饲料酸化剂的应用与思考

孙相俞 ，周元军 ，万建美

（1.山东质德农牧有限责任公司，山东 聊城 252100；2.山东省聊城市茌平县振兴街道办事处畜牧站，252100；3.山东久久和牧农牧集团，山东 临沂 276000）

酸化剂是饲料工业产品中极为常见的饲料添加剂，特别是在幼龄动物饲粮中使用以达到抗腹泻和促进健康的目的。然而，在实际使用过程中，由于受酸化剂产品的成分构成、添加剂量、动物种类、动物生理阶段、饲养条件和配方组成等因素的影响，酸化剂的使用效果存在较大的差异。一方面，饲粮中酸化剂的添加量较低（通常约0.2%～0.5%），对饲料酸度的影响很小。同时动物肠道的pH 都有其固有的范围，当大量的酸化剂进入肠道后，可能会抑制或刺激肠道相关腺体的分泌，中和过量的酸，使肠道pH 回到正常的范围。另一方面，有机酸分子是小分子物质，在胃、小肠（十二指肠、空肠和回肠）很可能通过主动扩散和载体转运的方式被高效吸收。因此，目前所讲的酸化剂在动物肠道中的抑菌作用效果与机理值得商榷，同时饲料中酸化剂的使用方法也需要仔细评估。

1 酸化剂的作用机理

有机酸（如丙酸、甲酸和乳酸等）可以抑制细菌和霉菌的生长，作为饲料保存剂已经有几十年的历史。同时，也有许多研究发现，在动物饲粮中添加足够的有机酸还能促进动物生长和增进动物健康。作为饲料添加剂的有机酸主要有乳酸、丙酸、柠檬酸和甲酸等化合物，这些化合物本身也是细胞代谢的中间产物，因此是一类低毒的天然的饲料添加剂产品[1]。

甲酸、富马酸、柠檬酸、乳酸及这些酸的盐等有机酸化合物都有促生长和增进动物健康的作用。在饲料中添加酸化剂，除改善饲料卫生、减少病原摄入外，还有促进消化、稳定肠道菌群平衡的作用。就畜牧养殖而言，提高饲料利用效率，增进动物健康就是提高经济效益。仔猪断奶时会遭受严重的应激，在最初的几天里采食量通常会很低。随后，因饥饿仔猪会摄入过量的饲料。由于仔猪在断奶期间胃酸和消化酶分泌不足，使得过量摄入的饲料不能被很好地消化，饲粮发酵导致肠道菌群失衡，最终引起仔猪腹泻和水肿。

体外试验表明，因溶解性不同，不同有机酸对pH 的影响及其抗菌作用都存在明显的差异。酸对pH的影响能力用酸度系数（pKa）表示，pKa 越小，该酸解离出氢离子的能力越强，对环境pH的影响越大。作为饲料添加剂的有机酸的pKa 介于3 ～5 之间，是一类中等强度的酸（表1）。

在pH 为3 左右时，乳酸、富马酸和柠檬酸的解离能力要强于甲酸、乙酸和丙酸。不同酸的营养价值存在明显差异，丙酸的营养价值最高，而甲酸及其盐则最低。就使用的方便性而言，固体酸易于使用，而液体酸的腐蚀性更强。在猪料中使用甲酸和富马酸及其盐最为普遍。

Kirchgessner 和Roth[1]总结了酸化剂及其盐在动物营养中的三种作用机理（见表2），其观点被广泛接受和引用。

2 作用机理与疑问

2.1 在饲料中的作用

即使在卫生条件很好的环境中，饲料也会被真菌和细菌污染。一旦这些饲料被贮存在温湿环境下，这些微生物就会迅速增殖。有机酸作为饲料保存剂，可以降低细菌和霉菌的生长，在一定程度上降低动物摄入的病原微生物数量。另一方面，酸化剂降低了饲粮的系酸力，在一定程度上弥补了断奶仔猪胃酸分泌量不足的缺陷，有利于活化胃蛋白酶，促进胰蛋白酶的分泌，促进饲粮的消化[3,4]。

表1 部分有机酸及其盐的化学特性[2]

体外实验表明，即使在饲粮中添加1%的酸化剂产品（产品总酸含量约50%～70%），对料水混合物的pH 影响也很小（表4）。实际上，饲粮中酸化剂的添加量往往在0.2%～0.5%，因此酸化剂只能在一定程度上降低饲料的系酸力，弥补胃酸分泌的不足。然而，目前饲粮中添加酸化剂的类型和添加水平与动物胃酸分泌量的关系还不十分清楚。

表2 有机酸及其盐在动物营养中的作用机理

表3 不同酸化剂水溶液的pH

表 4 不同酸化剂饲料与水混合物（饲料：水=1：5（g/mL））的pH

2.2 在胃肠道中的作用

Metzler 和Mosenthin[5]综述了大量的研究后指出，有机酸确实可以改善断奶仔猪和育肥猪的生产性能，降低疾病风险。尽管有关酸化剂在胃肠道中不同部分作用机制的研究仍在进行，但是仍有不少问题还没有阐明。有机酸对动物生长性能和消化率的影响程度受有机酸类型和添加量的影响，同时也受饲粮和动物因素的影响。

一些研究报道了酸化剂对肠道中挥发性脂肪酸（VFA）含量的影响。Gabert 等[6]在仔猪饲粮中添加1%的甲酸后并未检测到肠道中VFA 含量的显著变化。在断奶仔猪饲粮中添加1.5%的富马酸或柠檬酸也没有显著影响胃肠道各段食糜中的VFA 含量[7]。尽管影响不显著，但是饲喂富马酸的断奶仔猪胃中琥珀酸含量增加，这说明微生物的活动被改变了。而Blank 等[8]则发现，在断奶仔猪饲粮中添加富马酸后降低了回肠食糜中乳酸、乙酸、丙酸、氨和亚精胺的含量，并且这种效应与富马酸的添加水平有关。当饲粮的系酸力增加后，这种效应消失。用添加1.8%二甲酸钾的饲粮饲喂仔猪29 d 后发现，胃和小肠中乳酸含量降低，而小肠远端、结肠和盲肠近端食糜中VFA（乙酸、丙酸和丁酸）的含量增加[9]。

从以上研究可以看出，酸化剂对肠道中微生物及其发酵产物的影响存在争议，并且酸化剂在肠道上段很有可能被吸收，这样才能解释为什么在一定添加水平下饲料中的酸化剂不会对肠道各段中VFA 的含量造成影响。如果以上假设成立，那么酸化剂影响肠道中微生物群落构成的机制就有待于进一步研究。在肠道上皮细胞表面，可以形成酸性微环境（pH 5.8 ～6.8），很适合短链脂肪酸（SCFA）的质子化[10]，形成短链脂肪，易化扩散被吸收。事实上，乙酸、丙酸和丁酸等SCFA 在人和鼠的空肠和回肠中可以通过离子交换或在肠黏膜表面质子化后被肠上皮细胞迅速吸收[11-13]。回肠中乙酸、丙酸和丁酸的表观半饱和常数分 别 为22.7mmol、26.8 mmol 和25.6 mmol。研究发现，在细菌过度繁殖的人十二指肠中，SCFA 的含量显著提高，结肠中SCFA 含量增加是引起人碳水化合物吸收腹泻的一个病因[12]。通常认为，碳酸氢钠、柠檬酸和乙酸能促进肠道吸收水和钠离子，因此这些物质被用作校正酸中毒的口服补液剂。然而Rolston 等[14]却发现碳酸氢钠和乙酸促进正常小鼠空肠水分和钠的吸收，而柠檬酸则是促进水和钠的净分泌；在正常情况下，3 种物质均促进回肠中水和钠的净吸收；而在急性腹泻状态下，碳酸氢钠对空肠水和钠的分泌没有影响，而乙酸和柠檬酸均促进水和钠的分泌；3 种物质对回肠中水和钠的分泌没有影响。这说明，肠道在正常情况和腹泻情况下的生理状况有所区别，应对有机酸的方式是不同的。因此，在急性腹泻情况下，为促进肠道水和钠的吸收，口服碳酸氢钠、乙酸或柠檬酸可能并无益处，甚至有害。那么在断奶仔猪或处于严重热应激母猪或家禽的饮水或饲料中添加这些有机酸是否也会出现类似的状况，还有待研究。

Liem 等[15]研究了不同酸及其复合物对大肠杆菌（E.coli）的最小抑菌浓度（MIC），结果见表5。从体外抑菌实验的结果不难看出，有机酸的抑菌作用主要来源于H+，有机酸盐或有机酸阴离子的抑菌作用较差，因此肠道pH 是影响细菌活力的重要因素。从口腔至胃，再到结肠和盲肠，消化道的pH 有显著的差异。胃分泌盐酸、蛋白酶和黏液，pH 可以低至1.5。然而，成年猪胃的pH 通常在2.5 ～4.5，生长猪和未断奶仔猪为4.5 ～7.0。另一方面，胃环境是一个强氧化的环境，因此胃中的微生物数量相对较少。盲肠和结肠则接近中性，pH 约6 ～8，是微生物活跃的场所。表 6 和表 7给出了常见微生物生长的pH 范围及部分致病菌的最适生长pH 范围。表 8 给出了猪和肉鸡消化道不同部位的pH，较高的pH 意味着有害菌增殖的风险越高。

一些微生物对酸的耐受力较强（亲酸性），而另一些则耐碱（亲碱性）。常见致病菌的最适生长pH与回肠、盲肠和结肠的pH 很相似。因此，酸化剂若要通过抑制有害菌来维护动物健康，那么就要求酸化剂中的有机酸能到达肠道中后段，并且能达到一定的浓度。现有酸化剂产品的总酸含量约50%，全部以甲酸计，且假设在肠道前段有机酸不被吸收，肠道内容水分含量约80%，那么在饲粮中添加0.5%的情况下，肠道中有机酸的浓度为0.05%。但是正如前文所述，有机酸分子在空肠和回肠应该是被高效吸收的，并且肠道分泌的胆汁和肠液有中和酸的作用。因此，饲料中添加有机酸几乎不太可能在肠道后段直接发挥抑菌作用。那么有机酸改变肠道微生物组成的原理就有待进一步研究。

表5 不同酸及其组合对E.coli 的最小抑菌浓度（MIC）

表6 病原菌生长的适宜肠道pH

表7常见微生物生长的pH 范围[16]

表8 猪消化道的典型pH 范围

一些致病菌似乎会利用VFA 作指示来判断最适的入侵条件。以鼠伤寒沙门氏菌为例，鼠伤寒沙门氏菌通过BarA/SirA 双组分调节子感受肠道SCFA 环境，然后表达TTSS-1（Type three secretion system 1，TTSS-1）。这个分泌系统编码沙门氏菌入侵正常肠上皮细胞所必需的机械蛋白、伴侣蛋白和效应分子蛋白[17，18]。乙酸和甲酸似乎是鼠伤寒沙门氏菌入侵的诱导和易化因子，而丁酸和丙酸则会下调沙门氏菌致病 岛1（Salmonella pathogenicity isl and 1，SPI-1），SPI-1 编码TTSS-1。因此，饲粮中酸化剂组成成分也是决定其使用效果和动物健康的一个因素。然而，有关这方面的研究在畜禽上还很少。

2.3 影响机体代谢

有机酸被吸收进入机体后，也为机体提供了相当一部分能量。有机酸以被动扩散的方式被肠道上皮细胞吸收。短链的有机酸分子通过柠檬酸循环产生ATP。例如，1 摩尔富马酸可以生成18 摩尔ATP。每摩尔富马酸的能量含量为1 340 kJ，因每生成1 摩尔ATP 需要约74.4 kJ的能量，这与由葡萄生成ATP 所消耗的能量相近。由此可见，在能效上，富马酸和葡萄糖可能是等效的，柠檬酸亦是如此。而由乙酸和丙酸生成等量的ATP 时，分别需要多消耗18%和15%能量[1]。鉴于有机酸在代谢过程中产生的ATP 是完全可用的，因此，当饲粮中的有机酸添加量较大时，就应当考虑有机酸的能量贡献。比如，丙酸的能量含量是小麦的6 倍[19]。

综上所述，酸化剂作为饲料添加剂对促进动物健康的有益作用是可以肯定的，但是实际使用效果仍存在一定的变异。酸化剂在动物肠道中的作用机制仍然存在争议。酸化剂在胃肠道前段被吸收的程度可能是影响酸化剂作用效果的关键因素。因此，仍有必要进一步对酸化剂在胃肠道中的作用机制进行研究，探讨合理评估和使用酸化剂的方法。