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有機(jī)酸用于動(dòng)物飼料中以防止其被微生物和真菌污染的歷史已有幾十年，也開(kāi)展了大量的關(guān)于有機(jī)酸對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)、飼料利用和腸道形態(tài)影響的試驗(yàn)研究[1]，具有類似于抗生素的促生長(zhǎng)作用。研究已經(jīng)證明，有機(jī)酸的促生長(zhǎng)作用主要體現(xiàn)在其可以降低動(dòng)物胃腸道pH值、調(diào)節(jié)腸道內(nèi)微生物菌群的結(jié)構(gòu)、促進(jìn)腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、增強(qiáng)腸道的免疫屏障功能等方面，成為一種綠色、安全的功能性飼料添加劑。 甲酸是最簡(jiǎn)單的羧酸，化學(xué)式HCOOH，又稱蟻酸，因存在于某些蟻類的分泌物中而得名，常溫下呈無(wú)色而有刺激性氣味的液體，酸性很強(qiáng)，有腐蝕性，能刺激皮膚起泡；丙酸又稱初油酸，是三碳羧酸，化學(xué)式CH3CH2COOH，無(wú)色、有刺激性氣味的腐蝕性液體，可溶于乙醚、乙醇和水。甲酸和丙酸是最簡(jiǎn)單的小分子有機(jī)酸，通常作為抑制型飼料添加劑添加于青貯飼料中用作飼料防腐，可以很好地控制青綠飼料在青貯過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)多的有害微生物，防止飼料發(fā)生腐敗[2]。同時(shí)，甲酸和丙酸也是腸道中碳水化合物及蛋白質(zhì)發(fā)酵的主要產(chǎn)物，其中95%以上可被宿主吸收或代謝，是宿主機(jī)體的能源物質(zhì)。 1. 甲酸和丙酸的作用機(jī)制 1.1. 防霉防腐 一般認(rèn)為，甲酸和丙酸通過(guò)幾種途徑發(fā)揮防霉防腐的作用：首先，非解離的甲酸或丙酸活性分子可以在霉菌或細(xì)菌等細(xì)胞外形成高滲透壓，使得霉菌或細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)外形成顯著的離子濃度差，導(dǎo)致霉菌細(xì)胞內(nèi)脫水而失去繁殖能力；同時(shí)，甲酸或丙酸活性分子能夠穿透霉菌等的細(xì)胞壁，破壞細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的復(fù)制或抑制細(xì)胞內(nèi)酶的活性，進(jìn)而阻止霉菌的生長(zhǎng)和繁殖。另有報(bào)道，丙酸也可以在飼料表面形成一層均勻的保護(hù)膜，防止霉菌孳生[3]。侯美玲[4]等研究表明，天然牧草青貯飼料中添加3.0ml/kg、6.0ml/kg和9.0ml/kg甲酸室溫青貯60d后，開(kāi)封發(fā)現(xiàn)3.0ml/kg組有強(qiáng)烈的丁酸味和霉味，牧草莖葉不完整。而中豬全價(jià)料中添加50%丙酸鈣或50%丙酸，30℃、70%（相對(duì)濕度）條件下存放60d后，其中黃曲霉毒素檢出量分別為8.85ug/kg、7.30ug/kg，明顯高于不添加防霉劑的對(duì)照組（73.5ug/kg）[5]。 1.2. 參與機(jī)體能量代謝 反芻動(dòng)物的瘤胃上皮可以吸收丙酸，其中的2%-5%轉(zhuǎn)變成乳酸，其余進(jìn)入門(mén)靜脈后在肝臟中經(jīng)過(guò)糖異生作用合成葡萄糖，然后葡萄糖被運(yùn)到到機(jī)體的各個(gè)組織器官被利用。由于反芻動(dòng)物通過(guò)門(mén)靜脈吸收的丙酸，有絕大部分會(huì)在肝臟中合成葡萄糖，因此糖異生合成的葡萄糖基本能夠滿足反芻動(dòng)物對(duì)能量的維持需要。血糖是指血液中的葡萄糖，能夠反映機(jī)體能量代謝的水平，血糖濃度升高證明機(jī)體能量代謝旺盛，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。瘤胃瘺管灌注高劑量丙酸3d后，山羊血糖濃度極顯著（P＜0.01）升高[6]，且瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸中丙酸的比例與血糖濃度呈正相關(guān)[7]。 動(dòng)物小腸雖然對(duì)短鏈脂肪酸具有吸收和代謝作用，但是在小腸內(nèi)降解或吸收的量不足以消除其對(duì)腸道pH值的降低作用[8]。 1.3. 降低pH值，調(diào)節(jié)微生物區(qū)系 健康狀態(tài)下，動(dòng)物胃腸道是一個(gè)強(qiáng)大的緩沖體系，能夠維持腸道內(nèi)pH值保持相對(duì)恒定，且保持微生物菌群的穩(wěn)定性。當(dāng)受到環(huán)境改變、病菌侵入、管理不當(dāng)?shù)炔涣即碳r(shí)，腸道內(nèi)微生物菌群紊亂、pH值升高，伴隨慢性、消耗性營(yíng)養(yǎng)不良，降低動(dòng)物生產(chǎn)性能。研究表明，飼料選用甲酸鈣作為鈣源時(shí)，其所含的甲酸根離子能夠降低飼料的pH值和系酸力[9]，另外青貯飼料添加甲酸或丙酸后其pH值也顯著下降[10]。N. Canibe [11]等研究發(fā)現(xiàn)，27kg生長(zhǎng)育肥豬日糧中添加1.8%甲酸，分別在生長(zhǎng)至63kg和99kg時(shí)屠宰取樣測(cè)定腸道pH值，發(fā)現(xiàn)飼喂甲酸后腸道pH值的變化不受影響，類似于對(duì)照組，即飼喂后0.5h時(shí)pH值最高，然后逐漸降低直到飼喂后8.5h時(shí)pH值為2.12，但飼喂甲酸后生長(zhǎng)育肥豬腸道各時(shí)間段的pH值均低于4。 有機(jī)酸能夠通過(guò)降低動(dòng)物胃腸道pH值來(lái)促進(jìn)有益微生物和抑制有害微生物的生長(zhǎng)，從而調(diào)節(jié)腸道中的有益菌群占優(yōu)勢(shì)，有益菌代謝又會(huì)產(chǎn)酸，如此形成良性循環(huán)。研究表明，添加甲酸對(duì)斷奶仔豬空腸微生物菌群的影響較小，但添加6.4g/kg甲酸組腸道微生物的多樣性顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），CCL20的基因表達(dá)水平高于1.4g/kg組[12]。然而，研究發(fā)現(xiàn)只有在低劑量（0.5%以下）添加甲酸時(shí)才具有顯著的促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的作用，而添加量過(guò)大則表現(xiàn)為嚴(yán)重的抑制作用，且促進(jìn)到抑制轉(zhuǎn)折點(diǎn)的發(fā)生依賴于不同的微生物種類、不同的微生物濃度和組成等[13]。 1.4. 抑菌殺菌 與動(dòng)物腸道疾病相關(guān)的微生物大多具有類似的性質(zhì)，適宜pH值呈中性偏堿性、且細(xì)胞壁厚度較薄、結(jié)構(gòu)比較稀疏，因此小分子有機(jī)酸能夠穿透細(xì)菌細(xì)胞壁，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生解離釋放出H質(zhì)子，破壞細(xì)胞內(nèi)環(huán)境。同時(shí)，細(xì)菌細(xì)胞將耗能啟動(dòng)質(zhì)子泵試圖恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，最終導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞衰竭死亡。研究表明，生長(zhǎng)育肥豬飼喂甲酸后顯著降低腸道近端厭氧微生物（P≤0.007）、乳酸菌（P≤0.001）、腸桿菌（P≤0.02）和酵母菌（P≤0.01）的數(shù)量[11]。 2. 甲酸和丙酸在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用 2.1. 提高青貯飼料品質(zhì) 甲酸可以抑制蛋白酶活性、降低腐敗微生物對(duì)青貯飼料中蛋白質(zhì)的分解。丙酸可以抑制青貯飼料中酵母菌和霉菌的活性，添加量過(guò)大時(shí)對(duì)乳酸菌也有一定的抑制作用。高水分香蕉假莖青貯時(shí)添加10%玉米粉和0.6%甲酸，其干物質(zhì)、中性洗滌纖維和總酚含量顯著（P＜0.05）高于只添加10%玉米粉的處理組[14]。天然牧草青貯飼料中添加6.0ml/kg甲酸明顯改善了青貯飼料的感官品質(zhì)，顯著（P＜0.05）提高干物質(zhì)、粗蛋白和可溶性碳水化合物的含量，pH值和氨態(tài)氮/總氮顯著（P＜0.05）降低，同時(shí)消化能和總能顯著（P＜0.05）提高，但不影響中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維的含量和體外干物質(zhì)的消化率（P＞0.05）[4]。陳雷[15]等在全株玉米全混合日糧（TMR）中添加0.4%丙酸青貯45d后開(kāi)封暴露在有氧條件下，發(fā)現(xiàn)乳酸含量先逐漸升高、后顯著（P＜0.05）下降，但pH值基本趨于穩(wěn)定；暴露12d后pH將至3.75、且酵母菌數(shù)量顯著（P＜0.05）降低，其有氧穩(wěn)定性提高和發(fā)酵品質(zhì)顯著提高[16]。張亞格[10]等在柱花草中添加0.2%甲酸或0.2%丙酸青貯30天后發(fā)現(xiàn)，甲酸和丙酸顯著降低青貯飼料的pH值和丁酸含量（P＜0.05），提高粗蛋白含量，降低中性洗滌纖維含量。 2.2. 促進(jìn)瘤胃發(fā)育，提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能 丙酸可以促進(jìn)瘤胃乳頭的生長(zhǎng)，使瘤胃乳頭上皮表面積增大，提高瘤胃對(duì)揮發(fā)性脂肪酸、水分及維生素等的吸收作用。但也有研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃瘺管灌注高劑量丙酸后使得瘤胃黏膜上皮細(xì)胞受損、吸收面積降低[6]，影響瘤胃上皮的吸收功能。 反芻動(dòng)物體內(nèi)代謝所需葡萄糖的90%或更多均來(lái)自糖原異生作用，而丙酸是反芻動(dòng)物體內(nèi)最主要的生糖物質(zhì)。若飼喂大量的劣質(zhì)纖維性飼料給反芻動(dòng)物，導(dǎo)致糖異生作用的主要前體物質(zhì)-丙酸不足，動(dòng)物將不得不利用內(nèi)源氨基酸合成葡萄糖，使得蛋白質(zhì)沉積下降，嚴(yán)重影響反芻動(dòng)物機(jī)體蛋白質(zhì)代謝。研究表明，泌乳中期日糧中添加丙酸鈣能夠降低奶牛體重?fù)p失、改善能量負(fù)平衡[17]。張心壯[18]在7日齡娟珊公犢牛日糧中添加5%-10%的丙酸鈣，飼喂30d時(shí)瘤胃壁厚度和瘤胃乳頭長(zhǎng)度顯著（P＜0.05）增加，犢牛血糖含量、血清胰島素和IGF-1濃度均升高，顯著（P＜0.05）提高了犢牛120-160日齡的平均日增重，提高生長(zhǎng)性能。張舒[19]等用甲酸鈣替換荷斯坦泌乳奶?；A(chǔ)日糧中50%的石粉，顯著（P＜0.05）提高了泌乳奶牛乳蛋白率，乳脂率和乳鈣含量也有所提高（P＞0.05），且日糧鈣、磷表觀消化率顯著（P＜0.05）提高。而另一瘤胃瘺管試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高精料底物中添加丙酸鈣對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率沒(méi)有顯著影響，但能提高瘤胃液的pH值，防止瘤胃酸中毒[20]。 3. 甲酸和丙酸在單胃動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用 丙酸對(duì)生長(zhǎng)豬結(jié)腸代謝和腸道屏障功能發(fā)揮了積極的作用[21]，哺乳期小鼠口服丙酸溶液，能夠提高其腸道屏障功能，表現(xiàn)為腸上皮ZO-1、Claudin-1、Claudin-8和Occludin的表達(dá)水平升高[22]。另外，有機(jī)酸能夠提高大腸桿菌攻毒仔豬的免疫應(yīng)答、降低死亡率，而且若在有機(jī)酸基礎(chǔ)上再添加癸酸或益生菌不產(chǎn)生疊加效應(yīng)。具體表現(xiàn)為口服大腸桿菌攻毒的斷奶仔豬（始重7.9±0.5kg杜長(zhǎng)大）日糧中添加1%有機(jī)酸（64%甲酸 25%丙酸）顯著（P＜0.05）降低仔豬攻毒9h后的直腸溫度和24h的糞便評(píng)分，且攻毒9h后直腸溫度顯著低于1%有機(jī)酸 0.2%癸酸組和1%有機(jī)酸 0.02%地衣芽孢桿菌組；攻毒后9h血清仔豬白細(xì)胞介素-6（IL-6）水平顯著降低（P＜0.05）、24h和48h血清白細(xì)胞介素-1β水平顯著降低（P＜0.05），同時(shí)攻毒后9h和24h仔豬血清的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和干擾素-γ含量顯著降低（P＜0.05）[23]。有機(jī)酸提高動(dòng)物對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，可能的原因一方面：飼喂有機(jī)酸后胃腸激素PYY的表達(dá)顯著上調(diào)，能夠抑制胃液分泌、減緩胃腸蠕動(dòng)[21]，增加飼料養(yǎng)分在胃腸道中的停留時(shí)間；另一方面，甲酸能夠提高植酸酶的活性，提高生長(zhǎng)肥育豬（35kg-40kg）對(duì)小麥-大麥-豆粕型日糧中P和Zn的消化率和存留率[24]。另有研究表明，通過(guò)盲腸瘺管給杜長(zhǎng)大閹公豬灌注等量的生理鹽水和用生理鹽水配制的丙酸溶液（25mL,2mol/L,pH5.8）28d后發(fā)現(xiàn)，灌注丙酸后顯著提高了酪酪肽(PYY)、胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白7( IG FBＲ7)、果糖二磷酸醛縮酶( ALDOB) 、ATP 合成酶5I ( ATP5I) 、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酶亞基 4L(ND4L)、細(xì)胞色素P450( CYP39A1) 等糖代謝和能量代謝相關(guān)基因的表達(dá)( P ＜0．05)，顯著促進(jìn)了閉鎖蛋白－ 1 ( Occludin-1) 、生長(zhǎng)抑素 ( SST) 、G 蛋白偶聯(lián)受體5A ( G PＲC5A )等免疫相關(guān)基因的表達(dá)（P＜0.05）[21]。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝和免疫水平來(lái)提高動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。斷奶后7d（7.1±1.0kg）開(kāi)始在仔豬日糧中添加1.4g/kg和6.4g/kg甲酸42d后（27.7±5.5kg）發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)前三周兩個(gè)添加劑量組均顯著提高了斷奶仔豬的平均日增重（P=0.004）、平均日采食量有提高的趨勢(shì)（P=0.08）、料重比也呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)（P=0.08）[12]。 有機(jī)酸能夠降低沙門(mén)氏菌對(duì)雞的危害、提高其生長(zhǎng)性能。雞白痢沙門(mén)氏菌攻毒的蛋雞日糧中添加不同比例的甲酸和丙酸混合物2%或以上，能夠顯著（P＜0.05）降低新產(chǎn)蛋雞嗉囊和盲腸中pH值、抑制雞白痢沙門(mén)氏菌的定植，通過(guò)糞便排出的雞白痢沙門(mén)氏菌數(shù)顯著減少，雞只死亡率顯著降低[8]。K.Alshawabkeh[25]等研究發(fā)現(xiàn)，1日齡開(kāi)始肉雞日糧中添加不同濃度的丙酸，且3日齡時(shí)口服106CFU雞沙門(mén)氏菌進(jìn)行攻毒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加1.2%和1.8%丙酸顯著（P＜0.01）降低肉仔雞嗉囊和盲腸中的pH值、雞沙門(mén)氏菌的定植顯著（P＜0.01）降低，高劑量添加能更好地保護(hù)肉仔雞腸道受沙門(mén)氏菌的感染。1日齡商品肉雞小麥-大麥型日糧中添加3.0g/kg復(fù)合有機(jī)酸（17.4%甲酸、14.1%甲酸銨、12.4%丙酸、8.4%丙酸銨、47.7%載體），顯著（P＜0.001）提高肉雞1-21日齡和22-35日齡的增重（BWG）、同時(shí)顯著（P＜0.001）改善料肉比（FCR），且前期效果優(yōu)于后期[26]。而另一項(xiàng)研究則表明，1日齡火雞基礎(chǔ)日糧中添加有機(jī)酸（甲酸、乙酸、丙酸、山梨酸等，其中甲酸含量73.6g/kg、丙酸含量2g/kg），7日齡時(shí)小火雞的體重（P=0.031）和體增重（P=0.042）顯著降低，14日齡、21日齡、28日齡的體重和體增重不受影響[27]。可能是因?yàn)楸釙?huì)影響飼料的適口性，研究發(fā)現(xiàn)肉仔雞日糧中添加6g/kg丙酸使其采食量和體重都下降[28]，但是雞對(duì)有機(jī)酸具有適應(yīng)能力，因此飼喂后期體重和體增重不受影響[29]。丙酸也可以改善肉雞對(duì)礦物質(zhì)元素的消化吸收，添加3%丙酸明顯改善肉雞跖骨的彈性和強(qiáng)度，跖骨中灰分和鈣含量提高[30]。 有機(jī)酸對(duì)單胃動(dòng)物胃腸道發(fā)育影響的研究結(jié)論還存在差異，斷奶仔豬日糧中添加不同濃度的甲酸不影響胃腸黏膜的厚度、腸壁細(xì)胞數(shù)和胃的重量[12]。商品肉雞小麥-大麥型日糧中添加3.0g/kg復(fù)合有機(jī)酸（17.4%甲酸、14.1%甲酸銨、12.4%丙酸、8.4%丙酸銨、47.7%載體），顯著（P＜0.05）降低肉雞腺胃重量，但不影響肌胃重量；腸絨毛高度顯著提高（P＜0.05），但不影響腸上皮細(xì)胞黏液層的厚度[26]。 4. 其它 丙酸能夠通過(guò)降低乙酸濃度而抑制膽固醇的合成；丙酸降低血糖和胰島素水平，調(diào)節(jié)肝臟碳水化合物和脂肪代謝，有利于血清脂質(zhì)和心腦血管疾病[31]。這使得丙酸在醫(yī)藥行業(yè)也存在應(yīng)用的價(jià)值。 總結(jié) 甲酸和丙酸一方面能夠被動(dòng)物小腸或瘤胃吸收，是機(jī)體的能源物質(zhì)；另一方面日糧添加甲酸和丙酸，可以降低動(dòng)物胃腸道pH值、調(diào)節(jié)微生物區(qū)系、降低胃腸道內(nèi)氨和生物胺的濃度，提高機(jī)體免疫力和生長(zhǎng)性能；同時(shí)，甲酸和丙酸還被用作飼料的防霉防腐。 參考文獻(xiàn)：略 |
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