孫相俞 ，周元軍 ，萬建美

（1.山東質(zhì)德農(nóng)牧有限責(zé)任公司，山東 聊城 252100；2.山東省聊城市茌平縣振興街道辦事處畜牧站，252100；3.山東久久和牧農(nóng)牧集團(tuán)，山東 臨沂 276000）

酸化劑是飼料工業(yè)產(chǎn)品中極為常見的飼料添加劑，特別是在幼齡動(dòng)物飼糧中使用以達(dá)到抗腹瀉和促進(jìn)健康的目的。然而，在實(shí)際使用過程中，由于受酸化劑產(chǎn)品的成分構(gòu)成、添加劑量、動(dòng)物種類、動(dòng)物生理階段、飼養(yǎng)條件和配方組成等因素的影響，酸化劑的使用效果存在較大的差異。一方面，飼糧中酸化劑的添加量較低（通常約0.2%～0.5%），對飼料酸度的影響很小。同時(shí)動(dòng)物腸道的pH 都有其固有的范圍，當(dāng)大量的酸化劑進(jìn)入腸道后，可能會抑制或刺激腸道相關(guān)腺體的分泌，中和過量的酸，使腸道pH 回到正常的范圍。另一方面，有機(jī)酸分子是小分子物質(zhì)，在胃、小腸（十二指腸、空腸和回腸）很可能通過主動(dòng)擴(kuò)散和載體轉(zhuǎn)運(yùn)的方式被高效吸收。因此，目前所講的酸化劑在動(dòng)物腸道中的抑菌作用效果與機(jī)理值得商榷，同時(shí)飼料中酸化劑的使用方法也需要仔細(xì)評估。

1 酸化劑的作用機(jī)理

有機(jī)酸（如丙酸、甲酸和乳酸等）可以抑制細(xì)菌和霉菌的生長，作為飼料保存劑已經(jīng)有幾十年的歷史。同時(shí)，也有許多研究發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物飼糧中添加足夠的有機(jī)酸還能促進(jìn)動(dòng)物生長和增進(jìn)動(dòng)物健康。作為飼料添加劑的有機(jī)酸主要有乳酸、丙酸、檸檬酸和甲酸等化合物，這些化合物本身也是細(xì)胞代謝的中間產(chǎn)物，因此是一類低毒的天然的飼料添加劑產(chǎn)品[1]。

甲酸、富馬酸、檸檬酸、乳酸及這些酸的鹽等有機(jī)酸化合物都有促生長和增進(jìn)動(dòng)物健康的作用。在飼料中添加酸化劑，除改善飼料衛(wèi)生、減少病原攝入外，還有促進(jìn)消化、穩(wěn)定腸道菌群平衡的作用。就畜牧養(yǎng)殖而言，提高飼料利用效率，增進(jìn)動(dòng)物健康就是提高經(jīng)濟(jì)效益。仔豬斷奶時(shí)會遭受嚴(yán)重的應(yīng)激，在最初的幾天里采食量通常會很低。隨后，因饑餓仔豬會攝入過量的飼料。由于仔豬在斷奶期間胃酸和消化酶分泌不足，使得過量攝入的飼料不能被很好地消化，飼糧發(fā)酵導(dǎo)致腸道菌群失衡，最終引起仔豬腹瀉和水腫。

體外試驗(yàn)表明，因溶解性不同，不同有機(jī)酸對pH 的影響及其抗菌作用都存在明顯的差異。酸對pH的影響能力用酸度系數(shù)（pKa）表示，pKa 越小，該酸解離出氫離子的能力越強(qiáng)，對環(huán)境pH的影響越大。作為飼料添加劑的有機(jī)酸的pKa 介于3 ～5 之間，是一類中等強(qiáng)度的酸（表1）。

在pH 為3 左右時(shí)，乳酸、富馬酸和檸檬酸的解離能力要強(qiáng)于甲酸、乙酸和丙酸。不同酸的營養(yǎng)價(jià)值存在明顯差異，丙酸的營養(yǎng)價(jià)值最高，而甲酸及其鹽則最低。就使用的方便性而言，固體酸易于使用，而液體酸的腐蝕性更強(qiáng)。在豬料中使用甲酸和富馬酸及其鹽最為普遍。

Kirchgessner 和Roth[1]總結(jié)了酸化劑及其鹽在動(dòng)物營養(yǎng)中的三種作用機(jī)理（見表2），其觀點(diǎn)被廣泛接受和引用。

2 作用機(jī)理與疑問

2.1 在飼料中的作用

即使在衛(wèi)生條件很好的環(huán)境中，飼料也會被真菌和細(xì)菌污染。一旦這些飼料被貯存在溫濕環(huán)境下，這些微生物就會迅速增殖。有機(jī)酸作為飼料保存劑，可以降低細(xì)菌和霉菌的生長，在一定程度上降低動(dòng)物攝入的病原微生物數(shù)量。另一方面，酸化劑降低了飼糧的系酸力，在一定程度上彌補(bǔ)了斷奶仔豬胃酸分泌量不足的缺陷，有利于活化胃蛋白酶，促進(jìn)胰蛋白酶的分泌，促進(jìn)飼糧的消化[3,4]。

表1 部分有機(jī)酸及其鹽的化學(xué)特性[2]

體外實(shí)驗(yàn)表明，即使在飼糧中添加1%的酸化劑產(chǎn)品（產(chǎn)品總酸含量約50%～70%），對料水混合物的pH 影響也很?。ū?）。實(shí)際上，飼糧中酸化劑的添加量往往在0.2%～0.5%，因此酸化劑只能在一定程度上降低飼料的系酸力，彌補(bǔ)胃酸分泌的不足。然而，目前飼糧中添加酸化劑的類型和添加水平與動(dòng)物胃酸分泌量的關(guān)系還不十分清楚。

表2 有機(jī)酸及其鹽在動(dòng)物營養(yǎng)中的作用機(jī)理

表3 不同酸化劑水溶液的pH

表 4 不同酸化劑飼料與水混合物（飼料：水=1：5（g/mL））的pH

2.2 在胃腸道中的作用

Metzler 和Mosenthin[5]綜述了大量的研究后指出，有機(jī)酸確實(shí)可以改善斷奶仔豬和育肥豬的生產(chǎn)性能，降低疾病風(fēng)險(xiǎn)。盡管有關(guān)酸化劑在胃腸道中不同部分作用機(jī)制的研究仍在進(jìn)行，但是仍有不少問題還沒有闡明。有機(jī)酸對動(dòng)物生長性能和消化率的影響程度受有機(jī)酸類型和添加量的影響，同時(shí)也受飼糧和動(dòng)物因素的影響。

一些研究報(bào)道了酸化劑對腸道中揮發(fā)性脂肪酸（VFA）含量的影響。Gabert 等[6]在仔豬飼糧中添加1%的甲酸后并未檢測到腸道中VFA 含量的顯著變化。在斷奶仔豬飼糧中添加1.5%的富馬酸或檸檬酸也沒有顯著影響胃腸道各段食糜中的VFA 含量[7]。盡管影響不顯著，但是飼喂富馬酸的斷奶仔豬胃中琥珀酸含量增加，這說明微生物的活動(dòng)被改變了。而Blank 等[8]則發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬飼糧中添加富馬酸后降低了回腸食糜中乳酸、乙酸、丙酸、氨和亞精胺的含量，并且這種效應(yīng)與富馬酸的添加水平有關(guān)。當(dāng)飼糧的系酸力增加后，這種效應(yīng)消失。用添加1.8%二甲酸鉀的飼糧飼喂仔豬29 d 后發(fā)現(xiàn)，胃和小腸中乳酸含量降低，而小腸遠(yuǎn)端、結(jié)腸和盲腸近端食糜中VFA（乙酸、丙酸和丁酸）的含量增加[9]。

從以上研究可以看出，酸化劑對腸道中微生物及其發(fā)酵產(chǎn)物的影響存在爭議，并且酸化劑在腸道上段很有可能被吸收，這樣才能解釋為什么在一定添加水平下飼料中的酸化劑不會對腸道各段中VFA 的含量造成影響。如果以上假設(shè)成立，那么酸化劑影響腸道中微生物群落構(gòu)成的機(jī)制就有待于進(jìn)一步研究。在腸道上皮細(xì)胞表面，可以形成酸性微環(huán)境（pH 5.8 ～6.8），很適合短鏈脂肪酸（SCFA）的質(zhì)子化[10]，形成短鏈脂肪，易化擴(kuò)散被吸收。事實(shí)上，乙酸、丙酸和丁酸等SCFA 在人和鼠的空腸和回腸中可以通過離子交換或在腸黏膜表面質(zhì)子化后被腸上皮細(xì)胞迅速吸收[11-13]?；啬c中乙酸、丙酸和丁酸的表觀半飽和常數(shù)分 別 為22.7mmol、26.8 mmol 和25.6 mmol。研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌過度繁殖的人十二指腸中，SCFA 的含量顯著提高，結(jié)腸中SCFA 含量增加是引起人碳水化合物吸收腹瀉的一個(gè)病因[12]。通常認(rèn)為，碳酸氫鈉、檸檬酸和乙酸能促進(jìn)腸道吸收水和鈉離子，因此這些物質(zhì)被用作校正酸中毒的口服補(bǔ)液劑。然而Rolston 等[14]卻發(fā)現(xiàn)碳酸氫鈉和乙酸促進(jìn)正常小鼠空腸水分和鈉的吸收，而檸檬酸則是促進(jìn)水和鈉的凈分泌；在正常情況下，3 種物質(zhì)均促進(jìn)回腸中水和鈉的凈吸收；而在急性腹瀉狀態(tài)下，碳酸氫鈉對空腸水和鈉的分泌沒有影響，而乙酸和檸檬酸均促進(jìn)水和鈉的分泌；3 種物質(zhì)對回腸中水和鈉的分泌沒有影響。這說明，腸道在正常情況和腹瀉情況下的生理狀況有所區(qū)別，應(yīng)對有機(jī)酸的方式是不同的。因此，在急性腹瀉情況下，為促進(jìn)腸道水和鈉的吸收，口服碳酸氫鈉、乙酸或檸檬酸可能并無益處，甚至有害。那么在斷奶仔豬或處于嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激母豬或家禽的飲水或飼料中添加這些有機(jī)酸是否也會出現(xiàn)類似的狀況，還有待研究。

Liem 等[15]研究了不同酸及其復(fù)合物對大腸桿菌（E.coli）的最小抑菌濃度（MIC），結(jié)果見表5。從體外抑菌實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不難看出，有機(jī)酸的抑菌作用主要來源于H+，有機(jī)酸鹽或有機(jī)酸陰離子的抑菌作用較差，因此腸道pH 是影響細(xì)菌活力的重要因素。從口腔至胃，再到結(jié)腸和盲腸，消化道的pH 有顯著的差異。胃分泌鹽酸、蛋白酶和黏液，pH 可以低至1.5。然而，成年豬胃的pH 通常在2.5 ～4.5，生長豬和未斷奶仔豬為4.5 ～7.0。另一方面，胃環(huán)境是一個(gè)強(qiáng)氧化的環(huán)境，因此胃中的微生物數(shù)量相對較少。盲腸和結(jié)腸則接近中性，pH 約6 ～8，是微生物活躍的場所。表 6 和表 7給出了常見微生物生長的pH 范圍及部分致病菌的最適生長pH 范圍。表 8 給出了豬和肉雞消化道不同部位的pH，較高的pH 意味著有害菌增殖的風(fēng)險(xiǎn)越高。

一些微生物對酸的耐受力較強(qiáng)（親酸性），而另一些則耐堿（親堿性）。常見致病菌的最適生長pH與回腸、盲腸和結(jié)腸的pH 很相似。因此，酸化劑若要通過抑制有害菌來維護(hù)動(dòng)物健康，那么就要求酸化劑中的有機(jī)酸能到達(dá)腸道中后段，并且能達(dá)到一定的濃度。現(xiàn)有酸化劑產(chǎn)品的總酸含量約50%，全部以甲酸計(jì)，且假設(shè)在腸道前段有機(jī)酸不被吸收，腸道內(nèi)容水分含量約80%，那么在飼糧中添加0.5%的情況下，腸道中有機(jī)酸的濃度為0.05%。但是正如前文所述，有機(jī)酸分子在空腸和回腸應(yīng)該是被高效吸收的，并且腸道分泌的膽汁和腸液有中和酸的作用。因此，飼料中添加有機(jī)酸幾乎不太可能在腸道后段直接發(fā)揮抑菌作用。那么有機(jī)酸改變腸道微生物組成的原理就有待進(jìn)一步研究。

表5 不同酸及其組合對E.coli 的最小抑菌濃度（MIC）

表6 病原菌生長的適宜腸道pH

表7常見微生物生長的pH 范圍[16]

表8 豬消化道的典型pH 范圍

一些致病菌似乎會利用VFA 作指示來判斷最適的入侵條件。以鼠傷寒沙門氏菌為例，鼠傷寒沙門氏菌通過BarA/SirA 雙組分調(diào)節(jié)子感受腸道SCFA 環(huán)境，然后表達(dá)TTSS-1（Type three secretion system 1，TTSS-1）。這個(gè)分泌系統(tǒng)編碼沙門氏菌入侵正常腸上皮細(xì)胞所必需的機(jī)械蛋白、伴侶蛋白和效應(yīng)分子蛋白[17，18]。乙酸和甲酸似乎是鼠傷寒沙門氏菌入侵的誘導(dǎo)和易化因子，而丁酸和丙酸則會下調(diào)沙門氏菌致病 島1（Salmonella pathogenicity isl and 1，SPI-1），SPI-1 編碼TTSS-1。因此，飼糧中酸化劑組成成分也是決定其使用效果和動(dòng)物健康的一個(gè)因素。然而，有關(guān)這方面的研究在畜禽上還很少。

2.3 影響機(jī)體代謝

有機(jī)酸被吸收進(jìn)入機(jī)體后，也為機(jī)體提供了相當(dāng)一部分能量。有機(jī)酸以被動(dòng)擴(kuò)散的方式被腸道上皮細(xì)胞吸收。短鏈的有機(jī)酸分子通過檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生ATP。例如，1 摩爾富馬酸可以生成18 摩爾ATP。每摩爾富馬酸的能量含量為1 340 kJ，因每生成1 摩爾ATP 需要約74.4 kJ的能量，這與由葡萄生成ATP 所消耗的能量相近。由此可見，在能效上，富馬酸和葡萄糖可能是等效的，檸檬酸亦是如此。而由乙酸和丙酸生成等量的ATP 時(shí)，分別需要多消耗18%和15%能量[1]。鑒于有機(jī)酸在代謝過程中產(chǎn)生的ATP 是完全可用的，因此，當(dāng)飼糧中的有機(jī)酸添加量較大時(shí)，就應(yīng)當(dāng)考慮有機(jī)酸的能量貢獻(xiàn)。比如，丙酸的能量含量是小麥的6 倍[19]。

綜上所述，酸化劑作為飼料添加劑對促進(jìn)動(dòng)物健康的有益作用是可以肯定的，但是實(shí)際使用效果仍存在一定的變異。酸化劑在動(dòng)物腸道中的作用機(jī)制仍然存在爭議。酸化劑在胃腸道前段被吸收的程度可能是影響酸化劑作用效果的關(guān)鍵因素。因此，仍有必要進(jìn)一步對酸化劑在胃腸道中的作用機(jī)制進(jìn)行研究，探討合理評估和使用酸化劑的方法。