食品和飼料中有機(jī)酸對(duì)腸道菌群的影響

◎ 張 寧

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品園林學(xué)院，河南 三門峽 472000）

有機(jī)酸是一類酸性有機(jī)化合物，是食品重要的組成成分之一，與食品加工、貯存、質(zhì)量評(píng)價(jià)等密切相關(guān)。有機(jī)酸常作為飼料的酸化劑，能改善動(dòng)物消化道中的酸堿環(huán)境，調(diào)節(jié)消化道微生態(tài)菌群的平衡。常用的酸化劑有檸檬酸、乳酸、丙酸、蘋(píng)果酸和乙酸等，其中檸檬酸、延胡索酸使用最廣泛，且效果較好，被廣泛應(yīng)用于仔豬料和其他飼料中[1]。有機(jī)酸的添加可降低腸道pH 值，抵抗有害菌，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)吸收和個(gè)體生長(zhǎng)，而這種作用是通過(guò)有機(jī)酸對(duì)胃腸道微生物的影響實(shí)現(xiàn)的。

腸道中寄居著大量微生物，構(gòu)成了龐大復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，腸道菌群能與宿主細(xì)胞不斷進(jìn)行信息與能量的交流，調(diào)節(jié)機(jī)體的代謝，影響機(jī)體的健康。一般情況下，腸道菌群處于相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，但很容易受到外界因素的影響，尤其是膳食因素[2-3]。本文綜述了食品和飼料中幾種常見(jiàn)有機(jī)酸的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及有機(jī)酸對(duì)仔豬、肉雞、鼠類生長(zhǎng)性能和腸道菌群的影響。

1 有機(jī)酸在腸道內(nèi)的吸收及作用于微生物的途徑

1.1 有機(jī)酸在腸道內(nèi)的吸收

不同有機(jī)酸進(jìn)入機(jī)體后，在消化道中的吸收部位不同。CUMMINGS 等[4]測(cè)定人體大腸的全部區(qū)域、肝門靜脈、肝臟和外周血中短鏈脂肪酸的含量，發(fā)現(xiàn)3 種主要的短鏈脂肪酸（醋酸、丙酸、丁酸）的含量在結(jié)腸內(nèi)容物、門靜脈血、肝門靜脈血中有較大的變化，說(shuō)明丁酸主要由結(jié)腸吸收，丙酸主要通過(guò)肝臟吸收。MCNEIL 等[5]采用透析袋法研究了46 名志愿者的短鏈脂肪酸吸收速率，發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸混合液中醋酸的濃度由62.3 mmol·L-1降到了37.6 mmol·L-1，丙酸濃度由20.2 mmol·L-1降到了11.5 mmol·L-1，丁酸濃度由25.7 mmol·L-1降到了17.3 mmol·L-1，證明短鏈脂肪酸可以被直腸吸收。

1.2 有機(jī)酸調(diào)節(jié)腸道微生物平衡的途徑

大量實(shí)驗(yàn)證明，將有機(jī)酸添加到畜牧類動(dòng)物的飼料中，會(huì)對(duì)機(jī)體腸道菌群造成影響。有機(jī)酸可以促進(jìn)腸道菌群中有益菌群的增長(zhǎng)，有效抑制病原微生物，從而提高動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。研究表明，有機(jī)酸主要通過(guò)5 種途徑作用于腸道微生物。①微生物的生長(zhǎng)受到pH 值的影響，一般情況下，pH 值降低會(huì)抑制致病菌的生長(zhǎng)，有機(jī)酸在腸道中解離釋放出H+，降低了pH 值，使大部分致病菌停止生長(zhǎng)。②有機(jī)酸降低腸道內(nèi)容物的pH 值后，較低的pH 值環(huán)境可以促進(jìn)乳酸菌等有益菌的生長(zhǎng)。③有機(jī)酸在腸道中解離產(chǎn)生陰離子，一些酸根離子會(huì)破壞革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁，導(dǎo)致一些致病菌的死亡。④乳酸和檸檬酸等有機(jī)酸是一類強(qiáng)螯合劑，能夠結(jié)合金屬離子，影響細(xì)胞壁的穩(wěn)定性，增強(qiáng)細(xì)胞壁的滲透性，甚至導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)滲漏，使致病菌的生長(zhǎng)受到影響。⑤腸道中未解離的有機(jī)酸具有親脂性，能夠穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)部的pH 值降低，微生物細(xì)胞為了維持pH 值的正常水平，需要消耗大量能量，能量消耗的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致部分細(xì)胞衰竭死亡[6]。

2 有機(jī)酸對(duì)仔豬、肉雞、小鼠生長(zhǎng)狀況及腸道菌群的影響

2.1 有機(jī)酸對(duì)仔豬生長(zhǎng)狀況及腸道菌群的影響

動(dòng)物出生時(shí)的胃腸道通常被認(rèn)為是無(wú)菌的，母豬分娩時(shí)的微生物和環(huán)境微生物會(huì)定植于出生后仔豬的胃腸道。隨著后期的飼喂，飼料和環(huán)境會(huì)改變仔豬的腸道菌群，對(duì)其生長(zhǎng)狀況造成一定的影響。?VERLAND 等[7]研究了食物中有機(jī)酸對(duì)雄性豬腸道菌群和生長(zhǎng)狀況的影響，分別在雄性豬的基礎(chǔ)飲食中添加了0.85%的甲酸、0.85%的苯甲酸、0.85%的山梨酸，對(duì)其腸道微生物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)飼料中添加了有機(jī)酸的雄性豬腸道內(nèi)大腸桿菌、腸球菌、乳酸菌的數(shù)量顯著低于空白組，且與山梨酸相比，甲酸與苯甲酸有更強(qiáng)的抑菌作用，飼料中添加了有機(jī)酸后，豬的平均日增重和進(jìn)食量有所增加。TORRALLARDONA等[8]在仔豬飼料中添加了0.5%苯甲酸，檢測(cè)其腸道菌群的變化，結(jié)果表明，苯甲酸的添加提高了腸道中腸球菌的數(shù)量，且盲腸中乳酸桿菌的數(shù)量多于回腸。因此，有機(jī)酸的添加可以促進(jìn)腸道中乳酸桿菌等有益菌的繁殖，抑制大腸桿菌等有害菌的生長(zhǎng)。

使用有機(jī)酸飼喂動(dòng)物時(shí)，有機(jī)酸及其他的植物性添加劑的有效劑量是一個(gè)固定值，只有在其進(jìn)入十二指腸時(shí)，才能夠起到調(diào)節(jié)胃腸道菌群，促進(jìn)胃腸道內(nèi)吸收、代謝的作用。這一問(wèn)題可以通過(guò)微膠囊緩釋包解決，有效物質(zhì)在進(jìn)入胃腸道時(shí)可以緩慢釋放。根據(jù)此原理，PIVA 等[9]將仔豬分為3 組；PB 組日糧中分別添加4 g·kg-1OA（富馬酸、蘋(píng)果酸、山梨酸）、NIF（香草醛、百里香酚）、微膠囊包被；NPB 組日糧中添加與PB 組相同的成分，但不用微膠囊包被；結(jié)果表明，PB 組的仔豬后段空腸和盲腸內(nèi)的大腸桿菌含量顯著低于對(duì)照組和NPB 組；對(duì)照組和PB 組仔豬盲腸乳酸桿菌數(shù)量顯著高于NPB 組，且NPB 組的乳酸桿菌含量呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)；說(shuō)明經(jīng)微膠囊包被后的有機(jī)酸進(jìn)入機(jī)體后能緩慢釋放，在進(jìn)入腸道之后，產(chǎn)生協(xié)同作用，從而減少了大腸桿菌的數(shù)量。

RISLEY 等[10]在仔豬的基礎(chǔ)飼料中分別添加了1.5%的富馬酸和1.5%的檸檬酸，觀察其對(duì)胃部、空腸、盲腸和結(jié)腸中微生物群的影響，結(jié)果表明，添加有機(jī)酸沒(méi)有對(duì)胃腸道的菌群產(chǎn)生明顯的作用，乳酸桿菌和大腸桿菌的數(shù)量沒(méi)有較大變化，可能是由于1.5%的添加量不足以改變腸道的pH 值，不能為乳酸桿菌的生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境。

2.2 有機(jī)酸對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能和腸道菌群的影響

研究表明，肉雞日糧中添加酸化劑能提高肉雞的生長(zhǎng)速度、改善飼料轉(zhuǎn)化率、改善肉雞腸道內(nèi)微生物區(qū)系，通過(guò)降低腸道內(nèi)pH 值，限制腸道內(nèi)有害菌群的生存，達(dá)到降低有害菌群數(shù)量的目的，重新調(diào)整動(dòng)物腸道菌群的生態(tài)平衡。謝欣梅等[11]在肉仔雞的飼料中分別添加0.5%的延胡索酸和0.5%的檸檬酸，喂養(yǎng)42 d，分別在21 d 和42 d 時(shí)測(cè)定回腸內(nèi)容物中大腸桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量，結(jié)果表明，2 組肉仔雞回腸中都出現(xiàn)了大腸桿菌數(shù)量減少和乳酸桿菌數(shù)量增加的現(xiàn)象。孫小琴等[12]在蛋雞的飼料中添加了一定梯度的檸檬酸，結(jié)果表明，檸檬酸的添加可以使盲腸菌群中大腸桿菌數(shù)量減少，乳酸桿菌數(shù)量增加。TALEBI 等[13]研究了3 種不同有機(jī)酸對(duì)肉雞生長(zhǎng)特性的影響，在肉雞的飼料中分別添加0.5%和1.0%的檸檬酸、苯甲酸、酒石酸，喂食49 d，檢測(cè)日增重、攝食量等；結(jié)果表明，0.5%的檸檬酸、苯甲酸、酒石酸對(duì)上述指標(biāo)沒(méi)有影響，添加了1.0%苯甲酸的實(shí)驗(yàn)組表現(xiàn)出攝食量和體重的顯著降低。李俊良等[14]將肉仔雞分為3 組，分別喂食基礎(chǔ)日糧、基礎(chǔ)日糧+0.1%檸檬酸、基礎(chǔ)日糧+0.4%檸檬酸，試驗(yàn)期為42 d；結(jié)果表明，添加0.4%的檸檬酸可顯著提高肉仔雞前期、后期及全期的日增重；2 個(gè)檸檬酸處理組腸道乳酸菌含量有升高趨勢(shì)，大腸桿菌含量有降低趨勢(shì)，且添加0.4%檸檬酸日糧組較為明顯。

飼料中添加的酸化劑除了由單一酸構(gòu)成，還可以由幾種酸按一定比例混合制成，即復(fù)合酸化劑。SENKOYLU 等[15]在肉雞標(biāo)準(zhǔn)飼料中添加了甲酸和丙酸混合制成的酸化劑3.0 g·kg-1；結(jié)果表明，肉雞的日增重顯著增加，腸絨毛的高度增加。OZDUVEN 等[16]探究了有機(jī)酸與甘露寡糖混合后對(duì)肉雞生長(zhǎng)和腸道菌群的影響，實(shí)驗(yàn)分為4 組，分別為對(duì)照組、對(duì)照組+2 kg·t-1甘露寡糖、對(duì)照組+3 kg·t-1有機(jī)酸混合物（甲酸、丙酸、丙酸銨）、對(duì)照組+2 kg·t-1甘露寡糖+3 kg·t-1有機(jī)酸；實(shí)驗(yàn)周期21 d，結(jié)果表明，添加有機(jī)酸混合物的實(shí)驗(yàn)組體重明顯增加，有機(jī)酸與甘露寡糖的混合提高了回腸中乳酸桿菌的數(shù)量，而回腸中大腸桿菌的數(shù)量在3 個(gè)實(shí)驗(yàn)組中都有所降低。有機(jī)酸的添加可以增強(qiáng)肉雞的骨質(zhì)，平衡鈣含量，提高礦物質(zhì)的利用率和蛋殼質(zhì)量[17-18]。

2.3 有機(jī)酸對(duì)小鼠/大鼠的影響

關(guān)于有機(jī)酸對(duì)小鼠腸道影響的研究較少，但有研究表明短鏈脂肪酸可以促進(jìn)大鼠小腸和大腸上皮細(xì)胞的形成。ICHIKAWA 等[19]將醋酸、丙酸、丁酸按一定比例混合在一起，以2 mL 的劑量灌胃，1 mL 的劑量灌腸給大鼠，每天3 次，5 d 后檢測(cè)空腸、回腸、結(jié)腸中隱窩細(xì)胞的產(chǎn)生；結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組隱窩細(xì)胞的數(shù)量高于灌生理鹽水的對(duì)照組，且灌腸比灌胃更加有效。SAKATA[20]研究了短鏈脂肪酸對(duì)大鼠腸道上皮細(xì)胞的促進(jìn)作用，發(fā)現(xiàn)這種促進(jìn)作用與短鏈脂肪酸的劑量和種類有關(guān)，丁酸的作用強(qiáng)于丙酸，丙酸強(qiáng)于醋酸。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，因?yàn)橛袡C(jī)酸可以提高畜牧類動(dòng)物的養(yǎng)分消化率，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，改善其消化道微生物群，所以它逐步取代了抗生素，被廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)中。