苯甲酸的生物学功能及其在畜禽生产中的应用研究进展

■易 鑫 陈 勇 舒 刚*

(1.四川农业大学动物医学院，四川成都 611130；2.贵州凤和祥农业发展有限公司，贵州柳州 557400)

苯甲酸作为一种单羧酸，有广谱的抗菌效果且抗菌力强，在化妆品、药品、食品和饲料行业被广泛应用为有机酸化剂和防腐剂（Rychen等，2018），2018 年欧盟委员会正式允许将苯甲酸作为饲料添加剂，其作为断奶仔猪饲料添加剂的最大用量为5 000 mg/kg，育肥猪的最大用量为10 000 mg/kg；2020 年欧盟委员会发布条例批准苯甲酸作为育肥猪的饲料添加剂，全价饲料中最低含量为3 000 mg/kg，最大含量为10 000 mg/kg；2021 欧盟委员会发布法规，根据欧洲议会和理事会法规批准苯甲酸作为育肥火鸡和饲养繁殖火鸡的饲料添加剂；我国《饲料添加剂品种目录（2013）》将其作为酸度调节剂和防腐剂，允许使用在畜禽饲粮中，但无添加限量规定，而在食品中允许添加量为0.2～1.0 g/kg，过量则会对机体造成伤害（Diao等，2013）。许多研究证明，苯甲酸具有一定的生物学功能，将适量苯甲酸添加到动物饲料中对机体抗氧化功能、肠道菌群、生长代谢等生理反应有调节作用，对动物繁殖与生长具有重要意义，而过量的苯甲酸则会对机体器官造成氧化应激及其损害（Ahmad 等，1994）。然而，目前已有的文献仍主要集中于以苯甲酸为原料的衍生物上，鲜见有关苯甲酸生物学功能及其在畜禽生产中的应用研究。为此，文章整理了苯甲酸相关的最新文献报道，系统地综述了苯甲酸的来源、结构、性质、吸收代谢、生物学功能及其在畜禽生产中的应用，并初步探讨了苯甲酸在畜牧养殖中的应用前景，以期为苯甲酸饲料添加剂的开发及其在畜禽生产中的合理应用提供科学参考依据。

1 苯甲酸的特性

1.1 苯甲酸的来源、结构和性质

苯甲酸又名安息香酸、苯羧酸、苯酸、苯蚁酸，以游离酸、酯或其衍生物的形式广泛分布于蔬菜、浆果、香辛料、乳制品、动物体中（Del 等，2017；Organization等，2000；Sieber等，1990；Yun等，2019）。天然形成的苯甲酸可以通过植物和微生物获得，植物既可以通过莽草酸/异分支酸代谢途径直接转化而成，也可以通过苯丙氨酸的次级代谢形成，还可以由肉桂酸通过β氧化和非氧化途径得到；微生物可以将马尿酸水解为苯甲酸，还可以由苯丙氨酸降解形成，还可以通过产生苯甲醛，再由苯甲醛自动氧化而成（Wildermuth等，2006；Widhalm 等，2015；Sieber 等，1995）。目前，苯甲酸合成的传统方法主要以石油甲苯为原料，合成方法有氧化剂氧化法、邻苯二甲酸酐加热脱羧法、甲苯直接液相氧化法、三氯甲苯水解法及催化氧化法等（Sun等，2015；Karuehanon 等，2012；Ye 等，2013）。苯甲酸是一种单羧酸，属于有机酸，是一种带有一个羧基（COOH）的苯环核心的化合物，其羧基与苯环碳原子直接相连，该分子属于简单的芳香族羧酸，外观为白色晶体或结晶粉末，具有轻微苯甲醛气味，易溶于乙醚乙醇，微溶于水，微溶于丙酮等有机溶剂（Sim 等，1955；Mao等，2019）。苯甲酸化学结构式为C7H6O2，相对分子质量为122.12 u，相对密度1.265 9 g/cm3，沸点249 ℃，熔点122.13 ℃，在100 ℃开始升华，其酸性较弱，pH 在8 左右，比中、长链脂肪酸酸性强，电离常数为4.20，其羧基上的H+易被金属离子取代，形成苯甲酸盐（见图1）（Yang 等，2018；牟悦，2012；高增兵等，2014；Ikumi等，2010）。

图1 苯甲酸的化学结构

1.2 苯甲酸的吸收与代谢

苯甲酸在酸性条件下由肠道上皮细胞的单羧酸转运蛋白-1(monocarboxyli cacid transporter 1，MCT1)介导，利用质子梯度作为其驱动力（Ikumi 等，2010），经过肠腔进入血液再进入细胞（Cong 等，2001；Cong等，2002；Kido等，2000）。MCT1在胃肠道上皮细胞的基底外侧及顶膜有高水平的表达，用以主动吸收肠道菌群产生的发酵代谢物和外源性酸（如丙酮酸、乳酸、苯甲酸等单羧酸）（Widhalm 等，2015；Poole 等，1993；Kirat 等，2010）。MCT1 为离子共转运载体，可介导单羧酸双向运动，但MCT1 转运苯甲酸并不是特异性的，MCT1可转运多种单羧酸，因此其他单羧酸会影响苯甲酸的吸收及转运（Estudante等，2013）。

苯甲酸通过动物肠道被吸收后进入血液，然后转运到肝脏进行代谢（黄桂君等，2011）。在动物体内，苯甲酸和甘氨酸在酶的催化下形成马尿酸，然后通过尿液排出体外（Organization 等，2000；Kristensen 等，2009）；苯甲酸也可以与葡萄糖醛酸结合生成苯甲酰葡糖醛酸，然后以苯甲酰葡糖醛酸的形式通过肾脏排出体外；有些动物还可以通过排泄游离苯甲酸来代谢苯甲酸，而排泄的苯甲酸可能来自于苯甲酰葡糖醛酸的分解产物，还有少数动物可以将苯甲酸转化为鸟尿酸并排出体外（Bridges等，1970；Mao等，2019）。苯甲酸也可以通过肠道微生物代谢分解（Yadav等，2021）。

2 苯甲酸的生物学功能

2.1 调节肠道pH，促进营养物质吸收

胃肠道内存在多种消化酶，其中分解蛋白质的消化酶需要在酸性环境下才能被激活。苯甲酸作为一种解离常数很高的弱酸，可降低胃肠道pH，有助于激活胃肠道中消化酶，发挥消化酶功能，例如胃蛋白酶原激活为胃蛋白酶（Diao等，2015）。苯甲酸还可以提高消化酶活性，促进营养物质的消化吸收（Chen 等，2015）。同时苯甲酸可通过提高绒毛高度、降低隐窝深度，增加肠道绒毛高度和隐窝深度比值。因为pH会影响细胞的生长，细胞分裂随着酸度的增加而提高，隐窝深度越低，成熟上皮细胞越多，分泌功能越强，绒毛高度越高，绒毛高度与隐窝深度比值越高，黏膜结构越好，总管腔绒毛的吸收面积越大，因而可提高营养物质吸收率（Diao等，2014）。苯甲酸还有利于乳酸杆菌等有益菌的生长和繁殖，通过有益菌分泌乳酸等酸性代谢物间接调节胃肠道pH，且其还具有抑制病原微生物增殖的作用，减少病原微生物对营养物质的竞争性吸收，增加肠道对营养物质的吸收（Pearlin等，2020）。

2.2 均衡肠道微生物，改善肠道环境

中性偏碱的环境有利于病原微生物的生长，而酸性环境更利于益生菌的生长（Salmond 等，1984；周晓容等，2019）。苯甲酸作为一种有机酸能改变胃肠道的酸度，达到抑制病原微生物增殖的效果，从而减少病原微生物消耗机体营养物质并产生毒素（Stein 等，2006），同时益生菌在酸性环境下大量定植和繁殖后，产生的代谢产物（如乳酸）具有降低胃肠道pH和抑制有害菌增殖的作用，同时益生菌的大量存在会与大肠杆菌等有害菌竞争营养物质，而进一步抑制有害菌的生长繁殖，起到平衡胃肠道微生物、均衡微生物区系、改善肠道内环境的作用（Caillard 等，2017；Lee 等，2010）。苯甲酸抑制病原微生物增殖的机理主要是：①具有较强的亲脂性，可与细菌膜上的磷脂结合，破坏膜完整性，影响细菌对营养物质的吸收；②苯甲酸渗透入细菌细胞内，在细胞内解离，使细胞内部酸化，打破胞内酸碱平衡，扰乱底物运输和氧化磷酸化，并使阴离子积累，使细胞内必需酶的活性降低甚至变性，影响细胞新陈代谢，从而遏制细菌的生长繁殖（Krebs 等，1983；Warnecke 等，2005）。在酸性条件下可提高苯甲酸的抑菌效果，在pH低于4.5的范围内使用效果最佳，因为pH越低，未解离形式的酸所占比例越大，而抑制细菌生长的形式主要是未解离形式，因此抑菌效果就越强，其中抑制革兰氏阳性菌的效果优于革兰氏阴性菌，原因之一是细胞外层的结构和化学成分不同（Sieber 等，1990；Beales 等，2010；Lu 等，2011；Russell等，2010；Nikaido等，1985）。

2.3 调节机体抗氧化，促进机体健康

机体内有酶系统和非酶系统两种方式来抵御自由基对机体的侵害，酶系统是指机体通过抗氧化酶来清除体内自由基，非酶系统是指机体通过摄取的外源化合物来中和自由基（Bas等，2014）。苯甲酸一方面可以通过提高机体抗氧化酶活性来清除自由基，另一方面可以通过其含有的羧基与自由基结合，从而达到清除自由基的目的（Yan 等，2016；Gui-Qing 等，2004）。黄灵杰等（2021）发现在21 日龄肉鸡饲粮中添加苯甲酸可显著提高血清谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，显著降低血清丙二醛（MDA）含量；且在42 日龄时，苯甲酸可提高球虫攻毒的肉鸡血清GSH-Px 活性及降低MDA 含量。孙文豪（2020）研究发现，苯甲酸更易在超氧化物歧化酶（SOD）表面碰撞和结合，从而导致SOD 构象改变，增大其活性位点附近入口，提高与底物的接触面积，从而达到提高SOD酶活性的目的。而对于苯甲酸抗氧化机制的深入研究目前较少。

3 苯甲酸在畜禽生产中的应用现状

目前，苯甲酸主要应用在家禽、猪、反刍动物等畜禽上。相关研究表明，畜禽饲料中添加苯甲酸可促进营养物质的吸收、提高生长性能、均衡肠道菌群、改善肠道形态、增强机体抗氧化、提高肠道及机体健康水平，可作为替抗产品用于畜禽生产，但是过量添加苯甲酸会对机体造成损害。

3.1 苯甲酸在家禽养殖中的应用

苯甲酸对家禽影响的研究主要集中于肉鸡，对蛋鸡的研究较少，且主要研究了苯甲酸对家禽生长性能、免疫功能、肠道健康及肠道菌群的影响。Gong等（2020）研究发现，在蛋鸡饲粮中添加苯甲酸对生产性能没有显著影响，但能显著提高鸡蛋品质，其中1 000 mg/kg苯甲酸通过改善肠道形态和丰富微生物组成，对肠道健康有积极的调节作用，但没有必要使用高剂量的苯甲酸，因为对蛋鸡的胃肠道健康有负面影响。Yan 等（2018）在研究发现，在艾美耳球虫的攻击下，肉鸡的生长性能显著降低，而在饲粮中添加500 g/t的苯甲酸则可保护肉鸡免受球虫攻击，还可显著提高其生长性能。Aod等（2020）研究发现，苯甲酸对肉鸡第28天胫骨灰分，胫骨钙、磷含量没有显著影响，可使趾骨灰分含量显著增加，可显著提高肉鸡饲料转化率，但对回肠营养物质消化率无显著影响。Yousaf 等（2017）研究发现，在肉鸡饲粮中添加包被后的苯甲酸对其生长性能和pH 无显著影响，在近端肠内苯甲酸浓度迅速下降，而空肠、回肠和盲肠中苯甲酸含量较高，同时苯甲酸可以显著提高嗉囊总乳酸和空肠D-乳酸含量，显著减少盲肠总脂肪酸和支链脂肪酸含量，而且苯甲酸对肠道菌群有一定的影响，该研究发现苯甲酸在肠道的主要有益作用方式是增强乳酸菌的活性，从而使乳酸菌成为对抗病原体的先锋。Hassan 等（2016）研究发现，饲喂苯甲酸对肉鸡的体重、增重、平均日采食量、料重比、胴体性状无显著影响，但苯甲酸可使法氏囊重显著增加，肉鸡血清总蛋白和球蛋白显著升高，由此可见苯甲酸可通过提高法氏囊重量和血液球蛋白水平，改善肉鸡的免疫应答，但对肉鸡生长性能无显著影响。Tzora 等（2017）在饲粮中添加苯甲酸，发现苯甲酸改善了肉鸡部分生长性能和回肠肠壁的形态，并且苯甲酸和凹凸棒土以及牛至精油联合使用可显著增加了空肠内肠杆菌的数量，以及十二指肠和空肠内的细胞增殖。以上研究均表明，适量的苯甲酸对家禽肠道健康有积极作用，可改善肠道菌群、提高机体免疫力，从而使家禽生长性能得到提高。

3.2 苯甲酸在猪养殖中的应用

苯甲酸在猪养殖业中的研究主要集中于肠道消化酶、肠道健康、肠道菌群、生长性能等方面。Diao等（2017）研究发现，在仔猪饲粮中添加5 000 mg/kg苯甲酸显著提高了仔猪平均日增重，空肠胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性以及绒毛高度/隐窝深度值，证明苯甲酸可通过促进营养物质消化、提高空肠抗氧化能力、维持空肠形态等途径改善仔猪生长性能。Hui等（2016）发现在仔猪饲粮中添加5 000 mg/kg苯甲酸可显著提高其平均日采食量、平均日增重、全消化道表观消化率、相关肠道酶活性、降低消化液pH，促进机体对营养物质的吸收，同时苯甲酸还可以显著提高仔猪空肠抗氧化功能，通过上调空肠中胰高血糖素样肽-2（GLP-2）的浓度来改善空肠形态，从而维护肠道健康；饲粮中添加5 000 mg/kg苯甲酸，至少部分是通过改善仔猪的营养物质消化和空肠形态来提高仔猪的生长性能；此外，补充苯甲酸可能通过显著提高仔猪肠道GLP-2 的产量和抗氧化能力来改善肠道功能。Silva等（2021）研究发现，在仔猪饲粮中将苯甲酸和益生菌混合使用可显著提高饲粮转化率和体重，显著降低腹泻率，而对盲肠菌群的影响较小。Wang 等（2021）研究发现，苯甲酸和博落回提取物联合应用，可显著提高仔猪体重，显著降低饲料转化率和腹泻率，显著提高血清超氧化物歧化酶（SOD）活性，显著降低了丙二醛（MDA）含量，显著升高血清白细胞介素-10（IL-10）、免疫球蛋白A（IgA）和免疫球蛋白M（IgM）含量，显著增加回肠和盲肠乙酸、丙酸、丁酸和总短链脂肪酸浓度，显著增加乳酸菌的数量，显著降低大肠杆菌-志贺氏菌的数量，维护机体健康，但显著降低十二指肠绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度值、回肠绒毛高度和空肠隐窝深度，减弱肠道吸收功能。Correa 等（2021）研究发现，在仔猪饲粮中添加苯甲酸可以显著提高平均日增重，显著降低饲料转化率，可使粪便微生物群具有更高的Alpha 多样性，促进已知有益菌的增殖，促进多糖代谢和短链脂肪酸的产生，从而对仔猪机体产生积极影响。Rodrigues 等（2020）研究发现，添加5 g/kg苯甲酸可以显著提高仔猪平均日增重和最终体重，但对腹泻、微生物数量、挥发性脂肪酸产量、pH、器官重量、细胞增殖和胆囊收缩素数量均无显著影响。Meara 等（2020）研究发现，在液体饲粮中添加苯甲酸会使料槽中的乳酸菌数量显著降低，稳定饲粮pH，但是苯甲酸并未对育肥猪的生长性能和胴体品质有显著影响。Kiarie 等（2018）研究发现，添加0.5%的苯甲酸可使仔猪饲料转化率显著提高，粪便评分降低，粗蛋白的表观全肠道消化率显著提高，且苯甲酸对仔猪生长性能的支持程度与抗菌生长促进剂相同，有作为抗菌生长促进剂替代物的潜力。研究表明，苯甲酸对仔猪和育肥猪的肠道有较好的改善作用，通过提高肠道内酶活性，从而促进营养物质的吸收，通过提高肠道和机体抗氧化能力，来抵御氧化应激，同时通过改变肠道菌群来产生有利影响。

3.3 苯甲酸在其他动物养殖中的应用

近几年，苯甲酸的研究大多集中于家禽和猪方面，对其他动物的研究较少，对于其他动物而言，合适剂量的苯甲酸将有利于提高胃肠道pH，高剂量的苯甲酸则会对机体造成损害。Williams等（2021）在肉牛饲粮中添加0.5%的苯甲酸发现，苯甲酸对肉牛生长性能无显著影响，但是苯甲酸可以显著提高总干物质采食量、瘤胃pH等。Abdelgadir等（2017）研究发现，给小鼠口服苯甲酸和柠檬酸混合物（100、500、1 250 mg/kg BW）虽然会使小鼠体重增加，但是会使血清γ-谷氨酰转移酶（GGT）和碱性磷酸酶（ALP）随剂量的增加而显著增加，而肝组织病理变化表现为平板充血、出血、血黄素增多、弥漫性凝固性坏死、胞浆空泡化，细胞核变性。综上所述，口服苯甲酸和柠檬酸的混合物会导致肝脏功能失常，应谨慎食用含苯甲酸和柠檬酸混合物的食物和饮料。

4 小结

目前，饲粮所用苯甲酸是以石油甲苯为原料，经催化氧化、精制提纯而制得，但食品级苯甲酸仍需进口（中华人民共和国农业部，2007）。苯甲酸在动物生产中发挥作用主要是以其未解离形式，其在未解离形式下更易穿过细胞膜。苯甲酸虽然作为酸化剂和防腐剂广泛应用于各个行业，但是其在动物生产和维护动物健康方面的应用研究尚在起步阶段。禁抗令颁布后，如何维护动物健康和生产成为养殖业一大难题，而苯甲酸的促生长作用、杀菌作用、调节肠道菌群作用、抗氧化作用等生物功能使其在禁抗时代具有很广阔的应用前景。关于苯甲酸的抗氧化功能、免疫功能机制以及在不同动物中的适宜使用量等还处于探索阶段，还需更深入地探究，以期为苯甲酸在动物生产中的合理应用提供理论基础和科学依据。