饲用乳酸的应用研究进展

唐茂妍，和小明，陈旭东

（1.上海正正生物技术有限公司，上海 200433；2.北京中农颖泰生物技术有限公司，北京100193）

在发现仔猪饲料中添加乳酸可以减少仔猪粪便中大肠杆菌的数量、提高生长速度后，饲料酸化剂日益受到关注、很多研究者认为酸化剂是抗生素的最佳替代品之一[1-5]。多数试验表明，乳酸对动物特别是断奶后仔猪的生产性能、饲料转化效率等均有显著改善[6-9]。文章旨在从乳酸的结构、化学特性、体内来源及功效进一步说明乳酸在复合酸化剂中的重要作用，同时为乳酸的合理应用提供理论依据。

1 乳酸的理化特性

1.1 物理特性

乳酸为无味液体，纯品为无色，工业品为无色到浅黄色液体，具有强吸湿性。乳酸密度为1.206 g·mL-1（25/4℃），熔点18℃，沸点122℃（2 kPa）。乳酸可与水、乙醇、甘油混溶，能随过热水蒸气挥发，常压蒸馏则分解。乳酸浓缩至50%时部分转化为乳酸酐，故85%～90%的乳酸产品中含有乳酸酐10%～15%。

1.2 化学特性

乳酸是世界公认的三大有机酸之一，是自然界中存在的最简单且最广泛的一种羟基羧酸。乳酸的结构由Wislicenus在1873年提出，其分子中既有羟基又有羧基，因而乳酸可以进行多种化学反应，如氧化反应、还原反应、缩合和羟基上的取代反应等，可制备多种乳酸衍生物，同时也表明乳酸具备在动物体内参与多种生物反应的特性。

乳酸分子中有一个不对称的碳原子，所以有两种旋光异构体，即L-乳酸和D-乳酸。哺乳动物只有分解L-乳酸的L-乳酸脱氢酶，而D-乳酸进入机体后，由于不能代谢，使血尿酸度提高，过量的摄入就引起代谢紊乱等不良反应。

2 哺乳猪乳酸的来源及作用

2.1 来源

对于幼龄哺乳动物而言，乳酸是母乳中的乳糖在乳酸菌等细菌的作用下发酵分解得到的产物。乳酸菌发酵可分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵，同型乳酸发酵乳糖只产生乳酸，异型乳酸发酵除产生乳酸外，还生成乙醇、二氧化碳等物质。

乳糖是通过透膜酶系统和群移位系统两种不同的机制而进入乳酸菌细胞的。

透膜酶系统：在透膜酶的作用下，乳糖进入乳酸菌细胞内，经β-半乳糖苷酶的作用分解为葡萄糖和半乳糖，因不同乳酸菌对这两种产物的优先代谢顺序不同，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌可优先利用葡萄糖而代谢产生乳酸，但对游离型半乳糖不能利用，其被排出细胞外或转化成高分子物质（胶糖）而蓄积起来。

群移位系统：在细胞膜上磷酸转移酶作用下，乳糖经磷酸化后进入乳酸菌细胞内。之后经磷酸β-半乳糖苷酶的作用，分解成葡萄糖和6-磷酸半乳糖。前者经糖酵解途径，后者经6-磷酸塔格糖途径进行代谢。通过这样的乳糖发酵代谢途径，最终产生乳酸及其他一些小分子脂肪酸。这种乳糖代谢机制一般分布在乳酸乳球菌乳酸亚种（乳酸乳球菌）、干酪乳杆菌干酪亚种（干酪乳杆菌）等菌属中。

2.2 作用

虽然对于哺乳仔猪胃液组成随时间的变化研究结论并不一致，但多数学者均认为在仔猪出生后的一段时间内胃液中无法检测到游离盐酸，一般从2～3周才开始出现，并随年龄而增加，60日龄后盐酸含量开始接近成年猪水平。仔猪哺乳期乳酸几乎占胃中有机酸的80%～100%，并且为维持胃中低pH起重要作用。胃中乳酸含量与pH成显著负相关，这也有助于哺乳期猪消化道有益菌（乳酸杆菌等）的繁殖生长，并且较低的pH也有利于乳蛋白的消化。因而，哺乳仔猪胃中乳酸的存在保证了消化道内的适宜环境，从而保持对母乳的良好消化起到重要作用。断奶后第1周，由于乳糖消失，乳酸浓度下降，挥发性脂肪酸（VFA）产生增加，盐酸此时分泌也很少，使胃内总酸度较低。随后，乳酸和VFA不断减少，盐酸分泌缓慢增加，直到断奶后3-4周，盐酸可占胃内总酸度的50%。同时，饲料中一些蛋白质，尤其是无机阳离子也会与胃酸结合，降低胃内酸度，不利于蛋白质消化，并对非乳酸杆菌类细菌繁殖起抑制作用。所以对早期断奶的仔猪，采取适当措施保证胃内一定酸度极为重要。

3 外源乳酸对畜禽生产性能的影响

自报道在畜禽饮水中添加乳酸可使得粪便中有害菌数量降低以来，研究者对于乳酸的作用与饲料中的应用研究越来越多。主要包括食品的防腐保鲜、食品调味料、酿酒时的发酵添加剂、风味剂和酸度调节剂等；在饲料中的应用主要包括青饲料贮藏剂、牧草成熟剂、防腐剂和促生长作用等。

3.1 对饲料的影响

由于饲料中的蛋白质原料和矿物质原料的系酸力较高，可中和动物胃中的盐酸，使得幼龄动物分泌不足的胃酸更加缺乏。饲料中添加酸化剂的目的是降低饲料pH和系酸力，缓解由于幼龄动物消化道发育不成熟造成的消化液和消化酶特别是胃蛋白酶活性不足，从而改善动物对植物性饲料蛋白质的消化率，降低营养性和细菌性腹泻发生率[10-12]。多数研究认为，饲料系酸力在一定范围内可改善断奶仔猪消化道食糜酸度，维持消化道菌群平衡，保证消化系统正常生理功能，同时提高断奶仔猪日增重和饲料效率[13-14]。冯尚连等报道，在基础日粮中分别添加乳酸0.3%和0.6%，饲料pH分别降低0.20和0.29，系酸力分别降低4.78和3.78U[15]。

3.2 对消化道微生物的影响

酸化剂对有害菌的抑制作用为其替代抗生素提供了可能性[16]。张军等认为，细菌胞内酸根离子的聚集是有机酸抑菌作用的重要决定因素，细菌胞内外pH梯度及胞外酸根离子浓度又是影响胞内酸根离子聚集的主要因素[17]。有机酸的pKa关系到其杀菌、抑菌效果的有效性。消化道菌群失衡很容易引起大肠杆菌的过度繁殖和生长，从而造成动物腹泻和下痢[2]。Maribo等研究发现，在饲料中加入乳酸0.7%可降低胃肠道pH，并且提高盲肠和结肠乳酸菌密度[18]。Tsiloyiannis等在日粮中添加乳酸1.6%，可使仔猪腹泻率降低66%，死亡率降低60%，与不添加乳酸的对照组差异显著（P＜0.05）[6-7]。冯尚连等研究表明，在日粮中添加乳酸0.3%和0.6%均可提高回肠乳酸杆菌数量并降低大肠杆菌数量[15]。

3.3 对畜禽生产性能的影响

乳酸是重要饲料添加剂，但国内外对其作为酸化剂研究较少，多数集中在柠檬酸、延胡索酸、苹果酸等的研究。乳酸对猪生产性能研究结果表明，乳酸对于幼龄动物的生产性能影响正效应明显。日粮中添加乳酸可提高仔猪日增重2%～72%，饲料转化率可降低0.49%～40%，矿物质（主要为钙、磷）消化率分别提高 4%～19%和 10%～19%[6-7，9，15，19-21]。与此相反，Partanen等报道，在断奶仔猪日粮中添加乳酸0.8%对仔猪总增重、饲料转化率和腹泻指数均有不良影响，与对照组相比差异不显著（P＞0.05）[22]。乳酸在猪生产中的作用效果见附表[6-7，9，15，19-23]。从附表可知，在已查阅的试验数据中，乳酸对仔猪生产性能的影响有正向作用。但对仔猪生产性能各指标的影响差异较大，主要是与试验动物日龄、体重、试验日粮组成、乳酸添加量等有很大关系，同时试验中无法反映出的饲养管理水平也会对试验结果造成较大影响。

附表 乳酸在猪生产中的作用效果

4 乳酸的生产

乳酸是作为食品、饲料、工业中应用最多的添加剂之一，从发酵方法到合成方法等生产技术发展迅速。工业生产乳酸方法主要是发酵法和合成法。乳酸最早是由法国科学家在1881年通过发酵方法制得的，因其工艺简单，原料充足，发展较早而成为比较成熟的乳酸生产方法，约占乳酸生产的70%。但乳酸发酵法用时较长，而且不能连续生产，常见的还是间歇或半连续化生产，且我国发酵乳酸质量达不到国际标准。化学法可实现乳酸的大规模连续化生产，且合成乳酸也已得到美国食品和药品管理局（FDA）的认可，但原料一般具有毒性，不符合绿色化学要求。除了以上两种常见方法，乳酸生产还有酶法生产，但其工艺复杂，大规模工业应用还有待于进一步研究。因而，现在饲料用酸化剂还主要依靠发酵法和化学合成两种方法。

4.1 发酵法

发酵法的原料一般是玉米、大米、甘薯等淀粉质原料（也有以苜蓿、纤维素等作原料）。能够产酸的乳酸菌很多，但产酸质量较低，主要是根霉菌和乳酸杆菌等菌系。不同菌系其发酵途径不同，实际由于存在微生物其他生理活动，不是单纯某一种发酵途径。这也是发酵法得到乳酸纯度不高的原因之一。

4.2 合成法

用于生产乳酸的常见合成法为乳腈法和丙烯腈法。其他的还包括丙酸法、丙烯法等，但因原料或生产过程中有毒物质产生，因而不常在乳酸生产中使用。

4.2.1 乳腈法

乳腈法是将乙醛和冷的氢氰酸连续送入反应器生成乳腈（或直接用乳腈作原料），将乳腈再打入水解釜，同时注入硫酸和水，水解乳腈得到粗乳酸。再将粗乳酸送入酯化釜，注入乙醇酯化，经精馏、浓缩、分解得精乳酸。

4.2.2 丙烯腈法

丙烯腈法是将丙烯腈和硫酸送入反应器中反应，再水解物注入酯化反应器中与甲醇反应，然后把硫酸氢铵分离出去，剩余物送入蒸馏塔，塔底获精酯后再送入第二蒸馏塔，加热分解，塔底得稀乳酸，经真空浓缩得乳酸产品。

5 应用展望

目前乳酸在饲料中的应用已经普及，但对于乳酸在动物体内的消化代谢机理、对有害菌的抑制机理，在饲料中的适宜添加量、与其他单酸之间的互作效应等都需要做深入研究，才能真正发挥其在饲料和动物体内的作用，进而为降低抗生素使用量，替代其促生长作用提供理论基础。

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