飼用乳酸的應(yīng)用研究進(jìn)展

唐茂妍，和小明，陳旭東

（1.上海正正生物技術(shù)有限公司，上海 200433；2.北京中農(nóng)穎泰生物技術(shù)有限公司，北京100193）

在發(fā)現(xiàn)仔豬飼料中添加乳酸可以減少仔豬糞便中大腸桿菌的數(shù)量、提高生長(zhǎng)速度后，飼料酸化劑日益受到關(guān)注、很多研究者認(rèn)為酸化劑是抗生素的最佳替代品之一[1-5]。多數(shù)試驗(yàn)表明，乳酸對(duì)動(dòng)物特別是斷奶后仔豬的生產(chǎn)性能、飼料轉(zhuǎn)化效率等均有顯著改善[6-9]。文章旨在從乳酸的結(jié)構(gòu)、化學(xué)特性、體內(nèi)來(lái)源及功效進(jìn)一步說(shuō)明乳酸在復(fù)合酸化劑中的重要作用，同時(shí)為乳酸的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 乳酸的理化特性

1.1 物理特性

乳酸為無(wú)味液體，純品為無(wú)色，工業(yè)品為無(wú)色到淺黃色液體，具有強(qiáng)吸濕性。乳酸密度為1.206 g·mL-1（25/4℃），熔點(diǎn)18℃，沸點(diǎn)122℃（2 kPa）。乳酸可與水、乙醇、甘油混溶，能隨過(guò)熱水蒸氣揮發(fā)，常壓蒸餾則分解。乳酸濃縮至50%時(shí)部分轉(zhuǎn)化為乳酸酐，故85%～90%的乳酸產(chǎn)品中含有乳酸酐10%～15%。

1.2 化學(xué)特性

乳酸是世界公認(rèn)的三大有機(jī)酸之一，是自然界中存在的最簡(jiǎn)單且最廣泛的一種羥基羧酸。乳酸的結(jié)構(gòu)由Wislicenus在1873年提出，其分子中既有羥基又有羧基，因而乳酸可以進(jìn)行多種化學(xué)反應(yīng)，如氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、縮合和羥基上的取代反應(yīng)等，可制備多種乳酸衍生物，同時(shí)也表明乳酸具備在動(dòng)物體內(nèi)參與多種生物反應(yīng)的特性。

乳酸分子中有一個(gè)不對(duì)稱的碳原子，所以有兩種旋光異構(gòu)體，即L-乳酸和D-乳酸。哺乳動(dòng)物只有分解L-乳酸的L-乳酸脫氫酶，而D-乳酸進(jìn)入機(jī)體后，由于不能代謝，使血尿酸度提高，過(guò)量的攝入就引起代謝紊亂等不良反應(yīng)。

2 哺乳豬乳酸的來(lái)源及作用

2.1 來(lái)源

對(duì)于幼齡哺乳動(dòng)物而言，乳酸是母乳中的乳糖在乳酸菌等細(xì)菌的作用下發(fā)酵分解得到的產(chǎn)物。乳酸菌發(fā)酵可分為同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵，同型乳酸發(fā)酵乳糖只產(chǎn)生乳酸，異型乳酸發(fā)酵除產(chǎn)生乳酸外，還生成乙醇、二氧化碳等物質(zhì)。

乳糖是通過(guò)透膜酶系統(tǒng)和群移位系統(tǒng)兩種不同的機(jī)制而進(jìn)入乳酸菌細(xì)胞的。

透膜酶系統(tǒng)：在透膜酶的作用下，乳糖進(jìn)入乳酸菌細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)β-半乳糖苷酶的作用分解為葡萄糖和半乳糖，因不同乳酸菌對(duì)這兩種產(chǎn)物的優(yōu)先代謝順序不同，嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌可優(yōu)先利用葡萄糖而代謝產(chǎn)生乳酸，但對(duì)游離型半乳糖不能利用，其被排出細(xì)胞外或轉(zhuǎn)化成高分子物質(zhì)（膠糖）而蓄積起來(lái)。

群移位系統(tǒng)：在細(xì)胞膜上磷酸轉(zhuǎn)移酶作用下，乳糖經(jīng)磷酸化后進(jìn)入乳酸菌細(xì)胞內(nèi)。之后經(jīng)磷酸β-半乳糖苷酶的作用，分解成葡萄糖和6-磷酸半乳糖。前者經(jīng)糖酵解途徑，后者經(jīng)6-磷酸塔格糖途徑進(jìn)行代謝。通過(guò)這樣的乳糖發(fā)酵代謝途徑，最終產(chǎn)生乳酸及其他一些小分子脂肪酸。這種乳糖代謝機(jī)制一般分布在乳酸乳球菌乳酸亞種（乳酸乳球菌）、干酪乳桿菌干酪亞種（干酪乳桿菌）等菌屬中。

2.2 作用

雖然對(duì)于哺乳仔豬胃液組成隨時(shí)間的變化研究結(jié)論并不一致，但多數(shù)學(xué)者均認(rèn)為在仔豬出生后的一段時(shí)間內(nèi)胃液中無(wú)法檢測(cè)到游離鹽酸，一般從2～3周才開(kāi)始出現(xiàn)，并隨年齡而增加，60日齡后鹽酸含量開(kāi)始接近成年豬水平。仔豬哺乳期乳酸幾乎占胃中有機(jī)酸的80%～100%，并且為維持胃中低pH起重要作用。胃中乳酸含量與pH成顯著負(fù)相關(guān)，這也有助于哺乳期豬消化道有益菌（乳酸桿菌等）的繁殖生長(zhǎng)，并且較低的pH也有利于乳蛋白的消化。因而，哺乳仔豬胃中乳酸的存在保證了消化道內(nèi)的適宜環(huán)境，從而保持對(duì)母乳的良好消化起到重要作用。斷奶后第1周，由于乳糖消失，乳酸濃度下降，揮發(fā)性脂肪酸（VFA）產(chǎn)生增加，鹽酸此時(shí)分泌也很少，使胃內(nèi)總酸度較低。隨后，乳酸和VFA不斷減少，鹽酸分泌緩慢增加，直到斷奶后3-4周，鹽酸可占胃內(nèi)總酸度的50%。同時(shí)，飼料中一些蛋白質(zhì)，尤其是無(wú)機(jī)陽(yáng)離子也會(huì)與胃酸結(jié)合，降低胃內(nèi)酸度，不利于蛋白質(zhì)消化，并對(duì)非乳酸桿菌類細(xì)菌繁殖起抑制作用。所以對(duì)早期斷奶的仔豬，采取適當(dāng)措施保證胃內(nèi)一定酸度極為重要。

3 外源乳酸對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的影響

自報(bào)道在畜禽飲水中添加乳酸可使得糞便中有害菌數(shù)量降低以來(lái)，研究者對(duì)于乳酸的作用與飼料中的應(yīng)用研究越來(lái)越多。主要包括食品的防腐保鮮、食品調(diào)味料、釀酒時(shí)的發(fā)酵添加劑、風(fēng)味劑和酸度調(diào)節(jié)劑等；在飼料中的應(yīng)用主要包括青飼料貯藏劑、牧草成熟劑、防腐劑和促生長(zhǎng)作用等。

3.1 對(duì)飼料的影響

由于飼料中的蛋白質(zhì)原料和礦物質(zhì)原料的系酸力較高，可中和動(dòng)物胃中的鹽酸，使得幼齡動(dòng)物分泌不足的胃酸更加缺乏。飼料中添加酸化劑的目的是降低飼料pH和系酸力，緩解由于幼齡動(dòng)物消化道發(fā)育不成熟造成的消化液和消化酶特別是胃蛋白酶活性不足，從而改善動(dòng)物對(duì)植物性飼料蛋白質(zhì)的消化率，降低營(yíng)養(yǎng)性和細(xì)菌性腹瀉發(fā)生率[10-12]。多數(shù)研究認(rèn)為，飼料系酸力在一定范圍內(nèi)可改善斷奶仔豬消化道食糜酸度，維持消化道菌群平衡，保證消化系統(tǒng)正常生理功能，同時(shí)提高斷奶仔豬日增重和飼料效率[13-14]。馮尚連等報(bào)道，在基礎(chǔ)日糧中分別添加乳酸0.3%和0.6%，飼料pH分別降低0.20和0.29，系酸力分別降低4.78和3.78U[15]。

3.2 對(duì)消化道微生物的影響

酸化劑對(duì)有害菌的抑制作用為其替代抗生素提供了可能性[16]。張軍等認(rèn)為，細(xì)菌胞內(nèi)酸根離子的聚集是有機(jī)酸抑菌作用的重要決定因素，細(xì)菌胞內(nèi)外pH梯度及胞外酸根離子濃度又是影響胞內(nèi)酸根離子聚集的主要因素[17]。有機(jī)酸的pKa關(guān)系到其殺菌、抑菌效果的有效性。消化道菌群失衡很容易引起大腸桿菌的過(guò)度繁殖和生長(zhǎng)，從而造成動(dòng)物腹瀉和下痢[2]。Maribo等研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中加入乳酸0.7%可降低胃腸道pH，并且提高盲腸和結(jié)腸乳酸菌密度[18]。Tsiloyiannis等在日糧中添加乳酸1.6%，可使仔豬腹瀉率降低66%，死亡率降低60%，與不添加乳酸的對(duì)照組差異顯著（P＜0.05）[6-7]。馮尚連等研究表明，在日糧中添加乳酸0.3%和0.6%均可提高回腸乳酸桿菌數(shù)量并降低大腸桿菌數(shù)量[15]。

3.3 對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的影響

乳酸是重要飼料添加劑，但國(guó)內(nèi)外對(duì)其作為酸化劑研究較少，多數(shù)集中在檸檬酸、延胡索酸、蘋(píng)果酸等的研究。乳酸對(duì)豬生產(chǎn)性能研究結(jié)果表明，乳酸對(duì)于幼齡動(dòng)物的生產(chǎn)性能影響正效應(yīng)明顯。日糧中添加乳酸可提高仔豬日增重2%～72%，飼料轉(zhuǎn)化率可降低0.49%～40%，礦物質(zhì)（主要為鈣、磷）消化率分別提高 4%～19%和 10%～19%[6-7，9，15，19-21]。與此相反，Partanen等報(bào)道，在斷奶仔豬日糧中添加乳酸0.8%對(duì)仔豬總增重、飼料轉(zhuǎn)化率和腹瀉指數(shù)均有不良影響，與對(duì)照組相比差異不顯著（P＞0.05）[22]。乳酸在豬生產(chǎn)中的作用效果見(jiàn)附表[6-7，9，15，19-23]。從附表可知，在已查閱的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，乳酸對(duì)仔豬生產(chǎn)性能的影響有正向作用。但對(duì)仔豬生產(chǎn)性能各指標(biāo)的影響差異較大，主要是與試驗(yàn)動(dòng)物日齡、體重、試驗(yàn)日糧組成、乳酸添加量等有很大關(guān)系，同時(shí)試驗(yàn)中無(wú)法反映出的飼養(yǎng)管理水平也會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成較大影響。

附表 乳酸在豬生產(chǎn)中的作用效果

4 乳酸的生產(chǎn)

乳酸是作為食品、飼料、工業(yè)中應(yīng)用最多的添加劑之一，從發(fā)酵方法到合成方法等生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速。工業(yè)生產(chǎn)乳酸方法主要是發(fā)酵法和合成法。乳酸最早是由法國(guó)科學(xué)家在1881年通過(guò)發(fā)酵方法制得的，因其工藝簡(jiǎn)單，原料充足，發(fā)展較早而成為比較成熟的乳酸生產(chǎn)方法，約占乳酸生產(chǎn)的70%。但乳酸發(fā)酵法用時(shí)較長(zhǎng)，而且不能連續(xù)生產(chǎn)，常見(jiàn)的還是間歇或半連續(xù)化生產(chǎn)，且我國(guó)發(fā)酵乳酸質(zhì)量達(dá)不到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?；瘜W(xué)法可實(shí)現(xiàn)乳酸的大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，且合成乳酸也已得到美國(guó)食品和藥品管理局（FDA）的認(rèn)可，但原料一般具有毒性，不符合綠色化學(xué)要求。除了以上兩種常見(jiàn)方法，乳酸生產(chǎn)還有酶法生產(chǎn)，但其工藝復(fù)雜，大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用還有待于進(jìn)一步研究。因而，現(xiàn)在飼料用酸化劑還主要依靠發(fā)酵法和化學(xué)合成兩種方法。

4.1 發(fā)酵法

發(fā)酵法的原料一般是玉米、大米、甘薯等淀粉質(zhì)原料（也有以苜蓿、纖維素等作原料）。能夠產(chǎn)酸的乳酸菌很多，但產(chǎn)酸質(zhì)量較低，主要是根霉菌和乳酸桿菌等菌系。不同菌系其發(fā)酵途徑不同，實(shí)際由于存在微生物其他生理活動(dòng)，不是單純某一種發(fā)酵途徑。這也是發(fā)酵法得到乳酸純度不高的原因之一。

4.2 合成法

用于生產(chǎn)乳酸的常見(jiàn)合成法為乳腈法和丙烯腈法。其他的還包括丙酸法、丙烯法等，但因原料或生產(chǎn)過(guò)程中有毒物質(zhì)產(chǎn)生，因而不常在乳酸生產(chǎn)中使用。

4.2.1 乳腈法

乳腈法是將乙醛和冷的氫氰酸連續(xù)送入反應(yīng)器生成乳腈（或直接用乳腈作原料），將乳腈再打入水解釜，同時(shí)注入硫酸和水，水解乳腈得到粗乳酸。再將粗乳酸送入酯化釜，注入乙醇酯化，經(jīng)精餾、濃縮、分解得精乳酸。

4.2.2 丙烯腈法

丙烯腈法是將丙烯腈和硫酸送入反應(yīng)器中反應(yīng)，再水解物注入酯化反應(yīng)器中與甲醇反應(yīng)，然后把硫酸氫銨分離出去，剩余物送入蒸餾塔，塔底獲精酯后再送入第二蒸餾塔，加熱分解，塔底得稀乳酸，經(jīng)真空濃縮得乳酸產(chǎn)品。

5 應(yīng)用展望

目前乳酸在飼料中的應(yīng)用已經(jīng)普及，但對(duì)于乳酸在動(dòng)物體內(nèi)的消化代謝機(jī)理、對(duì)有害菌的抑制機(jī)理，在飼料中的適宜添加量、與其他單酸之間的互作效應(yīng)等都需要做深入研究，才能真正發(fā)揮其在飼料和動(dòng)物體內(nèi)的作用，進(jìn)而為降低抗生素使用量，替代其促生長(zhǎng)作用提供理論基礎(chǔ)。

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