二甲酸钾的应用及其替代抗生素的研究进展

2020-12-29唐茂妍池树宏吴海坤

饲料博览 2020年1期

唐茂妍，池树宏，吴海坤，马鑫

（1.广州市江丰生物科技有限公司，广州 510945；2.天津牧丰饲料有限公司，天津 300380）

2001年7月，欧盟首次批准了FORMI®LHS[由BASF和Norsk Hydro联合开发，主要成分为二甲酸钾（KDF）]，为猪饲料抗生素促生长剂的替代品[Commission Reg.（EC）No.1334/2001]。自此，二甲酸钾引起了营养学界和养殖界的广泛关注与深入研究。

1 二甲酸钾的特性

商品二甲酸钾通常为白色或微黄色的结晶性粉末，无刺激性气味，易溶于水，极易吸湿。KDF由一分子甲酸和一分子甲酸钾通过氢键相连，水溶液呈酸性，在酸性条件下稳定，在中性或偏碱性条件下易分解成甲酸盐和甲酸[1]。与甲酸相比，KDF具有刺激性小，腐蚀性低，在饲料中易添加等优势。

2 二甲酸钾对畜禽养殖的影响

通常认为二甲酸钾的作用是甲酸盐和甲酸的协同效应。现有的关于二甲酸钾对畜禽生产的影响主要集中在生产性能、腹泻率、消化道微生物区系、食糜pH的研究上。

2.1 二甲酸钾在猪生产中的应用

自欧盟发布二甲酸钾作为抗生素促生长剂的替代品以来，研究者做了大量试验验证KDF对于断奶仔猪、生长猪和母猪生产性能、腹泻率、生化指标等的影响。结果多数试验认为，KDF对猪生长有正面效应，也有少数试验发现KDF对所选定的试验动物生长指标无显著影响。研究发现，KDF添加量、动物品种和日粮类型是造成这一差异的主要原因。

2.1.1 对猪生产性能的影响

以断奶仔猪为目标动物的试验中，多数试验结果表明适量的二甲酸钾可显著改善仔猪日增重和饲料效率，但对采食量的影响不大。杨禄良等在含复合抗生素的商品仔猪（35日龄断奶，杜×长×大三元杂交）日粮中添加不同梯度二甲酸钾（0.5%、1.0%和1.5%），随着日粮中二甲酸钾添加量增加，仔猪日增重提高，但1.0%和1.5%二甲酸钾组间日增重并无显著差异（P＞0.05）[2]。这与武书庚等的研究结果相似，二甲酸钾改善了仔猪日增重和料重比，尤其在饲养前期效果明显[3]。闻爱友等在21日龄断奶仔猪日粮中添加二甲酸钾（0、0.6%、1.2%、1.8%），仔猪平均日增重和饲料转化率逐步改善，并且添加量以1.2%为宜[4]。Paulicks等试验表明，不论日粮能量水平高低，添加二甲酸钾产品Formi LHS（1.8%）均可提高仔猪饲料转化效率，降低仔猪腹泻率[5]。李兆勇等选用体重相近（28±2日龄）三元杂交仔猪，考查不同梯度二甲酸钾对常规酸化剂和抗生素的替代效果，发现断奶仔猪日粮中添加二甲酸钾0.6%具有复合酸化剂的促生长效果；断奶仔猪日粮中添加二甲酸钾（＞1.0%）可以起到酸化剂和抗生素的双重作用[6]。黄建华等以21日龄断奶的杜×长×大三元杂交仔猪为试验动物，日粮中梯度添加二甲酸钾（0.7%、1.1%、1.5%），结果表明二甲酸钾1.1%和1.5%组仔猪日增重分别比对照组提高4.9%和5.4%，饲料转化效率分别提高2.8%、3.4%[7]。李梦娇等在28日龄断奶仔猪日粮中添加二甲酸钾10 g·kg-1，发现试验期末KDF组仔猪体重分别比基础日粮组和抗生素组（硫酸粘杆菌素16.6 mg·kg-1+吉他霉素45 mg·kg-1+喹乙醇83 mg·kg-1）仔猪提高了9.9%和8.0%（P＜0.05）[8]。

二甲酸钾在肥育猪上也取得正向效果。董殿元等以杜×长×大三元肥育猪（体重62.33±1.45 kg）比较了KDF和黄霉素的使用效果，发现KDF组和黄霉素组仔猪在试验期末体重、日增重和料重比均与对照组差异显著；KDF组和黄霉素组仔猪在这三个指标上则未见显著差异[9]。

二甲酸钾与其他添加剂的联合使用也有协同效应。翟振亚等试验结果表明，二甲酸钾与凝结芽孢杆菌联合使用（1%+200 g·t-1），仔猪的日增重和料重比显著优于抗生素组和二甲酸钾单独使用组；并且1%二甲酸钾组仔猪血清IgM含量显著高于抗生素组[10]。

2.1.2 对猪消化道微生物和腹泻率的影响

二甲酸钾可优化消化道菌群结构和数量，但不同试验所得最适添加量不同。KDF对于消化道菌群的影响研究为其替代抗生素提供了理论基础。在断奶仔猪日粮中添加二甲酸钾可同时降低消化道食糜和粪便中大肠杆菌、乳酸菌和酵母菌数量，表明二甲酸钾可抑制肠道微生物的生长和代谢，这与抗生素的作用机理类似[4,11-12]。武书庚等研究认为，二甲酸钾与抗生素无颉颃作用，在降低腹泻和死亡率以及抵抗疾病方面有一定协同效应[2]。含复合抗生素的仔猪（35日龄断奶，杜×长×大三元杂交）日粮中添加不同梯度二甲酸钾（0.5%、1.0%和1.5%），结果发现二甲酸钾1.0%和1.5%组仔猪腹泻率显著低于0.5%组[2]。黄建华等在21日龄断奶的杜×长×大仔猪日粮中添加二甲酸钾（0.7%、1.1%、1.5%），发现低添加组仔猪消化道乳酸杆菌显著提高，高添加组（1.5%）仔猪消化道大肠杆菌数显著降低，可见KDF与抗生素合理搭配能改善消化道菌群平衡[13]。也有研究认为KDF比抗生素更有利于仔猪建立健康的肠道菌群，在断奶后1周，抗生素组（硫酸粘杆菌素16.6 mg·kg-1+吉他霉素45 mg·kg-1+喹乙醇83 mg·kg-1）仔猪直肠内容物的乳酸杆菌显著低于对照组，而KDF组与对照组无差异；断奶后第1、2和5周抗生素组和KDF组仔猪直肠内容物中肠杆菌含量均显著低于基础日粮组[8]。

除了与抗生素的搭配使用和替代试验之外，KDF与饲料加工工艺结合也取得良好作用效果，二甲酸钾有降低肠道大肠杆菌的趋势，而饲料粗粉碎有增加肠道乳酸杆菌的趋势，粗粉碎饲料同时添加KDF可降低粪便中的沙门菌以及在猪群中的感染率[14]。

单层平板扩散实验以及液体培养法体外抑菌实验结果表明，不同KDF添加量均有明显抑菌效果，但从经济实用的角度考量，饲料中添加0.1%较为适宜[15]。

2.2 二甲酸钾在鸡生产中的应用

二甲酸钾对于禽类生产性能的影响效果不一。户陆女等比较二甲酸钾与苯甲酸、山梨酸在黄羽肉鸡生产中的使用效果，发现二甲酸钾对试验鸡生长性能无显著影响，而日粮中添加苯甲酸（6 g·kg-1）显著降低肉鸡日增重和日采食量，并显著降低肉鸡腹脂率，日粮中添加山梨酸（6 g·kg-1）显著提高肉鸡的饲料转化效率[16]。Mikkelsen等在Cobb肉公雏中的试验结果也表明，在未攻毒和攻毒的情况下，KDF对日增重和饲料转化率均无显著影响[17]。而Ragaa等在1日龄肉仔鸡日粮中添加二甲酸钾5 g·kg-1，肉鸡体增重增加，料重比降低[18]。

日粮中添加KDF可改善部分肌肉品质指标[18]。二甲酸钾可提高肉仔鸡屠宰率、胸肌率和腿肌率，有降低胸肌和腿肌pH的趋势，显著提高肌肉系水力（P＜0.05），但对肌肉乳酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶活性无显著影响（P＞0.05）[16]。

在日粮中添加二甲酸钾2.25和4.50 g·kg-1可显著降低坏死性肠炎引起的肉鸡死亡率；攻毒15 d时KDF并未表现出对空肠产气荚膜梭菌的抑制效果，攻毒35 d后，与负对照组相比，二甲酸钾4.50 g·kg-1组空肠产气荚膜梭菌和大肠杆菌的数量显著降低（P＜0.05）[17]。

2.3 二甲酸钾在水产动物中的应用

二甲酸钾可显著改善南美白对虾的体重和生产力指数（P＜0.05）[19]。鲶鱼饵料中添加二甲酸钾0.2%，连续饲喂32周，可显著提高鲶鱼的增重、饲料效率以及蛋白质效率，死亡率显著降低[20]。尼罗罗非鱼（初始重53.49±6.15 g）饵料中添加KDF（0.2%和0.3%）可提高其采食量、增重、特定生长率、饵料转化效率、蛋白质转化率及表观蛋白质消化率；并且0.3%二甲酸钾有改善肠道菌群的趋势，攻毒后添加KDF可有效降低罗非鱼的累积死亡率，这种对疾病的抵抗力呈现剂量效应[21]。梁超等试验表明，二甲酸钾对刺参有显著的促生长效果，以特定生长率（SGR）为指标，利用折线模型确定刺参饲料中二甲酸钾的最适添加量为0.806%；饵料中添加二甲酸钾1.0%或1.2%，显著提高了刺参体腔细胞的吞噬活性及活性氧产量[22]。当饲料中添加二甲酸钾0.4%～1.2%时，刺参肠道弧菌数显著低于对照组；并且攻毒时的累计发病率显著低于对照组和KDF0.2%组（P＜0.05）[22]。

3 二甲酸钾作用机理研究

夏双双等在28日龄断奶仔猪日粮中添加KDF 1%，显著降低仔猪胃黏膜中生长抑素（SS）和胆囊收缩素（CCK）的mRNA相对表达量，提高了质子泵（H+-K+-ATPase）mRNA表达量，而胃泌素mRNA水平没有变化[23]。研究表明，KDF能够通过调节胃黏膜中基因表达来影响仔猪胃酸分泌功能。周亚丽等研究结果表明，二甲酸钾显著下调了垂体中生长激素受体（GHR）的表达，显著上调下丘脑中胰岛素样生长因子-Ⅰ受体（IGF-ⅠR）、肝脏中胰岛素样生长因子（IGF-Ⅰ）、IGF-ⅠR、磷酸稀醇式丙酮酸羧激酶（PCKI）和果糖-1,6-二磷酸酶（FBPl）mRNA的表达，这可能与二甲酸钾调控仔猪生长机能有关[24]。字正浩从消化道微生物种类与含量变化以及菌群多样性分析，发现KDF可改变致病菌生存环境，减少消化道有害菌的过度增殖，但不影响乳酸杆菌生长[25]。此种不同于抗生素的抑菌机制有助于建立更健康的消化道微生物区系，从而促进动物生长及降低腹泻发生。