丁酸鈉在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

吳智強(qiáng)，譚騰凌

（1.華農(nóng)恒青科技股份有限公司，江西 南昌 330013；2.江西省進(jìn)賢縣畜牧局，江西 南昌 331700）

在集約化養(yǎng)豬生產(chǎn)中，隨著豬的生長速度加快，飼養(yǎng)密度增加，豬群不可避免地會受到不同程度的影響，造成免疫力降低，腹瀉等腸道健康問題。目前普遍采用的方法是在飼料中添加抗生素來控制，但是隨著人們越來越關(guān)注抗生素的耐藥性和藥物殘留，許多國家已經(jīng)明令禁止在飼料中使用抗生素，我國在全面禁用抗生素方面的法律法規(guī)也已經(jīng)提上了日程。因此，尋找合適的替代抗生素的添加劑成為了行業(yè)的熱點(diǎn)，在替代抗生素的飼料添加劑中，丁酸被認(rèn)為是腸道相關(guān)淋巴組織發(fā)育所必需的主要腸上皮細(xì)胞能量來源并且對不耐酸物種具有較高的殺菌效力，例如大腸桿菌和沙門氏菌。除此之外，丁酸還具有修復(fù)腸道，提高機(jī)體免疫力等很多方面的作用。丁酸由于不穩(wěn)定不適合飼料加工，常以鈉、鉀、鎂和鈣鹽形式用作飼料添加劑，其中丁酸鈉是最常見的形式。

1 丁酸鈉的特點(diǎn)

1.1 丁酸鈉的結(jié)構(gòu)特征

丁酸鈉（Sodium butyrate），相對分子質(zhì)量為110.09，自燃溫度425.0 ℃，熔點(diǎn)250.0～253.0 ℃，容重0.96 g/mL（20.0℃）。在2006年被農(nóng)業(yè)部列入《飼料添加劑品種目錄》。丁酸鈉一般呈白色至類白色，為可吸濕性粉末，似絨毛狀，具有特殊的奶酪酸敗樣氣味，易溶于水，水溶液pH呈堿性，對光和熱穩(wěn)定。丁酸鈉在動物體內(nèi)離解為丁酸根（C4H7O2-）和鈉離子（Na+）。丁酸根具有水脂兩親性，偏重于親脂，在pH 4～6時(shí)一般不易被分解，丁酸根最終代謝產(chǎn)物為酮體和CO2，為腸黏膜細(xì)胞提供約75%的能量。丁酸鈉在常規(guī)貯存、密封狀態(tài)下較穩(wěn)定，其有效成分是短鏈揮發(fā)性脂肪酸丁酸。游離的丁酸具有特殊的氣味，不同于醋酸或丙酸等其他短鏈揮發(fā)性脂肪酸：丁酸根離子和丁酸類似，都是以脂溶形式擴(kuò)散吸收或通過短鏈脂肪酸和碳酸氫根離子（SCFA/HCO3-）進(jìn)行離子交換吸收，在結(jié)腸段吸收量最高，同樣可以直接被腸上皮細(xì)胞吸收，也可進(jìn)入血液到外周組織或運(yùn)送到肝臟進(jìn)一步代謝利用。

1.2 丁酸鈉的包被處理

為了讓丁酸能夠以更高的濃度到達(dá)胃腸道的遠(yuǎn)端部分，并克服丁酸鈉流動性差、易吸潮、易結(jié)塊、易和其他營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的缺點(diǎn)，對丁酸鈉常常會進(jìn)行包被處理，包被的主要材料一般為西棕櫚蠟、棕櫚油脂肪、聚乙二醇，包被后丁酸鈉的純度一般為30%左右。

包被的生產(chǎn)工藝首先是制作骨架材料，骨架材料是將羥丙基甲基纖維素、殼聚糖、二氧化硅3種物質(zhì)混合后，在230℃的流床機(jī)上進(jìn)行高溫沸騰膨脹。再將丁酸鈉溶于水后噴涂嵌入到骨架材料中，然后在120～140℃恒溫箱干燥，干燥后在-5℃的低溫環(huán)境中固化冷卻，使丁酸鈉固化成粒，再將西棕櫚蠟、棕櫚油脂肪、聚乙二醇溶于有機(jī)溶劑中，在流床包衣機(jī)里將包層材料噴涂在丁酸鈉顆粒的表面，速度為0.1 L/min，進(jìn)風(fēng)溫度在50～90℃，時(shí)間為3～4 h，最后形成的包被丁酸鈉產(chǎn)品85%過20目分析篩。由于包層的主要成分是脂肪，脂肪在胃中不易分解。包被后的丁酸鈉進(jìn)入腸道后，腸黏膜上皮細(xì)胞脂肪酶將脂肪分解后，緩慢釋放丁酸，最終有效地到達(dá)小腸后端，尤其是在結(jié)腸部位。陳國順等（2011）[1]選用包膜、顆粒和粉末3種類型的丁酸鈉，分別在3個不同飼料廠生產(chǎn)加工，在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)抽樣并測定丁酸鈉的含量。結(jié)果表明，丁酸鈉的損失率隨飼料水分的增加而提高，包膜丁酸鈉在不同飼料水分條件下?lián)p失率均小于2%；高劑量的微量元素和吸潮性強(qiáng)的氯化膽堿等都對飼料營養(yǎng)成分造成一定的內(nèi)耗和破壞，包膜之后效果會改善；丁酸鈉在同等壓力下，隨制粒溫度的升高損失率升高；丁酸鈉在人工胃腸液中逐漸被分解，而包膜丁酸鈉的包膜材料中的丁酸鈉成分逐漸釋放，釋放時(shí)間較長，可以使更多的丁酸鈉到達(dá)后腸發(fā)揮作用。

2 丁酸鈉的生理功能

2.1 作為腸道細(xì)胞能量來源

丁酸作為短鏈脂肪酸的主要成分可為結(jié)腸上皮細(xì)胞提供超過70%的能量源，這些能量源大部分被小腸黏膜上皮細(xì)胞吸收，剩下的則轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟進(jìn)一步代謝用于糖異生作用。丁酸在肝臟通過β-氧化生成丁酰輔酶A，并生成酮體用于合成ATP，無需進(jìn)行復(fù)雜的三羧酸循環(huán)及肝膽吸收。與此同時(shí)，采用同位素示蹤法，追蹤丁酸的行徑，發(fā)現(xiàn)丁酸被吸入后，一部分合成脂肪，另一部分合成乳脂，少部分丁酸隨著汗液或者尿液排出體外。丁酸可促進(jìn)上皮細(xì)胞成熟增殖，提高腸道屏障功能，可作為結(jié)腸盲腸的直接能量來源。斷奶仔豬遇到冷熱應(yīng)激、轉(zhuǎn)群、換料、疾病等都會導(dǎo)致腸道損傷，而修復(fù)受損的腸黏膜細(xì)胞需要提供40%～50%的能量，但如果仔豬為腸道受損組織提供修復(fù)腸道所需能量，能量的缺失會嚴(yán)重影響仔豬的生長性能。

2.2 改善豬胃腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)

丁酸鈉能促進(jìn)豬的生長和胃腸道發(fā)育，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的分化與成熟，提高絨毛高度，維護(hù)腸上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，提高對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力。鐘翔等（2009）[2]在豬飼糧中添加1 000 mg/kg和2 000 mg/kg的丁酸鈉，發(fā)現(xiàn)十二指腸絨毛高度分別比對照組高15.5%和23.9%，空腸絨毛高度分別比對照組高 14.0%和 6.0%。徐光霞等（2009）[3]研究斷奶仔豬小腸組織形態(tài)的結(jié)果表明，0.1%的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。王繼鳳等（2005）[4]研究發(fā)現(xiàn)，添加丁酸鈉組的試驗(yàn)仔豬腸絨毛比單純的抗生素組腸絨毛粗壯，而抗生素組空腸和回腸的腸絨毛頂端偶見脫落現(xiàn)象，說明丁酸鈉可以改善小腸黏膜上皮細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)。Kotunia等（2004）[5]和Mazzoni等（2008）[6]同樣通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)丁酸鈉可以促進(jìn)豬腸道發(fā)育，增加小腸黏膜絨毛高度、隱窩深度和黏膜厚度。

2.3 提高機(jī)體免疫力

腸道是動物機(jī)體最大的免疫器官，丁酸鈉對提高機(jī)體免疫力的研究還不多。王繼鳳（2005）[7]發(fā)現(xiàn)丁酸鈉的使用顯著增加了斷奶仔豬的空腸、回腸杯狀細(xì)胞，上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞數(shù)量。Leonel等（2012）[8]發(fā)現(xiàn)丁酸鈉在腸上皮中產(chǎn)生黏蛋白糖蛋白并增加結(jié)腸黏膜的防御屏障。Griminger（1986）[9]發(fā)現(xiàn)丁酸鈉增加了血清球蛋白濃度并降低白蛋白與球蛋白的比率。李丹丹等（2012）[10]研究表明飼糧中添加丁酸鈉能促進(jìn)免疫器官發(fā)育，提高血清免疫球蛋白含量，刺激機(jī)體腸道黏膜分泌IgA+細(xì)胞。唐明紅等（2010）[11]在基礎(chǔ)飼糧中添加 0.1%丁酸鈉，40 kg 的生長肥育豬試驗(yàn)72 d以后發(fā)現(xiàn)，血清中IgM、IgG和IgA的含量水平顯著高于對照組。陳國順等（2012）[12]在基礎(chǔ)飼糧中分別添加300 mg/kg和500 mg/kg的包膜丁酸鈉飼喂斷奶小香豬30 d發(fā)現(xiàn)，血液中的白蛋白/球蛋白、IgG和堿性磷酸酶都隨飼糧中包膜丁酸鈉添加量的增加呈現(xiàn)增高的趨勢。另外，F(xiàn)ang等（2014）[13]也報(bào)道飼糧中添加丁酸鈉可以增強(qiáng)仔豬的免疫功能和減少促炎細(xì)胞因子生成。

2.4 維持腸道微生物區(qū)系穩(wěn)定

動物胃腸道在正常情況下有益菌是占優(yōu)勢地位的，可以抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌在腸道的附著和增殖。但是胃腸道又極易受飼糧及環(huán)境因素的影響，引起胃腸道菌群失調(diào)，導(dǎo)致胃腸消化疾病。丁酸鈉可以維持胃腸道微生物區(qū)系處于穩(wěn)定狀態(tài)，促進(jìn)乳酸桿菌等有益微生物的增殖，改變有害菌的適宜生存環(huán)境從而抑制并殺死大腸桿菌、沙門氏菌等有害微生物。丁酸作為一種有機(jī)酸，對致病菌的抑制是通過滲透（非離子化）進(jìn)入親脂性細(xì)菌細(xì)胞壁，在中性細(xì)胞溶質(zhì)pH下解離并釋放出一些離子和質(zhì)子，導(dǎo)致影響嘌呤堿基的陰離子致死，使必需酶變性并導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞死亡。李虹瑾等（2017）[14]在28日齡斷奶仔豬基礎(chǔ)飼糧中添加0.03%包膜丁酸鈉，飼喂28 d后發(fā)現(xiàn)，腹瀉率與腹瀉指數(shù)分別降低30.71%和33.85%，各腸段細(xì)菌含量顯示包膜丁酸鈉可顯著降低回腸中大腸桿菌的數(shù)量，增加盲腸和結(jié)腸中乳桿菌和雙歧桿菌數(shù)量，表明基礎(chǔ)飼糧中添加0.03%包膜丁酸鈉可有效提高仔豬腸道有益菌的含量，維持腸道微生物區(qū)系穩(wěn)定。Van等（2004）[15]發(fā)現(xiàn)丁酸鈉可以下調(diào)調(diào)節(jié)入侵細(xì)菌的基因表達(dá)并降低細(xì)菌的毒力。Boyen 等（2008）[16]和 Sun 等（1998）[17]發(fā)現(xiàn)丁酸可以保護(hù)動物機(jī)體免受細(xì)菌（如大腸桿菌、腸球菌和沙門氏菌）感染。

3 丁酸鈉在豬飼料中的應(yīng)用

3.1 丁酸鈉在斷奶仔豬上的應(yīng)用

仔豬斷奶時(shí)容易出現(xiàn)早期斷奶綜合征，使仔豬采食下降、生長受阻和腹瀉。丁酸鈉可以調(diào)控?cái)嗄套胸i胃腸道消化酶活性，促進(jìn)仔豬對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，同時(shí)具有改善腸道菌群平衡的功能，從而緩解仔豬應(yīng)激，減少仔豬腹瀉。丁酸鈉可以提高仔豬日增重，降低料重比和腹瀉率，并顯著改善斷奶仔豬腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)等。Le等（2009）[18]研究表明，在保育豬飼料中補(bǔ)充丁酸鈉可以提高保育豬的生長速度和飼料報(bào)酬。徐振飛等（2011）[19]在28日齡斷奶的仔豬飼糧中添加1 000 mg/kg的粉劑丁酸鈉和300 mg/kg的包膜丁酸鈉，添加包膜丁酸鈉后斷奶仔豬15～28日齡的料重比降低 7.30%（P＜0.05），兩個試驗(yàn)組腹瀉指數(shù)分別降低 22.55%和 40.19%（P＜0.05），表明丁酸鈉能夠提高斷奶仔豬的采食量及飼料轉(zhuǎn)化率，改善生產(chǎn)性能，降低腹瀉率；包膜丁酸鈉效果優(yōu)于粉劑丁酸鈉。孟玲（2016）[20]在28日齡仔豬飼糧中添加包被丁酸鈉 500 g/t、1 000 g/t、1 500 g/t，試驗(yàn) 28 d 后，與對照組相比，飼糧中添加1 000 g/t、1 500 g/t包被丁酸鈉顯著提高仔豬的日增重，顯著降低料重比；在15～28 d階段，顯著提高平均日采食量。添加1 000 g/t、1 500 g/t包被丁酸鈉顯著提高斷奶仔豬血清中總蛋白、血糖、IgA、IgG，顯著降低血清尿素氮含量；顯著增加糞便表觀消化率中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪的含量，顯著降低體內(nèi)的大腸桿菌數(shù)量，顯著提高乳酸桿菌的數(shù)量。因此添加包被丁酸鈉的飼料能夠促進(jìn)斷奶仔豬的生長，提高斷奶仔豬的免疫力，減輕仔豬的腹瀉與應(yīng)激情況。

3.2 丁酸鈉在生長肥育豬上的應(yīng)用

丁酸鈉的應(yīng)用研究主要集中在仔豬上，在肥育豬上的研究還不多。已有的研究結(jié)果顯示，丁酸鈉也可以提高生長肥育豬對飼料的消化吸收率，改善其生長性能，提高飼料報(bào)酬。唐明紅等（2010）[21]選用體重約40 kg的120頭杜大長豬隨機(jī)分為4組：對照組（基礎(chǔ)飼糧）、丁酸鈉組（基礎(chǔ)飼糧+1 kg/t丁酸鈉）、抗生素組（基礎(chǔ)飼糧+硫酸黏桿菌素60 mg/kg）和復(fù)合組（基礎(chǔ)飼糧+硫酸黏桿菌素30 mg/kg+丁酸鈉1 kg/t）。試驗(yàn)72 d后，進(jìn)行屠宰和組織學(xué)檢查，研究丁酸鈉對生長肥育豬胴體品質(zhì)、血清生化指標(biāo)和小腸形態(tài)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：丁酸鈉組、抗生素組和復(fù)合組的屠宰率和無脂瘦肉率比對照組有所改善，眼肌面積試驗(yàn)各組均比對照組大，第10肋背膘厚丁酸鈉組最低，3個試驗(yàn)組中，屠宰率、無脂瘦肉率和眼肌面積復(fù)合組最好。丁酸鈉組、復(fù)合組十二指腸絨毛長度和十二指腸腸腺長度與對照組比較差異顯著。復(fù)合組、抗生素組和丁酸鈉組的血清血糖、總蛋白、IgM、IgG和IgA含量水平顯著高于對照組，而尿素氮的含量差異不顯著，復(fù)合組血清中IgM、IgG和IgA的含量水平顯著高于丁酸鈉組和抗生素組。Walia等（2016）[22]研究發(fā)現(xiàn)肥育豬屠宰前24～28 d，飼糧中添加3 kg/t丁酸鈉在無其他病原菌協(xié)同感染的條件下能有效降低盲腸內(nèi)容物沙門氏菌菌落和血清沙門氏菌陽性率，但添加丁酸鈉對腸道菌群和生產(chǎn)性能沒有顯著影響。

3.3 丁酸鈉在母豬上的應(yīng)用

因?yàn)槎∷徕c是被用作抗生素的替代產(chǎn)品，因此，母豬飼糧中添加丁酸鈉的效果報(bào)道不多。丁酸鈉是豬的能量來源并且具有改善免疫系統(tǒng)和腸道完整性的功能，包括抗菌和抗炎癥特性，母豬飼糧中添加丁酸鈉可能會提高母豬繁殖性能和乳仔豬的生長性能。丁酸鈉能通過母豬乳腺組織到達(dá)乳汁被仔豬利用，乳汁干物質(zhì)中含丁酸衍生物3.8%左右，丁酸鈉可通過乳汁到達(dá)仔豬體內(nèi)促進(jìn)仔豬胃腸道的發(fā)育和成熟，丁酸鈉還可以提高母豬采食量維護(hù)腸道的健康，減少仔豬黃白痢等腹瀉現(xiàn)象的發(fā)生。毛石明（2010）[23]選擇15頭二元母豬，飼喂添加丁酸鈉400 g/t和600 g/t的試驗(yàn)飼糧，結(jié)果表明，仔豬初生窩重分別比對照組提高1.44%和1.90%，平均初重分別提高2%和2.6%；28 d斷奶后，仔豬斷奶重和平均日增重分別提高 4.71%、6.99%和 5.41%、8.63%，說明丁酸鈉可改善母豬的繁殖和泌乳性能，提高仔豬斷奶重。張小東等（2012）[24]研究發(fā)現(xiàn)飼糧中添加丁酸鈉后母豬哺乳期采食量提高 4.56%（P＜0.05），顯著降低母豬哺乳期的體失重，提高仔豬斷奶日增重（P＜0.05）和斷奶體重。此外，處理組弱仔率較對照組下降35.72%，可見丁酸鈉可改善母豬生產(chǎn)性能，提高仔豬平均日增重。Lu等（2012）[25]報(bào)道，從妊娠后期到哺乳期補(bǔ)充0.3%丁酸鈉的母豬，產(chǎn)后的仔豬在12周齡時(shí)的生長速度增加。但是也有不同的結(jié)果，Wang等（2014）[26]報(bào)道哺乳期飼糧中添加丁酸鈉對產(chǎn)仔數(shù)、窩產(chǎn)仔數(shù)和哺乳期采食量沒有影響。Jang等（2016）[27]選擇43頭妊娠母豬分別添加500 mg/kg和1 000 mg/kg的包被丁酸鈉，結(jié)果顯示各處理中母豬體重、產(chǎn)仔數(shù)、窩重、哺乳期采食量和乳成分無明顯差異。然而，隨著丁酸鈉補(bǔ)充水平的增加，初乳IgG（P=0.06）和 IgA（P=0.09）濃度呈二次方式增加。

4 小結(jié)

丁酸鈉作為一種酸化劑類的飼料添加劑，除了酸化劑的功能以外還具有為腸道細(xì)胞供能，提高機(jī)體免疫力，調(diào)節(jié)胃腸道微生態(tài)平衡，改善豬胃腸道形態(tài)，促進(jìn)胃腸道發(fā)育等作用。近年來，包膜形式的丁酸鈉以及丁酸鈉和其他如植物精油、微生態(tài)制劑等聯(lián)用的應(yīng)用研究也在不斷增多，但是在其機(jī)理方面的研究還不夠深入。同時(shí)，高效低成本的丁酸鈉生產(chǎn)加工技術(shù)及其在飼料中的穩(wěn)定性和丁酸鈉在豬不同生產(chǎn)階段飼糧中的適宜添加量及其效果，還需要進(jìn)行更多的研究。