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你不得不重视的水生动物饲料油脂氧化(上篇)

出处:通威预混料 作者:陈岗富 水产养殖网 2015-04-27 17:35:00
一般情况下,水生动物饲料中需要额外添加油脂,从而保证其正常生长需要。然而,酸败的油脂常常给水生动物带来严重的负面影响。油脂在存放的过程中,容易受光、温度、空气中的氧的作用而发生氧化,通常称为酸败。根据油脂劣变的原因和机制将油脂酸败可分为水解酸败、酮型酸败和氧化酸败。

1)水解酸败是油脂在脂解酶的作用下发生的水解反应,水解产物有甘油、脂肪酸、单酰或二酰甘油,其中的短链脂肪酸(C4-10)具有很强的恶臭。水解酸败一般影响不大,可通过加热、精炼、破坏或消除水解产物(甘油、单双甘油脂和游离脂肪酸),达到保护目的。

2)酮型酸败是一些污染微生物在含水的油脂及油脂食品中,会产生一些酶(如脱氢酶、脱羧酶、水合酶),促使油脂水解产生游离饱和脂肪酸,这些脂肪酸在微生物分解酶的作用下氧化,最后生成有怪味的酮酸和甲基酮,称为酮型酸败,也称β-型氧化酸败。

3)氧化酸败是油脂或者油脂食品在储藏过程中发生败坏的主要原因,是指油脂中的不饱和酸酯因空气氧化而分解成低分子羰基化合物(醛、酮、酸等),具有特殊气味。氧化酸败是水产饲料油脂氧化最主要的方式。氧化酸败是导致油脂酸败和腐败的主要原因,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。实验证实,脂质过氧化反应是自由基(短链物质)连锁攻击不饱和脂肪酸的过程。油脂的氧化酸败分为两种,生物性变质由生物酶促使油脂水解,理化性变质是甘油三酯的不饱和脂肪酸部分氧化造成的。

油脂的酸败伴随着两个很重要的物理变化:一是油的颜色变深成为棕色,二是精炼油散失去原有的清香味,而发出牛奶味、干草味等,严重有刺激性的油漆味。而且随时间延长,酸败程度越来越严重,酸败实质是油脂吸收空气中的氧和溶于油脂的氧,对油脂氧化的结果。同时还有微生物、酶亦可引起油脂酸败。油脂酸败就是不饱和脂肪酸的氧化分解的产物即过氧化脂质。过氧化脂质不仅来自于动植油脂中,亦来自于油脂的代谢产物。油脂酸败后油脂的颜色变为棕色,这是因油脂中的天然抗氧化剂被氧化成醌类色素而成。油脂变味因油脂氧化产物即过氧化脂质中含有醛、酮的成分所造成。油脂的酸就是使油脂的酸值和过氧化值的上升。在鱼油上的研究发现,第1天,鱼油带有明显的鱼腥味,颜色呈黄色,流动性好,透明度低,有明显的颗粒物;随着氧化时间的延长,鱼油味道逐渐刺鼻,透明度增高,颜色加深;第14 天时,鱼油颜色加深为桔黄色,透明度高,黏稠,流动性差,刺鼻味道强烈。油脂酸败除了伴随着油脂颜色加深、黏稠透明度增高、流动性差及有强烈刺鼻味道外,碘值和不饱和脂肪酸含量会降低,同时,酸价过氧化值饱和脂肪酸和丙二醛的含量升高。

从化学角度来看,油脂的氧化酸败根本上是其脂肪酸的饱和键或不饱和键在物理、化学等多种因素的作用下发生键的断裂,使中性脂分解为甘油和脂肪酸,或使脂肪酸形成过氧化物,不饱和酸酯因空气氧化而分解成低分子羰基化合物如醛类、酮类等物质。脂肪氧化最重要的原因是空气中的氧所造成的氧化反应,该反应是基于分子状的氧进行的,在酶促条件下或非酶促条件下均能进行。多不饱和脂肪酸中的双键与O2-、OH.等脂质过氧化作用的引发剂(引发性自由基)反应,先形成自由基中间产物(L.),然后与O2反应形成烷过氧基(LOO.),后者再与另一类脂作用引发氢抽提作用形成LOOH。LOOH一旦形成,便自发的或者在过渡金属离子的催化下发生均裂,均裂形成的LOO.和LO.又能以链式支链反应不断地产生LOOH。该过程为一自身催化反应,即反应一旦发生就会以越来越快的速度进行下去,直到最终结束。

氧化酸败油脂在水产饲料中使用后对水生动物的影响有哪些呢?在鲤鱼、斑点叉尾鮰、虹鳟和罗非鱼上的研究发现,氧化酸败油脂引起采食降低,甚至出现拒食、瘦背。氧化酸败油脂产生大量具有刺激性很强的气味的醛、酮等低分子化合物和过氧化物,这些活性化合物与饲料中的蛋白质、维生素或其它脂类作用,从而使水生动物摄食降低。瘦背主要表现为鱼体背部瘦似薄刃且两侧低凹。一般认为,是酸败脂肪对鱼类造成危害的典型症状。氧化脂肪直接破坏必需氨基酸及维生素,尤其是脂溶性的维生素,造成必需氨基酸和维生素的缺乏,氧化脂肪消耗肝脏和肌肉等组织中的维生素E,引起瘦背。

另一方面,氧化酸败油脂还会影响水生动物的机体营养组成。首先,饲料中油脂特征会影响到鱼体脂肪含量和脂肪酸组成。其次,脂类氧化产物还会使蛋白质交联聚合,造成蛋白质变性等危害,影响水产动物体内的蛋白质含量。除此之外,氧化油脂会消耗肌肉中维生素E,同时也会使多不饱和脂肪酸含量下降,维生素E含量下降会削弱肌肉产品氧化稳定性,进而引发与维生素E缺乏症相似的症状;而多不饱和脂肪酸含量减少则降低了膜流动性,显著增加肌肉渗出性损失,产生异味和有害的过氧化产物,从而影响水产动物的产品质量。

不仅如此,氧化酸败油脂还会影响水生动物的组织器官功能。虹鳟、斑点叉尾、狼鲈、大西洋鲑、鲤鱼和五条鱼师等肝胆系统发生病变:肝脏肿大、脂肪肝、褪色、肝细胞坏死、小叶中心降解,并出现脂褐质或蜡样色素沉着。伴随这一系列病理变化常出现渗出性素质病以及胆囊肿大和胆汁颜色异常。氧化酸败油脂引起水生动物胰脏腺泡坏死,β细胞降解,严重者胰脏部分几乎消失。在脾脏,氧化油脂引发的症状主要为肿大,亦出现蜡样质沉着,常弥散具有深浅不一色素沉着的巨噬细胞。在肾脏,氧化酸败油脂引起鲤鱼出现毛细血管膨胀,肾小球坏死,斑点叉尾鱼回近曲小管部分出现透明的颗粒降解,虹鳟和狼鲈发生肾苍白和色素沉着。

上文提到,氧化酸败油脂降低水生动物摄食、影响机体营养组成、损伤组织器官功能。不仅如此,氧化酸败油脂还可能造成肌肉系统病变、损伤消化系统和心血管系统。在肌肉系统病变方面:氧化油脂造成水产动物肌肉损伤,出现肌肉营养不良症,背侧肌萎缩、脆弱,肌纤维排列紊乱,发生透明和颗粒降解。在消化系统方面:氧化油脂导致虹鳟胃肠无食物,充满黄绿色液体,小肠灰白且壁薄。氧化油脂可能造成消化道正常结构的破坏及消化酶活性的改变,从而影响水生动物正常的消化机能。在心血管系统方面:氧化油脂中次级氧化产物如丙二醛和4-羟基壬烯醛可与载脂蛋白B100赖氨酸残基的ε-氨基共价结合, 形成修饰低密度脂蛋白 (mLDL),mLDL中氧化产物损害血管内膜细胞。氧化酸败油脂可造成蛋白质交联聚合,导致蛋白质变性、结构破坏、溶解度下降,膜的流动性降低(氧化油脂降低膜流动性主要通过以下几个环节来实现:改变生物膜脂肪酸组成、胆固醇与膜结合以及油脂氧化产物直接与膜组成蛋白发生反应),使膜的结构和完整性受到破坏(膜结构完整性破坏是氧化油脂对膜最为严重的影响,是膜流动性改变的延伸),通透性增加,还可抑制抗氧化酶活性,使一些酶失活,影响膜的代谢、运转及受体功能,造成细胞能量及物质代谢障碍,最终导致肌肉、消化和心血管系统受损。

生物膜特别是线粒体膜和微粒体膜富含PUFAs,同时又与含有催氧化剂如氧、过氧化物阴离子自由基等的胞质接触,故易于发生氧化并常为氧化反应的启动点。正常情况下,水生动物体内的氧化和抗氧化系统之间保持动态平衡。然而,氧化油脂的摄入将打破这种平衡。陈立侨课题组在黑鲷上的研究显示,氧化鱼油组肝脏中脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)与过氧化氢酶(CAT)活性显著高于对照组,表明氧化鱼油加重了组织中脂质过氧化的程度。阮栋俭在罗非鱼上的研究也得到相似的结果:当饲料过氧化值(POV)为73.44 meq/kg时,肝胰腺中还原型谷胱甘肽(GSH)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活力明显增高。2015年吉林农大鞠雪在草鱼上的研究发现,氧化鱼油处理组血清、肝胰脏、肾脏、肠道组织丙二醛(MDA)含量显著升高;血清、肝胰脏、肾脏、肌肉、肠道组织中总抗氧化能力(T-AOC)显著下降,表明氧化鱼油能引起草鱼脂质过氧化,影响组织中主要抗氧化酶活性,诱导氧化应激。
在水生动物的销售过程中,市场对鱼体体色的要求较高,特别是以黄颡鱼为代表的特种水产动物。鱼的真皮中分布4种色素细胞:黑色素细胞含黑色素、虹彩细胞含鸟粪素、黄色素细胞和红色素细胞含胡萝卜色素。鱼类的体色主要是由体内的类胡萝卜素和黑色素决定。水产养殖生产中出现很多鱼体体色变化的问题:青鱼变白、黄颡鱼着色异常、草鱼发黄、斑点叉尾鮰体色发黄或发白、虾蟹着色异常等,与饲料油脂氧化有很密切的关系。类胡萝卜素和黑色素生长和分化,从而导致鱼体出现白化或黄体色;原因主要是氧化油脂产生的自由基可导致类胡萝卜色素失去色素功能,引起鱼体体色褪化;也可能是氧化油脂引起黑色素细胞不能正常生长或在生长期迅速凋亡。一般认为,油脂氧化产物会破坏饲料中的维生素和色素,对色素的吸收和沉积产生不良影响,严重影响水产动物的体色。薛继鹏发现氧化鱼油会影响瓦氏黄颡鱼的体色,且随着鱼油过氧化值的升高,其背部颜色会变黑。在虾蟹上发现,氧化酸败过程会破坏色素,影响色素的吸收沉着,因而会虾和蟹着色。

既然氧化酸败油脂对水生动物有如此大的负面效果,那么对于饲料生产企业应该如何把控好油脂原料的品质呢?在回答这个问题之前,我们首先需要了解不同油脂的氧化酸败过程及特点,从而才能有效地利用特征指标做好判定。叶元土教授团队在对鱼油的氧化过程研究中发现,随着时间推移,脂肪酸组成变化规律:随着氧化时间的延长,饱和脂肪酸(SFA)总量呈升高趋势,不饱和脂肪酸(UFA)总量呈降低趋势。以 0 为对照,14 d 时 SFA 增高了 41.4 %,而 UFA 减少了 16.3 %。从单个脂肪酸来看,棕榈酸(C16 :0)、硬脂酸(C18 :0)和油酸(C18 :1)的百分比呈升高趋势;亚麻酸(C18 :3)、二十碳五烯酸(20 :5 n-3,EPA)和二十二碳六烯酸(22 :6 n-3,DHA)的百分比呈降低趋势;亚油酸(C18:2)的百分比呈先升高后降低的趋势。其中,以 0 为对照,14 d 时 EPA 和 DHA 分别降低了 44.83 % 和 54.21 %。油脂氧化过程中由于自由基连锁攻击不饱和脂肪酸,导致不饱和脂肪酸中双键变为饱和键,故鱼油中不饱和脂肪酸总量会随氧化时间的延长呈下降趋势,同时,饱和脂肪酸的总量升高。饲料生产企业在油脂原料验收的过程中常用到酸价(AV)、过氧化值(POV)、碘值(IV)、蛋白羰基(CV)和硫代巴比妥酸反应物(TBARS)等指标进行判定。中科院水生生物所考察了鱼油在氧化过程中的指标变化。研究发现,在各氧化温度下,鱼油的AV、POV、CV和TBARS均随氧化时间的延长而显著升高;IV随氧化时间的延长而显著降低;在各氧化温度下,鱼油的POV和AV随氧化时间的延长均呈二次曲线变化;IV和CV随氧化时间的延长均呈线性变化;而TBARS随氧化时间的延长呈幂回归变化。室温下放置21天其POV达到9.69meq/kg,说明室温下放置21d以后商品鱼油开始氧化变质。AV、POV 和 TBARS变化均显著,适宜作为鱼油的敏感性指标。然而,不同的油脂原料对验收的过程中常用的酸价(AV)、过氧化值(POV)、碘值(IV)、蛋白羰基(CV)和硫代巴比妥酸反应物(TBARS)等指标的敏感性并不完全相同。叶元土教授团队对猪油、豆油、大豆粉、菜籽油、菜籽粉、江苏棉籽油、新疆棉籽油、罗非鱼油的酸价、碘值、过氧化值、丙二醛进行了测定。结果显示:各种油脂的酸价升高值为罗非鱼油>菜籽油>豆油>猪油>江苏棉籽油>新疆棉籽油;碘价:菜籽油>罗非鱼油>江苏棉籽油>新疆棉籽油>豆油>猪油;过氧化值:猪油>罗非鱼油>江苏棉籽油>菜籽油>新疆棉籽油>豆油;MDA:动物油敏感。因此,不同种类油脂的氧化指标敏感度有差别,评价油脂氧化程度时应根据油脂种类选择氧化指标进行评价。

油脂在水产饲料中的使用起到了节约蛋白、降低料肉比的作用。但是,氧化油脂对鱼体会造成多方面的损害。因此,水产饲料中应选择新鲜油脂并配合适宜抗脂因子,强化脂质代谢,并改善贮存环境,使用抗氧化剂确保油脂新鲜度,充分发挥油脂的营养作用,避免氧化造成的毒副作用,使养殖生产取得更大的经济效益。实际生产中,油脂露天贮存、设备中残留、饲料周转慢等不良现象十分普遍,促使脂肪酶活性升高,微生物滋生加速,加快了油脂的氧化酸败。因此,除选购新鲜油脂用于水产饲料外,对油脂贮存环境的选择、加工、流通过程的品质控制也非常关键。

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