酸化剂的作用机制及在猪生产中的应用

◆作者：谢凯桓 范觉鑫 江书忠

◆单位：湖南九鼎科技（集团）有限公司

生猪养殖经济效益取决于猪只健康、生长速度和饲料利用效率等，仔猪健康是猪生产中关注的重点。随着2020年7月1日农业农村部发布的194号公告，饲料生产企业需停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的商品饲料，畜牧行业正式进入无抗饲料时代，研究新型抗生素替代方案成为行业的大风向。目前，抗菌肽、植物提取物、益生菌和酸化剂等被证明可有效促进猪的生长并且提高猪的免疫力（姚蒙蒙等，2019；谢凯桓等，2020）。酸化剂作为一种绿色环保的功能性饲料添加剂，极具研究价值和意义。长期以来，酸被作为酸化剂和防腐剂在饲料中使用。近年来，酸被添加在前期料中，用于稳定胃中的pH，提升仔猪消化能力（Kim-Y Y等，2005）。此外，还有一些有机酸可在肠道中充当能量来源参与三羧酸循环(TCA)，例如富马酸（R Blank等，1999）。酸化剂能够改善饲料的适口性，调节肠道酸碱性，抑制有害微生物的生长和繁殖，促进机体对营养物质的消化和吸收，改善肠道健康和增强机体免疫力，从而起到提高动物生长性能的作用。

1 酸化剂的分类

1.1 无机酸化剂

无机酸化剂一般指由一种或多种无机酸组成的一类酸化剂，pH较高，最常用的是盐酸（HCl）、磷酸（H3PO4）及硫酸（H2SO4），此类酸价格较低。盐酸和硫酸有强腐蚀性，可能损害设备甚至对动物健康产生威胁，使用相对较少。磷酸在作为酸化剂的同时还可以补充磷，但其在充当酸化剂时，还需要注意饲料配方中磷和钙磷比的水平（马嘉瑜等，2021）。

1.2 有机酸化剂

有机酸化剂一般指由一种或多种有机酸组成的一类酸化剂，最常用的包括富马酸、乳酸和柠檬酸，此类酸不但在自然界中广泛存在，还可以通过化学方式来合成。有机酸可以单独使用或以有机酸混合物的形式添加，每种酸都具有影响其使用效果的化学性质，并且剂量对效果的影响也是不恒定的。脂肪酸也是一类有机酸，其特征是具有4-28个碳的脂肪链，其中羧基是亲水的，而碳链是疏水的。由于拥有一定的抗菌能力（杀菌作用或抑菌作用），它们被作为猪饲料添加剂，它们的作用方式主要与脂肪酸自身结构形态相关（G Ferronato等，2020）。

2 酸化剂的作用方式

无机酸只在胃肠道中分解出H+产生效果，降低细菌胞内pH，从而破坏细菌的生长，而不是直接渗透到细菌细胞内；而有机酸的抗菌活性表现在可以穿透细菌细胞壁并破坏细菌的正常活动，包括沙门氏菌属、大肠杆菌属、梭状芽孢杆菌属和李斯特菌属等。因此，在使用有机酸的畜禽体内一些正常肠道细菌和致病菌的数量可能会减少，同时，有机酸被认为能够通过减少微生物与猪的营养竞争，降低亚临床感染的风险，减少肠道免疫反应和有害细菌代谢产物的产生来提高猪只整体生产性能。简而言之，有机酸可降低胃的pH（Bosi P等，1999），将非活性胃蛋白酶原转化为活性胃蛋白酶，抑制病原菌增殖，作为胃肠道的能量来源，有助于胃排空率，增强内源性酶分泌和螯合矿物质（Suiryanrayna等，2015；Ravindran等，1993）。

2.1 调节胃肠道环境的pH，改善内源性酶分泌

有机酸在家禽中的主要作用主要是抗菌，而在猪的应用中主要作用是降低胃的pH值。在猪生产中，蛋白质的消化是在胃蛋白酶的作用下开始的，胃蛋白酶作为酶前体分泌，胃蛋白酶原由胃黏膜分泌。胃蛋白酶原向胃蛋白酶的转化在pH 2.0时迅速开始，但在pH 5.0至6.0时逐渐减缓。胃蛋白酶在pH 2.0~3.5的酸性环境中发挥最佳作用，在高于此pH时活性迅速下降。

乳猪胃肠道发育不完善，胃酸分泌少，酸度的主要来源是细菌将母乳中的乳糖发酵成乳酸。胃中高水平的乳酸往往会抑制HCl的分泌，摄入固体饲料会降低胃中的乳酸水平并刺激HCl的产生，但在实际生产中该阶段仔猪采食量较低（Lawlor等，2005）断奶时，胃酸分泌较少，乳糖底物缺乏以及采食量低会导致pH升高，通常会超过5.0，并且可能会持续数天。饲料的高酸结合/缓冲能力会进一步提高胃的pH值。降低断奶仔猪日粮的酸结合能力有助于缓解断奶时从奶到固体食物的过渡。断奶后胃pH值升高会导致饲料消化率降低，在后肠中发酵并可能引起腹泻。胃液高pH值也会让病原体存活，甚至会使其在消化道中定殖（N Canibe等，2001）。因此，可有效降低pH的方法是在动物饲料中添加适量的酸化剂，这能够快速激活胃蛋白酶，促进在消化道中分解的蛋白质。

2.2 抑制病原菌

乳酸可降低胃部pH值并延缓产肠毒素大肠杆菌的繁殖，并且在改善猪生产性能方面比其他有机酸更有效（Thomlinson等，1981；Tsiloyiannis等，2001）。有机酸通常与其他植物提取物（如精油）结合使用，以利用协同作用来对抗病原菌。精油通常用作抗氧化剂，刺激免疫系统，一方面抑制有害微生物，另一方面刺激有益微生物，通过调节酶的活性，尤其是脂肪酶，保护肠道绒毛并干扰细菌的DNA复制细胞，因此具有抗菌作用。有机酸既具有抗菌作用又具有杀菌作用。由于未解离的有机酸是亲脂性的，可以穿过革兰氏阴性菌（如沙门氏菌）的细胞膜并破坏细菌的正常生理机能（Lambert等，1999）。一旦进入细胞，较高的细胞溶质pH会导致酸解离，释放氢离子，从而降低细胞内的pH值。微生物代谢依赖于酶活性，而酶活性在较低的pH下被抑制，无法正常进行必需的生理反应而产生损伤。革兰氏阳性菌（产气荚膜梭菌、肠球菌属、链球菌属）主要对MCFA敏感，而革兰氏阴性菌（大肠杆菌、空肠弯曲杆菌、沙门氏菌）对SCFA更敏感（Giovagnoni等，2019；Kovanda等，1973）。MCFA有着亲脂性，而革兰氏阴性菌细胞壁中脂多糖(LPS)的存在使得其对革兰氏阳性菌具有更强的抗菌活性（Sheu等，1973）。丙酸和丁酸是强霉菌抑制剂，而乙酸通常用作抗真菌剂，也可以减少黄曲霉毒素的产生（Wang等，2015；Pundir等，2010）。

2.3 作为能量源并参与物质代谢

有机酸在猪的肠道中充当能量来源，因为它们是三羧酸的中间产物，因此有助于防止由糖异生和脂肪分解引起的组织分解（Giesting等，1985）。Bosi等（1999）报道，有机酸的生长促进作用是由于它们的能值，或许可以像利用葡萄糖一样有效利用富马酸作为供能物质。Blank等（1999）报道，富马酸作为一种现成的供能物质，其可以使断奶后的胃肠上皮细胞损伤更快地得到修复，对小肠黏膜产生局部营养作用，并可以使小肠吸收表面和容量的增加。胡宁敏等（2020）也表示丁酸可以通过改变肠道屏障通透性，缓解炎症反应，修复肠道损伤，降低腹泻发生率。

短链脂肪酸（SCFA）是碳水化合物微生物发酵的最终产物，主要发生在后肠中。在猪后肠中，SCFA通常以大约60∶25∶15的乙酸∶丙酸∶丁酸摩尔比存在，它们被结肠上皮迅速吸收，在肠道和一般能量代谢中起关键作用。丁酸在黏膜内几乎完全被氧化，作为结肠细胞的首选能量来源，丙酸由肝脏收集并转化为葡萄糖，乙酸则被外周组织使用（Bergman等，1990）。

3 酸化剂的在猪生产中的应用

3.1 断奶仔猪

酸化剂在断奶仔猪中的应用较多，添加的种类、方式和剂量也各不相同。断奶后仔猪发生腹泻的频率很高，即使能够痊愈也会产生生长滞后等一系列问题，严重影响猪场经济效益。一些研究表明，有机酸可以减少肠道中大肠菌群的数量，减少仔猪的腹泻，还可以控制断奶后腹泻（Papatsiros等，2011）。Tsiloyiannis等（2001）研究表明，在断奶仔猪日粮中添加1.6%乳酸可以增加其平均日增重(ADG)和平均日采食量(ADFI)，降低饲料转化率（FCR）和断奶后腹泻比例；添加1.5%富马酸同样可以获得更高的ADG和饲料转化率。Chen等（2018）在日粮中添加250、500或1000 mg/kg绿 原 酸（CGA），添加1000 mg/kg CGA组断奶仔猪具有更高的平均日增重和饲料转化率，提高了粗蛋白、粗脂肪和灰分的表观全消化道消化率，并且降低了腹泻发生率；同时提高了十二指肠、空肠绒毛高度和十二指肠绒毛高度/隐窝深度比，提高了血清和十二指肠中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和过氧化氢酶(CAT)的活性，有效降低了回肠丙二醛含量，证明了其是通过提高抗氧化能力和增强肠道消化吸收功能来提高生产性能和降低腹泻率（谢凯桓等，2021）。Gerritsen等（2010）研究表明，在日粮中0.5%甲酸+有机酸复合物（含丙酸、乳酸、柠檬酸、山梨酸），可以提高断奶仔猪粗纤维、碳水化合物和非淀粉多糖(NSP)的消化率。由此看来，断奶仔猪中酸化剂的添加方案较为丰富，不但可以单一使用还能复合添加，作用效果也各不相同，最佳的使用方案仍需大量研究探索。

3.2 生长育肥猪

酸化剂在生长育肥猪阶段的主要作用是提高机体营养物质的消化率，减轻环境中氮的排放。Chen等（2017）研究表明在日粮中添加1%α-酮戊二酸(AKG)，可以促进生长猪肠道中有益菌繁殖增加丁酸盐和戊酸盐浓度，降低了氨水平。Lynch等（2017）研究表明，日粮中添加0.4%甲酸-柠檬酸混合物，能够增加生长猪ADG，降低粪便中沙门氏菌的浓度。Upadhaya等（2014）研究表明，在日粮中添加1.0%或2.0%包膜有机酸(OA)混合物（含17%富马酸）可以改善育肥猪ADG、干物质(DM)、氮（N）和能量消化率、最长肌面积、肉色和硬度，提高了粪便中乳酸菌数量，减少大肠杆菌数量、氨和乙酸。Lei等（2018）研究表明，日粮中添加0.1%OA MCFA混合物（17%富马酸+13%柠檬酸+10%苹果酸+12%MCFA（C8∶0/C10∶0），可提高育肥猪ADG、ADFI和DM的消化率。

3.3 母猪

针对哺乳母猪的有效营养措施在一定程度上也会对仔猪的生长性能造成影响。Tanaka等（2010）研究表明，在母猪日粮中添加2.8%乳酸可以减少粪便、肝脏、扁桃体、肠系膜淋巴结和空肠/盲肠中的鼠伤寒沙门氏菌含量和细菌计数。Valentino等（2004）研究表明，日粮中添加0.5%共轭亚油酸，可以增加母猪初乳中二十碳烯酸、二十碳三烯酸和IgG含量，血清中IgG和溶菌酶浓度，以及哺乳仔猪的IgG滴度。在使用以富马酸(24.33%)、乳酸(4.49%)、苹果酸(4.87%)、苯甲酸(4.87%)、甲酸(6.92%)和丙酸(3.09%）为主的复合酸制剂加入母猪日粮中，可以提高仔猪断奶重以及哺乳母猪饲粮蛋白消化率和改善肠道菌群结构（张婧婧等，2017）。因此，即使酸化剂仅添加在母猪日粮中，改善母猪的生产性能，也同样可以通过母子传递的方式作用于新生仔猪，调节其肠道菌群结构并改善仔猪生长性能。

4 酸化剂的组合效应及应用技术

4.1 酸化剂的组合

目前应用最多且效果最佳的方式是通过将有机酸、无机酸及盐类配合使用的复合酸化剂，这种方式可以发挥各类成分的协同作用，使复合酸化剂相对稳定，调整了酸化剂的酸度阈值和抑菌区系，避免了酸化剂单一造成动物胃肠道酸度不稳定等情况。在仔猪饲粮中添加有效成分为25%乳酸钙、19%甲酸钙、15%柠檬酸、15%苹果酸、10%苯甲酸和6%二氧化硅的复合酸化剂可以有效降低仔猪腹泻率，同时提高了仔猪的采食量和日增重（苏永腾等，2017）。使用有效成分为22%富马酸、50%苯甲酸、14.5%甲酸钙和4.5%羟基蛋氨酸钙的复合酸化剂也可以达到类似效果，并且还能降低肠道中有害菌总数。王丽娟等（2019）研究表明添加0.7%有机酸型酸化剂（甲酸、乳酸、柠檬酸和富马酸）能够有效改善断奶仔猪的生长性能，可以替代抗生素达到金霉素和喹烯酮组合使用的效果。可见，在饲料中使用的复合酸化剂组合方式有所区别，但其效果都是殊途同归的，每种组合方式都有各自的特色和优势。例如苯甲酸能够促进肠道消化酶的产生，并通过降低肠道pH值激活消化酶；其分子亲脂性强，与细菌细胞接触能够干扰细胞膜结构或穿过细胞膜进入细胞内抑制细菌生长，且抑菌范围广，能够显著抑制大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等致病菌的生长（张伟等，2021）；而甲酸钙含有31%的钙，除了有酸化剂的作用外还可以充当钙源，因此当它们被组合使用发挥各自作用的同时还有一定的协同作用，这是使用单一酸化剂所不具有的优势。

4.2 胶囊化技术

有机酸的脂质微囊化可以掩盖酸化剂原有的难闻气味来增加适口性，另一方面，能够将有效成分延时释放到动物体的特定作用部位，防止有机酸在入胃后迅速消失。由于肠道脂肪酶的作用，脂质微胶囊有机酸能够使其沿猪的小肠和大肠缓慢定向传递，有效地沿着肠道发挥其抗菌作用，减少远端空肠和盲肠的大肠菌群数量，而游离的有机酸没有类似效果（A Piva等，2007）。此外，比较断奶仔猪中非胶囊有机酸和胶囊化有机酸，脂质微胶囊可以将日粮中有机酸的有效剂量减少10倍，仍然保持相同的生长性能。

5 小结

已被广泛用作猪饲料添加剂。迄今为止，所研究各种酸化剂对胃功能的刺激、酶的产生和pH值调节、肠黏膜完整性以及营养吸收能力均显示出明显的效果；利用酸的高抗菌性和一定的抗炎能力可以影响微生物群组成结构，降低肠道疾病发病率，提高生长性能和饲料利用率；同时，部分酸化剂还可以作为代谢途径和改善肉质的供能物质。因此，酸化剂的作用方式往往不是单一的，而是可以通过多种方式协同产生，因此，市面上的复合酸化剂展示了更好效果，应用也更加广泛，尤其在断奶阶段的添加有着良好的提升效果；在生长育肥阶段和母猪阶段，由于机体生长发育相对完善，酸化剂所产生的影响有限，使用性价比相对较低。此外，对于酸化剂的搭配方式和比例方面还存在一定的研究空缺，需进一步确定日粮酸度与酸化剂添加量的比例关系和酸化剂在不同生理阶段日粮中的添加标准，降低使用成本，提高经济效益。但毋庸置疑，酸化剂是迄今为止在替代抗生素方面的重要突破之一。