Каннас – Кормление молочных коз. Гл. 3. Липиды козьего молока. Ч. 1

Питательные, технологические и органолептические показатели молока и молочных продуктов в значительной мере зависят от содержания липидов. Как и молоко других видов животных, в состав козьего входят питательные вещества, благотворно влияющие на здоровье человека: конъюгированная линолевая кислота (CLA), вакценовая (VA), масляная, олеиновая кислоты, жирные кислоты с нечетной и разветвленной цепью (OBCFAs), сфингомиелин, витамин А. Кроме того, хорошо известно, что липиды влияют на выход сыра, цвет и аромат молочных продуктов.

Качество и количество молочного жира можно изменить, скорректировав состав основного рациона (соотношение “грубые корма / концентраты”, качество кормов, тип пастбища и т.п.) и/или дополнив его различными добавками – источниками липидов. Изменение уровня липидов в козьем молоке может решить некоторые технологические проблемы, особенно когда жирномолочность оказывается ниже белковомолочности (довольно распространенное в козоводстве явление – п.п.). Для этого можно использовать способность МРС положительно реагировать на дополнительное введение липидов в рацион. В отличие от молочных коров, несколько исследований на козах показало, что их ввод повышает жирность молока, не снижая белковомолочность и не ухудшая коагуляционные свойства молока (Chilliard, Bocquier, 1993; Chilliard et al., 2003).

Сложные эфиры глицерина (глицериды) липидов корма подвергаются липолизу и биогидрированию микроорганизмами рубца (Harfoot, 1978; Palmquist and Jenkins, 1980; Jenkins, 1993). Липолиз приводит к высвобождению свободных жирных кислот (FFAs, или СЖК) из сложных эфиров, что позволяет осуществлять биогидрирование, то есть снижение числа двойных связей в углеродной цепи жирной кислоты (FAs, или ЖК). Пока корма находятся в рубце, довольно небольшое количество ЖК поглощается его стенкой или катаболизируется с образованием летучих жирных кислот (VFAs, или ЛЖК) и CO2; значительное количество ЖК синтезируется микробиомом ex novo (вновь, заново – п.п.) из углеводных предшественников. Следовательно, ЖК, которые затем достигают двенадцатиперстной кишки, отчасти кормового происхождения, отчасти – результат микробной деятельности.

Вскоре после потребления корма его глицериды гидролизуются микробными липазами, которые высвобождают составляющие СЖК (рис. 3.1). Липазы – внеклеточные ферменты, упакованные в мембранные частицы, состоящие из белков, липидов и нуклеиновых кислот (Jenkins, 1993). Липазы почти полностью гидролизуют триглицериды до СЖК и глицерина, за исключением небольших количеств моно- и диглицеридов. Затем глицерин быстро сбраживается до пропионовой кислоты. Способность гидролизовать сложноэфирную связь глицеридов обнаружена у 74 бактериальных штаммов (Fay и др., 1990). Некоторые из них, например, Anaerovibrio lipolytica и Anaerovibrio fibrisolvens, обладают низкой гидролизной активностью, тогда как многие другие штаммы, характеризующиеся эстеразной активностью, не обязательно способны гидролизовать эфиры липидов. На самом деле лишь некоторые из них (например, 30 штаммов Butyrivibrio fibrisolvens) могут гидролизовать длинноцепочечные жирные кислоты (LCFAs, или ДЦЖК). ЖК могут образовываться не только при ферментативном гидролизе триглицеридов, но и при гидролизе галактолипидов и фосфолипидов, а также под действием нескольких галактозидаз и фосфолипаз (фосфолипазы А, фосфолипазы С, фосфоэстеразы), продуцируемых рубцовым микробиомом (Jenkins, 1993).

Период полураспада свободных ненасыщенных жирных кислот (UFAs, или НЖК) в рубцовой жидкости относительно короток из-за их быстрого гидрирования до насыщенных благодаря микрофлоре. Содержание полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) от общего уровня поступивших снижается на 60-90%, что, вероятно, защищает микроорганизмы от токсического действия НЖК. Этот процесс мало влияет (1-2%) на рециркуляцию метаболического водорода (Czerkawski, 1984). Когда в рацион входят НЖК с двойной связью в положении цис-12 (например, линолевая кислота (LA, или ЛК) цис-9, цис-12 18:2; α-линоленовая кислота (АЛК) цис-9, цис-12, цис-15 18:3), первый этап пути биогидрогенизации – ферментативная изомеризация такой связи в транс-11 положение (рис. 3.2). В целом, изомераза действует только в присутствии свободной карбоксильной функции и, в частном случае ПНЖК, выделенного цис-9, цис-12 диена. По этой причине липолиз должно произойти до восстановления и считается этапом, определяющим скорость всего процесса, т.е. кинетику реакции. Следовательно, прохождение небольших количеств ПНЖК через рубцовый барьер может быть связано с неполным липолизом. После образования связи транс-11 микробная редуктаза гидрогенизирует связь цис-9. Количество транс-11 18:1, гидрируемое до 18:0, зависит от состояния рубца и концентрации ЛК, которая необратимо ингибирует этот процесс (Harfoot et al., 1973). Moore et al. (1969) предположили, что присутствие больших количеств неэтерифицированной ЛК блокирует вторую стадию биогидрирования, а этерифицированная – нет. Когда в рационе снижается уровень клетчатки за счет повышения содержания концентратов, понижается количество целлюлозолитических бактерий, которые также ответственны за липолиз. Следовательно, при использовании рационов такого состава возрастает доля липидов кормов, пересекающих рубцовый барьер не редуцированными; это относится преимущественно к олеиновой кислоте (цис-9 18:1) и ЛК, которые являются наиболее распространенными ЖК в зерне злаков.

Микробные клетки рубца содержат около 10-15 % липидов (на сухое вещество), для которых характерна высокая доля насыщенных жирных кислот (НЖК), в основном пальмитиновой (16:0) и стеариновой кислот (18:0), образующихся в результате поступления ЖК кормов и синтеза ex novo в микробных клетках. Кроме того, ЖК флоры рубца содержат различные транс-изомеры 18:1 и 18:2, полученные из биогидрированных ЛК и АЛК кормов (Vlaeminck et al., 2006a). Вклад каждого из этих факторов зависит от содержания жира в рационе и видов бактерий, присутствующих в рубцовой жидкости (Jenkins, 1993). Высокая концентрация кормовых липидов способствует перемещению их внутрь бактериальной клетки с образованием мелких капелек в цитозоле. Напротив, синтез ЖК ex novo приводит преимущественно к образованию 18:0 и 16:0 в соотношении 2 к 1 (Bauchart et al., 1990). Следует учитывать, что микроорганизмы рубца утилизируют ЖК в первую очередь для создания мембранных фосфолипидов и, в меньшей степени, неэтерифицированных ЖК, при этом они не запасают триглицериды (Viviani, 1970). Подробные исследования механизмов биосинтеза показали, что поглощение микробами меченых 14C ацетата и глюкозы приводит к синтезу линейноцепочечных ЖК, характеризующихся четным числом атомов углерода, тогда как поглощение меченых пропионата и валерата приводит к синтезу линейноцепочечных ЖК с нечетным числом атомов углерода. Напротив, когда предшественниками выступают изобутират, изовалерат и 2-метилбутират, синтезируются жирные кислоты с разветвленной цепью (BCFA) в изо- и антеизо- формах. В любом случае ЖК-состав мембран рубцовых бактерий характеризуются значительной долей жирных кислот с нечетной и разветвленной цепью (OBCFAs) (Vlaeminck и др., 2006b). У бактерий OBCFA составляют около 20% от общего количества ЖК, 30% которых содержится в фосфолипидах. Мононенасыщенные жирные кислоты (МНЖК), составляющие около 15-20% микробных ЖК, синтезируются анаэробными путями, при которых b-гидроксидеканоат дегидратируется в b и g-положениях, образуя при этом двойную связь в положении 3 и геометрический изомер цис-типа, вместо дегидратации в положениях a и b, что приведет к образованию транс-2-изомера. Если двойная связь расположена в положении цис-3, последовательное восстановление С10-еноилредуктазой происходить не может, что позволяет удлинить цепь до 16:1 и 18:1. Последние ЖК также могут образовываться путем десатурации ферментом десатуразой, присутствующим в рубцовой жидкости (рис. 3.3) (Jenkins, 1993). В рубце только цианобактерии синтезируют ПНЖК, в то время как другие микроорганизмы могут поглощать их только из рубцовой жидкости, простейшие включают их в мембранные липиды. Недавно было высказано предположение, что простейшие используют преимущественно конъюгированную линолевую (CLA) и вакценовую (VA) кислоты (транс-11 18:1), образованные бактериями. Таким образом, поступление НЖК, включая CLA и VA, из рубца может зависеть от простейших, а не бактерий (Devillard et al., 2006). Таким образом, стратегии кормления, направленные на изменение состава пула ЖК, должны также учитывать взаимодействие между рубцовыми бактериями и простейшими.

Каждый килограмм сухого вещества, потребляемый жвачным животным, содержит около 4% сырого жира. ЖК составляют только 40% сырого жира грубых кормов, тогда в зерне их доля превышает 70% (Palmquist, Jenkins, 1980). Хотя потеря ЖК в рубце незначительна, выдвинуты гипотезы о некоторых ответственных за это метаболических путях. Фактически около 31,5% олеиновой кислоты поглощается эпителием рубца, при этом 8,2% транспортируется в плазму (Jenkins, 1993). Напротив, пальмитиновая кислота быстро метаболизируется до кетоноподобных веществ и превращаются в 15:0 при α-окислении и в 13:0 и 11:0 путем b-окисления (Jesse et al., 1992). Более того, через стенку рубца всасывается более 90% ЖК с числом атомов углерода менее 14. Было замечено, что во время движения кормовых добавок в форме болюсов от ротовой полости до двенадцатиперстной кишки средства с добавлением жиров обычно теряют больше липидов, чем с низким их уровнем. Присутствие липидов в рационе и количество переваренного органического вещества могут быть единственными факторами, влияющими на синтез липидов микроорганизмами. В итоге в среднем 87% проглоченных ЖК достигают двенадцатиперстной кишки, а недостающая фракция компенсируется микробным синтезом ex novo (в рубце – на уровне около 15 г/кг сухого вещества). Причины потерь могут быть связаны с липидным метаболизм эпителиальных клеток рубца и с микробиологическим разложением (Jenkins, 1994).

Добавление липидов в рационы жвачных животных может отрицательно сказаться на ферментной активности рубца, что приведет к снижению усвояемости других веществ. При скармливании рациона, содержащего около 10% жира, расщепление структурных углеводов в рубце снижается более чем на 50% (Ikwuegbu and Sutton, 1982; Jenkins and Palmquist, 1984). Это сопровождается понижением образования метана, водорода, ЛЖК, а также уменьшением соотношения ацетат/пропионат (Chalupa et al., 1984; Czerkawski, 1984; Boggs et al., 1987).

Обычно влияние кормовых источников липидов на метаболизм рубца зависит от различий в их химической структуре, таких как степень ненасыщенности, поскольку ПНЖК ингибируют ферментную активность в большей степени, чем НЖК (Palmquist and Jenkins, 1980; Chalupa et al., 1984). Поскольку также представляется важным и наличие карбоксильной группы, разработано несколько методов защиты липидов, направленных на минимизацию взаимодействия между бактериями рубца и липидами рациона. Кальциевые соли ЖК и производные карбоновых кислот, такие как амиды, триглицериды и длинноцепочечные спирты, являются соединениями, которые в меньшей степени мешают ферментации и в то же время защищают НЖК от биогидрирования. Напротив, неэтерифицированные ПНЖК представляют собой фракцию липидов, которая больше всего влияет на ферментацию. Концентрация свободных НЖК в рубце регулируется:

В целом большая часть триглицеридов гидролизуется за короткое время, хотя это в значительной степени зависит от таких факторов, как сроки заготовки кормов, содержание азота в рационе, размер частиц, поступающих в рубец.

Около 50% ЖК молока синтезируется в молочной железе из ацетата крови и b-гидроксибутирата под действием ацетил-КоА-карбоксилазы и синтетазы жирных кислот (FAS) (рис. 3.4). Остальная часть поступает как с рационом (в среднем около 40-45 %), так и за счет мобилизации жировых запасов организма животного в различной пропорции в зависимости от стадии лактации (Chilliard et al., 2000). Доли могут значительно варьировать в зависимости от кормления. Поскольку железистые клетки вымени не имеют ферментативного пула, необходимого для удлинения углеродной цепи с 16 до 18 атомов, синтезированные в них ЖК состоят только из коротко- и среднецепочечных ЖК (от 4:0 до 16:0). Половина пальмитиновой кислоты (16:0) молока – результат эндогенного синтеза, другая половина поступает из кормов. Наличие коротко- и среднецепочечных ЖК в молоке связано с измененной специфичностью FAS лактирующих жвачных животных. Фактически, в отличие от нежвачных видов, FAS молочной железы жвачных проявляет трансацилазную активность как при загрузке, так и при высвобождении ацильных цепей длиной от 2 до 12 атомов углерода (Barber et al., 1997; Chilliard et al., 2000). Все ЖК молока с длиной цепи, равной или превышающей 18 атомов углерода, должны поступать с кормами, что значительно влияет на долю ДЦЖК (длинноцепочечных ЖК) в молоке. Перенос ЖК из плазмы в ткани молочной железы может быть описан кинетической моделью Михаэлиса-Ментен с максимальной скоростью (Vm) и константой Михаэлиса (Km) 22 и 32 мг/100 мл, соответственно (Baldwin et al., 1980). Этот процесс вместе с биогидрогенизацией рубца и перевариванием в кишечнике влияет на эффективность переноса ЖК из кормов в молоко. На температуру плавления молочного жира влияет десатуразная активность молочной железы. Фермент ∆9-десатураза (который вводит двойную связь в положение 9 углеродной цепи) десатурирует большое количество стеариновой кислоты (18:0) в олеиновую (цис-9 18:1), влияет на соотношение между двумя ЖК и оптимизирует физико-химические показатели молока. ∆9-десатураза действует и на другие субстраты, такие как миристиновая (14:0), пальмитиновая (16:0) и вакценовая кислоты. В последнем случае образуется сопряженный цис-9, транс 11 изомер линолевой кислоты (руменовой кислоты, РК).

Длинноцепочечные ненасыщенные жирные кислоты (ДНЖК) ингибируют липогенные ферменты молочной железы и, в частности, нарушают активность ацетил-КоА-карбоксилазы (фермента, ограничивающего скорость синтеза ЖК). Применение рациона, содержащего большое количество жиров, богатых ДНЖК, или их введение непосредственно в двенадцатиперстную кишку коров и коз (Kitessa et al., 2001) заметно снижало жирномолочность из-за блокирования эндогенного синтеза коротко- и среднецепочечных ЖК. Более того, ПНЖК С20 и С22 могут снижать поглощение молочными железами ДНЖК из плазмы, влияя таким образом на липопротеинлипазу молочной железы (Storry et al., 1974). Исследования “депрессии молочного жира” (MFD, метаболический синдром высокопродуктивных коров – п.п.) у КРС продемонстрировали специфическое действие транс-10, цис-12-изомера CLA (конъюгированной линоленовой кислоты) и транс-10-изомера 18:1 на липогенные ферменты молочной железы (Loor et al. др., 2005). Хотя прямое введение транс-10, цис-12 CLA молочным коровам и овцам ингибировало синтез молочного жира (Baumgard et al., 2000; Lock et al., 2006), реакция у молочных коз была менее выраженной. Например, Andrade and Schmidely (2006a) сообщили, что липогенез молочных желез у молочных коз не снижался при введении транс-10, цис-12 CLA в рубец. С другой стороны, скармливание липидно-инкапсулированной добавки CLA лактирующим альпийским молочным козам привело к снижению синтеза молочного жира, подобно тому, что наблюдается у лактирующих молочных коров и овец. Однако сравнение “доза-реакция” показало, что степень снижения синтеза молочного жира у коз меньше, чем у овец и молочных коров (Rovai et al., 2007).