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油脂氧化酸败对畜禽机体功能影响及其氧化防控措施

发布日期:2018-11-11 中国油脂网

 王改琴,王 恬

(南京农业大学 动物科技学院, 南京 210095)

 

摘要:油脂作为一种高能饲料,一方面为动物提供必需脂肪酸和易被机体吸收利用的能量,另一方面可提高饲料适口性和转化率。但其在储存、加工和利用过程中易发生氧化酸败,日粮中氧化酸败的油脂会破坏畜禽正常的生理功能,降低机体健康水平,造成经济损失,同时导致畜产品存在安全隐患。主要就油脂的营养功能、氧化酸败的机理和日粮油脂氧化对畜禽机体的影响及油脂氧化防控措施进行阐述。

关键词:油脂;氧化酸败;畜禽;防控措施

中图分类号:TS229;S816   文献标志码:A   文章编号:1003-7969(2010)07-0046-05

 

Effects of oxidized oil on animals, and its oxidation 

prevention and control measures

WANG Gaiqin,WANG Tian

(College of Animal Science and Technology, Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China )

 

Abstract:As a high-energy feed for animals,oil provides essential fatty acids and energy which is easily absorbed and utilized, and enhances the feed’s palatability and conversion rate; however, it can be easily oxidized in the process of storage, processing and utilization. Oxidative rancidity of oil in diet can destroy the normal physiological function of animals, decrease the healthy level of the body, cause economic losses, and it can also lead to the potential safety problem of animal products. The nutritional function of oil, mechanism of oxidative rancidity, the effects of oxidized oil on animals, and oil oxidation prevention and control measures were discussed.

Key words:oil; oxidative rancidity; livestock; prevention and control measures

    油脂作为重要的能量物质,在饲料中得到了广泛应用。研究发现,动物直接分解日粮中脂肪产生脂肪酸来进一步合成脂肪比用醋酸盐或葡萄糖合成脂肪更节约能量。1953年美国最先在饲料中使用油脂。随着动物营养研究不断深入和现代畜禽生产水平的提高,日粮中添加油脂日益受到推崇。然而含有不饱和脂肪酸的油脂在储存过程中,尤其在高温、高湿环境下极易氧化,特别是活性氧族自由基攻击油脂引起油脂氧化降解[1],产生多种醛、酮、酮酸及羟酸等有害氧化物。这些氧化物被动物摄食后,破坏机体正常的生理生化功能,危及机体的健康,影响机体的正常生长,给养殖业带来巨大损失。另外,用酸败的油脂饲喂畜禽,将会导致上述有害物质在畜禽体内蓄积,最后通过食物链进入人体,损害身体健康。目前,氧化酸败油脂的毒副作用及对氧化酸败的控制已引起毒理学家和营养学家的广泛关注。

1 油脂的营养功能

    油脂具有多种营养功能和饲用价值。现代集约化畜禽生产对能量的要求较高,仅靠谷物类饲料难以满足需要,这就要求加入高能的饲料原料。而脂类是含能最高的营养素,其生理能值是蛋白质和碳水化合物的2.25倍左右。肉鸡试验中证实油脂代谢能转化为净能的效率比碳水化合物和蛋白质高,三者分别为88%、78%和61%。油脂也是畜禽必需脂肪酸(亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸)的重要来源,日粮中添加油脂可与基础日粮内的油脂在脂肪酸组成上合理配比,同时也可促进日粮中脂溶性营养物质(如色素及脂溶性维生素等)和其他营养物质的消化吸收。Furman等[2]人在家禽试验中证实,油脂可促进氨基酸的消化吸收,如肉粉、肉骨粉日粮中氨基酸消化率可提高5%。矿物质的吸收也与日粮油脂有关,亚油酸含量由4%提高到16%时,平均需铁量由3.3 mg/d降至2.3 mg/d。

    此外,油脂还具有提高饲料的适口性,延长饲料在肠道中的排空时间,提高动物对各养分的消化和利用率,减少饲料因粉尘而致的损失,提高颗粒饲料的生产效率和减轻机械磨损程度等功能。

2 油脂氧化酸败机理

    氧化酸败是导致油脂变质的主要原因,是发生在不饱和脂肪酸双键相邻碳原子上的脂质过氧化反应,Farkas等[3]人研究证实,脂质过氧化反应是自由基连锁攻击不饱和脂肪酸的过程,可分为引发、传递、终止和二次产物的形成4个阶段。氧化过程首先从相对于双键的α-位的H原子分裂出来的均裂原子团开始,形成的碳原子团与氧反应生成过氧化原子团,然后过氧化原子团进入链式反应,形成一级有机过氧化产物。一级过氧化物不稳定,其经过许多复杂的分裂和相互作用,最终形成小分子挥发性的二级产物,如醛、酮、酸、醇、环氧化物或聚合成聚合物,产生强烈的刺激性气味,同时加剧色素、香味物质和维生素等的氧化,导致油脂完全酸败。

    此外,光、热和可变价金属(Fe、Cu、Cr、Mn)等作用可加快脂质过氧化反应速度。由于油脂氧化酸败受多种因素的影响(如油脂种类、温度、时间、氧气等),使形成的产物和结构异常复杂。研究发现油脂氧化产生的产物达220多种,但主要是由氢过氧化物等初级产物和由初级产物分解出来的次级产物组成,次级产物含量甚至高达46.7%[4]。

3 油脂氧化酸败对畜禽健康的影响

    油脂氧化酸败的程度影响油脂的利用,一般酸值大于6的油脂不能饲喂动物。日粮中油脂氧化酸败可以引起畜禽氧化应激,导致组织细胞膜结构受损,流动性下降,机体抗氧化功能降低,肠道结构遭到破坏,造成生产性能和肉品质量的下降。

3.1 对生物膜流动性和完整性的影响

    生物膜特别是线粒体膜和微粒体膜富含多不饱和脂肪酸(PUFA),同时又与含有氧、过氧化物阴离子自由基等氧化剂的胞质相接触,故易发生氧化,常为氧化反应的启动点。油脂氧化酸败可产生复杂的副产物如羟基和二羟基脂肪酸、氢过氧化物、挥发性醛和烷自由基等[5],在动物摄食含氧化酸败的油脂饲料后,大量氧化产物镶入膜,在金属离子作用下和来源于细胞正常氧化代谢过程与吞噬细胞为消灭侵入异物而产生的过氧化物阴离子自由基攻击下产生大量自由基,加速氧化启动和扩殖,使大量膜磷脂脂肪酸分子形成氢过氧化物,造成生物膜PUFA比例下降,膜流动性下降。在金属离子作用下,氢过氧化物发生次级氧化,形成次级氧化产物并与膜组成蛋白发生反应,使膜僵化。膜流动性改变最终延伸为膜结构完整性的破坏,导致膜功能发生紊乱,表现为影响畜禽正常的生理功能。

3.2 对体内抗氧化功能的影响

    在抗氧化损伤防御体系中,过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等起着一级抗氧化防御作用,它们相互协调,直接清除体内多余的活性氧化族(ROS),保护机体免受氧化损伤。细胞过氧化损伤的主要原因是脂质发生过氧化反应[6]。脂质过氧化最普遍的检测指标是醛过氧化产物丙二醛(MDA)的含量。日粮油脂氧化酸败可引起机体氧化应激,抗氧化功能降低,脂质过氧化水平提高。尹彩娜等[7]人报道小鼠长期摄食添加猪油和氧化茶籽油的饲料后,其体内自由基水平显著提高,血液和肝脏的SOD、CAT、GSH-Px活性和总抗氧化能力(T-AOC)显著下降,机体抗氧化功能降低,MDA含量显著提高。袁施彬等[8]人给断奶仔猪饲喂含5%氧化鱼油(POV为786.50 meq/kg)日粮,发现氧化鱼油显著降低仔猪肝脏SOD和GSH-Px活性,MDA含量显著升高。

3.3 对机体免疫功能的影响

    氧化酸败油脂引起氧化应激,降低家畜机体的免疫功能。通常免疫细胞也可以产生自由基, 其目的是应答外来物质,但是强烈的氧化剂(如氧自由基)却能使免疫系统增加额外的应激,从而导致免疫细胞的防御功能降低[9]。氧化酸败油脂的代谢产物对机体内某些免疫活性细胞有毒害作用。Lin等[10]人证实,氧化油脂增加大鼠脾脏细胞自发增殖和B淋巴细胞活性。Dibner等[11]人发现,氧化酸败过程的副产物能降低免疫球蛋白的生成,提高肝和小肠上皮细胞损伤率,致使动物(尤其是幼雏)发生脑软化症,引起小肠、肝脏等器官的肥大。但目前,更深入的研究尚未见报道,氧化酸败油脂对抗体滴度、血清淋巴细胞数量及其免疫反应的影响仍需深入研究。

3.4 对生产性能和消化道形态的影响

    油脂氧化酸败产生的复杂副产物被动物采食后,可破坏机体正常的生理生化功能,加快肠黏膜上皮细胞和肝细胞增殖更新,从而增加维持需要,导致饲料效率下降和增重降低,严重的还会出现失重,甚至死亡[12]。Lin等[13]人研究发现饲喂低水平氧化酸败油脂可抑制肉鸡的生长,而高水平的氧化酸败油脂可引起营养性脑病。袁施彬[14]报道,饲喂含氧化鱼油饲料的猪生产性能和养分利用率下降。与新鲜油脂日粮组相比,氧化鱼油日粮组猪平均日增重(ADG)降低1.06%~8.16%,料重比(F/G)提高3.55%~9.22%。其中以POV为1 065.74 meq/kg的氧化鱼油组作用效果最明显。氧化鱼油组腹泻率增加,干物质、粗脂肪和粗蛋白的表观利用率显著或极显著下降,空肠绒毛高度降低和隐窝深度增加。王荣[15]也发现氧化酸败油脂对肉雏鸡主要实质器官和消化道各段的组织学结构有损害作用,短期内就可导致小肠绒毛变短、萎缩,而且酸值越高这些影响越严重。由此可以看出,畜禽主要实质器官和消化道的组织学病理变化以及小肠绒毛结构的损害,是饲喂氧化酸败油脂导致动物生产性能下降的重要原因。

3.5 对肉品质量的影响

    肉品质量下降的主要原因是肉中脂质发生过氧化反应,决定肉中脂质过氧化速度的重要因素是PUFA的含量和生物膜上的维生素E(VE)含量。日粮油脂氧化酸败会导致畜禽体内PUFA和VE含量下降。当肌肉细胞膜上的磷脂等受到自由基的攻击,细胞膜结构完整性受损,滴水损失增加,肉品质量下降。氧化酸败油脂中含有的大量自由基和过氧化物(如醛、酮等)会导致胞浆流失,结缔组织萎缩、肌纤维透明变性和方向变乱[16],引起肌红蛋白氧化,肉质褪色。叶仕根等[17]人报道证实,摄食氧化鱼油日粮可导致鲤鱼的肌肉水肿和红肌褪色。

   此外,脂肪氧化酸败也会破坏日粮中叶黄素等色素类营养物质,而且氧化代谢产物对叶黄素的吸收、沉积产生不良影响,可严重影响家禽皮肤、脚胫及蛋黄的着色。

3.6 对畜禽主要组织器官的影响

    研究发现,油脂氧化后所产生的过氧化产物可以显著增加大鼠体内的过氧化损伤,加速动物组织损伤的进程等[18,19]。王荣[15]给肉雏鸡饲喂氧化酸败油脂后也发现,不同试验组在不同日龄肉雏鸡实质器官均表现出不同程度的损伤。肝细胞出现颗粒变性、水泡变性,肝小叶内组织结构混乱,且随着油脂酸值升高和饲喂时间的延长,出现部分肝细胞核浓染、碎裂,肝细胞出现萎缩,坏死;肾脏同样出现不同程度的病变,表现为肾小管上皮细胞肿胀,呈现颗粒变性和水泡变性,试验后期肾小管上皮细胞出现脂肪变性,部分上皮细胞脱落散入管腔,肾小球萎缩,毛细血管充血、淤血。

4 防止油脂氧化酸败调控措施

    日粮油脂氧化酸败可危害家畜的健康,给养殖业带来潜在风险,生产中应该尽量避免油脂的氧化酸败,保证畜禽健康,生产优质的畜产品。

4.1 油脂原料、日粮组成及储存方法

    脂质氧化反应时刻都在进行,要做好保护措施,避免油脂氧化酸败。对于富含PUFA的油脂尽量断绝与空气接触,避光低温储存,储存时间不宜太久,不能盲目追求经济效益,片面降低生产成本,收购和使用价格低廉、酸值超标的不合格油脂生产饲料,也应当禁止用饭店多次使用的油脂的下脚料及骨粉加工过程中产生的油脂混合物饲喂畜禽。对含PUFA较多的饲料(如玉米油、鱼油)要控制用量。米糠、白粉、乳清粉要限量添加或脱脂使用,高温季节饲料中增加脂溶性维生素添加量。饲料中添加金属螯合剂、增效剂,减少Fe、Cu等金属离子的促氧化作用,以提高抗氧化效果。

4.2 抗氧化剂的使用

    油脂氧化酸败是不可逆化学反应。控制氧化酸败最有效的方法是添加抗氧化剂,其提供氢原子或电子中止自由基链式反应。抗氧化剂应具有抗氧化活性高、成本低、用量少、无毒副作用,使用安全方便的特点。

4.2.1 合成抗氧化剂 动物饲料中添加的合成抗氧化剂是脂溶性的,按其产品的化学结构可分为酮胺类和酚类抗氧化剂。乙氧喹(EMQ)是目前国内外广泛使用的效果较好的酮胺类抗氧化剂,尤其对脂溶性维生素有良好的保护作用,在VE缺乏及饲喂高油脂日粮时,能有效防止VE的降解。但其缺点是色泽变化大,储存后可变成深棕色至褐色,导致饲料产品的色泽变深。酚类抗氧化剂产品分子结构中均具有酚羟基。主要有二叔丁基羟基甲苯(BHT)、叔丁基羟基茴香醚(BHA)和叔丁基对苯二酚(TBHQ)。3种产品中,TBHQ对油脂的抗氧化效果最好但价格较高,故多选用价格低廉的BHT。目前,由于合成抗氧化剂慢性毒性尚存在争议,食品安全性值得考虑。

4.2.2 天然抗氧化剂 随着人们对安全问题的关注,从植物中提取具有抗氧化作用的天然活性成分已成为研究的热点。据统计,美国1991~1996年抗氧化剂消费金额年增长率为3.6%,其中合成类抗氧化剂年增长率仅1%,而天然抗氧化剂年增长率高达15.6%。目前,常用的高效安全天然抗氧化剂主要有生育酚、β-胡萝卜素、茶多酚、黄酮及甾醇类化合物[20-23]。

    生育酚的抗氧化作用已众所周知,其苯并二氢吡喃母环6位存在游离羟基可与自由基发生反应,生成生育酚醌或生育酚氢醌类物质。β-胡萝卜素是单氧淬灭物质。茶多酚类化合物是从茶叶中提取的一种酚类抗氧化剂,其抗氧化活性是BHA的2.6倍,生育酚的3.6倍。其作用机理是提供H原子作为自由基的受体,终止氧化链式反应。黄酮类化合物因含有多羟基取代基而具较强的抗氧化活性,它还可以通过螯合金属离子,达到抗氧化目的[24]。黎继烈等[22]人证实金橘黄酮类提取物添加量为0.02%时,有显著的抗油脂氧化活性,且与VC及VE有协同增效作用。

4.2.3 抗氧化增效剂 复合抗氧化剂由不同类型的单一抗氧化剂组成,具有协同增效作用,抗氧化效果好,且成本低、使用方便。其配制时需要加入增效剂。目前使用的抗氧化增效剂有酒石酸、柠檬酸、乳酸、琥珀酸、延胡索酸、山梨酸及依地酸(EDTA)等,它们可有效增加抗氧化剂酚羟基的活性,特别是增强阻滞自氧化反应的抗氧化剂效力,也可与某些金属离子络合,对促进氧化的金属离子起钝化作用(如EDTA)。

5 小 结

    畜禽日粮中添加油脂是满足动物能量需要的最佳选择,但日粮油脂氧化酸败会对畜禽正常的生理功能、生产以及肉品质量等产生危害,甚至会导致其死亡。因此,控制日粮油脂氧化酸败是关键,在生产中应该注意油脂的储存以及日粮中抗氧化剂的使用。

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