反刍动物脂类代谢研究进展
日期：2006-4-18 16:43:00 来源：不详 主题：反刍动物脂类代谢研究进展
一般，反刍动物日粮中脂类的含量较低，精料中含2～4％，粗料中占5～7％。在常规日粮中，脂类大部分是以三酰甘油的形式存在的，另外还有一小部分的糖脂和角质脂(主要是腊质和复合脂)。饲草中脂类主要是复合脂，包括糖脂和磷脂(占70～80％)。
近十多年来，反刍动物脂类研究取得了重大进展。最主要的是开发出了具有多种形式(氢化、钙皂、蛋白包被等)的瘤胃惰性脂肪产品。另外对组织间脂类的合成、贮存和动员的研究也取得了进展，特别是发现影响这些代谢途径的限制性因素，对避免产生代谢问题提供了科学依据。
目前脂类在反刍动物营养中的研究侧重点是通过改变脂类在瘤胃中的理化性质来提高动物生产性能。如控制脂肪酸的抗微生物作用，以便在使用添加脂类物质的日粮饲喂家畜时，不会破坏胃发酵平衡。另外，通过调节微生物的氢化作用来改变特定脂肪酸的吸收，以便提高生产性能或改善动物食品的营养品质，也越来越受到重视。
一、反刍动物日粮中添加脂类的作用
1.在动物日粮中添加脂类，可以提高日粮的能量浓度。脂类的能值是蛋白质和碳水化合物的两倍多，且反刍动物吸收脂类的效率高。各种脂肪、油和脂肪酸的消化或吸收率在80％～90％之间。因此，在反刍动物日粮中，添加一部分脂类，可以节省部分谷物能量饲料，有利于提高动物生产性能。
2.在动物日粮中添加脂类，能改变动物的组织代谢。日粮中增加脂肪可降低脂肪组织中脂肪酸合成速度。主要是通过脂肪酸或其辅酶酯抑制乙酰辅酶A羧化酶活性。其中，硬脂酸是最主要的抑制物，棕榈酸、油酸、亚油酸和亚麻酸也有作用。脂类对细胞代谢的调节作用是通过改变细胞膜的结构和流动性实现的。如可以作为细胞表面的受体、膜蛋白的结合位点以及作为第二信使等。
3.在动物日粮中添加脂类，可以改变动物食品的营养品质，如增加羊肉中的不饱和脂肪酸含量。
二、脂类在瘤胃中的代谢
1.脂类水解 酯化的植物脂被动物采食后，在瘤胃微生物分泌的脂酶作用下被广泛水解。脂类的水解主要涉及三种酶，一种是分泌到细胞外的胞外酶——脂酶(lipase),能完全水解乙酰甘油为游离脂肪酸和甘油，另外两种水解酶是半乳糖脂酶和磷酸脂酶，能从半乳糖脂和磷酸脂中释放出相应的脂肪酸。
2.生物氢化 不饱和游离脂肪酸在瘤胃内容物中在很短的时间即被微生物氢化，生成饱和的终产物。瘤胃微生物的这一功能有助于在某种程度上保护微生物免受不饱和脂肪酸的损害作用。
生物氢化的第一步反应是将存在于不饱和脂肪酸中的cis－12(顺式)双键转变成trans－11(反式)异构体的异构反应。在脂肪酸具有一个自由羧基基团，并且在多不饱和双键的情况下，这种异构酶是功能性的。一旦trans－11双键形成，微生物还原酶对存在于c18：2中的cis－9双键进行氢化反应。进一步的氢化反应取决于瘤胃条件。例如，完全氢化为硬脂酸在无微生物存在的瘤胃液和饲料颗粒的条件下反应完全。但该反应会被大量的亚油酸不可逆的抑制。
3.微生物脂类的合成 瘤胃微生物进行的从头合成的脂肪酸产物主要是C18：0和C16：0，两者的比例为2：1。丙酸和戊酸能替代乙酸产生直链、具有奇数碳原子的长链脂肪酸，异丁酸、异戊酸和2－甲基丁酸可以合成支链脂肪酸。支链脂肪酸可占到细菌总脂肪酸的15～20％。在细菌磷酸脂中甚至可达30％。
4.脂类在瘤胃中的其他理化反应 瘤胃被认为是一个严格厌氧的生物系统，因此，通常认为并不存在脂肪酸的氧化反应。但实际上，相当数量的氧气能通过瘤胃上皮的毛细血管网络扩散进入瘤胃，微生物能忍受且能实际上利用氧气。scott等(1983)指出瘤胃中存在相当数量的氧气，氧的浓度在饲喂后的15～30分钟内迅速下降，某些原虫能利用氧气。Emmanuel在研究中发现瘤胃中存在可以通过α氧化转化为C15的生物途径，通过β－氧化转化为C13和C11脂肪酸。
5.瘤胃中的脂类平衡 日粮中脂类的数量在通过瘤胃前后变化很小。一般说来，约占摄入量的87％以上的脂类能在十二指肠得到回收。由于瘤胃微生物能从头合成脂类，常出现过瘤胃脂类数量大于日粮中脂类的数量的现象。日粮中脂类在瘤胃中的消失主要是通过瘤胃上皮代谢途径，以及部分被吸收或被微生物降解。
从绵羊瘤胃中灌注亚油酸48小时后，发现有85～96％标记的亚油酸存在于瘤胃内容物中。另一试验也表明，在绵羊瘤胃中灌注标记的不饱和脂肪酸，仅0.3％活性的脂肪酸在血浆中存在。体外和体内试验研究表明，长链脂肪在瘤胃上皮细胞中被代谢为挥发性脂肪酸和二氧化碳仅占1％左右。
6.脂类改变瘤胃发酵平衡
1碳水化合物的消化 脂类添加到日粮中会影响瘤胃发酵平衡，而引起纤维素消化率下降。在日粮中添加10％的脂类时，结构性碳水化合物在瘤胃的消化率下降50％或更多；甲烷、氢和VFA产量下降；乙酸/丙酸比例下降；奶中乳脂率下降。当脂类添加物对瘤胃发酵产生抑制时，虽然后部消化道的发酵能在一定程度上弥补消化率的下降，但粪中仍有一部分未消化的纤维素排出。
与纤维素相比，日粮中添加脂类对非结构性碳水化合物的影响较小。在牛日粮中添加脂类造成纤维素消化率下降的同时，瘤胃淀粉发酵正常。
2蛋白质的消化 添加脂类对瘤胃蛋白代谢也产生影响。从绵羊瘤胃中灌注亚麻籽油会降低瘤胃蛋白质的降解，瘤胃氨气浓度下降，十二指肠氮流量增加。在绵羊日粮中添加玉米油或卵磷脂时也出现类似的现象。提高瘤胃微生物蛋白质的合成效率，主要归结于原虫数量的减少和细菌氮周转的降低或是由于增加了瘤胃中固体的稀释率。
7.脂类影响瘤胃发酵的机制 脂类干扰瘤胃发酵的机制中，尤以脂类的“覆膜”理论和脂类的直接抗微生物作用最受关注。其他理论包括脂类影响瘤胃菌群的组成、脂类降低微生物所需钙的可利用性等。
1覆膜理论 覆膜理论认为，由于瘤胃中的脂类大部分是与饲料颗粒结合在一起，脂肪酸在颗粒状物质表面形成脂层，阻碍了微生物对纤维素的消化。脂类的损害作用是通过抑制微生物或水解酶与饲料颗粒的紧密结合。已知微生物与被消化物质的紧密附着作用是降解所必须的。
即使脂类不影响细菌与饲料的附着，它仍影响细菌纤维素酶与纤维素的附着。Immig等指出在瘤胃纤维素酶和羧甲基纤维素的混合物中，游离脂肪酸的存在会减弱酶与基质的结合，导致纤维素酶活性的下降。
2改变微生物的生物膜功能理论 脂肪酸添加到纯培养的瘤胃细菌中，抑制微生物的生长和代谢，表明存在脂类的直接抗微生物作用。脂类在瘤胃中的抗微生物作用与脂肪酸对真核细胞膜的细胞毒性有许多相似之处，即对氧化磷酸化发生解偶联作用。长链脂肪酸由于具有疏水特性，很容易附着在由脂类构成的脂质生物膜上，目前已发现脂肪酸至少可以通过10项途径改变生物膜的功能。
8.脂类对瘤胃发酵抑制因素 脂类对瘤胃发酵的影响受到添加脂类的化学结构、脂类的数量和类型、日粮组成、瘤胃中酯解速度、生物氢化和羧基钙盐的形成等多种因素的调节。
1添加脂类的化学结构 利用脂类作为奶牛日粮的能量来源，促进了对各种来源的脂类对瘤胃发酵影响的研究。这些影响主要是由于脂类结构差异所引起的。一是不饱和程度。不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸对发酵更易产生抑制作用；二是游离羧基基团。游离羧基基团是产生抑制的重要基团。通过对脂肪酸游离羧基的化学修饰，减少具有游离羧基基团的脂类的数量，生产出一定的脂肪酸的衍生物，如长链脂肪酸钙皂、脂肪醇、脂肪酸酰氨基和三酰甘油，对发酵的抑制作用要小于游离脂肪酸。工业上已经利用这些信息制造出商业性的脂类(长链脂肪酸钙盐、氢化脂肪和以包囊形式存在的脂肪)，可在一定程度上排除或避免与瘤胃发酵有关的问题。
2添加脂类的来源和数量 与单一脂类来源相比，混合脂类能改善发酵平衡。动植物混合脂肪对瘤胃发酵影响较小。Jenkins证实混合脂肪对乙酸/丙酸比例的抑制作用弱于其它脂肪源，但他认为，这并不能归结于脂肪的协同作用。
3瘤胃中游离脂肪酸的数量 脂类对发酵的影响不仅涉及添加脂类的来源和数量，而且必须考虑瘤胃中不饱和游离脂肪酸浓度，因为这部分脂类可能比其它脂类在对发酵的影响上具有更重要的作用。不饱和游离脂肪酸的浓度受到添加脂类的数量和类型、脂解速度、生物氢化和羧基钙盐的形成等因素的调节。瘤胃脂解的速度能将日粮中所有的三酰甘油在较短的时间内降解为游离脂肪酸，如果三酰甘油的水解和随后的生物氢化过程受到抑制，或者羧基钙盐形成较多。这些都将减少瘤胃中游离脂肪酸的浓度，有利于降低脂类对瘤胃发酵的抑制作用。
4日粮组成 基础日粮的组成也将影响脂类对瘤胃的发酵。在以饲草为主的日粮中添加脂肪对瘤胃发酵的抑制作用较小。Mir在绵羊饲喂苜蓿干草的条件下，并添加较高比例的游离不饱和脂肪酸(10％的菜籽脂肪酸)，对瘤胃挥发性脂肪酸发酵模式没有产生抑制。Doreau等在奶牛基础日粮中含有50％的干草(羊茅属)时，虽然发挥性脂肪酸发酵模式出现中等程度的改变，但添加10％的棉籽油或牛油对瘤胃有机物的降解无显著影响。
最近的研究表明，脂解和生物氢化的速度受到饲草成熟程度、蛋白质含量和饲料颗粒大小的影响。
二、脂类在后部消化道的代谢
1.反刍动物后部消化道生理特点 反刍动物胰液中含有脂酶活性。与非反刍动物相比，该酶的活性较低，最佳pH为7.5～7.8。由于反刍动物胰液分泌的速度缓慢，根据Harrison和Hill(1962)报道，绵羊胰液分泌速度为0.33ml/h/kg体重，胆汁为1.45ml/h/kg体重，而且胰液中HCO3－浓度较低，因此，对酸性食糜的中和能力较弱，这将对胰脂酶的活性产生影响。
绵羊胰液中含有几种磷脂酶。一种是磷脂酶A1，加热或酸处理后失活；另一种是A2，能承受一定的酸和热处理。两者的最佳pH为5.6。A1水解卵磷脂或磷脂酰乙醇胺在1位上的酰基酯键，主要释放出饱和脂肪酸，而A2水解2位的酰基酯键，主要释放不饱和脂肪酸。
2.反刍动物小肠吸收和消化脂类物质 在小肠食糜中，脂类物质主要是与固体食糜结合。如绵羊空肠内容物中，70％的卵磷脂、60％的溶血卵磷脂和78％的未酯化脂肪酸是与固体食糜在一起的。这些物质在吸收之前必须形成可溶性的乳糜微粒。胆汁和胰液在其形成中作用很大。
绵羊在饲喂常规日粮的情况下，约20％脂类是在空肠的上部(pH3.6～4.2)被吸收的，60％是在中部和后部(pH4.7～7.6)吸收的。在食糜达到回肠时已基本被吸收。
反刍动物吸收脂类的效率很高，各种脂肪、油和脂肪酸的消化或吸收率在80％～90％之间。反刍动物吸收C16和C18脂肪酸的能力要大于非反刍动物，主要是反刍动物肠道内容物中长链饱和脂肪酸含量较高；胆盐/溶血卵磷脂微粒溶解饱和脂肪酸的能力强；反刍动物小肠中来自日粮中的脂肪酸主要是以未酯化的脂肪酸形式被吸收的。
脂类吸收必须有胆盐参与。胆盐中高比例的牛胆磺酸，提高了脂肪酸在pH值环境下的溶解性；含有质子化的脂肪酸的胆盐对进入十二指肠的固体食糜表面的冲洗作用加强。促进这种洗涤作用的因素是十二指肠近端的低pH值(2.5～3.5)，确保了脂肪酸的质子化过程。
进入十二指肠的脂类脂肪酸的组成影响其在小肠的消化率，饱和脂肪酸随着碳链的延长而消化率下降，不饱和脂肪酸的消化率随着碳链的延长而升高。
脂类的表观消化率随着摄入量的增加而呈线形增加的趋势。但其真消化率随着摄入量的增加而下降。
3.十二指肠不饱和脂肪酸流量的调节 反刍动物十二指肠脂类的来源分为三部分：日粮中未受微生物作用的脂类、日粮中受微生物作用后的脂类和微生物从头合成的脂类。反刍动物在饲喂干草日粮情况下，上述三部分脂类所占的比例分别为5％、60％和35％。
这些脂类主要是饱和脂肪酸，其次是瘤胃微生物发酵的特殊产物，包括生物氢化的中间产物，来源于日粮的反式脂肪酸异构体和存在于微生物脂类中的短链脂肪酸。
出于对人类健康的考虑，对动物性食品中饱和脂肪酸含量颇受人们关注，许多研究侧重于如何增加反刍动物小肠中不饱和脂肪酸的流量。另外，脂肪酸对动物组织代谢的调节作用更进一步促进了对增加不饱和脂肪酸的研究。例如多不饱和脂肪酸影响小鼠脂肪细胞和反刍动物的葡萄糖的转运和脂生成速度。
瘤胃对不饱和脂肪酸进入小肠是一个天然的阻碍，瘤胃对不饱和脂肪酸的氢化作用使得小肠的食糜富含饱和脂肪酸被吸收而沉积在体内。例如，绵羊饲喂干草和燕麦(5：1)日粮，C18：2和C18：3在日粮、瘤胃内容物和十二指肠食糜中的比例分别为66.0、7.8和4.4％。在反刍动物日粮中添加脂类仅使皱胃多不饱和脂肪酸瞬间增加，提高十二指肠多不饱和脂肪酸是很有限的。Wu等在奶牛日粮中添加动植物混合脂肪(59％不饱和)，发现亚油酸的摄入量由171增加到296克/天，但十二指肠的流量仅从45增加到54克/天。
日粮不饱和脂肪酸避免氢化作用与影响酯解和氢化速度的瘤胃环境有关。例如，饲喂谷物能降低瘤胃氢化，增加胴体和奶中不饱和脂肪酸含量。这种现象是由于瘤胃低pH造成酯解速度下降的原因。Gerson等报道了低氮日粮酯解和氢化速度的下降，小的饲料颗粒和增加饲草的成熟度。
为了增加进入小肠不饱和脂肪酸的数量，通常的做法是使用保护脂类。最明显的是用甲醛处理蛋白包被的脂肪。这项技术表明反刍动物不饱和脂肪酸吸收有显著的增加，相应增加奶和肉中不饱和度。目前，对甲醛处理后脂肪对瘤胃发酵影响的研究仍在进行。另外一种方法是在日粮中使用菜籽。种子坚硬的外壳能对不饱和脂肪酸起保护作用。keelens报道由于反刍动物的咀嚼作用，整粒棉籽对不饱和脂肪酸氢化无保护作用。但是Solomon报道给羔羊饲喂整粒油菜籽，能有效减少瘦肉的饱和度。
在最近的研究中发现，棕榈油钙盐能部分抵抗生物氢化，这是由于钙盐的形成减少了游离羧基的活性。游离羧基是细菌异构酶对生物氢化的起始反应中所必须的。亚油酸钙可能在瘤胃中发生离解，或减少游离羧基。过去的研究表明，棕榈油的不饱和脂肪酸钙盐的离解可能由于外面不溶性的饱和羧基盐的包被作用而受到抑制。
另一种限制瘤胃中游离羧基的数量是将游离脂肪酸转化为脂肪酸酰胺键。由于硬脂酸的羧基基团和蛋氨酸的氨基基团反应生成的胺基键能抵抗瘤胃细菌的降解和增加十二指肠蛋氨酸的流量。Fontouhi和Jenkins指出亚油酸－蛋氨酸在体内能抵抗微生物的降解作用，降低体外培养物中亚油酸的消失率接近10倍。胺基键抵抗微生物的降解可能是硬脂酸的胺基键连接处的阻碍作用。当亚油酸－蛋氨酸饲喂绵羊时，十二指肠不饱和脂肪酸增加，血浆18：2脂肪酸增加，粪中不饱和脂肪酸的排出并没有增加，表明脂肪酸酰胺键在小肠的消化正常。
三、脂类在脂肪组织中的代谢
脂肪组织是反刍动物脂类贮存的主要场所。另外，也是由乙酸从头合成脂肪酸和硬脂酸去饱和为油酸的主要场所。
瘤胃发酵产生的乙酸是反刍动物脂肪组织的主要能量来源。同时，它也是脂肪酸合成的主要前体物。血浆乙酸浓度的改变会影响乙酰辅酶A生成速度的改变，从而影响脂肪酸合成的速度。
虽然反刍动物脂肪组织利用葡萄糖来合成脂肪酸的能力很弱，但加入葡萄糖会增加牛脂肪组织由乙酸合成脂肪酸的速度提高3～10倍。葡萄糖对脂肪酸合成的促进作用是由于它增加了NADPH和甘油－3－磷酸的产生。反刍动物血浆中的葡萄糖浓度通常为3～4mM，变化较小，但在某些生理状态下(如妊娠)，浓度低于2～2.5mM时，会降低脂肪酸合成的速度。
日粮来源的脂肪会降低脂肪酸合成的速度。其中，硬脂酸是最主要的抑制剂，同时，棕榈酸、油酸、亚油酸和亚麻酸也有作用。这些脂肪酸或其辅酶酯可能是通过抑制乙酰辅酶A羧化酶活性来实现的。
主要调节反刍动物脂肪组织的因素
＋(促进作用) －(抑制作用)。
摘自Vernon(1984)。
四、反刍动物脂类代谢研究发展趋势
今后，对脂类在反刍动物中的研究着重于以下几点：1从脂类的理化性质着手，研究不同形式、不同来源和添加比例的脂类对瘤胃的发酵平衡影响。2研究日粮组成对脂类在瘤胃中代谢的影响，脂类在瘤胃中如何附着于饲料颗粒和微生物细胞的表面机制，以便增加对脂类对纤维素消化抑制机理的了解。3研究脂类对细胞功能的调节，尤其是增加对脂类作为细胞活性物质(如PG)前体物的研究。4研究控制脂类在瘤胃中的脂解和生物氢化的因素，从而为提高动物食品中的不饱和脂肪酸含量提高途径。
参考文献(略)
