解析α-單脂肪酸甘油酯

自2006年1月1日起，歐盟禁止在動(dòng)物飼料中添加抗生素生長促進(jìn)劑(AGPs)。這一禁令是由于擔(dān)心細(xì)菌耐藥性的發(fā)展，以及細(xì)菌耐藥基因從家畜向人類轉(zhuǎn)移。現(xiàn)代動(dòng)物生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)無抗生素飼料添加劑，促進(jìn)動(dòng)物整體健康，特別是腸道健康，以提高動(dòng)物性能。

1 什么是α-單脂肪酸甘油酯？

α-單脂肪酸甘油酯是一類甘油酯，通過甘油的sn1-位置與脂肪酸連接形成酯鍵，因其強(qiáng)大的抗微生物作用而聞名。圖1（A、B）為通過酯化反應(yīng)獲得這種α-單脂肪酸甘油酯的示意圖。脂肪酸的氫原子（H）與甘油分子的羥基 （OH）反應(yīng)，形成水分子（H2O），并在脂肪酸的氧原子與碳原子之間產(chǎn)生共價(jià)鍵。

α-單脂肪酸甘油酯、α-甘油二酯和α-甘油三酯的分子結(jié)構(gòu)差異見圖2。當(dāng)一種脂肪酸與甘油的第一個(gè)碳原子（sn1-位置）結(jié)合時(shí)，該分子稱為α-單脂肪酸甘油酯；當(dāng)一種脂肪酸與甘油分子的第二個(gè)碳原子結(jié)合時(shí)，形成β-單脂肪酸甘油酯。重要的是要知道只有α-單脂肪酸甘油酯有抗菌作用。甘油三酯是一種脂肪，在正常的消化過程中可分解，是能量的來源。

根據(jù)脂肪酸的鏈長，可以產(chǎn)生不同的α-單脂肪酸甘油酯（見圖3）。短鏈α-單脂肪酸甘油酯（SCFA）和中鏈α-單脂肪酸甘油酯 （MCFA）具有不同的特性，短鏈α-單丙酸甘油酯和單丁酸甘油酯對革蘭氏陰性菌有抑制作用。相比之下，中鏈α-單辛酸甘油酯、α-單葵酸甘油酯和α-單月桂酸甘油酯對革蘭氏陽性菌的殺滅效果更好。多方面的研究證實(shí)了α-單脂肪酸甘油酯的體內(nèi)外抗菌作用。此外，科學(xué)文獻(xiàn)表明中鏈α-單脂肪酸甘油酯，尤其是α-單月桂酸甘油酯，具有抗病毒特性。

2 優(yōu) 勢

與游離脂肪酸相比，α-單脂肪酸甘油酯的強(qiáng)共價(jià)鍵具有多重優(yōu)勢（見圖4）。α-單脂肪酸甘油酯不依賴于酸堿度，因此，不會解離。在飼料加工過程中不揮發(fā)、不腐蝕、熱穩(wěn)定。此外，α-單脂肪酸甘油酯無不良?xì)馕逗臀兜?，但更重要的是，研究表明，?單脂肪酸甘油酯與其相對應(yīng)的游離脂肪酸相比，具有更強(qiáng)的抗菌作用。α-單脂肪酸甘油酯是兩親性化合物，具有親脂性；因其脂肪酸尾部以及親水性主干（甘油），使得α-單脂肪酸甘油酯能在水中自乳化。因此，它們能在四種不同的環(huán)境中活動(dòng)：水、飼料、胃和腸道。FRAmelco的α-單脂肪酸甘油酯產(chǎn)品有干性的和液體的兩種形式，有些還可以通過飲用水使用。

圖1 α-單脂肪酸甘油酯的酯化反應(yīng)示意圖

圖2 α-單脂肪酸甘油酯、甘油二酯和甘油三酯示意圖

圖3 FRAmelco五種常用的α-單脂肪酸甘油酯

3 抗菌作用

研究證明，α-單脂肪酸甘油酯與其相應(yīng)的游離脂肪酸相比具有更強(qiáng)的抗菌作用，根據(jù)脂肪酸鏈的長短，有的還具有抗病毒特性。而顯示某物質(zhì)抗菌性能的一種方法是進(jìn)行體外最低抑菌濃度 （MIC）試驗(yàn)。MIC是阻止細(xì)菌可見生長的最低物質(zhì)濃度，也稱為抑菌活性。圖5-圖6給出了幾種脂肪酸及其相應(yīng)α-單脂肪酸甘油酯的MIC值。

4 作用部位

有機(jī)酸只在酸性環(huán)境中有活性，意味著其只在消化系統(tǒng)的第一部分發(fā)揮作用，這可以用它們的pKa值來解釋，pKa值是50%有機(jī)酸解離后失去殺菌性能的pH值（見圖7）。但是，為了獲得最佳的腸道健康和性能，這些添加劑在腸道環(huán)境中具有活性也是很重要的（見圖8），由于α-單脂肪酸甘油酯是穩(wěn)定且不依賴于酸堿度的分子，因此，它們在整個(gè)胃腸道中都很活躍。

5 作用方式

圖4 游離脂肪酸與α-單脂肪酸甘油酯的差異比較

圖5 丁酸、α-單丁酸甘油酯和α-單丙酸甘油酯對革蘭氏陰性菌的MIC（NA表示不適用）

圖6 癸酸、月桂酸及其對應(yīng)單脂肪酸甘油酯對革蘭氏陽性菌的MIC（umol/mL）

圖7 五種有機(jī)酸的pka值

短鏈α-單脂肪酸甘油酯、中鏈單甘油酯的作用方式略有不同。

5.1 短鏈α-單脂肪酸甘油酯 主要對革蘭氏陰性菌有抑制作用。部分人認(rèn)為這是一種沒有作用方式的抑菌物質(zhì)，但是這些α-單脂肪酸甘油酯有可能通過幾種方式影響細(xì)菌（見圖9）。細(xì)菌需要甘油來維持其重要功能和膜的形成，甘油是由細(xì)菌通過專門的通道（水甘油通道）從環(huán)境中吸收的，短鏈α-單脂肪酸甘油酯可被認(rèn)為是甘油，并通過這些通道轉(zhuǎn)運(yùn)。在細(xì)菌內(nèi)部，酶分解單脂肪酸甘油酯，釋放脂肪酸，降低細(xì)菌內(nèi)部的酸堿度；或者這些通道也可能被α-單脂肪酸甘油酯阻斷，因?yàn)樗鼈兊姆肿咏Y(jié)構(gòu)比甘油大。結(jié)果，細(xì)菌不再能夠吸收甘油，并最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。此外，脂肪酸還可以通過下調(diào)基因轉(zhuǎn)錄水平來改變DNA，并抑制參與宿主細(xì)胞入侵的蛋白質(zhì)生成（TTSS 復(fù)合物）。

5.2 中鏈α-單脂肪酸甘油酯 主要對革蘭氏陽性細(xì)菌有作用，似乎也具有抗病毒特性。由于這些α-單脂肪酸甘油酯的兩親性，它們形成膠束，使它們能夠融入這些微生物的脂質(zhì)膜，從而改變滲透性。中鏈α-單脂肪酸甘油酯甚至可以破壞這些細(xì)菌的細(xì)胞膜或使病原體（病毒）的囊膜泄漏（見圖10），導(dǎo)致革蘭氏陽性菌和囊膜病毒沒有完整的膜，不能有效粘附和侵入宿主細(xì)胞，從而不能感染和繁殖。此外，還認(rèn)為α-單脂肪酸甘油酯對膜的干擾會改變跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而抑制有害的外蛋白。而且中鏈α-單脂肪酸甘油酯更傾向于從腸細(xì)胞向淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)，而不是通過門靜脈向肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)。這樣一來，除了在腸道中的直接抗菌作用外，這些α-單脂肪酸甘油酯還具有全身性的作用，因?yàn)樗鼈儽煌暾剡\(yùn)送到身體的其他器官，并可以在相應(yīng)部位發(fā)揮作用，幫助抵御感染。

6 結(jié) 論

圖8 有機(jī)酸和單脂肪酸甘油酯在家禽胃腸道作用部位比較

圖9 短鏈α-單脂肪酸甘油酯對細(xì)菌的作用模式

圖10 中鏈α-單脂肪酸甘油酯對細(xì)菌的作用方式

總之，α-單脂肪酸甘油酯具有很強(qiáng)的抗菌性和抗病毒性。甘油在sn1位置與特定脂肪酸酯化形成特定的α-單脂肪酸甘油酯，因?yàn)楦视头肿优c脂肪酸之間形成共價(jià)鍵，使其與pH值無關(guān)，使用安全、操作方便。α-單脂肪酸甘油酯在整個(gè)胃腸道中都有活性，根據(jù)其脂肪酸的鏈長，分別對革蘭氏陰性細(xì)菌、革蘭氏陽性細(xì)菌或囊膜病毒具有活性。

關(guān)于α-單脂肪酸甘油酯特定產(chǎn)品的更多信息和試驗(yàn)結(jié)果，建議參閱相關(guān)產(chǎn)品傳單。FRAmelco公司是一家家族企業(yè)，專門從事動(dòng)物飼料和飲用水添加劑的開發(fā)、制造和營銷。公司為行業(yè)提供了添加劑解決方案，使畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)以可持續(xù)性的方式提高生產(chǎn)力和盈利能力。

（福州華康牧業(yè)有限公司技術(shù)部供稿，摘譯自荷蘭FRAmelco公司網(wǎng)站，https://www.framelco.com/files/upload/42/fra-amonoglycerides-brochure.pdf）