油脂效率、蛋白吸收 – 溶血磷脂助您“一網打盡”

建明水產科技傾心之作 – 水產利舒寶營養吸收強化劑

2022年水產行業熱點話題已經從如何替代魚粉減少油脂用量變成了如何有效替代豆粕并減少油脂用量，可想而知當前飼料企業所面對的原料成本上漲壓力。2020下半年開始豆油價格勇往直前，目前維持在1萬元/噸左右。2022短短幾個月時間，豆粕價格最高飆升超過5000元/噸。水產動物對于碳水化合物的利用非常有限，所需營養素和能量主要來自脂肪和蛋白。因此改善油脂利用，強化蛋白吸收可以有效地緩解部分成本壓力，同時助力水產企業優化飼料配方。

 

第一部分

脂類和蛋白質是水生動物的主要有機成分，它們在水生動物生長(包括繁殖)和運動(包括遷徙)方面發揮著重要的代謝能量來源作用，其中脂類占主導地位。從極性上分，脂類可分為兩大類：極性脂類和中性脂類。極性脂類以磷脂為主，為膜結構的主要成分（圖1）；中性脂類以甘油三酯為主，為動物主要的能量來源（圖2）。水生動物體內的脂類成分中，飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸優先酯化于sn1和sn3位置，而多不飽和脂肪酸（PUFA）優先酯化于sn2位置（圖1）。磷脂也有相類似結構特征，sn3位置由磷酸基團取代，飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸優先酯化于sn1位置，多不飽和脂肪酸PUFA優先酯化于sn2位置（圖2）。其他脂類還包含蠟酯（單個脂肪酸和單個脂肪醇酯化）、鞘脂類和膽固醇（Tocher et al., 2003）。溶血磷脂是在磷脂的基礎上加工得到的，磷脂的結構包含一個磷酸基團和兩個脂肪酸，溶血磷脂的結構則包含一個磷酸基團和一個脂肪酸。原料來源加工工藝不同所得溶血磷脂結構會有很大的差異。

       圖1 甘油三酯結構：三個脂肪酸分別酯化在sn1、sn2和sn3位置

圖2 磷脂結構：兩個脂肪酸酯化于sn1和sn2位置，磷酸基團位于sn3位置

脂類在水產飼料配方中有舉足輕重的地位，一方面提供了生長繁殖所需的能量和必須脂肪酸，同時作為脂溶性維生素和色素的載體增強其吸收利用率，并優化水產飼料的適口性。其主要生理功能如下：

?   能量供應

a)   能量供應

油脂（甘油三酯）在水生動物體中最重要的作用包括 ①脂肪的存儲 ②通過脂肪酸β氧化并以ATP的形式滿足動物體代謝所需能量（Sargent et al, 1989; Froyland et al., 2000）。

b)  繁殖

不僅為代謝提供能量，脂質也為水產動物繁殖提供所需的能量（Henderson et al., 1984b）。Marshall et al., 1999闡述了鱈魚繁殖能力和油脂極強的關聯度。

c)   胚胎發育和幼體發育

不同品種胚胎和幼體發育所需的脂肪酸組成差異較大。整體上，海水魚類魚卵極性脂質含量較高（60-90%），淡水魚類魚卵中性脂質含量較高。但也有少數例外，例如海鱸魚卵中中性脂質比較超過50%（Ronnestad et al., 1998）

?   膜結構和膜功能

磷脂雙分子層是構成細胞膜的基本支架，居間鑲嵌其他成分包括糖蛋白、糖脂、蛋白質和膽固醇等。其中磷脂占總量約70%。

?   其他功能

a)   信號傳遞：固醇類激素的合成

b)   糖蛋白、糖脂：參與信號識別和免疫

c)   其他激素和色素的前體

水產養殖過程中關注最多的是脂肪的存儲和供能，簡單來說對于魚苗到成魚的養殖過程中，高脂飼料對于動物肝臟的壓力越小越好，肝臟中脂肪分解為脂肪酸的β-氧化供能則多一些更好。緩解肝臟壓力，強化脂肪酸氧化供能，參見下文溶血磷脂對水產動物肝臟脂肪代謝酶活的影響（圖3，圖4）。

水產動物脂肪代謝過程（圖3）

水產動物采食之后，配方中不論是中性的甘油三酯還是極性的磷脂，不可或缺的第一步都是脂類的乳化。膽汁酸（鹽）的分泌可以幫助適量油脂在腸道中的乳化。隨著高油脂高能值水產配方的普適性，有必要額外添加一些元素以促進油脂的乳化，例如植物來源的溶血磷脂。相同實驗條件下（表1），可以看到溶血磷脂顯著提高了同一底物不同脂肪酸的釋放率（p<0.05）。油脂乳化中另外一個需要關注的是形成乳糜微粒所需乳化劑的數量，也就是臨界膠團濃度(CMC)。其定義是指形成乳糜微粒所需的乳化劑或表面活性劑的最低濃度，濃度越低性能越好。表2中可以看出，只需要0.02-2微摩爾的溶血磷脂就能形成乳糜微粒。

表1 相同條件下，不同元素對脂肪酸釋放量的影響（Kemin internal data）

表2 不同成分臨界膠團濃度（Biochemistry, 1984）

乳化之后就到了脂肪酶的出場時間了，脂肪酶主要是由胰腺（肝胰腺）分泌，也有研究表明腸道中小部分脂肪酶可能由腸粘膜分泌而來（Fange et al., 1979; Smith, 1989a）。不過最終目的都是一致的，將甘油三酯分解為甘油單酯和游離脂肪酸（圖3，第2步），并以自由擴散的方式進入腸道上皮細胞。進入到腸道上皮細胞內的甘油單酯、游離脂肪酸、少部分甘油雙酯和甘油會在內質網上完成再酯化反應，重新合成甘油三酯（Tocher et al., 2003）。腸道上皮細胞內，再酯化的甘油三酯和膽固醇以及載脂蛋白依據脂肪酸的不同類型分別形成乳糜微粒或極低密度脂蛋白（VLDL）（圖3，第3步）。所形成的乳糜微?；騐LDL主要通過淋巴系統經內循環進入肝臟。

 

圖3 水產動物油脂（甘油三酯）代謝過程，包括脂肪的消化、吸收、運輸和利用。

乳糜微粒在進入到肝臟之前有極少部分會被脂蛋白脂酶分解供機體使用。大部分的油脂進入到肝臟經過分解和再酯化的過程，分解的部分脂肪酸通過肉堿棕櫚酰轉移酶1（CPT1）轉移到線粒體中β氧化提供能量（圖3第6步）（Tocher et al., 2003）；肝臟中再酯化合成的甘油三酯部分存儲在肝臟中，部分通過VLDL的形式運輸到外周組織。為了達到更好的生產性能，大多數水產動物的配方能值偏高，因此提高肝臟對于脂肪的處理能力至關重要。恰當合理的脂肪沉積有助于緩解脂肪肝的壓力，同時提高CPT1酶活力可以有效強化脂肪酸的β氧化供能。合理配比的溶血磷脂復合產品（水產利舒寶）可以有效的促進CPT1酶活（圖4），并優化脂肪在肝臟中的存儲（相同實驗中，肝臟油紅切片數據清晰展示該結果）。

圖4 溶血磷脂對水產動物肝臟脂代謝酶活影響（TD-21-7292）

轉運出肝臟的VLDL，在外周組織中被脂蛋白脂酶和肝脂肪酶逐步分解，酶解出的脂肪酸 ①用于外周組織氧化供能 ②再合成并存儲于脂肪組織中（圖3，第6步）。酶解剩余部分可直接被肝臟重新吸收，或者進一步被脂蛋白脂酶和肝脂肪酶分解而得到中間密度脂蛋白IDL和低密度脂蛋白LDL。另外一部分VLDL酶解剩余產物可直接形成“初級高密度脂蛋白”，肝臟自身也能合成“初級高密度脂蛋白”。血液中的“初級高密度脂蛋白”從外周組織中捕捉游離膽固醇，并通過磷脂膽固醇酰基轉移酶（lecithin-cholesterolacyltransferase，LCAT）催化脂蛋白中磷脂的sn2位脂肪酸轉移給游離膽固醇，生成膽固醇酯，并形成“成熟高密度脂蛋白”（Babin et al., 1989）。高密度脂蛋白（圖3，第8步）不僅可以清除多余的游離膽固醇，因其顆粒度?。?.5-12.5納米）可自由進出血管管壁，并攝取血管壁內膜底層沉積下來的低密度脂蛋白和甘油三酯等“有害物質”，轉運到肝臟進行分解代謝（張會琴等，2010）。

高密度脂蛋白就像一輛運載能力很強的迷你卡車，可以將血管中不該存在的膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白運回肝臟。一方面改善了水產動物的健康程度，另一方面將脂質運回肝臟提高“廢物利用率”。研究表明配方中添加溶血磷脂（水產利舒寶）可以有效提高機體高密度脂蛋白含量（圖5）。

圖5 不同配方脂肪溶血磷脂對小龍蝦機體高密度脂蛋白（mmol/L）的影響；溶血磷脂對加州鱸血清高密度脂蛋白的影響

 

第二部分

油脂的消化吸收離不開乳化作用以增大乳液膠團微粒的比表面積，從而擴大脂肪與脂蛋白脂酶和肝脂肪酶的接觸，并加速酶解反應。蛋白質的消化吸收離不開蛋白本身空間結構的變化（例如在胃酸的作用下蛋白質三維結構打開成長肽鏈），同時降低蛋白微滴的顆粒度可以增大蛋白質與蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶、外源添加的符合水產動物腸道的堿性蛋白酶）的接觸面積。

恰當的外源功能性營養物質的添加可以有效降低蛋白微滴的顆粒度，例如磷脂和溶血磷脂（Mine et al., 1992, 1993）。Ohtsuru等在1976年發現，大豆磷脂和大豆蛋白通過磷脂疏水端與蛋白疏水端直接結合和蛋白表面平鋪磷脂層兩種方式連接在一起。隨后Dutilh等在1981年發現蛋黃脂蛋白（脂蛋白主要成分之一為磷脂）在與磷脂酶反應之后，其乳化性能和穩定性有了極大的提升。

基于以上研究，Mine等于1992、1993年，針對磷脂和溶血磷脂對蛋白（雞蛋中提取的卵清蛋白）微滴的粒徑做了評估和研究，結果發現卵清蛋白平均微滴粒徑為6.6微米，磷脂則改善了粒徑到2.4微米，溶血磷脂極大的改善了微滴粒徑到0.7微米。研究中發現溶血磷脂對于蛋白微滴粒徑的改變是因為對蛋白α-螺旋和β-結構的改變（Mine et al., 1992, 1993）。因此可以看到溶血磷脂可以改善蛋白微滴粒徑，增大其比表面積，擴大蛋白和蛋白酶的接觸面。

蛋白主要以氨基酸和小肽的形式被腸道上皮細胞吸收，和甘油單酯/脂肪酸的自由擴散方式不同，氨基酸和小肽的吸收需要相應的轉運載體。溶血磷脂本質上為多種溶血磷脂酰復合物，其中多個活性成分可有效激活并提高腸道蛋白質相關轉運載體的基因表達，如小肽轉運載體Pept1及氨基酸轉運載體CAT2等。動物實驗同樣驗證了該結論，配方中蛋白含量減少2%之后添加0.1%的水產利舒寶可以充分提高蛋白的吸收，實驗組蛋白存留率為30.38%，高出對照組3.73%，同時不影響生長性能（圖6）。

圖6，溶血磷脂對羅非魚蛋白吸收和生長性能的影響

 

 

第三部分

優化成本有多種方案，建明水產科技為您保駕護航：

①   配方調整，提高油脂消化吸收和利用率（建明水產科技：水產利舒寶）

?   溶血磷脂有效提高了脂肪酸釋放量（表1），且形成乳糜微粒所需的量最少（表2），

?   溶血磷脂緩解了高脂配方帶來的肝臟壓力，強化了脂肪酸β-氧化供能（圖4），

?   溶血磷脂優化了脂肪內循環和“廢物”利用率并改善了動物的健康程度（圖5）；

②   原料優化，強化蛋白效率（建明水產科技：水產利舒寶）

?   改善蛋白微滴粒徑增加比表面積，

?   提升小肽/氨基酸轉運載體基因表達優化蛋白吸收和運輸系統

?   添加符合水產動物腸道需求的外源蛋白酶（建明水產科技：漁酶寶^TM液體蛋白酶）。

③   節能減排，在生產過程中添加工藝助劑（建明水產科技：膨力康^TM），以提高生產效率、節省電耗。

 

詳細實驗數據及應用方案請咨詢建明水產科技的技術專家。

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建明水產科技致力于支持大豆產品的可持續發展

水產利舒寶營養吸收強化劑通過RTRS認證

 

Reference 

Douglas R. Tocher (2003): metabolism and Functions of Lipids and Fatty Acids in Teleost Fish, Reviews in Fisheries Science, 11:2, 107-184

Sargent, J. R. (1989) Ether-linked glycerides in marine animals. In: Marine Biogenic Lipids, Fats and Oils, (Ackman, R. G., Ed.). pp. 175–198. 

Froyland, L., O. Lie, and R. K. Berge. Mitochondrial and peroxisomal β-oxidation capacities in various tissues from Atlantic salmon Salmo salar. Aquacult. Nutr., 6: 85–89 (2000).

Henderson, R. J., J. R. Sargent, and B. J. S. Pirie. Fatty acid catabolism in the capelin Mallottus villosus (Muller) during sexual maturation. Mar. Biol. Letters, 5: 115–126 (1984b).

Marshall, C. T., N. A. Yaragina, and Y. Lambert. Total lipid energy as a proxy for total egg production by fish stocks. Nature, 402: 288–290 (1999).

Ronnestad, I., W. M. Koven, A. Tandler, M. Harel, and H. J. Fyhn. Utilization of yolk fuels in developing eggs and larvae of European sea bass (Dicentrarchus labrax). Aquaculture, 162: 157–178 (1998).

Biochemistry, 1984. Ed. G. Zubay. Addison-Wesley

Fänge, R. and D. Grove. Digestion. pp. 161–260. In: Fish Physiology, Vol. VIII. (Hoar, W.S., D. J. Randall, and J. R. Brett, Eds.). New York: Academic Press (1979).

Smith, L. S. Digestive functions in teleost fishes. pp. 331–421. In: Fish Nutrition, 2nd ed. (Halver, J. E., Ed.). San Diego: Academic Press (1989a).

Babin, P. J. and J.-M. Vernier. Plasma lipoproteins in fish. J. Lipid Res., 30: 467–489 (1989).

張會琴，張懷明．《糖尿病預警》：軍事醫學科學出版社 ，2010：82-83

Mine, Y., Kobayashi, H., Chiba, K. and Tada, M. 31P NMR Study on the Interfacial Adsorptivity of Ovalbumin Promoted by Lysophosphatidylcholine and Free Fatty Acids. J. Agric. Food Chem. 1992, 40, 1111-1115

Mine, Y., Chiba, K. and Tada, M. Effect of Phospholipids on Conformational Change and Heat Stability of Ovalbumin. Circular Dichroism and Nuclear Magnetic Resonance Studies. J. Agric. Food Chem. 1993, 41, 157-161

Ohtsuru, M.; Kito, M.; Takeuchi, Y.; Ohnishi, S. Association of Phosphatidylcholine with Soybean Protein. Agric. Biol. Chem. 1976, 40, 2261-2266

Dutilh, C. E.; Groger, W. Improvement of Product Attributes of Mayonnaise by Enzymic Hydrolysis of Egg Yolk with Phospholipase Az. J. Sei. Food Agric. 1981, 32, 451-458.

 

作者：建明水產科技技術經理 劉亮  曹杰，未經授權禁止轉載