酸化劑的作用機(jī)制及在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

◆作者：謝凱桓 范覺鑫 江書忠

◆單位：湖南九鼎科技（集團(tuán)）有限公司

生豬養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益取決于豬只健康、生長(zhǎng)速度和飼料利用效率等，仔豬健康是豬生產(chǎn)中關(guān)注的重點(diǎn)。隨著2020年7月1日農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的194號(hào)公告，飼料生產(chǎn)企業(yè)需停止生產(chǎn)含有促生長(zhǎng)類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的商品飼料，畜牧行業(yè)正式進(jìn)入無抗飼料時(shí)代，研究新型抗生素替代方案成為行業(yè)的大風(fēng)向。目前，抗菌肽、植物提取物、益生菌和酸化劑等被證明可有效促進(jìn)豬的生長(zhǎng)并且提高豬的免疫力（姚蒙蒙等，2019；謝凱桓等，2020）。酸化劑作為一種綠色環(huán)保的功能性飼料添加劑，極具研究?jī)r(jià)值和意義。長(zhǎng)期以來，酸被作為酸化劑和防腐劑在飼料中使用。近年來，酸被添加在前期料中，用于穩(wěn)定胃中的pH，提升仔豬消化能力（Kim-Y Y等，2005）。此外，還有一些有機(jī)酸可在腸道中充當(dāng)能量來源參與三羧酸循環(huán)(TCA)，例如富馬酸（R Blank等，1999）。酸化劑能夠改善飼料的適口性，調(diào)節(jié)腸道酸堿性，抑制有害微生物的生長(zhǎng)和繁殖，促進(jìn)機(jī)體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，改善腸道健康和增強(qiáng)機(jī)體免疫力，從而起到提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能的作用。

1 酸化劑的分類

1.1 無機(jī)酸化劑

無機(jī)酸化劑一般指由一種或多種無機(jī)酸組成的一類酸化劑，pH較高，最常用的是鹽酸（HCl）、磷酸（H3PO4）及硫酸（H2SO4），此類酸價(jià)格較低。鹽酸和硫酸有強(qiáng)腐蝕性，可能損害設(shè)備甚至對(duì)動(dòng)物健康產(chǎn)生威脅，使用相對(duì)較少。磷酸在作為酸化劑的同時(shí)還可以補(bǔ)充磷，但其在充當(dāng)酸化劑時(shí)，還需要注意飼料配方中磷和鈣磷比的水平（馬嘉瑜等，2021）。

1.2 有機(jī)酸化劑

有機(jī)酸化劑一般指由一種或多種有機(jī)酸組成的一類酸化劑，最常用的包括富馬酸、乳酸和檸檬酸，此類酸不但在自然界中廣泛存在，還可以通過化學(xué)方式來合成。有機(jī)酸可以單獨(dú)使用或以有機(jī)酸混合物的形式添加，每種酸都具有影響其使用效果的化學(xué)性質(zhì)，并且劑量對(duì)效果的影響也是不恒定的。脂肪酸也是一類有機(jī)酸，其特征是具有4-28個(gè)碳的脂肪鏈，其中羧基是親水的，而碳鏈?zhǔn)鞘杷?。由于擁有一定的抗菌能力（殺菌作用或抑菌作用），它們被作為豬飼料添加劑，它們的作用方式主要與脂肪酸自身結(jié)構(gòu)形態(tài)相關(guān)（G Ferronato等，2020）。

2 酸化劑的作用方式

無機(jī)酸只在胃腸道中分解出H+產(chǎn)生效果，降低細(xì)菌胞內(nèi)pH，從而破壞細(xì)菌的生長(zhǎng)，而不是直接滲透到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)；而有機(jī)酸的抗菌活性表現(xiàn)在可以穿透細(xì)菌細(xì)胞壁并破壞細(xì)菌的正?；顒?dòng)，包括沙門氏菌屬、大腸桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬和李斯特菌屬等。因此，在使用有機(jī)酸的畜禽體內(nèi)一些正常腸道細(xì)菌和致病菌的數(shù)量可能會(huì)減少，同時(shí)，有機(jī)酸被認(rèn)為能夠通過減少微生物與豬的營養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)，降低亞臨床感染的風(fēng)險(xiǎn)，減少腸道免疫反應(yīng)和有害細(xì)菌代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生來提高豬只整體生產(chǎn)性能。簡(jiǎn)而言之，有機(jī)酸可降低胃的pH（Bosi P等，1999），將非活性胃蛋白酶原轉(zhuǎn)化為活性胃蛋白酶，抑制病原菌增殖，作為胃腸道的能量來源，有助于胃排空率，增強(qiáng)內(nèi)源性酶分泌和螯合礦物質(zhì)（Suiryanrayna等，2015；Ravindran等，1993）。

2.1 調(diào)節(jié)胃腸道環(huán)境的pH，改善內(nèi)源性酶分泌

有機(jī)酸在家禽中的主要作用主要是抗菌，而在豬的應(yīng)用中主要作用是降低胃的pH值。在豬生產(chǎn)中，蛋白質(zhì)的消化是在胃蛋白酶的作用下開始的，胃蛋白酶作為酶前體分泌，胃蛋白酶原由胃黏膜分泌。胃蛋白酶原向胃蛋白酶的轉(zhuǎn)化在pH 2.0時(shí)迅速開始，但在pH 5.0至6.0時(shí)逐漸減緩。胃蛋白酶在pH 2.0~3.5的酸性環(huán)境中發(fā)揮最佳作用，在高于此pH時(shí)活性迅速下降。

乳豬胃腸道發(fā)育不完善，胃酸分泌少，酸度的主要來源是細(xì)菌將母乳中的乳糖發(fā)酵成乳酸。胃中高水平的乳酸往往會(huì)抑制HCl的分泌，攝入固體飼料會(huì)降低胃中的乳酸水平并刺激HCl的產(chǎn)生，但在實(shí)際生產(chǎn)中該階段仔豬采食量較低（Lawlor等，2005）斷奶時(shí)，胃酸分泌較少，乳糖底物缺乏以及采食量低會(huì)導(dǎo)致pH升高，通常會(huì)超過5.0，并且可能會(huì)持續(xù)數(shù)天。飼料的高酸結(jié)合/緩沖能力會(huì)進(jìn)一步提高胃的pH值。降低斷奶仔豬日糧的酸結(jié)合能力有助于緩解斷奶時(shí)從奶到固體食物的過渡。斷奶后胃pH值升高會(huì)導(dǎo)致飼料消化率降低，在后腸中發(fā)酵并可能引起腹瀉。胃液高pH值也會(huì)讓病原體存活，甚至?xí)蛊湓谙乐卸ㄖ常∟ Canibe等，2001）。因此，可有效降低pH的方法是在動(dòng)物飼料中添加適量的酸化劑，這能夠快速激活胃蛋白酶，促進(jìn)在消化道中分解的蛋白質(zhì)。

2.2 抑制病原菌

乳酸可降低胃部pH值并延緩產(chǎn)腸毒素大腸桿菌的繁殖，并且在改善豬生產(chǎn)性能方面比其他有機(jī)酸更有效（Thomlinson等，1981；Tsiloyiannis等，2001）。有機(jī)酸通常與其他植物提取物（如精油）結(jié)合使用，以利用協(xié)同作用來對(duì)抗病原菌。精油通常用作抗氧化劑，刺激免疫系統(tǒng)，一方面抑制有害微生物，另一方面刺激有益微生物，通過調(diào)節(jié)酶的活性，尤其是脂肪酶，保護(hù)腸道絨毛并干擾細(xì)菌的DNA復(fù)制細(xì)胞，因此具有抗菌作用。有機(jī)酸既具有抗菌作用又具有殺菌作用。由于未解離的有機(jī)酸是親脂性的，可以穿過革蘭氏陰性菌（如沙門氏菌）的細(xì)胞膜并破壞細(xì)菌的正常生理機(jī)能（Lambert等，1999）。一旦進(jìn)入細(xì)胞，較高的細(xì)胞溶質(zhì)pH會(huì)導(dǎo)致酸解離，釋放氫離子，從而降低細(xì)胞內(nèi)的pH值。微生物代謝依賴于酶活性，而酶活性在較低的pH下被抑制，無法正常進(jìn)行必需的生理反應(yīng)而產(chǎn)生損傷。革蘭氏陽性菌（產(chǎn)氣莢膜梭菌、腸球菌屬、鏈球菌屬）主要對(duì)MCFA敏感，而革蘭氏陰性菌（大腸桿菌、空腸彎曲桿菌、沙門氏菌）對(duì)SCFA更敏感（Giovagnoni等，2019；Kovanda等，1973）。MCFA有著親脂性，而革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁中脂多糖(LPS)的存在使得其對(duì)革蘭氏陽性菌具有更強(qiáng)的抗菌活性（Sheu等，1973）。丙酸和丁酸是強(qiáng)霉菌抑制劑，而乙酸通常用作抗真菌劑，也可以減少黃曲霉毒素的產(chǎn)生（Wang等，2015；Pundir等，2010）。

2.3 作為能量源并參與物質(zhì)代謝

有機(jī)酸在豬的腸道中充當(dāng)能量來源，因?yàn)樗鼈兪侨人岬闹虚g產(chǎn)物，因此有助于防止由糖異生和脂肪分解引起的組織分解（Giesting等，1985）。Bosi等（1999）報(bào)道，有機(jī)酸的生長(zhǎng)促進(jìn)作用是由于它們的能值，或許可以像利用葡萄糖一樣有效利用富馬酸作為供能物質(zhì)。Blank等（1999）報(bào)道，富馬酸作為一種現(xiàn)成的供能物質(zhì)，其可以使斷奶后的胃腸上皮細(xì)胞損傷更快地得到修復(fù)，對(duì)小腸黏膜產(chǎn)生局部營養(yǎng)作用，并可以使小腸吸收表面和容量的增加。胡寧敏等（2020）也表示丁酸可以通過改變腸道屏障通透性，緩解炎癥反應(yīng)，修復(fù)腸道損傷，降低腹瀉發(fā)生率。

短鏈脂肪酸（SCFA）是碳水化合物微生物發(fā)酵的最終產(chǎn)物，主要發(fā)生在后腸中。在豬后腸中，SCFA通常以大約60∶25∶15的乙酸∶丙酸∶丁酸摩爾比存在，它們被結(jié)腸上皮迅速吸收，在腸道和一般能量代謝中起關(guān)鍵作用。丁酸在黏膜內(nèi)幾乎完全被氧化，作為結(jié)腸細(xì)胞的首選能量來源，丙酸由肝臟收集并轉(zhuǎn)化為葡萄糖，乙酸則被外周組織使用（Bergman等，1990）。

3 酸化劑的在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 斷奶仔豬

酸化劑在斷奶仔豬中的應(yīng)用較多，添加的種類、方式和劑量也各不相同。斷奶后仔豬發(fā)生腹瀉的頻率很高，即使能夠痊愈也會(huì)產(chǎn)生生長(zhǎng)滯后等一系列問題，嚴(yán)重影響豬場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。一些研究表明，有機(jī)酸可以減少腸道中大腸菌群的數(shù)量，減少仔豬的腹瀉，還可以控制斷奶后腹瀉（Papatsiros等，2011）。Tsiloyiannis等（2001）研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加1.6%乳酸可以增加其平均日增重(ADG)和平均日采食量(ADFI)，降低飼料轉(zhuǎn)化率（FCR）和斷奶后腹瀉比例；添加1.5%富馬酸同樣可以獲得更高的ADG和飼料轉(zhuǎn)化率。Chen等（2018）在日糧中添加250、500或1000 mg/kg綠 原 酸（CGA），添加1000 mg/kg CGA組斷奶仔豬具有更高的平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，提高了粗蛋白、粗脂肪和灰分的表觀全消化道消化率，并且降低了腹瀉發(fā)生率；同時(shí)提高了十二指腸、空腸絨毛高度和十二指腸絨毛高度/隱窩深度比，提高了血清和十二指腸中谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)和過氧化氫酶(CAT)的活性，有效降低了回腸丙二醛含量，證明了其是通過提高抗氧化能力和增強(qiáng)腸道消化吸收功能來提高生產(chǎn)性能和降低腹瀉率（謝凱桓等，2021）。Gerritsen等（2010）研究表明，在日糧中0.5%甲酸+有機(jī)酸復(fù)合物（含丙酸、乳酸、檸檬酸、山梨酸），可以提高斷奶仔豬粗纖維、碳水化合物和非淀粉多糖(NSP)的消化率。由此看來，斷奶仔豬中酸化劑的添加方案較為豐富，不但可以單一使用還能復(fù)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 生長(zhǎng)育肥豬

酸化劑在生長(zhǎng)育肥豬階段的主要作用是提高機(jī)體營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，減輕環(huán)境中氮的排放。Chen等（2017）研究表明在日糧中添加1%α-酮戊二酸(AKG)，可以促進(jìn)生長(zhǎng)豬腸道中有益菌繁殖增加丁酸鹽和戊酸鹽濃度，降低了氨水平。Lynch等（2017）研究表明，日糧中添加0.4%甲酸-檸檬酸混合物，能夠增加生長(zhǎng)豬ADG，降低糞便中沙門氏菌的濃度。Upadhaya等（2014）研究表明，在日糧中添加1.0%或2.0%包膜有機(jī)酸(OA)混合物（含17%富馬酸）可以改善育肥豬ADG、干物質(zhì)(DM)、氮（N）和能量消化率、最長(zhǎng)肌面積、肉色和硬度，提高了糞便中乳酸菌數(shù)量，減少大腸桿菌數(shù)量、氨和乙酸。Lei等（2018）研究表明，日糧中添加0.1%OA MCFA混合物（17%富馬酸+13%檸檬酸+10%蘋果酸+12%MCFA（C8∶0/C10∶0），可提高育肥豬ADG、ADFI和DM的消化率。

3.3 母豬

針對(duì)哺乳母豬的有效營養(yǎng)措施在一定程度上也會(huì)對(duì)仔豬的生長(zhǎng)性能造成影響。Tanaka等（2010）研究表明，在母豬日糧中添加2.8%乳酸可以減少糞便、肝臟、扁桃體、腸系膜淋巴結(jié)和空腸/盲腸中的鼠傷寒沙門氏菌含量和細(xì)菌計(jì)數(shù)。Valentino等（2004）研究表明，日糧中添加0.5%共軛亞油酸，可以增加母豬初乳中二十碳烯酸、二十碳三烯酸和IgG含量，血清中IgG和溶菌酶濃度，以及哺乳仔豬的IgG滴度。在使用以富馬酸(24.33%)、乳酸(4.49%)、蘋果酸(4.87%)、苯甲酸(4.87%)、甲酸(6.92%)和丙酸(3.09%）為主的復(fù)合酸制劑加入母豬日糧中，可以提高仔豬斷奶重以及哺乳母豬飼糧蛋白消化率和改善腸道菌群結(jié)構(gòu)（張婧婧等，2017）。因此，即使酸化劑僅添加在母豬日糧中，改善母豬的生產(chǎn)性能，也同樣可以通過母子傳遞的方式作用于新生仔豬，調(diào)節(jié)其腸道菌群結(jié)構(gòu)并改善仔豬生長(zhǎng)性能。

4 酸化劑的組合效應(yīng)及應(yīng)用技術(shù)

4.1 酸化劑的組合

目前應(yīng)用最多且效果最佳的方式是通過將有機(jī)酸、無機(jī)酸及鹽類配合使用的復(fù)合酸化劑，這種方式可以發(fā)揮各類成分的協(xié)同作用，使復(fù)合酸化劑相對(duì)穩(wěn)定，調(diào)整了酸化劑的酸度閾值和抑菌區(qū)系，避免了酸化劑單一造成動(dòng)物胃腸道酸度不穩(wěn)定等情況。在仔豬飼糧中添加有效成分為25%乳酸鈣、19%甲酸鈣、15%檸檬酸、15%蘋果酸、10%苯甲酸和6%二氧化硅的復(fù)合酸化劑可以有效降低仔豬腹瀉率，同時(shí)提高了仔豬的采食量和日增重（蘇永騰等，2017）。使用有效成分為22%富馬酸、50%苯甲酸、14.5%甲酸鈣和4.5%羥基蛋氨酸鈣的復(fù)合酸化劑也可以達(dá)到類似效果，并且還能降低腸道中有害菌總數(shù)。王麗娟等（2019）研究表明添加0.7%有機(jī)酸型酸化劑（甲酸、乳酸、檸檬酸和富馬酸）能夠有效改善斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能，可以替代抗生素達(dá)到金霉素和喹烯酮組合使用的效果?？梢?，在飼料中使用的復(fù)合酸化劑組合方式有所區(qū)別，但其效果都是殊途同歸的，每種組合方式都有各自的特色和優(yōu)勢(shì)。例如苯甲酸能夠促進(jìn)腸道消化酶的產(chǎn)生，并通過降低腸道pH值激活消化酶；其分子親脂性強(qiáng)，與細(xì)菌細(xì)胞接觸能夠干擾細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)或穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，且抑菌范圍廣，能夠顯著抑制大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等致病菌的生長(zhǎng)（張偉等，2021）；而甲酸鈣含有31%的鈣，除了有酸化劑的作用外還可以充當(dāng)鈣源，因此當(dāng)它們被組合使用發(fā)揮各自作用的同時(shí)還有一定的協(xié)同作用，這是使用單一酸化劑所不具有的優(yōu)勢(shì)。

4.2 膠囊化技術(shù)

有機(jī)酸的脂質(zhì)微囊化可以掩蓋酸化劑原有的難聞氣味來增加適口性，另一方面，能夠?qū)⒂行С煞盅訒r(shí)釋放到動(dòng)物體的特定作用部位，防止有機(jī)酸在入胃后迅速消失。由于腸道脂肪酶的作用，脂質(zhì)微膠囊有機(jī)酸能夠使其沿豬的小腸和大腸緩慢定向傳遞，有效地沿著腸道發(fā)揮其抗菌作用，減少遠(yuǎn)端空腸和盲腸的大腸菌群數(shù)量，而游離的有機(jī)酸沒有類似效果（A Piva等，2007）。此外，比較斷奶仔豬中非膠囊有機(jī)酸和膠囊化有機(jī)酸，脂質(zhì)微膠囊可以將日糧中有機(jī)酸的有效劑量減少10倍，仍然保持相同的生長(zhǎng)性能。

5 小結(jié)

已被廣泛用作豬飼料添加劑。迄今為止，所研究各種酸化劑對(duì)胃功能的刺激、酶的產(chǎn)生和pH值調(diào)節(jié)、腸黏膜完整性以及營養(yǎng)吸收能力均顯示出明顯的效果；利用酸的高抗菌性和一定的抗炎能力可以影響微生物群組成結(jié)構(gòu)，降低腸道疾病發(fā)病率，提高生長(zhǎng)性能和飼料利用率；同時(shí)，部分酸化劑還可以作為代謝途徑和改善肉質(zhì)的供能物質(zhì)。因此，酸化劑的作用方式往往不是單一的，而是可以通過多種方式協(xié)同產(chǎn)生，因此，市面上的復(fù)合酸化劑展示了更好效果，應(yīng)用也更加廣泛，尤其在斷奶階段的添加有著良好的提升效果；在生長(zhǎng)育肥階段和母豬階段，由于機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育相對(duì)完善，酸化劑所產(chǎn)生的影響有限，使用性價(jià)比相對(duì)較低。此外，對(duì)于酸化劑的搭配方式和比例方面還存在一定的研究空缺，需進(jìn)一步確定日糧酸度與酸化劑添加量的比例關(guān)系和酸化劑在不同生理階段日糧中的添加標(biāo)準(zhǔn)，降低使用成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。但毋庸置疑，酸化劑是迄今為止在替代抗生素方面的重要突破之一。