飼料酸化劑的作用機理及其應用前景（轉）

畜牧編輯

　　pH值是動物體內消化環境的重要因素之一。動物胃中pH值為2.0～2.5、小腸內pH值為5～7，這個酸性環境是飼料組分在體內被充分消化吸收、有益菌群合理生長、病原微生物受到有效抑制的必要條件，保證這些條件即可達到提高動物生長性能和飼料利用率、增強機體抗病能力的目的。
　　然而幼齡動物消化系統的發育尚未完善，胃酸分泌不足，消化酶活性低下，胃腸道pH值高于酶活性和有益微生物生長的適宜范圍。飼料酸化劑作為一種可以降低消化道中pH值的物質為動物提供最適消化道環境，以滿足營養及防病需要的新型生長促進劑而在畜禽飼料中得到應用。如今，酸化劑已成為繼抗生素之后與益生素、酶制劑等并列的重要添加劑，雖然短期內取消抗生素及抗菌藥物在配合飼料中的使用尚不可能，但以酸化劑代替部分藥物類添加劑是大有可為的。
　　1 常用酸化劑的種類及特性
　　1.1 單一型有機酸化劑
　　有機酸化劑主要有檸檬酸、延胡索酸、乳酸、甲酸、丙酸等。不同的有機酸各有其特點，但國內使用最廣泛的而且效果最好的是檸檬酸和延胡索酸。     檸檬酸最初是從檸檬中提取的，故此得名，現在工業上所用的檸檬酸都是黑曲霉發酵生產的。檸檬酸為一種無色晶體，易溶于水及乙醇，具有良好的熱穩定性和與金屬離子的配位性。延胡索酸為白色結晶粉末，對氧化和溫度的變化反應穩定。
　　在以往的生產實踐中，人們往往偏好于使用有機酸，主要是因為有機酸具有良好的風味，并可以直接進入體內三羧酸循環。但是，有機酸可能會腐蝕飼料廠或養殖場的設備，而且價格較貴，添加比例過高還會影響適口性或導致維生素的損失。近年來，人們又開始研究中性有機鹽的酸化作用，而且取得了一定進展。
　　1.2 單一型無機酸化劑
　　無機酸化劑主要包括硫酸、鹽酸和磷酸等。硫酸和鹽酸都是強酸，對機體組織有很強的刺激性和腐蝕性。在青貯料中添加硫酸或鹽酸的稀釋液后，可使青貯料迅速下沉，有利于青貯料的壓實，同時殺死細菌，抑制雜菌，增加乳酸含量，降低pH值。但添加硫酸或鹽酸會影響動物體內的礦物質代謝，產生鈣的負平衡現象，對動物骨骼發育造成影響。強酸的強腐蝕性對飼養動物、設備及工人身體都帶來很大的危害，現在這兩種無機酸基本已被淘汰。
　　飼料中添加磷酸可以使飼料的pH值很快下降。磷酸的腐蝕性比硫酸和鹽酸小，對動物、設備和人體都比較安全。但過量地使用磷酸同樣會引起飼料中鈣和磷比例失衡，部分磷酸沒有被充分利用就排出體外，造成環境污染。
　　1.3 全酸復合型酸化劑
　　全酸復合型酸化劑一般指那些以某一種酸作為主要有效成分，再配合其它的一種或幾種酸來達到協同作用的復合型酸化劑。全酸復合型酸化劑由具有更廣的抑菌和調菌區系，任何一種酸對有害菌群的抑制和對有益菌種的激活都需要在一定的pH值下進行，由幾種可在不同pH值范圍起作用的酸復配在一起，從而拓寬了抑菌和調菌的區系。復合型酸化劑在飼料中添加量比單一型的要小，作用效果更顯著，在動物體內殘留更少。
　　雖然全酸復合型酸化劑在加工技術和作用性能方面要比單一型的提高很多，但隨著飼料行業和養殖業的進一步發展，這種全部由酸復配而成的酸化劑已在多方面不能滿足行業的需求，因為全酸復合型酸化劑主要以酸的形式存在，產品的緩沖能力低下，易造成胃腸道中的酸度不穩定。當飼料剛進入胃內時，由于酸化劑含量相對較高，使得胃內pH值相應較低，當通過一段時間的消化后，酸化劑濃度下降，胃內pH值又恢復到原來較高的水平，難以持續保持一個理想的消化環境。
　　1.4 酸鹽復合型酸化劑
　　酸鹽復合型酸化劑是由有機酸及有機酸鹽復配而成的一種飼料酸化劑。這種新一代復合型飼料酸化劑，在配方技術上更趨于科學合理，作用功能上克服了全酸復合型酸化劑的不足，產品作用更全面，功能更優越。
　　酸鹽復合型酸化劑有較高的緩沖能力，避免動物胃腸道酸度產生過大波動。通過有機酸鹽的形式把部分有機酸暫時轉化為有機酸鹽，從而避免由于酸化劑剛進入胃腸時因濃度過高導致pH值下降程度過大；另一方面，當動物通過一段時間的消化后，胃腸酸化劑濃度相對下降，pH值回升時，有機酸鹽通過水解方式又轉化成有機酸，使得胃腸內能長時間保持一個穩定的酸性消化環境。


　　2 飼料酸化劑的作用機理
　　2.1 降低飼料pH值，使胃內pH值下降，提高消化酶的活性
　　Weerden等在飼料中添加1.5%的甲酸鈣使飼料pH值降低了0.5，添加1%甲酸鈣和0.5%丙酸使飼料pH值下降0.7；Burnell研究表明，當飼料中添加1%和1.5%的檸檬酸時，pH值降低0.18和0.34；Risley等在仔豬日糧中添加1.5%的檸檬酸和1.5%的延胡索酸，日糧pH值由6.42分別降低到4.92和4.70，胃內容物pH值由4.07分別降到3.82和3.87。可見，酸化劑能夠在一定程度上降低胃內容物的pH值。
　　每一種酶都有其適宜的pH值環境，胃蛋白酶的適宜pH值為2.0～3.5。當pH值大于3.6時，活性顯著降低；當pH值大于6.0時，胃蛋白酶失活。動物飼料中添加酸可使胃內pH值下降，從而激活胃蛋白酶，促進蛋白質分解，而蛋白質的分解又可刺激十二指腸分泌較多的胰蛋白酶，使蛋白質完全分解吸收。
　　早期斷奶仔豬，胃酸分泌不足，而仔豬飼料的pH值又多在5.8～6.5之間，常使仔豬胃內的pH值高于胃蛋白酶的適宜活性范圍，影響仔豬對飼料的消化吸收。在仔豬飼料中添加有機酸，可以改善仔豬的生長性能。Kirchgessner的試驗結果統計表明，使用1.5%～2.0%的延胡索酸可提高仔豬平均日增重9%，采食量提高5.2%，飼料利用率提高4.4%。Giesting等研究了斷奶仔豬日糧中添加鹽酸和硫酸的效果，結果導致試驗仔豬采食量驟減，日增重和飼料利用率嚴重下降，這可能是無機酸影響了飼料的適口性和電解質平衡。
　　2.2 減慢胃排空的速度，促進消化
　　胃排空速度的刺激因素是胃內容物的體積和pH值。酸性食糜進入小腸后刺激小腸粘膜，使之分泌腸抑胃素，反射性抑制胃的蠕動，減慢胃排空速度，使蛋白質有較多時間在胃內消化。
　　2.3 改善胃腸道微生物區系
　　幾種病原微生物生長的適宜pH值都是中性偏堿，如大腸桿菌適宜pH值為6.0～8.0、鏈球菌為6.0～7.5、葡萄球菌為6.8～7.5，而乳酸菌等有益菌適宜在酸性環境中生長增殖。因此，酸化劑通過降低胃腸道pH值可抑制有害微生物繁殖，促進有益菌增殖。Danielson等報道了乳酸菌代謝產物——乳酸能夠阻礙大腸桿菌在腸道內與其受體結合，抑制大腸桿菌生長。
　　斷奶仔豬由于胃酸分泌不足，胃腸道內pH值升高，為大腸桿菌的大量繁殖提供了適宜的環境，而大腸桿菌正是引起腹瀉的主要病菌。Mathew等指出，仔豬斷奶后2d內，回腸內乳酸菌幾乎降為零，回腸內pH值升高，大腸桿菌大量繁殖，仔豬出現腹瀉，而在仔豬飼料中添加酸化劑可以明顯降低腹瀉發生的次數。
　　國外還有研究表明，有機酸進入腸道可以改變腸道形態，如可以使斷奶仔豬小腸隱窩深度變淺，絨毛高度增加。
　　2.4 促進礦物質和維生素的吸收
　　一些常量和微量元素在堿性環境中易形成不溶性的鹽而極難吸收。酸化劑在降低胃腸道內容物pH值的同時，還能與一些礦物元素形成易被吸收利用的絡合物。許多學者都證實了高銅與酸化劑的添加效果具有相加效應，即延胡索酸、檸檬酸或磷酸與銅形成生物效價高的絡合物，促進了銅的吸收和保留，同時降低了銅的氧化催化活性。
　　有些有機酸如延胡索酸具有抗氧化作用，檸檬酸為抗氧化劑的增效劑。在預混料中添加延胡索酸并保存6個月，VA和VC的穩定性比不添加延胡索酸的都有所提高。同時小腸的酸性環境有利于VA和VD的吸收。
　　2.5 直接參與體內能量代謝，作為能量來源
　　有些有機酸是能量轉換過程中的重要中間產物，可直接參與代謝。如三羧酸循環反應就是由乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸開始的；延胡索酸也是三羧酸循環的中間產物；乳酸也參與體內代謝，是糖酵解的終產物之一，并通過糖異生釋放能量，故有機酸可作為能量來源。
　　2.6 提高營養物質消化率
　　Kirchgessner報道，仔豬飼料中加入延胡索酸后，干物質、能量和蛋白質的消化率各提高1.7%、2.2%和2.5%，蛋白質沉積增加4.1%。在Eckel等的報道中，甲酸顯著提高了日糧氮的消化率。但也有與上述相反的研究結果，Fclkowski及侯永清等報道，飼料中添加有機酸不能改善干物質和氮的消化率。Giesting等研究表明，在飼料中補充延胡索酸不能提高斷奶仔豬回腸末端氮的表觀消化率。可見，添加酸化劑能否提高營養物質的消化率還有待進一步研究論證。


　　3 影響酸化劑使用效果的因素
　　3.1 日齡和體重
　　酸化劑應用的首要前提是胃腸道酸度不夠。豬胃中pH值隨年齡增長而下降，到10～12周齡趨于穩定。研究表明，2～3周齡仔豬和仔豬斷奶后1～2周使用酸化劑效果較好，斷奶后4周因仔豬可以分泌足量的胃酸和消化酶的活性提高而使酸化劑的效果不顯著。一般添加酸化劑的研究都在7～32日齡的仔豬中進行。
　　Gromevell發現，仔豬從出生到5～6周齡的胃酸產生量與體重呈線性相關。Provimi研究認為，添加酸化劑的有效時間一般是在斷奶前至25～30kg體重之間。
　　3.2 飼料蛋白質來源
　　飼料中不同的蛋白質來源要求胃腸道中有不同的酸度條件，才能獲得最佳的消化效果。例如：奶產品要求pH值為4.0，大豆粕和魚粉則要求pH值為2.5。  Giesting在研究加酸日糧中蛋白質的消化率時，發現豆餅粉日糧中蛋白質的消化率有改進，而以脫脂奶為基礎的日糧中則未改變。Bunell等在每千克玉米-大豆型和玉米-大豆-乳清型兩種日糧中各添加檸檬酸10g，仔豬增重分別提高9.3%和4.2%，表明酸化劑添加在以植物蛋白為主的日糧中，效果要優于添加到奶蛋白為主的日糧中。其主要原因可能是含奶制品的日糧中乳糖可被乳酸菌發酵成為乳酸，減少了胃腸道對酸的需要。
　　3.3 飼料原料的緩沖力
　　飼料原料的緩沖能力是影響胃內游離酸量的主要因素。緩沖能力越大，能吸附胃內的游離酸就越多，這使得采食后胃內的游離酸減少，胃內pH值升高，進而影響胃蛋白酶的活性和蛋白質的消化分解。一般來說，蛋白質、鈣、磷和微量礦物質的含量越高，飼料的緩沖能力越高。因此，開發具有低緩沖能力而又能提供有效營養的礦物質資源很有必要。
　　3.4 酸化劑的種類及使用量
　　當前為世界所公認的有肯定效果的酸化劑主要有檸檬酸、延胡索酸和甲酸鈣，而丙酸、丁酸、蘋果酸、鹽酸和硫酸等經過大量實驗證明效果不明顯甚至是有負效應的。從日增重和飼料利用率來看，3種有正效應的酸化劑效果依次是：檸檬酸﹥延胡索酸﹥甲酸鈣，復合酸化劑的效果優于單一酸化劑。
　　不同酸化劑的使用效果及適宜用量也不同。一般認為，適量的酸化劑才能發揮正效應。酸劑量不足，達不到應有的降低消化道pH值的效果；酸添加量過高，可能影響飼料的適口性。一般來說，飼料酸化劑的添加量范圍為0.5%～3.0%。另外，如何確定不同年齡階段中采食飼糧的pH值適宜范圍也需要進一步研究。
　　3.5 酸化劑與抗生素及銅的協同效應
　　Burnell等指出，同時使用1.25%檸檬酸和40mg/kg泰樂菌素，日增重和飼料利用率最高。Cromwell報道，對28日齡斷奶仔豬生長性能的效果比較：酸化劑+抗生素+銅﹥抗生素+銅﹥抗生素+酸化劑。添加酸化劑可以促進抗生素的吸收，增強抗菌效果。酸化劑也可以和銅形成容易被吸收和利用的絡合物，促進銅的吸收和利用。


　　4 當前酸化劑使用中存在的問題及其應用前景
　　4.1 存在的問題
　　①添加量大，成本高；②添加的酸容易被堿中和，失去酸化作用；③在胃中吸收過快，反射性抑制胃酸分泌，影響胃功能的正常發育；④添加的酸無法到達小腸，不能有效降低小腸中的pH值，無法達到抑制有害微生物生長、促進有益菌生長的目的；⑤容易發生稀釋結塊或造成飼料受潮。因此，開發新一代酸化劑產品勢在必行。
　　4.2 應用前景
　　4.2.1 替代抗生素的作用
　　當前病原菌的耐藥性問題已受到廣泛關注，其中大腸桿菌的耐藥菌株大量存在，使用抗生素治療此類大腸桿菌感染的效果并不理想，而酸化劑作為一種無殘留、無抗藥性、無毒害的環保型添加劑正越來越被人們重視。大量試驗研究表明，在飼料中添加酸化劑可以起到調節動物胃腸道pH值，改善消化道微生物區系，抑制大腸桿菌等有害微生物繁殖，促進乳酸菌等有益微生物增殖的作用。因此，用酸化劑部分代替抗生素是有理論和實踐依據的。尤其對于仔豬，往往是通過母豬的糞便而感染大腸桿菌，引起腹瀉等癥狀的。通過給母豬飼喂酸化飼料，可以控制其腸道內的微生物菌群平衡，使母豬糞便中的大腸桿菌數量明顯下降，從而減少了仔豬被大腸桿菌感染的機會，降低了仔豬的腹瀉率，還可以提高其生長性能。
　　Hyden報道，在肉雞飼料中添加酸化劑，通過對腸道微生物菌群的調控，抑制了有害微生物的繁殖，促進了雙歧桿菌、乳酸菌等微生物的增殖，達到了預防疾病的目的。
　　4.2.2 抗應激作用
　　郭芳彬報道，延胡索酸可提供動物應激時所需能量。延胡索酸本身具有鎮靜作用，會抑制神經中樞，減少機體活動，較好的緩減熱應激反應。
　　在工廠化養豬業中，早期斷奶、分群、運輸、接種等因素均會導致豬抵抗力下降，發生由應激反應引起的生產力變化，產品品質下降，發病率和死亡率增加。全蘇非傳染病研究所從仔豬補料的7～10日齡開始投喂延胡索酸10d，可使食欲提高，生長加快；用延胡索酸預防仔豬運輸應激，連喂16d，結果運輸應激引起血糖濃度下降36.9%、乳酸和丙酮酸降低8.4%，運輸后15d試驗組和對照組不同的是，前者血糖代謝恢復正常。
　　延胡索酸是廣泛應用于工業化養禽中的一種應激保護劑。在全蘇非傳染病研究所對家禽分群應激所產生的不良影響的試驗研究中，試驗組雛雞在分群前10d和分群后20d內按每千克體重100mg投喂延胡索酸，在15d適應期內對照組死亡率為4%,日增重提高6.4%；試驗組死亡率為1%，日增重提高13%。
　　4.2.3 研制特殊的載體或包被技術，增強酸化劑緩釋功能
　　由于酸化劑在胃中吸收很快，其酸度常常無法到達小腸，無法在小腸繼續發揮作用，這也是有時候在仔豬飼料中添加酸化劑后還是會發生腹瀉的一個重要原因。當前國際上推出的新型酸化劑采用微膠囊型制劑或脂質保護外膜來解決這個問題。經保護處理的酸化劑在消化道中逐漸溶解，釋放出來，可以使酸化范圍有效地擴展到小腸部位，所以只要很低劑量就可以具有與較大劑量未經包被處理的酸化劑相同的效果。
　　綜上所述，飼料酸化劑不僅可以降低胃腸道pH值，增強胃蛋白酶的活性，促進蛋白質消化吸收，而且可以改善胃腸道微生物區系，抑制有害微生物繁殖，促進有益菌增殖，替代部分抗生素的功能。在關注食品安全、關注人類健康的今天，由于酸化劑具有無抗藥性、無殘留、無毒害等特點，在飼料養殖業中的應用前景將十分廣闊。同時，也有諸如酸化劑的某些作用機理等問題沒有徹底研究清楚，仍然需要進行大量的試驗研究。

鶴昺光梁

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