酸化剂在仔猪生产中的应用现状及展望

发布时间:2013-10-30 来源:内蒙古农牧业信息网


   
    集约化养殖要求母猪的年繁殖力最大化,这导致了仔猪的哺乳期从5~6周缩短到3~4周。而3~4周断奶的仔猪因受到营养及环境应激,导致采食量降低、生长迟缓、腹泻,甚至死亡[1]。为了减少仔猪腹泻并提高其生长性能,抗生素类药物作为饲料添加剂已被广泛使用。然而,随着公众对抗生素类药物导致的病菌耐药性增强及在畜禽体内残留的逐渐关注,使寻找抗生素类添加剂的替代物日益迫切。在这种背景下,酸化剂作为一种可以在机体内正常代谢的无害物质,并有着和抗生素类添加剂相似的抑制病菌并促进生长的作用的替代物而得到越来越多的关注。据报道,一些酸,如柠檬酸、甲酸、延胡索酸、乳酸、丙酸或磷酸具有降低胃肠道pH值、激活胃蛋白酶原、改善胃肠道微生物区系进而提高早期断奶仔猪生产性能等作用[2~4],有助于解决仔猪阶段的一些问题。

  目前,在早期断奶仔猪饲料中添加酸化剂已得到了较普遍应用,但是有关这些酸化剂的作用效果报道不一,不同类型酸化剂的作用效果也有差异,并且酸化剂的作用机理也不是完全清楚。因而对其作用机制尚需作进一步研究。本文就酸化剂的作用机理以及影响其实际应用效果的因素作一综述,并基于当前的研究进展对今后的研究方向提出一些看法。

  1 酸化剂的种类及吸收、代谢

  1.1 有机酸及其盐

  常用的有机酸多为1~7碳酸,这些酸在植物或动物体组织中及自然条件下均有存在,并可在猪大肠中由微生物发酵产生。
  1.1.1 甲酸
  甲酸为无色、透明的液体,有刺激性气味。LD50(口服)为1g/kg~2 g/kg体重。其钠盐或钾盐则毒性较低。它通过与四氢叶酸合成10-甲酰四氢叶酸而发挥作用。猪的肝脏中叶酸水平及10-甲酰四氢叶脱氢酶的水平均很低,但可以通过在日粮中添加甲酸而提高[5]。主要抑制酵母和细菌,而乳酸菌及霉菌对其有一定的抵抗作用[6]。
  1.1.2 乙酸、丙酸和丁酸
  乙酸是无色、透明的液体,并有刺鼻气味。丙酸及丁酸均是油状液体并有酸败气味。这3种酸亦能经猪结肠微生物代谢产生,其吸收是被动吸收,并且吸收率很大程度取决于pKa及肠腔pH值,当肠腔pH值低于pKa时,短链脂肪酸吸收非常迅速。乙酸、丙酸及其中间代谢产物在转化为甲酰CoA后进入柠檬酸循环。一小部分丙酸则转化为乳酸。乙酸可抑制大多细菌的生长,对酵母抑制效果较差。丙酸主要是抑制霉菌,对细菌的作用较差并对酵母无作用。乙酸和丙酸抑制大肠杆菌的最小剂量是0.5%,比甲酸要高5倍[6]。
  1.1.3 乳酸
  乳酸可在乳酸杆菌、双歧杆菌等作用下产生。它可抑制细菌,对大多数霉菌及酵母无效。在胃及小肠内,乳酸由糖发酵产生,亦会在当氧气不足时在肌细胞内通过糖酵解途径产生[6]。
  1.1.4 柠檬酸及延胡索酸
  柠檬酸及延胡索酸均为无味、晶体状物质,有诱人的酸味。柠檬酸抗菌效果较差,因为大多微生物可以代谢它,且其pKa较低[6]。日粮中的柠檬酸及延胡索酸通过钠泵转运,并且均为三羧酸循环的中间产物,可参与供能。
  1.1.5 其它酸
  一些关于苹果酸、酒石酸及山梨酸的研究也有报道。苹果酸存在于苹果等水果中,并有一定的抑菌及抑酵母作用。酒石酸主要存在于葡萄中,有强烈的酸味。山梨酸存在于一些浆果中,并有独特的酸味,通常被认为没有毒性,通过β-氧化及ω-氧化等方式代谢,并可抑制酵母、霉菌及一些细菌,通过抑制酶活及营养转运实现[6]。
  1.2 无机酸及混合酸
  无机酸在降低日粮酸结合能力方面比有机酸作用更显著,并且在胃中的停留时间更长。

  2 酸化剂的作用机理

    在阐述酸化剂的作用机理之前有必要了解哺乳仔猪的生理特点以及早期断奶对仔猪生理状态的影响。处于哺乳状态的仔猪,胃内的乳糖可由胃内的乳酸菌发酵转化成乳酸以降低胃pH值。更重要的是,在凝乳酶的作用下,乳呈凝固状以延长乳在胃中的停留时间,这样在胃内pH值并非理想状态下亦可消化的比较理想,因而仔猪出现腹泻的机率较小。而对于早期断奶仔猪,植物蛋白无法长时间停留在胃内并且胃内pH值无法达到2.0以激活胃蛋白酶原,这样未充分消化的食糜进入肠道同时被肠道有害菌利用,使仔猪腹泻增多。除此之外,这个阶段仔猪的被动免疫来自初乳,而主动免疫则刚开始形成[6],因此断奶仔猪的免疫力亦较差。
  当前对有机酸的抗菌机理研究得比较清楚,即基于环境pH值,通过从不溶状态到溶解状态的转变,达到抗菌的目的。当有机酸处以不溶状态时可以轻易通过微生物的细胞膜进入细胞质,而细胞质内的pH值维持在7左右,有机酸则处于离散状态而达到抑制细胞酶(脱羧酶及过氧化氢酶)的作用[7],效率则由pKa决定,pKa高则效率高[6]。
  尽管研究者对酸化剂其它的作用机理已提出了一些假设,但准确的作用模型仍没有定论。一般认为酸化剂有助于降低pH值,增加蛋白酶的活性,延长食糜在胃中的停留时间。而停留时间的延长有助于延长蛋白的消化,并增加肠道内有益菌如乳酸杆菌的数量,减缓有害微生物的分化及增殖。有机酸也可以影响粘膜的组织形态,并刺激胰腺的分泌[6]。
  有机酸盐的作用机理与有机酸相似,它的优点则是无特异味道并易于处理。
  2.1 对食糜pH值的影响
  较低的胃内pH值是必需的。胃蛋白酶原在pH值为2时迅速被激活,在4时则很难被激活。胃蛋白酶发挥活性的最佳pH值为2或3.5时,当升至3.6时基本无活性[6]。
  在一些试验中观察到有机酸可降低pH值,但大多数试验无法得到显著的效果,甚至有的试验显示胃食糜pH值有升高的趋势[8]。也许是方法和技术方面的原因及通过单向电极测定胃肠道部位的不同所导致。
  2.2 降低胃内食糜的排空率
  有研究显示,酸化剂可以降低胃内食糜的排空率(通过胃食糜重量相等时干物质的重量来反映),而较低的排空率反映了食糜在胃内停留的时间较长而使食糜在胃内降解更完全[6]。食糜的排空率方面仍需要更多深入的研究,胃及肠道插管技术等新技术的应用也许是较理想的方法。
  2.3 提高消化道表观可消化率
  一些研究显示,有机酸有助于提高消化道表观可消化率,并可提高CP及N的沉积。但不同种类的酸效果不尽相同,如柠檬酸无效果,而甲酸效果较好。应用效果也与猪的日龄相关。Eckel等 (1992a)报道,对于6kg~14 kg的仔猪,每千克日粮中添加6g~24 g甲酸有很好的效果,但对14kg~23 kg的猪则无效果[6]。
  2.4 对胃肠道微生物数量的影响
  很多报道指出酸化剂可以减少大肠杆菌在胃肠道的附着,因而降低仔猪死亡率。但不同酸化剂的效果不同。在日粮中添加1.8 %甲酸,小肠,盲肠及结肠的微生物数量显著降低,乳酸杆菌:大肠杆菌的比值上升。甲酸盐的影响则较小。添加延胡索酸可使空肠大肠杆菌数量减少,但在其它部位无影响。需要注意的是,在日粮中添加1.5 %甲酸无法抑制大肠杆菌的繁殖,并无法改变生长性能。因此,使用剂量是决定性因素。
  2.5 影响胰酶的活性
  一些试验显示,短链脂肪酸对猪胰腺的内、外分泌均有刺激作用。Hara等(1986)发现,在pH值为2时,不同有机酸对胰腺分泌的刺激作用强弱顺序为甲酸>乳酸>丙酸>乙酸>丁酸>丙酸。
  2.6 对肠道形态的影响
  断奶仔猪的小肠通常会发生肠绒毛高度降低及隐窝加深,同时伴随着吸收能力的降低。但目前对肠道形态改变影响仔猪的机制还不清楚。研究发现,添加酸化剂可有效避免肠绒毛高度降低及隐窝加深。由肠道微生物发酵产生的短链脂肪酸刺激上皮细胞分化,效果强弱顺序为n-丁酸>丙酸>乙酸。口服或静脉注射短链脂肪酸也可增加肠道上皮细胞的分化,促进营养物质的吸收[9]。

 3 酸化剂的作用效果

  有机酸的促生长作用与抗生素及抗生素样生长促进剂相似,但目前仍没有另人满意的效应模型。对于改变采食量,不同的有机酸有不同的效果,一般来说,甲酸及甲酸盐有促进效果,延胡索酸及柠檬酸无效果或负效果,这可能与猪的年龄有关,如仔猪对日粮适口性的改变更敏感。一些酸如甲酸有强烈的气味,甚至随着添加量的增加采食量明显降低。不同种类的酸添加量也不相同,一般认为在日粮中添加量为1%~2.5%,如添加量过高,而会引起酸中毒。但柠檬酸及延胡索酸参与三羧酸循环,似乎不会产生这种情况[6]。
  无机酸方面,根据已有的研究报道,只有磷酸可以提高猪的生长性能,而盐酸和硫酸等均无作用[10]。而国内在这方面的报道则认为添加0.6%的盐酸可降低仔猪腹泻率,提高日增重,但添加2.4%的盐酸,日增重极显著下降,机体有发生代谢性酸中毒的趋势[11]。关于磷酸添加量方面报道差异也较大,添加量从0.1%~3%不等[12]。因此,需要在考虑遗传、环境等因素的同时,进行更多的试验以确定更适宜的添加量。磷酸的应用方面,研究认为基于磷酸的混合酸效果更好,有着更好的日增重、采食量及更低的料肉比,同时添加量相比单一酸也更少[20]。

 4 影响酸化剂作用效果的因素

 4.1 日粮的成份及化学组成
 一些试验结果指出,最大的酸化剂效果体现在由谷类和植物蛋白组成的日粮。而在添加乳制品的日粮中效果最差。原因可能在于乳制品在胃内乳酸菌的作用下转化成乳酸,尽管乳酸菌数量不多,但仍降低了pH值而减少了酸化剂的使用[12]。
  另外一点就是日粮系酸力的不同。不同饲料的缓冲能力差异很大,谷物及其副产品的系酸力最低,其次是蛋白饲料和矿物质(除重钙磷酸盐及磷酸一氢钠外)。有机酸降低pH值的能力为酒石酸>柠檬酸>苹果酸>延胡索酸>乳酸及甲酸>乙酸>丙酸[13]。蛋白质及矿物质的增加降低了有机酸的效应。因而如果选择低系酸力的日粮,应该可以提高酸化剂的效果,但也有试验认为系酸力与猪的生长性能并没有直接关系[14]。
  4.2 仔猪日龄及饲养环境
  一些研究认为,酸化剂效果最明显的时期是仔猪断奶后2~4周,其后随着日龄增加效果下降[6],当仔猪处于非最适生长环境时酸化剂效果更易体现[14]。

  5 展望

  目前,酸化剂在仔猪生产中已得到较广泛的应用,从过去常选用延胡索酸或柠檬酸来酸化饲粮到甲酸等的研究成为热点,以及对混合酸的研究也逐渐开展。但也存在一些问题有待研究解决:①普遍认为酸化剂可以降低胃食糜pH值,但在很多试验中无法观察到这一点,因此一方面应考虑到日粮对酸化剂的系酸力,如果系酸力较高,则酸化剂很难起到效果,为了真实体现酸化剂的效果,选择低缓冲力的日粮是先提条件;另一方面,有必要确认酸化剂降低pH值是直接降低胃的pH值,还是一种间接效应,即作为一种化学刺激物刺激G细胞,使胃泌素的分泌增加,从而增加组胺,而使胃液的分泌量增加。因而胃泌素的表达或许是一个可能的研究方向。②酸化剂是否会影响十二指肠内胰酶的活性,既然胰酶的最适pH值是弱碱性,是否由于肠内的缓冲能力,使酸性食糜对肠内酶活的影响不大。③酸化剂作为动物的饲料添加剂,其作用机制不同,混合使用有可能产生协同效应从而增加使用效果,复合酸化剂在胃中吸收的速度过快而无法达到酸化胃及肠道内容物的效果,因此应考虑缓释的问题[15]。
  酸化剂的效果显著、无毒无污染、无抗药性等特点使其成为研究热点。但还需进一步研究明确其作用机理。针对目前存在的问题,找出最适的方法,开发新产品,在畜牧生产中合理使用酸化剂。针对动物的生理特点和不同酸化剂的理化特性,开展复合酸配合比例优化和完善生产工艺,开展酸化剂与益生素、酶制剂、铜、锌等添加剂配伍使用的研究,以不断提高酸化剂的使用效果。
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