不同丁酸钠制剂在肠道的释放和作用

2022-01-14姜飞徐州新奥生物科技有限公司

中国畜牧业 2021年22期

文│姜飞（徐州新奥生物科技有限公司）

黄怀萱（Manuka Biotech Sdn Bhd）

黄艺珠赖州文章亮（龙岩新奥生物科技有限公司）

不同的丁酸钠制剂在肠道中释放的时间不同，根据其释放时间和位置可产生不同的反应。较早释放的丁酸钠制剂可促进小肠绒毛的生长及营养物质的消化和吸收；较晚释放的丁酸钠制剂可能对抑制盲肠病原菌的繁殖更有效。不完全包被的丁酸钠从前肠至后肠均可释放出丁酸钠，对不同生长阶段的动物均是较好的选择。

一、丁酸钠在鸡日粮中的应用

相较于猪、奶牛、肉牛、绵羊、山羊等其他经济动物，鸡的肠道要短得多。食糜在鸡不同肠段的相对pH及停留时间如图1所示。丁酸类产品在家禽养殖业中已得到广泛使用，其表现出的积极效应也被验证。本文重点讨论包被和不包被丁酸钠产品释放部位对其效果的影响。

二、产品释放位点的重要性

丁酸钠、丁酸钙及三丁酸甘油酯的利用率取决于丁酸的pKa值及消化系统中各部位的pH值。pH值为4.82时，丁酸处于丁酸、丁酸根、氢离子的动态平衡。当pH值低于丁酸的pKa值时，绝大多数的丁酸分子处于未解离的分子状态。因此，理解丁酸pKa值的含义具有重要意义，这是由于丁酸和丁酸盐在肠道中的生理功能不同，有助于理解丁酸盐或丁酸甘油酯如何在机体中发挥其生物学作用。

pKa值指的是某种酸的分子有一半解离为对应的阴离子和氢离子时所处的pH值。

三、丁酸钠的吸收路径

丁酸钠的吸收路径如图2所示，分为四个阶段。第一阶段：摄入后，丁酸钠水解形成丁酸。第二阶段：由于嗉囊、腺胃、肌胃为酸性环境，丁酸以未解离的丁酸分子形式存在。丁酸可调控杯状细胞中MUC基因的表达，后者可改善胃黏液层的功能，对肌胃起到良好的保护作用。第三阶段：丁酸进入近端小肠后，部分水解为丁酸根和氢离子。丁酸分子以被动吸收的方式迅速被肠上皮细胞吸收，促进小肠绒毛的生长和肠上皮细胞的更新。第四阶段：由于小肠环境中较高的pH值，丁酸部分水解为丁酸根。丁酸根可以作为肠上皮细胞的能源物质被吸收，只是在吸收方式上有所不同。

◎图1 鸡的消化道示意图

◎图2 丁酸钠的吸收路径

表1 包被和未包被丁酸钠对小肠不同部位绒毛高度的影响

丁酸吸收的三种方式：弥散性扩散、与HCO3

-交换、主动转运（MCT1、SMCT1）。无论是何种吸收方式，肠上皮细胞更倾向于利用丁酸作为供能物质。

四、不同丁酸钠的作用

丁酸以分子形式存在时，才能表现出其抑菌效果。使用保护工艺或包被工艺的丁酸钠可使未解离的丁酸在后肠中释放，但由于小肠的pH高于丁酸的pKa，丁酸会迅速水解为丁酸根和氢离子。

1.完全包被产品。由于技术限制导致这类产品中丁酸钠的含量不高，因此需要在饲料中添加足够的量才能实现提高动物生产性能的目标。

2.未包被的产品。在前肠段表现出抑菌作用，降低进入远端肠道的细菌载量，从而降低远端肠道中细菌的危害。

五、丁酸钠与肠道的内在关系

1.生产性能。肠上皮细胞的能量源：提高绒毛高度和密度、提高总吸收表面积、提高料肉比。促进胰腺分泌：提高消化酶的分泌（淀粉酶、脂肪酶）、提高消化功能。调控杯状细胞MUC基因表达：改善黏液层的组成和功能，进而提高黏液层的保护效应。

2.肠道形态。促进肠绒毛的生长和分化，提高肠道完整性，防止上皮细胞的损伤，加强水钠的吸收。提高绒毛高度与隐窝深度比值：更长的绒毛，增加吸收细胞数量。浅隐窝，减缓分泌细胞的更新（新组织的需求较少）促进营养物质有效吸收。深隐窝，快速的组织更新（新组织的大量需求）向肠道中释放分泌物，导致动物腹泻，降低动物对疾病的抵抗力，降低生产性能。

未包被的丁酸钠水解成离子状态（小肠环境pH高于丁酸pKa），而不能通过被动扩散快速被吸收。丁酸钠改善肠道形态的功能主要体现在小肠的偏前端部分。因此，丁酸钠更易在21日龄的肉鸡看到差异，而42日龄的肉鸡较难看到差异，这是由于42日龄的肉鸡小肠已完全发育。

包被丁酸钠可使雏鸡小肠绒毛高度降低、隐窝深度增加，日增重降低和料肉比提高，并对整个生长周期的生产性能存在遗留效应，这是由于消化包被的脂肪包衣需要消耗脂肪酶，而幼龄阶段的雏鸡正是缺少脂肪酶的时期。

3.肠道微生态—细菌效应。丁酸能渗透入细菌的脂质膜，从而引起细菌的细胞毒性，抑制沙门氏菌、产气荚膜梭菌的繁殖，减少沙门氏菌对不同器官（嗉囊、盲肠、肝脏）的感染。同时，可下调某些细菌的基因表达和感染能力。此外，丁酸还可通过降低肠道环境pH，促进乳酸杆菌、双歧杆菌等嗜酸细菌和产乳酸细菌的繁殖，增强其与致病菌对空间和营养的竞争，乳酸杆菌将葡萄糖转化为乳酸，也可抑制沙门氏菌和大肠杆菌的生长。

◎图3 体外模拟丁壮素90溶出率与食糜停留时间相关性（红色字体表示在平衡状态下主要以该物质形态存在）

六、丁酸钠产品的选择

选择包被丁酸钠还是未包被取决于农场的个性化需求。在雏禽中使用时，建议使用未包被的丁酸钠，包被工艺会加重雏禽未发育成熟的消化系统的负担。此外，雏禽将受益于肠道形态和完整性改善，这对后期的生长有利。丁酸钠的早期释放，可保护腺胃和沙囊免受酸分泌的影响，并促进肠道上皮细胞的发育。对于生长育肥期的肉鸡、蛋鸡、种鸡，可以选择包被丁酸钠，对动物的生产性能不会有负面影响。对于生产者来说，更多人愿意在整个生长周期内只选用一种形式的丁酸钠。因此，生产者可以在整个生产周期使用丁壮素90（90%含量，部分包被丁酸钠），实现全肠道释放（从腺胃开始至小肠远端），确保丁酸在胃肠道发挥最大作用。

如图3所示，在嗉囊丁壮素90（不完全包被丁酸钠）部分开始水解形成丁酸根和钠离子（嗉囊的pH高于丁酸的pKa）。在腺胃和肌胃较低的pH环境中，丁酸保持未解离状态，从而在腺胃和肌胃中发挥抑菌作用，降低了动物体的病原载量。在十二指肠近端，丁酸以被动扩散的方式迅速被小肠上皮细胞吸收，起到提高绒毛长度和细胞更新的作用，改善小肠的完整性，这也有助于增强乳酸杆菌、双歧杆菌等嗜酸性有益菌与有害菌的竞争，产生更多的乳酸，抑制大肠杆菌和沙门氏菌的生成。随着丁酸的释放，肠道越往后越多的丁酸由于pH增加而更易水解为丁酸根和氢离子。

空肠和回肠中pH值高于4.82，丁酸根逐渐增多，通过HCO3-交换被动吸收或通过MCT1、SMCT1主动吸收，其体内的抑菌活性逐渐减弱。包被丁酸钠或不完全包被丁酸钠可在小肠中持续释放丁酸。尽管如此，丁酸与丁酸根的化学平衡仍有助于丁酸根的形成，这种情况下丁酸仍能发挥短时间的抑菌作用，丁酸根则被肠上皮细胞吸收后发挥供能的作用。

◎图4 丁壮素90与30%包被丁酸钠对本地土鸡料肉比和平均日增重的影响

以土鸡为试验动物，对比包被丁酸钠（30%含量，添加量900克/吨）与不完全包被丁酸钠（90%含量，添加量300克/吨）对肉鸡8～67日龄生长性能的影响，结果表明90%不完全包被丁酸钠效果更佳，并且添加量更少（如图4）。试验说明，相较于丁酸钠的定点释放，丁酸钠实现在全肠道中持续释放更为有利。众多的研究把重心都放在了后肠，而忽略了丁酸钠对于前端消化道的作用，本研究证明，丁酸钠在消化道前端释放十分重要，而且对家禽养殖更有利。