饲料酸化剂替代抗生素的作用机制及应用研究进展

徐 淼，刘明宇，黄 竹，姜 丹，解桂香，刘忠刚，王丽娟，唐日益，丁 毅，曹岩峰

（沈阳丰美生物技术有限公司，辽宁 沈阳 110179）

随着饲料产业的不断发展， 酸化剂在畜禽养殖业中的用途发生变化， 由最开始的预防仔猪腹泻、促进蛋白质消化，到养殖线的饮水消毒，再到饲料防霉剂，酸化剂都发挥了重要作用。 目前，畜牧业中“减抗”和“禁抗”已成为共识。 多个国家都已制定了减少畜牧业中抗生素使用的法规或政策［1］，包括禁止使用促生长类抗生素（antibiotics for growth promotion，AGP）。 根据农业农村部公告第194 号，自2020 年7 月1 日起，饲料企业要停止使用含有促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的商品饲料。 酸化剂作为功能性饲料添加剂在众多替抗产品中有较大的优势。 笔者综述了饲料酸化剂的分类、作用机理，以及在动物生产中应用的优势以及常见问题， 以期为丰富饲料替抗方案提供理论参考。

1 饲料酸化剂的分类

酸化剂可分为无机酸、有机酸、复合酸化剂以及小分子酸或短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）。 无机酸包括盐酸、硫酸和磷酸等，以磷酸为主。 有机酸包括柠檬酸、延胡索酸、乳酸、丙酸、苹果酸、富马酸、山梨酸、戊酮酸、苯甲酸、酒石酸等［2］。 复合酸化剂是将几种单酸按一定的比例配制而成，可以是酸加盐、无机酸加有机酸（以无机酸为主）、有机酸加无机酸（以有机酸为主）。 与高成本的有机酸相比，无机酸成本低、酸性强、解离速度快，使胃内pH 值迅速下降，抑制胃液和消化酶的正常分泌［3-4］。 大部分无机酸会破坏饲粮的电解平衡，不利于动物的健康生长。 相比无机酸，有机酸的适口性较好， 抑菌效果突出， 应用较为广泛。复合酸化剂可综合不同单酸的优点，各成分具有协同增效作用，既可以降低动物胃肠道的酸度，又能有效杀灭胃肠道内的有害微生物。因此，复合酸化剂具有良好的应用前景［5-6］。

2 饲料酸化剂的作用及机理

2.1 调节机体代谢

酸化剂调节机体代谢的作用机理可以分为两个方面。 一是能够有效降低胃内pH 值，促使胃蛋白酶发挥作用，加快蛋白质代谢，进而促进胰蛋白酶分泌，提高机体内消化酶的活性，达到提升蛋白质消化能力的目的［7-9］。 冷向军等［10］开展的体外试验表明，随着pH 值的下降，胃蛋白酶原激活率呈三次曲线上升（见表1）。 正常成年猪的胃内容物pH 值为2.0～3.5。 断奶仔猪的消化系统和免疫系统功能较弱， 由于日常摄取营养源的改变导致胃内容物pH 值过高（达3.5 以上），从而抑制胃蛋白酶的活化，导致消化不良甚至腹泻［11］。 研究表明，仔猪在断奶后过多采食的饲料会随着食糜进入消化道后段， 由于不能被发酵而导致酸败并吸收大量水分， 同时加速了致病性大肠杆菌等有害菌大量繁殖并产生肠毒素，从而导致仔猪腹泻［12-14］。 饲料中加入酸化剂可以调节胃内酸水平， 激活胃蛋白酶原，刺激消化酶的分泌，进而发挥促进消化功能的作用［15-16］。 二是为机体代谢提供能量。 SCFA可通过参与机体内的柠檬酸循环产生ATP， 富马酸、柠檬酸在能效上与葡萄糖可能等效［17］。有机酸如富马酸、柠檬酸、苹果酸等可以参与动物机体内三羧酸循环，为机体糖、蛋白质、脂肪的代谢提供能量［18-19］。

2.2 改善动物肠道微生态环境

断奶应激可能会造成仔猪尚未成熟的胃肠道微生物区系发生改变， 使胃肠道的pH 值达到5.5以上， 符合某些种类的有害微生物在胃肠道中生存的最适pH 值（见表2）［20］，从而导致消化道内各种有害菌大量繁殖。由此可知，有害菌在碱性环境下易存活。通过在饲料中添加酸化剂，可降低胃内pH 值，改善肠道菌群平衡，使有益菌增殖、有害菌失活［16，21］。 姚继明等［22］研究发现，在断奶仔猪日粮中加入复合酸化剂， 十二指肠和空肠的乳酸菌数量增加，大肠杆菌数量减少。 研究表明，乳酸菌在pH 值较低时仍可以生存，与大多数革兰阴性菌相比，其对有机酸的耐受性较强，同时可以代谢产生乳酸、H2O2等，进而促进有益菌的生长［20，23-24］。

2.3 抑制和杀灭动物肠道中的致病菌

不同种类酸的抑菌和杀菌作用机理不同 （见表3）［11，25-26］。 挥发性有机酸盐的抗菌效果受溶解性的影响，如钠盐溶于水，体外抑菌效果优于钙盐［25］。有机酸的抑菌作用具有广谱性，可抑制多种霉菌、细菌和酵母， 如甲酸和丙酸对沙门菌和芽孢杆菌有较强抑制作用， 富马酸和乳酸可杀灭大部分革兰阴性菌［22，25］。 有机酸的化学性质不同，抑菌和杀菌的效果有所差异。 由于病原菌细胞内的pH 值趋近中性，均高于有机酸的解离度（pKa）（见表4）［27-28］，有机酸的pKa 值越低，提供H+的能力越强，使细胞内pH 值下降，改变细胞内外渗透压，病原菌会过多地依赖ATP 酶将H+泵出细胞，导致病原菌耗能过多而衰竭死亡［26-29］。

表1 不同pH 值条件下胃蛋白酶原的激活率［10］ 单位：%

表2 常见微生物生长的pH 值范围［20］

表3 不同酸化剂对致病菌的抑制和杀灭作用机理［11,25-26］

表4 部分有机酸的化学性质［27-28］

3 酸化剂在替抗过程中发挥的作用

酸化剂在饲料中的主要作用是降低饲料pH值和酸结合力。饲料中加入酸化剂，使饲料成分的系酸力下降，进而使动物胃内酸水平降低，胃蛋白酶活性提高，同时影响肠道内容物的酸度，进而影响淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶等的分泌和活性，达到提高饲料消化率的效果［30］。 樊俊荣等［31］研究发现， 在断奶仔猪日粮中加入酸化剂可降低饲料酸度，提高酸效应，增加饲料在胃肠道的利用率。 刑启银等［32］研究表明，日粮的系酸力较低时，可控制饲料中霉菌的繁殖，防止饲料霉变，保持饲料新鲜度，减少仔猪腹泻发病率。

酸化剂在动物体内发挥的作用如图1［25，33-35］所示，主要包括以下几个方面。①可以降低动物胃内pH 值，进而激活一些重要的消化酶。 有机酸的物理和化学性质均会影响其发挥降低胃肠道内容物pH 值作用的效果。 苹果酸、柠檬酸、富马酸的pKa 值在3.0～3.5，属于中强酸，能够在胃内快速解离出H+，降低胃内酸水平，促进胃蛋白酶的分泌，改善消化功能，进而达到酸化效果［33］。不同解离度的酸产生的作用不同， 在实际应用中可选择解离度大的酸降低胃肠道pH 值，选择解离度小的酸杀菌［34-35］。 ②酸化剂可调节动物肠道微生态平衡，破坏细菌细胞膜，干扰细菌酶的合成，达到抑菌或杀菌效果， 从而预防病原微生物引起的动物肠道疾病。 如表5［36］和表6［11］所示，常见挥发性有机酸和非挥发性有机酸的抑菌效果不同， 酸化剂的种类和用量不同， 对动物胃肠道内病原菌的抑制和杀灭效果不同。李成良等［25］研究表明，酸化剂在饲料中的最大添加量为10～30 kg/t，过量使用可能会导致动物发生酸中毒。 崔细鹏等［37］研究发现，在饲料中添加不同比例的二甲酸钾有明显的抑菌效果，综合考虑，推荐添加量为0.1%。 ③减缓食物在胃中的排空速度， 促进营养物质在胃肠中的消化。Manzanilla 等［38］研究发现，在断奶仔猪日粮中添加0.5%甲酸，可降低胃内干物质的排空率。④改善适口性。 ⑤抗应激，改善生长性能。 ⑥提高日粮中微量元素的利用率。Baruah 等［39］研究表明，在褐唇型幼鱼日粮中添加3%柠檬酸，可显著提高骨骼中的磷含量。

表5 部分有机酸对饲料中真菌和细菌产生抑制作用的最低有效浓度［36］ 单位：g/kg

图1 饲料酸化剂的作用机理及作用［25，33-35］

表6 不同酸化剂产品对沙门菌和大肠杆菌的抑菌圈直径［11］ 单位：mm

4 对饲料酸化剂的认识误区

合理认识和使用饲料酸化剂可提高其有效利用率，使其替抗效果更显著。饲料行业对酸化剂认识上的误区主要包括以下两方面。 一是对酸化剂成品工艺认识的误区，认为酸化剂工艺单一，且作用无差异。实际上，在生产中酸化剂的成品工艺不同，其作用不同，可分为普通酸和包被酸。 未被包被的酸化剂对设备腐蚀性强， 进入胃后释放速度太快，会反射性地抑制胃酸的分泌，同时会破坏胃黏膜，引起胃溃疡［2］。 二是对酸化剂产生的酸结合力认识的误区，认为酸结合力越高越好。 在生产实践中发现， 酸结合力高会造成胃内pH 值升高，使胃内消化酶的活性降低，进而造成有害菌的增殖［32］。

5 饲料酸化剂常用类型和使用中存在的问题

动物养殖中使用的饲料酸化剂以复合酸化剂为主，克服了无机酸的功能单一、添加量大、对动物胃灼烧性强， 以及有机酸的分子量大和降低胃肠道pH 值效果一般等缺点［40］。饲料酸化剂的加工工艺以包被型颗粒状成品为主［41］。 赵旭等［42］研究表明， 使用微囊化磷酸可改善肉鸡肠道消化酶的活性并抑制有害菌的增殖。 Jia 等［43］研究发现，饲料中添加微囊化复合酸化剂与非微囊化酸化剂相比，显著降低了仔猪空肠和回肠中的pH 值。 但是随着饲料酸化剂在动物生产上的大规模应用，其作为替抗产品存在的缺点逐渐显现，如生产成本高，添加量大，成品易结块，对生产和储存的要求高［44］；与饲料中成分相互影响，被饲料中的碱性物质中和失去酸化作用，或破坏饲料中维生素和矿物质元素的吸收［45］；添加量较少时，作用无法到达小肠，过量使用严重时会造成酸中毒。

6 小结

饲料酸化剂参与动物机体内糖、蛋白质、脂肪的代谢，能够发挥调节机体代谢、改善肠道微生态环境、抑制和杀灭肠道致病微生物的作用，具有绿色、无污染、无残留、无毒副作用等优点，在替代抗生素的应用方面有较大优势。 包膜型复合有机酸将成为饲料酸化剂的主流产品， 其应用优势是添加剂量低，可达到抗生素的作用。但并非所有的酸化剂产品都能代替抗生素， 作用能到达肠道是复合有机酸替抗的前提条件。