三丁酸甘油酯的消化吸收及其在猪生产中的应用

■原清会 彭 艳

（上海美农生物科技股份有限公司，上海 201807）

动物的肠道在整个生长期，特别是早期非常容易被外界不良条件如有害菌增殖刺激，引起肠道损伤，从而对动物的生产性能产生不利影响。抗生素可以有效地改善肠道健康，但是长时间的预防用药会使病菌产生抗药性，不仅影响对动物疾病的治疗用药，而且长时间的添加引起的抗生素残留也会引起人们对食品安全的担忧[1]。近期，研究人员在选择替代抗生素上做了大量的研究，其中丁酸作为后肠微生物发酵的产物，是肠道细胞最优先选择的能量物质。可以快速为肠道提供优质能量，修复肠道损伤，保障肠道健康，提高动物对营养物质的消化吸收作用[2-3]。丁酸具有很强的挥发性，实际生产中为了解决这个问题，研究人员通过酯化反应，将丁酸固定在三丁酸甘油酯中。三丁酸甘油酯可以在内源脂肪酶的作用下于小肠中靶向释放出丁酸作用于肠道细胞，解决了丁酸易挥发和其它丁酸类添加剂具有较强烈异味和不易过胃的问题[4]。大量的研究表明，三丁酸甘油酯具有改善肠道健康、增强免疫能力和提高动物生产性能的作用，但是其消化、吸收和代谢途径及代谢产物的作用机制等还并不为大家所了解。为此本文将从这几方面做一阐述。

1 三丁酸甘油酯的理化特性

三丁酸甘油酯的分子式为C15H26O6，相对分子量为302.26，为透明近油状液体，是丁酸的前体物，由三分子的正丁酸和一分子的甘油酯化形成，几乎没有气味，略有刺激作用。易溶于有机乙醇、氯仿和乙醚等有机溶剂，极难溶于水。三丁酸甘油酯是三酰甘油，其不具有丁酸特有的臭味[4]。作为丁酸的前体物质，其具有半衰期长、使用方便，安全无毒副作用。

2 三丁酸甘油酯的作用机理

2.1 三丁酸甘油酯的分解

三丁酸甘油酯属于脂质，与脂质分解代谢相同，其可以被脂肪酶分解。消化道内主要存在的脂肪酶有胃脂肪酶、胰脂肪酶和肠脂肪酶。其中胃脂肪酶存在于胃中，数量很少，作用很小，作用效果接近于胰脂肪酶的1/600，可以忽略[5-6]；胰脂肪酶主要存在于小肠中，是脂肪（三酰甘油，包括三丁酸甘油酯）消化的主要酶，肠液中有少量肠脂肪酶用以补充胰脂肪酶对脂肪的消化不足，也具有将三丁酸甘油酯分解为丁酸和甘油的能力。同时，后肠很多微生物也具有分解脂肪的作用，可以将三丁酸甘油酯分解为丁酸和甘油[7]。分解代谢中，三酰甘油在脂肪酶的作用下分解出多种单体物质：单酰甘油、双酰甘油、游离脂肪酸和甘油，其中双酰甘油可以分解为单酰甘油和游离脂肪酸；而单酰甘油则可以在肠道中继续分解为游离脂肪酸和甘油[8]。在肠道中脂肪酶先将三丁酸甘油酯分解为双丁酸甘油酯，随后双丁酸甘油酯再在脂肪酶的作用下解离出一个丁酸，形成1-单丁酸甘油酯或2-单丁酸甘油酯；单丁酸甘油酯也可以在脂肪酶的作用下分解出一个丁酸和一个甘油，但是这个过程相对效率较低[9]。脂肪酶对长链脂肪酸形成的三酰甘油和中短链脂肪酸形成的三酰甘油的作用效率不同，使用人的胃液做的试验表明，短链脂肪酸形成的三酰甘油更容易被胃脂肪酶分解[5]。而早在1959年的试验表明，三丁酸甘油酯可以被脂肪酶完全水解为丁酸和甘油[10-12]。

2.2 三丁酸甘油酯的吸收

三丁酸甘油酯在脂肪酶作用下分解为甘油和丁酸。甘油具有很强的亲脂性，可以被动透过细胞膜进入胞内。有研究发现，在三丁酸甘油酯被摄入后的1 h时，肝门静脉中的丁酸根含量达到最高[13]，这就说明三丁酸甘油酯在脂肪酶作用下产生的丁酸会通过肠上皮细胞进入到静脉中。通常认为长链游离脂肪酸和长链单酰甘油以囊泡或者胆酸盐结合物的形式通过肠道顶端刷状缘吸收进入体内，而短链脂肪酸和短链单酰甘油由于具有较好的水溶性，可能更容易通过肠上皮细胞进入体内[14]。单体丁酸具有较强的亲脂性，可以通过被动运输或者主动运输的形式进入体内，其中被动运输仍然是丁酸进入体内的主要方式[15]，主动运输主要是在MCT-1（单羧酸转运蛋白-1）的帮助下进行的。而丁酸盐则主要依靠载体蛋白SMCT-1（Na介导一元羧酸转运蛋白）才可以通过细胞膜进入胞内[16-17]。吸收进入体内的脂肪酸、单酰甘油和甘油等物质在进入体内后经历了合成储存和分解利用的过程，合成与分解通常为可逆反应。从化学的角度来看，任何可逆的化学反应均会倾向于向反应物减少的方向发展。作为机体的基础化学反应，三酰甘油会在机体需要脂肪酸的时候分解生产脂肪酸供机体需要；而在机体不需要脂肪酸供能的时候，脂肪酸则通过三酰甘油的合成途径合成三酰甘油储存在脂肪细胞中。

丁酸是肠道优选的能量物质，在肠道细胞受损的时候，丁酸作为能源物质优先分解供能，参与到修复肠道的过程中；同时由于丁酸和单丁酸甘油酯具有很好的水溶性，而三酰甘油合成通常是在水油界面处发生，所以二者是否会在肠道和肝脏这两个主要的三酰甘油合成场所发生合成反应仍未明确。游离脂肪酸和单酰甘油在肠道细胞中合成的三酰甘油会形成乳糜微粒，通过淋巴系统转运入血，所以血液中的三酰甘油含量可以对分解产物是否在肠道细胞中有合成有一定的印证。在肿瘤病患者上的研究发现，在摄入TB后，血液中会出现TB，但是相对于丁酸来说，量非常少[18]，表明TB进入肠道后的分解产物丁酸、单丁酸甘油酯和甘油在肠细胞中合成TB的量非常少。这与1930年的研究报告得出的结果类似，TB被鸡摄入后，并不会发生三酰甘油在脂肪组织中沉积而造成的皂化值增高[19]。这些证据都表明，采食的三丁酸甘油酯在消化和吸收的过程中几乎没有重新合成的反应发生，绝大部分的丁酸可以被利用。

2.3 三丁酸甘油酯的主导作用

在肠道中，三丁酸甘油酯被分解为丁酸、甘油和极少量的单丁酸甘油酯。不同的代谢产物效果不同，研究者为了探究三丁酸甘油酯中间产物的作用设计了细胞上的对比试验，结果表明在类红细胞分化的潜力方面，三丁酸甘油酯是丁酸的3～4倍，同时，相对于丁酸来说，单丁酸甘油酯几乎没有什么优势[20]。这也暗示，三丁酸甘油酯的作用强于中间代谢产物双三丁酸甘油酯和单丁酸甘油酯，主要通过脂肪酶分解产生的丁酸发挥作用。

三丁酸甘油酯可以通过产生丁酸作用于肠道，在肠黏膜细胞中代谢供能，三丁酸甘油酯的主导作用是通过靶向供给肠道优质能量来改善肠道健康。有研究表明，丁酸是肠道优选的能量物质，丁酸在进入细胞内后可以在肉毒碱转移酶的作用下转移进入线粒体中，随后通过β-氧化作用转化为两分子乙酰CoA，或进入TCA循环中功能；或在肝脏中转化为酮体，在机体缺乏葡萄糖时为大脑或者其它组织供能。有研究表明，三丁酸甘油酯可以为肠道提供高达75%的能量[21]。借助于肠道供能的作用，三丁酸甘油酯可以改善肠道形态结构，促进肠道消化吸收；阻止黏膜损伤，增强机体免疫功能；促进有益菌增殖，维持肠道微生态平衡[3-4]；同时也有很多证据表明三丁酸甘油酯可以促进癌症细胞的凋亡[22]。

3 三丁酸甘油酯的作用效果

3.1 三丁酸甘油酯对动物生长性能的影响

三丁酸甘油酯具有提高生长育肥猪的生长性能的作用，不同的试验中添加量各不相同，大致为0.1%～0.5%之间，其中0.2%可以使仔猪的平均日增重提高10%左右，料肉比降低10%左右，从而降低养殖成本[23]。三丁酸甘油酯可以提高绒毛高度，降低隐窝深度，增加十二指肠绒毛表面积[24-25]；缓解炎症发生、提高免疫力[25]；缓解由外界因素引起的肠道、机体氧化应激[26-27]；提高相关消化酶的活性[25，28]；改善饲料粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维和能量的表观消化率[29-30]。同时有研究表明，三丁酸甘油酯还可以改善肝脏免疫功能和抗氧化能力[31-32]。

三丁酸甘油酯可以改善外源或内源因素对动物产生的不利影响。Dong L等[33]选取16头IUGR仔猪和8头正常仔猪的试验结果表明：正常仔猪的生长性能显著高于IUGR猪，而IUGR猪采食含有三丁酸甘油酯的日粮后生长性能显著改善。乙酸挑战试验可以模拟结肠炎对动物的影响，Yongqing Hou（2014）设计了2个阶段的试验，第一阶段15 d的试验结果显示，0.1%的三丁酸甘油酯并未对采食量产生影响，但是对该阶段平均日增重有一定的改善作用；随后在第二阶段7 d乙酸挑战后，乙酸使试验猪日增重降低了14.7%，三丁酸甘油酯缓解了乙酸的负面作用（ADG增加8.8%）。

表1 三丁酸甘油酯对动物生长性能的影响

3.2 三丁酸甘油酯对肠道机械屏障的影响

小肠是食物消化吸收的主要场所，小肠形态相关的肠绒毛长度、隐窝深度、黏膜厚度及绒毛表面积是衡量小肠消化吸收功能的重要指标。多项研究表明，三丁酸甘油酯添加后可以有效地改善肠道表观形态[28，35]。丁酸主要在空肠和回肠段被吸收，并且作为细胞的能量来源可以促进消化道细胞的增殖和成熟，提高肠道紧密连接蛋白的表达，降低由肠道细胞破损而引起的血液二胺氧化酶活力，从而维持肠黏膜上皮细胞结构完整性，增强机械屏障作用[3]，这些证据说明三丁酸甘油酯可通过改善肠道形态结构，促进肠道消化吸收，进而提高动物生产性能。

3.3 三丁酸甘油酯对肠道菌群的影响

健康动物的消化道存在着一个稳定的微生物区系，有益菌和有害菌处于平衡状态。然而饲粮、环境等因素很容易打破该平衡，引起消化道菌群失调，导致疾病发生。三丁酸甘油酯具有改善肠道微生物区系的作用，对三丁酸甘油酯主要代谢产物丁酸的研究表明丁酸钠可以显著降低猪肠道内沙门氏菌的繁殖及在粪中的排放，提高肠道内容物乳酸杆菌的含量，降低回肠大肠杆菌的数量[36]。

正常情况下，肠道内微生物群构成一个对抗病原体的重要的保护屏障，当这个微生态菌群的稳定性遭到破坏后，肠道定植抵抗力大为降低，可导致肠道中潜在性病原体（包括条件致病菌）的定植和入侵。动物使用三丁酸甘油酯后，通过产生代谢产物修复肠道、提高机体免疫能力等方式抑制病原微生物对宿主肠道的损伤，调整肠道菌群使肠道微生态系统处于最佳的平衡状态，提高动物的生物屏障功能。此外，三丁酸甘油酯分解后产生的有机酸可通过破坏细胞膜，调节有毒阴离子在细菌内的聚集等方式来降低致病菌对肠道的攻击，维持肠道微生物平衡[4，37]。

4 小结

综上所述，三丁酸甘油酯可以在脂肪酶的作用下分解为丁酸和甘油，靶向为肠道提供高效能量，为肠黏膜供能，修复肠道机械屏障和微生物屏障，最终改善动物的生长性能。随着三丁酸甘油酯研究的进一步深入及其生理功能作用机制的进一步阐释，三丁酸甘油酯必将在动物生产、动物保健等方面发挥更广泛的作用。