丁酸鈉作用機理及其在畜牧生產(chǎn)中應用研究進展

王曼曼 陳寶江 梁陳沖 張 君 河北農業(yè)大學動物科技學院，保定 071001

1 丁酸鈉的結構與理化性質

丁酸鈉 (Sodium Butyrate)又稱正丁酸鈉鹽，其產(chǎn)品呈白色或類白色，可吸濕性的粉末，似絨毛狀，具有特殊的奶酪酸敗樣氣味，易溶于水，水溶液pH值呈堿性。在常規(guī)貯存和搬運條件下，處于室溫和密封狀態(tài)下穩(wěn)定，但勿與性質相反的物質、粉塵、過熱物品、強氧化劑混存。丁酸鈉在2003年被農業(yè)部列入《飼料添加劑品種目錄》中作為一種新型的飼料添加劑，其有效成分是一種短鏈揮發(fā)性脂肪酸-丁酸。丁酸具有飼料酸化劑的生理作用，但由于其游離性和揮發(fā)性的特點，畜牧和飼料生產(chǎn)中將其制成相對穩(wěn)定的鈉鹽。與醋酸或丙酸等短鏈揮發(fā)性脂肪酸不同，丁酸水、脂兩親，偏重于親脂。加之在pH值4～6時比較不易被分解，飼喂后部分避過水性環(huán)境的小腸，直接進入盲腸和結腸。作為一種生物調節(jié)劑，丁酸在改善胃腸道機能，提高動物生產(chǎn)性能和醫(yī)學研究上發(fā)揮重要作用。

2 丁酸鈉的作用機理

2.1 作為腸細胞能源物質

短鏈揮發(fā)性脂肪酸主要是丁酸、乙酸和丙酸，為動物提供高達30%的維持能。短鏈揮發(fā)性脂肪酸是腸細胞偏愛的能量且極易從腸腔內吸收。丁酸鈉的有效成分是短鏈揮發(fā)性脂肪酸-丁酸。動物結腸離體試驗表明，結腸上皮細胞超過70%的能量源可由丁酸提供。在腸上皮細胞的丁酸是通過羥甲基戊二酰輔酶A 循環(huán)中的β-氧化作用進行能量代謝，首先是通過丁酸輔酶A合成酶把丁酸轉化成丁酸輔酶A(butyrate-CoA)，然后通過一系列反應快速生成乙酰輔酶A進行能量代謝 (Schrǒder等，1997)，結合丁酸以非離子彌散性吸收為主的特點，丁酸無需經(jīng)過肝膽吸收和復雜的三羥循環(huán)系統(tǒng)，可直接為腸上皮細胞提供能量，是腸上皮細胞的快速能量源。

2.2 維護胃腸道內有益微生物菌群

正常胃腸道的一個非常重要特征是內部細菌的協(xié)調平衡，尤其是幼畜。豬、家禽和兔子日糧中添加丁酸鈉能增加有益菌(如乳酸桿菌)的數(shù)量，進而影響胃腸道有益菌(如乳酸桿菌)和有害菌(如大腸桿菌)間的平衡。丁酸鹽可抑制病源微生物(如沙門桿菌、大腸桿菌及梭狀芽孢桿菌等)的生長，增加有益菌群數(shù)量(如乳酸桿菌及糞鏈球菌等)，改善腸道微生物菌群。Galfi等報道，丁酸鈉能維護胃腸道內有益微生物菌群，起到部分替代抗生素的作用。

眾所周知，丁酸是有機酸(C1-C7)的一種。有機酸具有抗菌作用，但由于有機酸具有不同的化學結構，所以其抗菌機制是相當復雜的。研究發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)性有機酸和非揮發(fā)性有機酸及無機酸的抗菌效果存在明顯差異，揮發(fā)性有機酸(甲酸、丙酸、丁酸)具有較好的殺菌作用，直接擴散進入細胞內，通過降低胞內pH值，抑制某些大分子的代謝，破壞病原菌細胞膜的完整性，從而達到殺菌作用。揮發(fā)性有機酸鹽(如丁酸鹽)盡管不能降低病原菌細胞間質的pH值，不能以酸的形式滲透進入病原菌細胞內發(fā)揮殺菌作用，但也具有抗菌作用，其作用強弱依賴于有機酸鹽的溶解性。如揮發(fā)性有機酸的鈉鹽全溶于水，而鈣鹽只有部分可溶，因而體外抑菌試驗中，丁酸鈉的抑菌效果要比甲酸鈣和丙酸鈣的強，此外有機酸的二價鹽體外抑菌效果優(yōu)于飽和度高的有機酸鹽。

2.3 促進胃腸道細胞的增殖和成熟

幼年動物小腸上皮細胞絨毛較短，并有未成熟的隱窩，分泌消化酶和吸收日糧營養(yǎng)素的能力也弱。日糧改變、母源抗體缺失、轉群和斷奶等應激因子抑制了腸上皮細胞絨毛膜的生長。損傷的腸絨毛完全恢復可能需要高達40%～50%的可利用能，因此，這些能量不能供增質量所需，從而降低了飼料利用率。而丁酸鈉為快速分化細胞的一種能源，它通過直接促進細胞更新而刺激損傷的腸絨毛得到恢復。丁酸鈉可使斷奶仔豬腸絨毛長度提高30%，從而改善了養(yǎng)分消化和吸收能力。

2.4 改善小腸形態(tài)，促進小腸消化吸收功能

小腸黏膜上皮細胞是執(zhí)行消化吸收功能的最主要細胞。一方面，腸上皮細胞的紋狀緣含有許多酶，參與營養(yǎng)物質的消化；另一方面，食物在腸上皮細胞的腸腔內或腸腔面被消化分解，營養(yǎng)成分被主動吸收或簡單擴散。經(jīng)腸上皮細胞的腸腔面進入細胞內，除一部分供給該細胞自身使用外，大部分從細胞基側面以主動轉運或擴散的方式釋放，進入固有層的毛細血管。因此，粘膜上皮細胞結構的完整性是執(zhí)行消化吸收功能的基本保證。

2.5 維持腸粘膜上皮細胞的正常形態(tài)，增強免疫功能

腸粘膜機械屏障由腸粘膜上皮細胞、上皮細胞側面的細胞連接、上皮基膜和上皮表面的細胞衣組成。它們構成了機體免疫系統(tǒng)的第一道防線。因此，腸粘膜上皮細胞結構的完整性與腸粘膜機械屏障功能，乃至機體的免疫功能有密切關系(Reynolds等，1996；殷彥君等，2002)。丁酸鈉能抑制結腸上皮細胞的凋亡，誘導結腸癌細胞的凋亡，抑制NF-KB的活性，減少TNF-a等炎癥性細胞因子的產(chǎn)生和釋放，抑制腸黏膜的炎癥反應。這些作用有利于結腸炎的愈合，減少細菌或食物抗原跨黏膜遷移，減輕腹瀉。

3 丁酸鈉對動物生產(chǎn)性能的影響

3.1 提高采食量、飼料報酬和日增重

幼齡動物由于印記效應對含有母源性物質的日糧有明顯的依戀作用，而丁酸鈉的典型氣味正符合幼齡動物特別是仔豬的嗜好，因此丁酸鈉可作為一種有效的天然誘食劑，廣泛應用于養(yǎng)殖業(yè)當中。動物飼料中添加酸可使胃內pH下降，從而激活胃蛋白酶原為胃蛋白酶，促進蛋白質分解。胃內pH降低可增進胃內其它多種消化酶活性，而蛋白質的分解又可刺激十二指腸分泌較多的胰蛋白酶，使蛋白質完全分解吸收，促進了營養(yǎng)物質的吸收和消化。丁酸鈉具有緩釋效果，在消化道各段都起作用。丁酸水脂兩親，偏重于親脂，在pH值4～6時比較不易被分解。因此，部分丁酸可以避過水性環(huán)境的小腸，在大腸段繼續(xù)發(fā)揮作用，加速腸絨毛細胞的生長，增強腸道的吸收功能，提高飼料的消化吸收利用率，促進動物的生長。

3.2 提高動物的健康水平

丁酸鈉在體內分解后產(chǎn)生的丁酸根陰離子成分是體內離子平衡的重要補充，從而減輕由于天氣等因素對動物造成的應激作用。比利時CLO研究中心于2001年試驗表明，日糧添加丁酸鈉減少了仔豬、兔子和犢牛非特異腹瀉的發(fā)生率，對小、中雞群整齊度提高、弱雛減少以及死亡率降低。同時，添加丁酸鈉對壞死性腸炎、肥育豬的痢疾以及兔小腸結腸炎也非常有效。最新的研究結果表明，丁酸鈉還可以抑制大鼠結腸粘膜細胞增生，增加了細胞凋亡，誘導了與增殖細胞凋亡抑制有關的基因蛋白表達，顯示了丁酸鈉還具有預防和抗腫瘤疾病等作用。

4 丁酸鈉在動物生產(chǎn)中的應用效果

4.1 在仔豬上的應用效果

大量實驗證實，乳仔豬日糧中添加一定量丁酸鈉，可以提高仔豬采食量，改善飼料報酬，提高生產(chǎn)性能和健康水平。Piva等（2002）報道，在仔豬日糧中添加丁酸鈉0.8g∕kg，分別提高了仔豬的平均日增重和采食量（P﹤0.05）。 王繼鳳等（2005）報道，將12頭斷奶仔豬分為3個處理組（丁酸鈉組：基礎日糧+1g∕kg丁酸鈉；抗生素組：基礎日糧+抗生素；復合組：基礎日糧+抗生素+1g∕kg丁酸鈉），飼喂4周后，對比研究了仔豬小腸黏膜上皮和杯狀細胞的顯微和超顯微結構。丁酸鈉組和復合組腸絨毛粗壯，細胞衣更厚，而抗生素組腸絨毛頂端偶見腸上皮脫落，腸絨毛相對較細。羅海祥（2006）研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加0.1%丁酸鈉可顯著降低斷奶后1周的腹瀉發(fā)生率（P﹤0.05），提高斷奶仔豬7～21天的平均日增重（P﹤0.05），對采食量和料重比無顯著影響（P﹥0.05）。小腸組織形態(tài)觀察結果表明，0.1%丁酸鈉可顯著提高斷奶后第1周十二指腸和回腸絨毛高度與隱窩深度的比值和降低隱窩深度（P﹤0.05）。

4.2 在家禽生產(chǎn)上的應用效果

丁酸鈉可以提高促進家禽消化道發(fā)育，提高生產(chǎn)性能。Nollet等(2005)研究了不同劑量的丁酸鈉(0、50、100、250、500mg∕kg)對蛋雞生產(chǎn)性能的影響，結果發(fā)現(xiàn)，隨著丁酸鈉劑量的增加，蛋雞產(chǎn)蛋量不斷提高，料蛋比逐漸降低，但對蛋重沒有影響。李凱年（2006）報道，飼喂0.2%丁酸鹽對肉雞采食量無不良影響，且0.2%丁酸鈉組肉雞體重最高；在整個42d肉雞生長期中，飼喂0.4%丁酸鹽甘油酯對肉雞的生產(chǎn)性能沒有副作用。邱春輝(2007)研究表明，在種鴨基礎日糧中添加丁壯素極顯著提高鴨產(chǎn)蛋率和日平均采食量，可使動物的小腸絨毛增粗、增長，大幅度提高腸上皮吸收面積。

4.3 在反芻動物上的應用效果

飼料中添加丁酸鈉，可以影響反芻動物瘤胃發(fā)酵，改變揮發(fā)性脂肪酸（VFA）濃度和組成。杜瑞平試驗表明，綿羊瘤胃灌注丁酸，瘤胃內丁酸濃度短時間內必然會出現(xiàn)一定程度的升高，其后隨著連續(xù)灌注時間的延續(xù)，大約在啟動灌注后4h丁酸開始下降，大約在啟動灌注6h后，瘤胃內乙酸與丁酸濃度逐漸趨于穩(wěn)定，重新恢復至穩(wěn)態(tài)。Shen等研究表明，對去勢公牛進行瘤胃內丁酸灌注，除了3h的丁酸灌注過程，瘤胃中VFA濃度和VFA各成分的摩爾濃度都處在生理范圍；在高能日糧營養(yǎng)條件下丁酸濃度的恢復尤其明顯，然而丁酸灌注沒有改變VFA總揮發(fā)性脂肪酸濃度。

5 使用丁酸鈉應注意的問題

作為一種新型飼料添加劑，丁酸鈉的添加量應視動物種類、年齡、生理狀況、飼養(yǎng)環(huán)境、飼料組成和飼養(yǎng)管理方式等不同而有所差異，添加量不足無法體現(xiàn)其效果，達不到生產(chǎn)要求，添加過多，又會造成日糧pH值下降，進而影響體液平衡，造成某些微量元素吸收障礙，不同的研究中報道丁酸鈉的添加量差異較大，所以其針對不同動物的適宜的添加量研究應進一步進行。

丁酸鈉具有抗菌作用，因而可以在一定程度上替代抗生素提高動物健康，但丁酸鈉與不同抗生素的協(xié)同或拮抗作用的研究卻較少報道，只有對該方面進行系統(tǒng)研究，才有可能充分發(fā)揮丁酸鈉的作用潛力。

（略）