二甲酸鉀及其在養殖業中的應用研究進展

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　　二甲酸鉀及其在養殖業中的應用研究進展

　　伍應松 田科雄

　　(湖南農業大學動物營養研究所，湖南長沙 410128)

　　摘 要：二甲酸鉀對提高動物的生產性能、促進消化道健康，降低幼畜腹瀉、改善胴體品質，以及減少氮、磷的排泄有重要意義。綜述了二甲酸鉀的理化性質、合成、作用機理及在養殖業中的應用，并對二甲酸鉀應用的優勢和影響因素進行了淺析。
　　關鍵詞：二甲酸鉀，理化性質，作用機理，應用
　　二甲酸鉀是近年來發展較快的一種新型飼料添加劑，屬于酸化劑的一類。添加到動物飼料中具有降低腸道pH，調節腸道微生態平衡，提高飼料營養物質的消化和吸收等功能。二甲酸鉀在飼料中的研究和開發起源于20世紀90年代中期，2001年被歐盟批準為第一種用于替代抗生素的非抗生素促生長劑，在國內，中國挑戰農業科技有限公司與中國農業科學院飼料研究所也聯合研制開發了二甲酸鉀產品，并于2005年被批準用于豬飼料。
　　1 二甲酸鉀的理化性質
　　二甲酸鉀(Potassium Diformate或K-Diformate，KDF，又叫雙甲酸鉀)是甲酸鉀和甲酸的混合物，通過甲酸鉀的羰基和甲酸的羧基形成氫鍵而連接在一起。二甲酸鉀產品是一種白色或微黃色結晶或結晶性粉末，具有吸濕性，易溶于水，分子式為C2H3KO4，相對分子量為130.14，溶點約為109℃。二甲酸鉀在酸性條件下穩定，而在中性或偏堿性的條件下即分解為甲酸鹽與甲酸。
　　2 二甲酸鉀的合成
　　二甲酸鉀是由2個甲酸根離子和1個鉀離子組成的一種簡單的有機鹽酸，多采用化學合成方法制取。合成原料可用甲酸與無水碳酸鉀或甲酸與氫氧化鉀為原料，分別按反應物質的量比2：1和4：1的比例進行，在50℃-60℃溫度下，在磁力攪拌器上反應2小時后，通過蒸發結晶，分離，干燥最后得到白色晶體二甲酸鉀，產品回收率可達83%，純度98%以上，生產操作簡便，無三廢產生，反應過程安全，易進行工業生產。其化學反應方程式為：
　　
　　3 二甲酸鉀的作用機理
　　3.1 降低腸道pH值，改善消化內環境
　　二甲酸鉀進入胃腸道，在其環境中溶解為甲酸(HCOOH)、甲酸根(HCOO- )和鉀離子(K-)，從而降低消化道pH值。反應式為：
　　HCOOH-HCOOK HCOOH﹢HCOOK
　　HCOOH HCOO- ﹢H﹢
　　HCOOK HCOO- ﹢K﹢
　　黃小春等(2006)[1]報道，日糧中添加0.45%二甲酸鉀，顯著降低肉仔雞嗉囊和肌胃內容物的pH值，分別降低了0.34和0.32。Mroz等(2000)[2]報道，日糧中添加0.9%和1.8%二甲酸鉀，3-65min內胃和十二指腸食糜的pH值平均降低了0.4。有研究表明，85%的二甲酸鉀存在于豬胃中而進入十二指腸。甲酸鹽在消化道各段的回收率為83%，空腸前段38%，空腸中段17%，空腸后段9%。由此可見，二甲酸鉀主要在小腸的前段發揮作用。但Canibe等(2001)[3]報道，二甲酸鉀對豬消化道pH值沒有影響。因此，二甲酸鉀對畜禽消化首pH值的影響及其作用機制還需要進一步研究。
　　3.2 調控腸道內微生物菌群繁殖
　　胃腸道大多數有害菌群生長的適宜pH值都是中性偏堿，如大腸桿菌適宜的pH為6.0-8.0。在調控消化道微生物菌群繁殖上，消化道酸度起著重要作用。二甲酸鉀進入胃腸以后降低其pH值，改變有害微生物的適宜生存環境，抑制或直接殺害有害菌群，如大腸桿菌，沙門氏菌等。Canibe等[3]研究表明在仔豬叫槽料中添加二甲酸鉀能減少各腸段總的厭氧菌、乳酸桿菌、大腸桿菌、酵母菌的數量。二甲酸鉀也能降低生長育肥豬十二指腸、空腸和直腸中大腸桿菌的數量(Overland，2000)[4]。另有研究報道，二甲酸鉀能通透微生物細胞膜，在其細胞內分解產生H﹢，降低或抑制細胞內酶的活性，破壞微生物蛋白和核酸的營養代謝，從而使微生物不能繁殖，甚至死亡。甲酸鹽陰離子在細胞壁外分解細菌細胞壁蛋白質，發揮殺菌和抑菌作用。二甲酸鉀的抗菌作用減少了微生物的數量，尤其是大腸桿菌等致病菌的數量，減少了微生物代謝物的產生，從而減少了對腸道的損害。
　　3.3 促進營養物質的消化和吸收
　　胃內pH值的降低刺激胃蛋白酶原和胃蛋白酶的分泌，提高胃蛋白酶的活性，從而提高日糧中營養成分的消化吸收，減少氮、磷的排泄。微生物數量的減少，降低了微生物對養分的競爭，用于宿主的養分則相對提高。另外，釋放的鉀離子還可以提高賴氨酸的利用率。Roth等(1998)[5]研究發現，在不同賴氨酸水平(0.875、1.0、1.125)日糧中添加二甲酸鉀可以改善仔豬氮代謝，提高營養物質的消化率，結果表明，添加二甲酸鉀提高干物質的消化率84.0%-85.0%，其中粗蛋白質80.7%-82.6%、能量83.5%-84.7%、磷8%-9%、鈣2%-3%、鎂3%-8%、鋅9%-17%、銅52%-60%%、錳6%，糞尿中氮的排泄量降低了10%，氮的存留量增加了7%。隨著日糧賴氨酸水平的提高，氮的存留率增加，同時尿中氮的排泄量也增加。Mroz等(2002)[6]試驗結果表明，在生長育肥豬日糧中添加1%二甲酸鉀，糞尿中的排泄量減少6.79%，粗蛋白利用率提高4.34%，賴氨酸利用率提高2.8%，磷利用率提高1.75%。
　　4 二甲酸鉀在養殖業中的應用
　　4.1 二甲酸鉀在豬生產中的應用
　　近幾年來許多研究表明在仔豬日糧中添加二甲酸鉀能改善仔豬的日增重，提高飼料轉化效率。Paulicks等(2000)[7]在生長仔豬日糧中添加1.8%二甲酸鉀，日增重提高8%-18%，飼料轉化率提高6%，采食量提高1%-8%。 Paulicks等[7]也研究了在不同谷物和不同能量濃度飼料中添加二甲酸鉀對斷奶仔豬生產性能的影響，添加二甲酸鉀可提高日增重和采食量分別達到14%和9%。張若寒等(2006)[8]報道，在斷奶仔豬日糧中添加二甲酸鉀，日增重提高了13%，采食量提高了8%，飼料報酬改善了5%。武書庚等(2007)[9]研究表明，在仔豬日糧添加1%的二甲酸鉀與對照組比日增重提高7.1%，料肉比降低13.71%，稍影響采食量。
　　二甲酸鉀替代抗生素促仔豬生長方面，Daza等(2001)[10]在日糧中添加1.2%二甲酸鉀，豬的生長速度和飼料轉化率分別提高8.6%和7.3%，仔豬的腹瀉頭數減少60%，與添加卑霉素組沒有顯著差異。王文杰等(2006)[11]試驗表明，在斷奶仔豬日糧中添加二甲酸鉀，可以明顯改善仔豬的生產性能，與添加抗生素的效果相比，差異不顯著，認為二甲酸鉀可以替代抗生素作為生長促進劑。楊祿良等(2007)[12]在含復合抗生素的實際斷奶仔豬日糧中添加1%二甲酸鉀，仔豬日增重提高8.3%，采食量提高3.79%，料內比降低3.95%，生產性能與添加4%血漿蛋白粉類似，試驗表明仔豬日糧中使用二甲酸鉀有類似抗生素的作用，且與抗生素配合使用有加合效應。
　　二甲酸鉀對生長育肥豬也有很好的使用效果。Overland等(2000)[4]在生長育肥豬(27-105kg)日糧中添加0.6%二甲酸鉀，日增質量提高6.02%，日采食量提高3. 78%，料重比改善2.49%，并明顯改善豬肉品質。
　　綜合國內外研究者在日糧中添加不同二甲酸鉀對仔豬和生長育肥豬生產性能的影響，5-12kg仔豬最佳添加量為1.2%-1.8%，10-25kg仔豬最佳添加量為0.6%-1.2%，生長育肥豬最佳添加量為0.6%。BASF公司總結出二甲酸鉀對仔豬增質量劑量反應的回歸公式為Y=100+10.205X(以對照組為100，X=1%二甲酸鉀時，增質量增加10%。
　　4.2 二甲酸鉀在家禽生產中的應用
　　目前，二甲酸鉀在家禽方面的應用報道較少。Sell等(2004)[13]在肉仔雞日糧中添加不同水平的二甲酸鉀，能顯著增加肉仔雞的采食量，提高日糧的表觀消化率和氮的沉積，日增重也有上升的趨勢。添加量為0.6%時效果最明顯，采食量和日增重分別提高了8.7%和5.8%，但在飼料轉化率上差異不顯著。黃小春(2006)[1]研究了二甲酸鉀對肉仔雞的促生長效果，試驗結果表明，添加0.45%二甲酸鉀，肉仔雞的日增質量提高10.26%，飼料轉化率提高3.91%，并顯著降低消化道pH，嗉囊、肌胃、空腸和盲腸pH分別降低7.13%、9.22%和2.26%。此外添加二甲酸鉀組降低了盲腸大腸桿菌數量，同時也降低了乳酸菌，但提高了乳酸菌和大腸桿菌的比例。
　　4.3 二甲酸鉀對胴體品質的影響
　　Overland等(2000)[ 4]研究在限飼生長育肥豬日糧中添加二甲酸對胴體品質的影響。研究表明，添加0.6%和1.2%的二甲酸鉀，降低了胴體的脂肪率，提高了腿部、腰部、頸部的瘦肉率。二甲酸鉀也可能通過提高體內氨基酸合成蛋白質的效率來提高瘦肉率。另外，鉀離子可通過調節組織滲透壓和酸堿平衡，來維持細胞和組織儲水能力，從而減少PSE肉的發生率。因此，二甲酸鉀進入胃腸道釋放出的鉀離子在PSE肉的發生上可能起重要作用。可見，二甲酸鉀對動物胴體品質有一定改善的作用，但確切的作用機理還有待進一步研究。
　　5 二甲酸鉀的優勢
　　二甲酸鉀作為動物飼料添加劑的優勢有：首先，二甲酸鉀是最簡單有機酸的衍生物，沒有與致癌物質類似的結構，對試驗動物小鼠的研究表明，二甲酸鉀急性毒性水平較低，且無遺傳毒性。其次，二甲酸鉀主要以甲酸根和鉀的形式存在于腸道中，甲酸根最終在肝臟中氧化為CO2和水。因此，二甲酸鉀在體內無殘留。再次，二甲酸鉀合成原料價格低廉，合成工藝簡單，產品回收率和純度較高，易進行工業生產。另外，二甲酸鉀能降低動物體氮、磷的排泄量，有利于環保，且在動物排泄糞便中只有甲酸鹽，不會對環境造成污染。所以，二甲酸鉀作為一種非抗生素促生長劑受到了人們的關注。
　　6 二甲酸鉀應用的影響因素
　　總結國內外對二甲酸鉀的使用研究來看，影響二甲酸鉀應用的因素主要有日糧組成、日糧能量水平高低及與銅互作的作用。Paulicks等(2000)[7]研究不同谷物和不同能量濃度的飼料中添加二甲酸鉀對斷奶仔豬生產性能的影響。結果表明，在低水平能量日糧中添加1.8%二甲酸鉀可以顯著改善豬的生產性能，但在高能量水平日糧中，添加二甲酸鉀對生產性能沒影響。在小麥、大麥和大麥-小麥-玉米型的混合日糧中添加二甲酸鉀，應用效果也不同，飼料轉化率分別提高6%、4%、7%。
　　另外，Windisch等(2001)[14]報道，隨著日糧中二甲酸鉀和銅水平的增加，仔豬增重、采食量和飼料轉化效率明顯改善，但日糧中添加最佳水平的二甲酸鉀和銅并未起到進一步改善生產性能的作用;添加二甲酸鉀和低水平的銅比添加二甲酸鉀和高水平的銅飼料轉化率要高。Jensent和Danielsen[15,16]的研究也表明在日糧添加1.2%的二甲酸鉀同時添加低水平的銅能改善豬的生長性能，但是添加1.5%的銅時，并未發現有改善作用。因此，有研究者認為二甲酸鉀和銅的促生長作用機理可能是一致的(黃小春，2006)[1]。
　　7 前景展望
　　二甲酸鉀作為一種新型的替代抗生素的非抗生素促生長劑，由于它有抗生素的促生長作用，而且無毒、無殘留、對環境影響小、對人畜安全和加工操作方便等特點。得到了廣泛的應用，目前主要集中在豬方面的研究，而在家禽等其他動物的應用較少。因此，二甲酸鉀有著更廣闊的前景。但在二甲酸鉀影響消化道菌群及營養物質代謝的作用機理及與其他養分的互作效應等方面還有必要進一步的研究。以便為二甲酸鉀的普遍使用提供堅實的理論基礎。
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