丁酸钠作用机理及其在畜牧生产中应用研究进展

王曼曼 陈宝江 梁陈冲 张 君 河北农业大学动物科技学院，保定 071001

1 丁酸钠的结构与理化性质

丁酸钠 (Sodium Butyrate)又称正丁酸钠盐，其产品呈白色或类白色，可吸湿性的粉末，似绒毛状，具有特殊的奶酪酸败样气味，易溶于水，水溶液pH值呈碱性。在常规贮存和搬运条件下，处于室温和密封状态下稳定，但勿与性质相反的物质、粉尘、过热物品、强氧化剂混存。丁酸钠在2003年被农业部列入《饲料添加剂品种目录》中作为一种新型的饲料添加剂，其有效成分是一种短链挥发性脂肪酸-丁酸。丁酸具有饲料酸化剂的生理作用，但由于其游离性和挥发性的特点，畜牧和饲料生产中将其制成相对稳定的钠盐。与醋酸或丙酸等短链挥发性脂肪酸不同，丁酸水、脂两亲，偏重于亲脂。加之在pH值4～6时比较不易被分解，饲喂后部分避过水性环境的小肠，直接进入盲肠和结肠。作为一种生物调节剂，丁酸在改善胃肠道机能，提高动物生产性能和医学研究上发挥重要作用。

2 丁酸钠的作用机理

2.1 作为肠细胞能源物质

短链挥发性脂肪酸主要是丁酸、乙酸和丙酸，为动物提供高达30%的维持能。短链挥发性脂肪酸是肠细胞偏爱的能量且极易从肠腔内吸收。丁酸钠的有效成分是短链挥发性脂肪酸-丁酸。动物结肠离体试验表明，结肠上皮细胞超过70%的能量源可由丁酸提供。在肠上皮细胞的丁酸是通过羟甲基戊二酰辅酶A 循环中的β-氧化作用进行能量代谢，首先是通过丁酸辅酶A合成酶把丁酸转化成丁酸辅酶A(butyrate-CoA)，然后通过一系列反应快速生成乙酰辅酶A进行能量代谢 (Schrǒder等，1997)，结合丁酸以非离子弥散性吸收为主的特点，丁酸无需经过肝胆吸收和复杂的三羟循环系统，可直接为肠上皮细胞提供能量，是肠上皮细胞的快速能量源。

2.2 维护胃肠道内有益微生物菌群

正常胃肠道的一个非常重要特征是内部细菌的协调平衡，尤其是幼畜。猪、家禽和兔子日粮中添加丁酸钠能增加有益菌(如乳酸杆菌)的数量，进而影响胃肠道有益菌(如乳酸杆菌)和有害菌(如大肠杆菌)间的平衡。丁酸盐可抑制病源微生物(如沙门杆菌、大肠杆菌及梭状芽孢杆菌等)的生长，增加有益菌群数量(如乳酸杆菌及粪链球菌等)，改善肠道微生物菌群。Galfi等报道，丁酸钠能维护胃肠道内有益微生物菌群，起到部分替代抗生素的作用。

众所周知，丁酸是有机酸(C1-C7)的一种。有机酸具有抗菌作用，但由于有机酸具有不同的化学结构，所以其抗菌机制是相当复杂的。研究发现，挥发性有机酸和非挥发性有机酸及无机酸的抗菌效果存在明显差异，挥发性有机酸(甲酸、丙酸、丁酸)具有较好的杀菌作用，直接扩散进入细胞内，通过降低胞内pH值，抑制某些大分子的代谢，破坏病原菌细胞膜的完整性，从而达到杀菌作用。挥发性有机酸盐(如丁酸盐)尽管不能降低病原菌细胞间质的pH值，不能以酸的形式渗透进入病原菌细胞内发挥杀菌作用，但也具有抗菌作用，其作用强弱依赖于有机酸盐的溶解性。如挥发性有机酸的钠盐全溶于水，而钙盐只有部分可溶，因而体外抑菌试验中，丁酸钠的抑菌效果要比甲酸钙和丙酸钙的强，此外有机酸的二价盐体外抑菌效果优于饱和度高的有机酸盐。

2.3 促进胃肠道细胞的增殖和成熟

幼年动物小肠上皮细胞绒毛较短，并有未成熟的隐窝，分泌消化酶和吸收日粮营养素的能力也弱。日粮改变、母源抗体缺失、转群和断奶等应激因子抑制了肠上皮细胞绒毛膜的生长。损伤的肠绒毛完全恢复可能需要高达40%～50%的可利用能，因此，这些能量不能供增质量所需，从而降低了饲料利用率。而丁酸钠为快速分化细胞的一种能源，它通过直接促进细胞更新而刺激损伤的肠绒毛得到恢复。丁酸钠可使断奶仔猪肠绒毛长度提高30%，从而改善了养分消化和吸收能力。

2.4 改善小肠形态，促进小肠消化吸收功能

小肠黏膜上皮细胞是执行消化吸收功能的最主要细胞。一方面，肠上皮细胞的纹状缘含有许多酶，参与营养物质的消化；另一方面，食物在肠上皮细胞的肠腔内或肠腔面被消化分解，营养成分被主动吸收或简单扩散。经肠上皮细胞的肠腔面进入细胞内，除一部分供给该细胞自身使用外，大部分从细胞基侧面以主动转运或扩散的方式释放，进入固有层的毛细血管。因此，粘膜上皮细胞结构的完整性是执行消化吸收功能的基本保证。

2.5 维持肠粘膜上皮细胞的正常形态，增强免疫功能

肠粘膜机械屏障由肠粘膜上皮细胞、上皮细胞侧面的细胞连接、上皮基膜和上皮表面的细胞衣组成。它们构成了机体免疫系统的第一道防线。因此，肠粘膜上皮细胞结构的完整性与肠粘膜机械屏障功能，乃至机体的免疫功能有密切关系(Reynolds等，1996；殷彦君等，2002)。丁酸钠能抑制结肠上皮细胞的凋亡，诱导结肠癌细胞的凋亡，抑制NF-KB的活性，减少TNF-a等炎症性细胞因子的产生和释放，抑制肠黏膜的炎症反应。这些作用有利于结肠炎的愈合，减少细菌或食物抗原跨黏膜迁移，减轻腹泻。

3 丁酸钠对动物生产性能的影响

3.1 提高采食量、饲料报酬和日增重

幼龄动物由于印记效应对含有母源性物质的日粮有明显的依恋作用，而丁酸钠的典型气味正符合幼龄动物特别是仔猪的嗜好，因此丁酸钠可作为一种有效的天然诱食剂，广泛应用于养殖业当中。动物饲料中添加酸可使胃内pH下降，从而激活胃蛋白酶原为胃蛋白酶，促进蛋白质分解。胃内pH降低可增进胃内其它多种消化酶活性，而蛋白质的分解又可刺激十二指肠分泌较多的胰蛋白酶，使蛋白质完全分解吸收，促进了营养物质的吸收和消化。丁酸钠具有缓释效果，在消化道各段都起作用。丁酸水脂两亲，偏重于亲脂，在pH值4～6时比较不易被分解。因此，部分丁酸可以避过水性环境的小肠，在大肠段继续发挥作用，加速肠绒毛细胞的生长，增强肠道的吸收功能，提高饲料的消化吸收利用率，促进动物的生长。

3.2 提高动物的健康水平

丁酸钠在体内分解后产生的丁酸根阴离子成分是体内离子平衡的重要补充，从而减轻由于天气等因素对动物造成的应激作用。比利时CLO研究中心于2001年试验表明，日粮添加丁酸钠减少了仔猪、兔子和犊牛非特异腹泻的发生率，对小、中鸡群整齐度提高、弱雏减少以及死亡率降低。同时，添加丁酸钠对坏死性肠炎、肥育猪的痢疾以及兔小肠结肠炎也非常有效。最新的研究结果表明，丁酸钠还可以抑制大鼠结肠粘膜细胞增生，增加了细胞凋亡，诱导了与增殖细胞凋亡抑制有关的基因蛋白表达，显示了丁酸钠还具有预防和抗肿瘤疾病等作用。

4 丁酸钠在动物生产中的应用效果

4.1 在仔猪上的应用效果

大量实验证实，乳仔猪日粮中添加一定量丁酸钠，可以提高仔猪采食量，改善饲料报酬，提高生产性能和健康水平。Piva等（2002）报道，在仔猪日粮中添加丁酸钠0.8g∕kg，分别提高了仔猪的平均日增重和采食量（P﹤0.05）。 王继凤等（2005）报道，将12头断奶仔猪分为3个处理组（丁酸钠组：基础日粮+1g∕kg丁酸钠；抗生素组：基础日粮+抗生素；复合组：基础日粮+抗生素+1g∕kg丁酸钠），饲喂4周后，对比研究了仔猪小肠黏膜上皮和杯状细胞的显微和超显微结构。丁酸钠组和复合组肠绒毛粗壮，细胞衣更厚，而抗生素组肠绒毛顶端偶见肠上皮脱落，肠绒毛相对较细。罗海祥（2006）研究表明，在断奶仔猪日粮中添加0.1%丁酸钠可显著降低断奶后1周的腹泻发生率（P﹤0.05），提高断奶仔猪7～21天的平均日增重（P﹤0.05），对采食量和料重比无显著影响（P﹥0.05）。小肠组织形态观察结果表明，0.1%丁酸钠可显著提高断奶后第1周十二指肠和回肠绒毛高度与隐窝深度的比值和降低隐窝深度（P﹤0.05）。

4.2 在家禽生产上的应用效果

丁酸钠可以提高促进家禽消化道发育，提高生产性能。Nollet等(2005)研究了不同剂量的丁酸钠(0、50、100、250、500mg∕kg)对蛋鸡生产性能的影响，结果发现，随着丁酸钠剂量的增加，蛋鸡产蛋量不断提高，料蛋比逐渐降低，但对蛋重没有影响。李凯年（2006）报道，饲喂0.2%丁酸盐对肉鸡采食量无不良影响，且0.2%丁酸钠组肉鸡体重最高；在整个42d肉鸡生长期中，饲喂0.4%丁酸盐甘油酯对肉鸡的生产性能没有副作用。邱春辉(2007)研究表明，在种鸭基础日粮中添加丁壮素极显著提高鸭产蛋率和日平均采食量，可使动物的小肠绒毛增粗、增长，大幅度提高肠上皮吸收面积。

4.3 在反刍动物上的应用效果

饲料中添加丁酸钠，可以影响反刍动物瘤胃发酵，改变挥发性脂肪酸（VFA）浓度和组成。杜瑞平试验表明，绵羊瘤胃灌注丁酸，瘤胃内丁酸浓度短时间内必然会出现一定程度的升高，其后随着连续灌注时间的延续，大约在启动灌注后4h丁酸开始下降，大约在启动灌注6h后，瘤胃内乙酸与丁酸浓度逐渐趋于稳定，重新恢复至稳态。Shen等研究表明，对去势公牛进行瘤胃内丁酸灌注，除了3h的丁酸灌注过程，瘤胃中VFA浓度和VFA各成分的摩尔浓度都处在生理范围；在高能日粮营养条件下丁酸浓度的恢复尤其明显，然而丁酸灌注没有改变VFA总挥发性脂肪酸浓度。

5 使用丁酸钠应注意的问题

作为一种新型饲料添加剂，丁酸钠的添加量应视动物种类、年龄、生理状况、饲养环境、饲料组成和饲养管理方式等不同而有所差异，添加量不足无法体现其效果，达不到生产要求，添加过多，又会造成日粮pH值下降，进而影响体液平衡，造成某些微量元素吸收障碍，不同的研究中报道丁酸钠的添加量差异较大，所以其针对不同动物的适宜的添加量研究应进一步进行。

丁酸钠具有抗菌作用，因而可以在一定程度上替代抗生素提高动物健康，但丁酸钠与不同抗生素的协同或拮抗作用的研究却较少报道，只有对该方面进行系统研究，才有可能充分发挥丁酸钠的作用潜力。

（略）