌作用。MCFAs通过破坏包膜病原体（如细菌和脂质双层包膜病毒）周围的磷脂膜，进而达到抑制细菌生长、诱导细菌细胞溶解和杀菌的作用。一般来说C10类癸酸和C12类月桂酸及其甘油酯具有较强的抑菌效果。Bergsson等报道，单癸酸甘油酯能够破坏幽门螺旋杆菌的细胞膜及细胞壁。单月桂酸甘油酯（Glycerol Monolaurates，GMLs）能够导致金黄色葡萄球菌、白色念球菌、粪肠球菌的细胞壁合成受阻，最终达到抑制细菌的作用。Takashi 等研究表明，400 mg/mL的月桂酸及其甘油酯对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有抑菌活性。MCFAs与有机酸联合使用时存在协同效应。黄艺珠等研究发现，MCFAs、SCFAs联合使用对病毒囊膜和细菌膜穿透力更强，对病毒、病原体有同时抑制的双效。祁姣姣等报道，MCFAs（辛酸、癸酸）和肉桂酸两两联合使用，对沙门氏菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出协同或相加的抑菌作用。

MCFAs的抑菌效果与其破坏细菌细胞膜结构时细菌内pH呈负相关。pH越小，MCFAs对动物胃及小肠的抑菌效果就越显著。Benkendorff等研究发现，癸酸和辛酸在十二指肠pH为5时就可完全抑制大肠杆菌的生长。Immanuel等测定了辛酸对悉生卤虫无节幼体接种虾致病菌哈维氏弧菌和副溶血性弧菌的抗菌作用，发现100 mmol/L的辛酸在5 h内可完全抑制病原体的生长，但在1 mmol/L和10 mmol/L浓度下则有效的抑制时间延长，在pH为5时对病原体的抑制更明显，说明辛酸对水产养殖中发光弧菌具有潜在的抗菌活性。

1.3 免疫调节作用 除抗菌特性外，MCFAs和MCTs还具有免疫调节特性。G蛋白偶联受体84（GPR84）是MCFAs（C9～C14）的特异性受体，其中C10～C12的作用最强。Sundqvist等证实，MCFAs（癸酸、月桂酸）在嵌合G蛋白（G）嵌合体的存在下能够激活小鼠GPR84，获得稳定表达N端标记的CHO-GPR84细胞，使其抑制小鼠体内中性粒细胞和巨噬细胞产生促炎细胞因子。G蛋白偶联受体120（GPR120）是MCFAs和LCFAs的受体，负责游离脂肪酸诱导L细胞分泌胰高血糖素样肽-1（GLP-1），也作用于巨噬细胞和脂肪细胞，介导强大的抗炎和胰岛素增敏作用。据报道，GPR120的功能障碍会导致小鼠和人类的肥胖。除此之外，MCFAs及单甘油酯可通过与细胞信号通路相关的膜相互作用影响免疫细胞，特别是T淋巴细胞能对动物T细胞的增殖进行线性调节、下调促炎细胞因子、降低巨噬细胞和中性粒细胞产生一氧化氮和活性氧。Christien等在2～4周龄犊牛饲料中添加辛酸单甘油酯和GMLs混合物，犊牛的体内外周血单核细胞分泌的白细胞介素（Interleukin，IL）-17以及中性粒细胞数量显著降低，说明MCFAs具有免疫调节作用，并且有利于应激和高病原物负荷时期清除犊牛体内的病原体。Lee研究了0.5%癸酸对小型猪由抗环磷酸酰胺诱导的肠道炎症、氧化应激和肠道屏障功能的改善作用，发现癸酸能够防止炎症细胞因子的产生，抑制氧化应激以及改善肠道屏障功能。Sarah等发现，在基于纯化鱼油的小鼠日粮中添加10%椰子油和10%MCTs可显著降低小鼠体内的肿瘤坏死因子-（Tumornecrosis Factor-Alpha，TNF-）、IL-1引起的炎症反应，提高小鼠的免疫能力。

1.4 对动物肠道形态结构的影响 MCFAs除了能直接给肠细胞供能外，还具有调节肠道微生态，改善肠道健康的功效。MCFAs是肠细胞的一种能量来源，能够缓解断奶应激对仔猪绒毛长度和隐窝深度的负面影响。Chwen等在断奶仔猪日粮中添加含有MCFAs的添加剂可提高仔猪的肠道绒毛高度和绒毛隐窝比、降低隐窝深度、并且降低了消化道pH，减少断奶仔猪的应激反应。同样，Zhang的试验表明，MCTs能够提高断奶仔猪十二指肠和空肠绒毛高度，而隐窝深度有所降低，从而增加了绒毛高度与隐窝深度的比值，使仔猪肠道对营养物质的吸收面积扩大，减少了上皮淋巴细胞的数量，降低了细胞凋亡的风险。Kirsten在母猪饲粮中添加MCFAs或MCTs均能改善由脂多糖刺激母猪肠道产生的空肠绒毛萎缩、绒隐比降低以及上皮脱落的现象，以防止母猪肠道黏膜受损。此外，MCFAs对家禽的肠道形态结构也有类似作用。Radovanović等研究表明，在肉鸡日粮中添加MCFAs和抗球虫剂混合物显著增加了十二指肠和盲肠绒毛高度以及隐窝深度，显著降低了十二指肠和回肠绒毛宽度；MCFAs能够显著提高肉鸡血清高密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯的浓度，对肠道组织形态和微生态区系有一定的改善作用。

2 MCFAs在动物生产中的应用

2.1 MCFAs对动物生产性能的影响 目前，MCFAs对动物生产性能影响的研究主要集中在猪、禽类等单胃动物，对反刍动物牛、羊等报道较少。Han等报道，0.1%的MCFAs（辛酸和乙酸混合物）可以替代2 500 mg/kg的氧化锌来提高断奶仔猪对粗蛋白质、钙、磷、能量、组氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸的表观消化率，以及改善其平均日增重和平均日采食量。Malgorzata等给妊娠后期和哺乳期母猪饲喂含MCFAs的油脂（椰子油）日粮，同时在仔猪饲粮中添加0.3%辛酸和0.3%MCTs，发现椰子油对妊娠后期和哺乳期母猪的繁殖率无显著影响，但母猪产仔猪时的死亡率有所降低；同时，辛酸和MCTs均能显著提高仔猪的平均日增重和断奶重，其中辛酸降低了总胆固醇含量，MCTs提高了免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白M（IgM）含量。Thomas等也发现，日粮中添加乳酸和月桂酸混合物组仔猪的日增重、日采食量和耗料增重比较对照组均呈线性提高。Chen等在母猪日粮中添加7.75 g/kg的MCFAs可显著提高母猪初乳中脂肪、蛋白质、IgG、IgA和IgM的浓度，并且缩短了母猪发情间隔。MCFAs除了与有机酸混合外，与益生菌联合使用时也存在协同效应。Mohana等在断奶仔猪日粮中添加0.2%由棕榈仁油衍生的MCFAs混合物（由乙酸、辛酸和月桂酸组成）和0.01%的益生菌（粪肠球菌）能够显著改善体增重和饲料转化率，提高血糖水平和养分消化率。有研究表明，0.2%～1% MCFAs和MCT可以有效改善猪的生长性能和肠道健康，1%～2%能够有效控制饲料病原体。

MCFAs除了可以改善仔猪的生长性能外，在家禽饲粮中添加也具有类似作用效果。Uni等利用MCFAs的抑菌特点，可在肉鸡饮用水中使用MCFAs乳化剂来减少肉鸡消化道中弯曲杆菌的数量。在雏鸡日粮中添加MCFAs或MCT能够降低雏鸡胃肠道中肠球菌、沙门氏菌、微球菌和厚壁菌的数量。Solis等在1～10日龄ROSS308肉鸡日粮中添加0.7%辛酸可显著降低肉鸡盲肠中沙门氏菌和弯曲杆菌的浓度。在家禽的日粮中添加MCFAs也可明显改善其生长性能及生产性能。Swiatkiewicz等在蛋鸡日粮中添加了0.03%挥发性脂肪酸和0.20%MCFAs对蛋鸡蛋壳质量具有积极影响，蛋鸡体内Ca和P含量有所提高，进而增加了蛋鸡的蛋壳密、厚度和断裂强度。Nguyen等在肉鸡日粮中添加0.02%～0.06%经基质包被的有机酸-柠檬酸和MCFAs混合添加剂替代同等量的玉米，肉鸡的生长性能、饲料转化率、乳酸菌数量以及免疫球蛋白浓度均有不同程度提高。Islam等在肉鸡日粮中添加MCFAs和酿酒酵母的联合添加剂可显著提高日增重、饲料转化率以及存活率，另外食糜肠、无食糜肠、肌胃以及头部和颈部重量分别比对照组提高了41%、17%、5%、8%和11%。此外，MCFAs还具有调节脂肪代谢或者改善其脂肪酸组成的作用。Shokrollahi等研究表明，与对照组相比，MCFAs（0.1%、0.2%和0.3%）组肉鸡的腹脂含量较低，并且MCFAs治疗组的血糖、低密度脂蛋白-胆固醇浓度显著降低，而高密度脂蛋白-胆固醇浓度显著升高。

MCFAs在水产、反刍动物上也有改善其生长性能的作用。郭盼在雌性斑马鱼饲粮中添加7 g/kg n-3高不饱和脂肪酸和10 g/kg MCFAs可增强雌性斑马鱼的繁殖性能，提高仔鱼成活率。汪愈超等在中华鳖的基础饲料中添加0.02% GMLs可显著提高中华鳖体重、生长率、背甲长、宽以及中华鳖血清中尿素含氮量和溶菌酶超氧化物歧化酶活性呈增加趋势。Rosjo等研究发现，MCTs能够显著提高大西洋鲑鱼对蛋白质、淀粉和氮的消化率，降低其脂肪堆积。Zijderveld等在奶牛饲料中添加20.3 g/kg MCFAs（辛酸和癸酸的混合物）能够提高奶牛的乳脂含量和脂肪消化率，但对牛奶产量或其他乳成分没有影响。Ragionieri等在饲喂犊牛0.2% SCFAs和MCFAs单甘油酯混合物对犊牛的体重、日增重和饲料转化率均无显著影响。Saeidi等研究发现，在日本鹌鹑日粮中添加0.1%、0.2%和0.4%MCFAs的不同处理间体重、采食量和饲料转化率差异不显著，MCFAs对日本鹌鹑胸围、大腿、肝脏、脾脏和法氏囊的重量也无显著差异。MCFAs在动物生产上应用的研究结果存在一定差异，这可能与MCFAs的种类、添加水平以及受试动物的种类、生长阶段及生理状况等因素密切相关，因此对于MCFAs的研究还有待进一步深入。

2.2 防治疾病 MCFAs及甘油酯可抑制多种类型的脂质双层包膜病毒，如单纯孢疹病毒、马立克氏病毒、Visna病毒、禽流感病毒等。其中，GMLs可抑制马立克氏病毒及其继发性感染病毒，降低患新城疫病毒肉鸡的死亡率以及有效防御非免疫鹅群引发禽流感。Bruno等研究发现，与抗生素（60 mg/kg杆菌肽）组相比，在基础日粮中添加100～300 mg/kg GMLs可显著抑制肉鸡球虫病发病率，阻止盲肠病变，同时也改善了饲料转化率和肉品质。Ronald等的研究也发现，在感染病毒性吸收不良综合征的肉鸡饲粮中添加SCFAs和MCFAs混合剂，可促进肉鸡的生长发育，增加肉鸡体重。也有研究表明，GMLs可通过破坏母猪蓝耳病病毒囊膜的脂质双层结构，抑制蓝耳病病毒的复制，进而降低母猪体内的游离病毒，防止母猪患病毒血症以及预防断奶仔猪的感染发病。Li等在猿猴免疫缺陷病毒（Simian Immunodeficiency Virus，SIV）恒河猴模型中发现，GMLs作为一种抗菌化合物，能够抑制阴道内宫颈黏膜信号系统中巨噬细胞炎性蛋白-3a（Macrophage Inflammatory Protein-3alpha，MIP-3a）和IL-8的产生，进而在体外缓解由HIV-1和SIV引起的炎症反应。Carlson在以鱼油为基础的日粮中添加MCTs能够满足小鼠生长和发育，并降低小鼠对炎症的反应。Huang等研究了癸酸和月桂酸对痤疮假单胞菌的抗炎作用，发现癸酸和月桂酸可以抑制由痤疮假单胞菌诱导，并且经花生四烯酸预处理的人单核白血病（THP-1）细胞产生白IL-8和TNF-，从而抑制核转录因子-B（Nuclear Factor Kappa B，NF-B）的活化和丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase，MAPK）的磷酸化，减轻痤疮假单胞菌引起的小鼠耳肿胀和微小脓肿，并显著减少痤疮假单胞菌刺激的SZ95皮脂腺细胞产生IL-6和IL-8，因此研究人员假设癸酸和月桂酸可以作为痤疮抗炎治疗的候选药物。

3 小 结

MCFAs由于其具有独特的生理特性和生物功能，可替代饲料中抗生素生长促进剂来改善动物的生长发育、肠道健康、免疫调节以及控制饲料病原体。但MCFAs在不同动物中应用时的具体添加水平和形式缺少准确依据，添加后结果的差异及其影响机制也未完全揭示。此外，MCFAs作为脂肪族化合物，其活性及易受加工条件及动物肠道内环境等因素的影响，制约了其作为抗生素替代产品在动物生产中应用。因此，在改善MCFAs生物学效力和适口性的前提下，进一步探索MCFAs商品化新工艺，如包被加工技术以及MCFAs金属螯合物等，还需更深层次的探索与研究。