丁酸钠在猪生产中的应用研究进展

吴智强，谭腾凌

（1.华农恒青科技股份有限公司，江西 南昌 330013；2.江西省进贤县畜牧局，江西 南昌 331700）

在集约化养猪生产中，随着猪的生长速度加快，饲养密度增加，猪群不可避免地会受到不同程度的影响，造成免疫力降低，腹泻等肠道健康问题。目前普遍采用的方法是在饲料中添加抗生素来控制，但是随着人们越来越关注抗生素的耐药性和药物残留，许多国家已经明令禁止在饲料中使用抗生素，我国在全面禁用抗生素方面的法律法规也已经提上了日程。因此，寻找合适的替代抗生素的添加剂成为了行业的热点，在替代抗生素的饲料添加剂中，丁酸被认为是肠道相关淋巴组织发育所必需的主要肠上皮细胞能量来源并且对不耐酸物种具有较高的杀菌效力，例如大肠杆菌和沙门氏菌。除此之外，丁酸还具有修复肠道，提高机体免疫力等很多方面的作用。丁酸由于不稳定不适合饲料加工，常以钠、钾、镁和钙盐形式用作饲料添加剂，其中丁酸钠是最常见的形式。

1 丁酸钠的特点

1.1 丁酸钠的结构特征

丁酸钠（Sodium butyrate），相对分子质量为110.09，自燃温度425.0 ℃，熔点250.0～253.0 ℃，容重0.96 g/mL（20.0℃）。在2006年被农业部列入《饲料添加剂品种目录》。丁酸钠一般呈白色至类白色，为可吸湿性粉末，似绒毛状，具有特殊的奶酪酸败样气味，易溶于水，水溶液pH呈碱性，对光和热稳定。丁酸钠在动物体内离解为丁酸根（C4H7O2-）和钠离子（Na+）。丁酸根具有水脂两亲性，偏重于亲脂，在pH 4～6时一般不易被分解，丁酸根最终代谢产物为酮体和CO2，为肠黏膜细胞提供约75%的能量。丁酸钠在常规贮存、密封状态下较稳定，其有效成分是短链挥发性脂肪酸丁酸。游离的丁酸具有特殊的气味，不同于醋酸或丙酸等其他短链挥发性脂肪酸：丁酸根离子和丁酸类似，都是以脂溶形式扩散吸收或通过短链脂肪酸和碳酸氢根离子（SCFA/HCO3-）进行离子交换吸收，在结肠段吸收量最高，同样可以直接被肠上皮细胞吸收，也可进入血液到外周组织或运送到肝脏进一步代谢利用。

1.2 丁酸钠的包被处理

为了让丁酸能够以更高的浓度到达胃肠道的远端部分，并克服丁酸钠流动性差、易吸潮、易结块、易和其他营养物质发生反应的缺点，对丁酸钠常常会进行包被处理，包被的主要材料一般为西棕榈蜡、棕榈油脂肪、聚乙二醇，包被后丁酸钠的纯度一般为30%左右。

包被的生产工艺首先是制作骨架材料，骨架材料是将羟丙基甲基纤维素、壳聚糖、二氧化硅3种物质混合后，在230℃的流床机上进行高温沸腾膨胀。再将丁酸钠溶于水后喷涂嵌入到骨架材料中，然后在120～140℃恒温箱干燥，干燥后在-5℃的低温环境中固化冷却，使丁酸钠固化成粒，再将西棕榈蜡、棕榈油脂肪、聚乙二醇溶于有机溶剂中，在流床包衣机里将包层材料喷涂在丁酸钠颗粒的表面，速度为0.1 L/min，进风温度在50～90℃，时间为3～4 h，最后形成的包被丁酸钠产品85%过20目分析筛。由于包层的主要成分是脂肪，脂肪在胃中不易分解。包被后的丁酸钠进入肠道后，肠黏膜上皮细胞脂肪酶将脂肪分解后，缓慢释放丁酸，最终有效地到达小肠后端，尤其是在结肠部位。陈国顺等（2011）[1]选用包膜、颗粒和粉末3种类型的丁酸钠，分别在3个不同饲料厂生产加工，在不同生产环节抽样并测定丁酸钠的含量。结果表明，丁酸钠的损失率随饲料水分的增加而提高，包膜丁酸钠在不同饲料水分条件下损失率均小于2%；高剂量的微量元素和吸潮性强的氯化胆碱等都对饲料营养成分造成一定的内耗和破坏，包膜之后效果会改善；丁酸钠在同等压力下，随制粒温度的升高损失率升高；丁酸钠在人工胃肠液中逐渐被分解，而包膜丁酸钠的包膜材料中的丁酸钠成分逐渐释放，释放时间较长，可以使更多的丁酸钠到达后肠发挥作用。

2 丁酸钠的生理功能

2.1 作为肠道细胞能量来源

丁酸作为短链脂肪酸的主要成分可为结肠上皮细胞提供超过70%的能量源，这些能量源大部分被小肠黏膜上皮细胞吸收，剩下的则转运到肝脏进一步代谢用于糖异生作用。丁酸在肝脏通过β-氧化生成丁酰辅酶A，并生成酮体用于合成ATP，无需进行复杂的三羧酸循环及肝胆吸收。与此同时，采用同位素示踪法，追踪丁酸的行径，发现丁酸被吸入后，一部分合成脂肪，另一部分合成乳脂，少部分丁酸随着汗液或者尿液排出体外。丁酸可促进上皮细胞成熟增殖，提高肠道屏障功能，可作为结肠盲肠的直接能量来源。断奶仔猪遇到冷热应激、转群、换料、疾病等都会导致肠道损伤，而修复受损的肠黏膜细胞需要提供40%～50%的能量，但如果仔猪为肠道受损组织提供修复肠道所需能量，能量的缺失会严重影响仔猪的生长性能。

2.2 改善猪胃肠道形态结构

丁酸钠能促进猪的生长和胃肠道发育，促进肠上皮细胞的分化与成熟，提高绒毛高度，维护肠上皮细胞结构的完整性，提高对营养物质的消化吸收能力。钟翔等（2009）[2]在猪饲粮中添加1 000 mg/kg和2 000 mg/kg的丁酸钠，发现十二指肠绒毛高度分别比对照组高15.5%和23.9%，空肠绒毛高度分别比对照组高 14.0%和 6.0%。徐光霞等（2009）[3]研究断奶仔猪小肠组织形态的结果表明，0.1%的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。王继凤等（2005）[4]研究发现，添加丁酸钠组的试验仔猪肠绒毛比单纯的抗生素组肠绒毛粗壮，而抗生素组空肠和回肠的肠绒毛顶端偶见脱落现象，说明丁酸钠可以改善小肠黏膜上皮细胞的形态结构。Kotunia等（2004）[5]和Mazzoni等（2008）[6]同样通过试验发现丁酸钠可以促进猪肠道发育，增加小肠黏膜绒毛高度、隐窝深度和黏膜厚度。

2.3 提高机体免疫力

肠道是动物机体最大的免疫器官，丁酸钠对提高机体免疫力的研究还不多。王继凤（2005）[7]发现丁酸钠的使用显著增加了断奶仔猪的空肠、回肠杯状细胞，上皮内淋巴细胞、肥大细胞数量。Leonel等（2012）[8]发现丁酸钠在肠上皮中产生黏蛋白糖蛋白并增加结肠黏膜的防御屏障。Griminger（1986）[9]发现丁酸钠增加了血清球蛋白浓度并降低白蛋白与球蛋白的比率。李丹丹等（2012）[10]研究表明饲粮中添加丁酸钠能促进免疫器官发育，提高血清免疫球蛋白含量，刺激机体肠道黏膜分泌IgA+细胞。唐明红等（2010）[11]在基础饲粮中添加 0.1%丁酸钠，40 kg 的生长肥育猪试验72 d以后发现，血清中IgM、IgG和IgA的含量水平显著高于对照组。陈国顺等（2012）[12]在基础饲粮中分别添加300 mg/kg和500 mg/kg的包膜丁酸钠饲喂断奶小香猪30 d发现，血液中的白蛋白/球蛋白、IgG和碱性磷酸酶都随饲粮中包膜丁酸钠添加量的增加呈现增高的趋势。另外，Fang等（2014）[13]也报道饲粮中添加丁酸钠可以增强仔猪的免疫功能和减少促炎细胞因子生成。

2.4 维持肠道微生物区系稳定

动物胃肠道在正常情况下有益菌是占优势地位的，可以抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌在肠道的附着和增殖。但是胃肠道又极易受饲粮及环境因素的影响，引起胃肠道菌群失调，导致胃肠消化疾病。丁酸钠可以维持胃肠道微生物区系处于稳定状态，促进乳酸杆菌等有益微生物的增殖，改变有害菌的适宜生存环境从而抑制并杀死大肠杆菌、沙门氏菌等有害微生物。丁酸作为一种有机酸，对致病菌的抑制是通过渗透（非离子化）进入亲脂性细菌细胞壁，在中性细胞溶质pH下解离并释放出一些离子和质子，导致影响嘌呤碱基的阴离子致死，使必需酶变性并导致细菌细胞死亡。李虹瑾等（2017）[14]在28日龄断奶仔猪基础饲粮中添加0.03%包膜丁酸钠，饲喂28 d后发现，腹泻率与腹泻指数分别降低30.71%和33.85%，各肠段细菌含量显示包膜丁酸钠可显著降低回肠中大肠杆菌的数量，增加盲肠和结肠中乳杆菌和双歧杆菌数量，表明基础饲粮中添加0.03%包膜丁酸钠可有效提高仔猪肠道有益菌的含量，维持肠道微生物区系稳定。Van等（2004）[15]发现丁酸钠可以下调调节入侵细菌的基因表达并降低细菌的毒力。Boyen 等（2008）[16]和 Sun 等（1998）[17]发现丁酸可以保护动物机体免受细菌（如大肠杆菌、肠球菌和沙门氏菌）感染。

3 丁酸钠在猪饲料中的应用

3.1 丁酸钠在断奶仔猪上的应用

仔猪断奶时容易出现早期断奶综合征，使仔猪采食下降、生长受阻和腹泻。丁酸钠可以调控断奶仔猪胃肠道消化酶活性，促进仔猪对营养物质的消化吸收，同时具有改善肠道菌群平衡的功能，从而缓解仔猪应激，减少仔猪腹泻。丁酸钠可以提高仔猪日增重，降低料重比和腹泻率，并显著改善断奶仔猪肠道黏膜形态结构等。Le等（2009）[18]研究表明，在保育猪饲料中补充丁酸钠可以提高保育猪的生长速度和饲料报酬。徐振飞等（2011）[19]在28日龄断奶的仔猪饲粮中添加1 000 mg/kg的粉剂丁酸钠和300 mg/kg的包膜丁酸钠，添加包膜丁酸钠后断奶仔猪15～28日龄的料重比降低 7.30%（P＜0.05），两个试验组腹泻指数分别降低 22.55%和 40.19%（P＜0.05），表明丁酸钠能够提高断奶仔猪的采食量及饲料转化率，改善生产性能，降低腹泻率；包膜丁酸钠效果优于粉剂丁酸钠。孟玲（2016）[20]在28日龄仔猪饲粮中添加包被丁酸钠 500 g/t、1 000 g/t、1 500 g/t，试验 28 d 后，与对照组相比，饲粮中添加1 000 g/t、1 500 g/t包被丁酸钠显著提高仔猪的日增重，显著降低料重比；在15～28 d阶段，显著提高平均日采食量。添加1 000 g/t、1 500 g/t包被丁酸钠显著提高断奶仔猪血清中总蛋白、血糖、IgA、IgG，显著降低血清尿素氮含量；显著增加粪便表观消化率中粗蛋白质、粗脂肪的含量，显著降低体内的大肠杆菌数量，显著提高乳酸杆菌的数量。因此添加包被丁酸钠的饲料能够促进断奶仔猪的生长，提高断奶仔猪的免疫力，减轻仔猪的腹泻与应激情况。

3.2 丁酸钠在生长肥育猪上的应用

丁酸钠的应用研究主要集中在仔猪上，在肥育猪上的研究还不多。已有的研究结果显示，丁酸钠也可以提高生长肥育猪对饲料的消化吸收率，改善其生长性能，提高饲料报酬。唐明红等（2010）[21]选用体重约40 kg的120头杜大长猪随机分为4组：对照组（基础饲粮）、丁酸钠组（基础饲粮+1 kg/t丁酸钠）、抗生素组（基础饲粮+硫酸黏杆菌素60 mg/kg）和复合组（基础饲粮+硫酸黏杆菌素30 mg/kg+丁酸钠1 kg/t）。试验72 d后，进行屠宰和组织学检查，研究丁酸钠对生长肥育猪胴体品质、血清生化指标和小肠形态的影响。试验结果表明：丁酸钠组、抗生素组和复合组的屠宰率和无脂瘦肉率比对照组有所改善，眼肌面积试验各组均比对照组大，第10肋背膘厚丁酸钠组最低，3个试验组中，屠宰率、无脂瘦肉率和眼肌面积复合组最好。丁酸钠组、复合组十二指肠绒毛长度和十二指肠肠腺长度与对照组比较差异显著。复合组、抗生素组和丁酸钠组的血清血糖、总蛋白、IgM、IgG和IgA含量水平显著高于对照组，而尿素氮的含量差异不显著，复合组血清中IgM、IgG和IgA的含量水平显著高于丁酸钠组和抗生素组。Walia等（2016）[22]研究发现肥育猪屠宰前24～28 d，饲粮中添加3 kg/t丁酸钠在无其他病原菌协同感染的条件下能有效降低盲肠内容物沙门氏菌菌落和血清沙门氏菌阳性率，但添加丁酸钠对肠道菌群和生产性能没有显著影响。

3.3 丁酸钠在母猪上的应用

因为丁酸钠是被用作抗生素的替代产品，因此，母猪饲粮中添加丁酸钠的效果报道不多。丁酸钠是猪的能量来源并且具有改善免疫系统和肠道完整性的功能，包括抗菌和抗炎症特性，母猪饲粮中添加丁酸钠可能会提高母猪繁殖性能和乳仔猪的生长性能。丁酸钠能通过母猪乳腺组织到达乳汁被仔猪利用，乳汁干物质中含丁酸衍生物3.8%左右，丁酸钠可通过乳汁到达仔猪体内促进仔猪胃肠道的发育和成熟，丁酸钠还可以提高母猪采食量维护肠道的健康，减少仔猪黄白痢等腹泻现象的发生。毛石明（2010）[23]选择15头二元母猪，饲喂添加丁酸钠400 g/t和600 g/t的试验饲粮，结果表明，仔猪初生窝重分别比对照组提高1.44%和1.90%，平均初重分别提高2%和2.6%；28 d断奶后，仔猪断奶重和平均日增重分别提高 4.71%、6.99%和 5.41%、8.63%，说明丁酸钠可改善母猪的繁殖和泌乳性能，提高仔猪断奶重。张小东等（2012）[24]研究发现饲粮中添加丁酸钠后母猪哺乳期采食量提高 4.56%（P＜0.05），显著降低母猪哺乳期的体失重，提高仔猪断奶日增重（P＜0.05）和断奶体重。此外，处理组弱仔率较对照组下降35.72%，可见丁酸钠可改善母猪生产性能，提高仔猪平均日增重。Lu等（2012）[25]报道，从妊娠后期到哺乳期补充0.3%丁酸钠的母猪，产后的仔猪在12周龄时的生长速度增加。但是也有不同的结果，Wang等（2014）[26]报道哺乳期饲粮中添加丁酸钠对产仔数、窝产仔数和哺乳期采食量没有影响。Jang等（2016）[27]选择43头妊娠母猪分别添加500 mg/kg和1 000 mg/kg的包被丁酸钠，结果显示各处理中母猪体重、产仔数、窝重、哺乳期采食量和乳成分无明显差异。然而，随着丁酸钠补充水平的增加，初乳IgG（P=0.06）和 IgA（P=0.09）浓度呈二次方式增加。

4 小结

丁酸钠作为一种酸化剂类的饲料添加剂，除了酸化剂的功能以外还具有为肠道细胞供能，提高机体免疫力，调节胃肠道微生态平衡，改善猪胃肠道形态，促进胃肠道发育等作用。近年来，包膜形式的丁酸钠以及丁酸钠和其他如植物精油、微生态制剂等联用的应用研究也在不断增多，但是在其机理方面的研究还不够深入。同时，高效低成本的丁酸钠生产加工技术及其在饲料中的稳定性和丁酸钠在猪不同生产阶段饲粮中的适宜添加量及其效果，还需要进行更多的研究。