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胆汁酸在饲料生产中的应用

l 胆汁酸的应用历史

1.1 饲料行业的发展与国内外应用情况

胆汁酸的应用是随着脂肪的应用被推广的,反过来,它又推动了脂肪的广泛应用。

出于对效率的追求,国外养殖业对能量的要求一直十分强烈,随着50年代动物油脂在美国饲料业中的应用及逐步加量,乳化剂的应用也得到逐步提高。然而,一般的乳化剂,由于没有生物活性,不能为肠道上皮细胞所识别,表现为,虽然能乳化脂肪,却不能提高油脂吸收率。

到上世纪80年代,胆汁酸作为一种具有生物活性的饲料用脂肪乳化剂被开发,随即得到推广。从而,脂肪这种高能物质,在饲料中得以广泛应用,作为全部或部分取代乳清粉等高价格能量物质的替代品或取代糖蜜等传统优质能量的替代品,在饲料业中广泛应用。从而使应用大剂量脂肪的饲料企业,在全美达到100%。

我国的饲料行业由于早期养殖状况,对效率的追求远没有国外企业热心,长时间满足在低质低价的水平上,但是由于近几年畜牧行业的竞争逐步白热化,养殖的效率问题,已直接推到了饲料行业的面前。
进入本世纪后,出于对低价格高能量物质盼探讨,油脂的应用在国内饲料中逐步加大,而寻找一种合适的乳化剂,已成为进取性企业的共识。磷脂作为能量在饲料中的应用,其作用已得到肯定,但是,作为乳化剂,还是有先天不足的毛病。(1)磷脂本身是一种油脂,量大时,本身吸收就很问题,更不用说乳化脂肪,提高消化率了。(2)磷脂在肠道中,不具备生物活性,与参与肝肠循环的胆汁酸不可同日而语一句话,磷脂不被肠道上皮细胞识别,因此,不具备提高、帮助脂肪吸收的能力。终于,在本世纪初,人们开始注意到胆汁酸这种具备生物活性的脂肪乳化剂了。

1.2 国内饲料理念的改革-效率-胆汁酸受到重视

我国的饲料行业起步较晚,只有几十年的历史,但是,也正因为起步较晚,而一开始就形成了自己的特色。

国外饲料行业,特别是美国企业,往往把饲料的工业化生产作为重点。在配方指导上,较死板地把畜禽看作简单的具有蛋白债转化能力的“容器”,而热衷于将各饲料组分调节和平衡,以静态的补充所需组分为主。

我国的饲料行业在配方上的指导思想,早期受这种思路影响较大。但进入上世纪90年代后,我国饲料行业已进入了生化时代。开始把畜禽看作活的动物,动态的来对待蛋白质的转化问题了。 

蛋白质的转化在热力学上说并不是自发过程。这个过程能量的消耗是关键。早期的饲料由于养殖行业对养殖效率的不重视,能量问题并没有突出的表现出来,但是整个畜牧业竞争逐渐激烈,出于对效率的重新认识,饲料行业开始重视能量。
脂肪是能量的首选,但是水溶性极差。机体的一切代谢,都是在水溶液中进行的。酶的活性,也要在水溶液中表达。因此,脂肪必须乳化。

在对乳化剂的探求中,我们发现:(1)未乳化的高脂肪饲料会导致脂肪泻。(2)乳化后的脂肪,如果不能被肠道及时的吸收,将以脂肪的形式进入大肠,在造成浪费的同时依旧会引起菌群失调型脂肪泻。(3)胆汁酸可以解决以上问题。假汁酸具有特殊的生物活性,可以被肠上皮细胞识别,而且能与脂肪酸形成脂肪酸一胆汁酸复合物,故而可提高脂肪吸收率。(4)胆汁酸没有种、属的特异性一在动物界, 它基本上是通用的。

2 胆汁酸的作用机理与生物活性

2.1 肝肠循环与胆汁酸的识别

资料显示:脊椎动物胆汁中的胆汁酸(bile acid)按结构可分为两大类:一类为游离型胆汁酸,包括胆酸(chocacid)、脱氧胆酸(deoxychohc acid)、鹅脱氧胆酸(chenodeoxy cholicacid)和少量的石胆酸(htho chalic acid);另一类是上述游离胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸结合的产物为结合型胆汁酸。主要包括甘氨胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸、牛磺胆酸及牛磺鹅脱氧胆酸等。一般结合型胆汁酸水溶性较游离型大,PK值降低,这种结合使胆汁酸盐更稳定,在酸或Ca2 存在时不易沉淀出来。

从来源上分类可分为初级胆汁酸和次级胆汁酸。肝细胞内,以胆固醇为原料直接合成的胆汁酸称为初级胆汁酸,包括胆酸和鹅脱氧胆酸。初级胆汁酸在肠道中受细菌作用.进行7一a脱羟作用生成的胆汁酸,称为次级胆汁酸(secondary bile acid),包括脱氧胆酸和石胆酸。

综上所述,胆汁酸并不是一种纯净物,而是由一系列的分支结构相似的物质构成的复合物。其乳化功能表现于亲油基与亲水基的存在。

胆汁酸的前体是胆固醇,在肝脏胆汁酸被源源不断的合成,然后进入胆囊形成胆汁。动物进食后由于脑部信号,肝汁酸进入小肠,然后乳化脂肪。当乳化的脂肪被水解为甘油与脂肪酸后,胆汁酸与脂肪酸形成脂肪酸一胆汁酸复合物。
对动物体而言,胆汁酸并不是一种廉价易得的产物。故而机体有完整的体系识别并回收它一在小肠上细胞上已发现胆汁特定的结合位点,可以将胆汁酸.并同时将脂肪酸运人体内。

在胆汁酸被运人体内前,胆汁酸有可能被肠道微生物修饰,而改变某些非关键性基因,变为次级胆汁酸。这个过程,对胆汁酸的活性和胆汁酸的肝肠循环没有影响。胆汁酸进入血液后,在肝脏富集, 与新合成的胆汁酸一起进入胆囊,开始下一轮的肝肠循环。由于自身分泌量不足,在一个消化过程中,肝肠循环往往进行数次。这样也会造成较大流失的机会。

肝肠循环是由体内一体外两个半环构成的一个开放性结构。也正因为它由体外(肠道内)和体内(血液,器官内)的路线同时存在,才得以实现胆汁酸对脂肪活性的表达。

2.2 对能量的需求使胆汁酸的应用成为必然

由肝肠循环我们看出,胆汁酸存在较大的流失,必然会造成不足,但是,真正制约胆汁酸含量的因素,并不在此。

在生物长期进化中,植食与杂食性动物的消化道与整个代谢机制,是以糖类为基础发展的,它不可能因为饲料配方的调整而自发形成较大变化,也应说正是由于饲料配方的存在使胆汁酸相对不足,才是限制它的最大因素。

另外,养殖动物与自然动物处于两个截然不同状态,以逻辑斯蒂方程为例:

在生物能量上,自然动物往往能成长到第1II阶段,而一般养殖动物在第1I阶段末期已经被宰杀了。也就是说养殖动物模型是以II期为模板建立,而自然动物模型是以III期为模板建立。因此在代谢调控,器官功能上,有较大的区别。

养殖动物模型往往会面临由于发育成长带来的器官功能问题。面对人工配制的饲料,养殖动物的各个器官,尤其是肝脏,都可能功能失调。这是胆汁酸含量不足的第二大原因。

鉴于此,给动物补充足够的胆汁酸是必然的选择。

2.3 生物活性覆抗菌性一小鼠试验

在做高脂肪小鼠喂养试验时,我们发现:(1)不加胆汁酸的对照组,出现30%~50%的间歇性腹泻而试验组腹泻在5%以下。(2)以粪便稀释涂布培养后发现:一a 对照组活菌数(除大肠杆菌外)与试验组相比,高一个数量级。b对照组已明显出现菌群失调。

那么我们能不能认为胆汁酸具有抗菌性呢?答案是否定的。根据胆汁酸抑菌试验得到这样的结果,lE常剂量的胆汁酸对G十与G一都没有抗菌性。大剂量应用时对G一有抑制作用。然而,从用量上看,这种抑制应该看作胆汁酸影响营养代谢的平衡,与抗菌性无关。

胆汁酸没有抗菌活性的基因,这在其结构中表现明显。肠道正常微生物群只认可糖类物质。由于胆汁酸的加入,脂肪被大量吸收后,减少了肠道脂肪量,减轻了菌群失衡的可能性,这才是胆汁酸的作用,所以应该说,所谓胆汁酸的抗菌性是脂肪利用率提高表现出来的。

3 研发过程及喂养试验

3.1 对能量作用认识的深度

畜牧业就是蛋白质转化的行业。而蛋白质的转化在热力学上说,不仅合成代谢不能自发进行,某些分解代谢也不能自发进行。

我们知道,能量代谢,包括脂肪在内,都会归结到糖代谢上来,而胆汁酸对脂肪的影响在生物界是通用的,没有种属异性的。出于对能量,在尤其是脂肪的认识,我们开始了我们的研发。

3.2 工艺上的可行性与先进性

出于对安全的考虑一即确保无毒性物质的残留,我们一开始就选择了提取而不是合成做为研究的工艺路线。而且小心地制定提取工艺,在各个环节上严格把关。而且出于对各组分配比更合理的考虑,尤是对杂质的考虑,选择牛羊胆汁作为研究提取原料。但是作为正常体重的牛,胆囊内胆汁酸含量不过3~5g,羊更不必说了,从生产成本上讲,生产胆汁酸似乎是不可能的。

胆汁酸主要是从猪胆汁中提取的,这样就为我们的生产提供了可行性。

综上所述, 在整个过程中没有应用任何有毒性的有机溶媒。而且我们对胆汁酸复配前的检测十分严格,不合格的产品,按我们技术部的检测规定,是不会进入复配工段的。严格的检测为我们赢得和保证了我们在在本行业内的先进性。

3.3 喂养试验以下是几种养殖动物的胆汁酸喂养试验结果。

4 常见问题

4.l 到底在胆汁酸中哪种组分在起作用

我们知道,胆汁酸并不是一种纯净物。它由鹅脱氧胆酸、熊脱氧胆酸、石胆酸等多种物质构成。按产生先后分,又有初级胆汁酸与次级胆汁酸的区别。但是,各种胆汁酸在结构上看,又十分类似,都有一个亲油性的胆固醇类似结构和一个亲水性的羧基构成,而它的生理活性,就由这两个基因确定, 与修饰结构无关。对于肠道上皮细胞的识别,胆汁酸是由在类似胆固醇的环状结构实现的。也与修饰结构无关。胆汁酸像某些组分复杂的抗生素一样,是这一类物质在起作用,而很难说明,到底是它的哪一个组分更重要一些。这在有机物中情况比较普遍。

4.2 胆汁酸有没有抗菌性

在结构上看,胆汁酸没有抗菌活性的基因。胆汁酸在正常生物体内,是胆固醇代谢的产物,是对脂肪的利用起侮用的物质,与抗菌性无关。在高脂肪饲料配方下,动物由于脂肪过多造成菌群失调而腹泻。这叫做脂肪泻。胆汁酸对脂肪泻的缓解作用,是由于提高了脂肪作用率,减少脂肪在肠道的残留造成的。

4.3 胆汁酸有没有毒性

胆汁酸像胆固醇样,是机体代谢产生的,和有一定生理活性的物质。是一种无毒的有机物。当胆汁酸在血液中含量过高时,会造成胆汁酸型血毒症。但是,这是由于含量过多造成的,与胆汁酸是否有毒无关。这有点类似于葡萄糖与糖尿病的关系。
一般的讲,在推荐用量的5倍以内应用,不会造成机体的不良反应。另外,在提取工艺上,我们没有引入有可能引起中毒的溶媒,也就不会因为溶媒残留引起中毒。

5 胆汁酸的展望

由于竞争白热化, 国内企业越来越重视效率,也就会越来越重视能量,目前有两个原因影响饲料行业,使它接受胆汁酸。

5.1 国内饲料行业配方理念的先进性

国内饲料行业,很早就开始以生物化学的观点,来看待和处理所遇问题了,在我们眼中,动物是“活的”,而不是简单的容器,这样,胆汁酸这种高活性的脂肪乳化剂,就有了被接受的可能。

5.2 与国际接轨

养殖行业的出路必须是外销。国际标准等制约因素,虽然会制约一些企业的发展,但也会促进•些企业的进步。进而被国际上一些合理的配方习惯影响,这就是胆汁酸被接受的外部因素。


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