酸化剂的作用机理及发展趋势

酸化剂的作用机理及发展趋势随着现代畜牧业和饲料工业的发展，仔猪早期断奶的优势已经被越来越多的养殖者所接受，其不仅可以提高母猪的繁殖率、减少多种由母猪垂直传播的传染性疾病的发生率还可以提高猪生长期生产性能和胴体品质，然而由于仔猪早期断奶（3—5周）时受心理、环境及营养应激的影响，常常表现为以食欲差、消化功能紊乱、腹泻、生长停滞、饲料利用率低等为主要特征的“早期断奶综合症”，严重影响了断奶仔猪的生长发育。引起仔猪“早期断奶综合症”的因素较多，其中饲料日粮和仔猪本身泌酸能力较低是影响的主要因素。而酸化剂作为一种可以有效提高饲料和消化道酸度、维持动物胃肠道微生物生态系统平衡、减轻仔猪断奶应激的一种添加剂越来越受到广大饲料工作者和养殖者的重视。本文主要按照酸化剂的作用机理、影响酸化剂使用效果的因素、现状和今后发展方向等几个方面进行综合性的论述。一、酸化剂的作用机理：1.降低胃肠道的PH值，提高消化酶的活性：断奶前的仔猪，由于吸食的母乳中含有大量乳糖，在胃内乳酸杆菌的作用下转化成乳酸，使胃内PH值保持在4时即可很好的消化乳蛋白。而早期断奶仔猪的消化系统和免疫器官发育不完善，消化道中酶和胃酸的分泌不足(见图一)，并且由于从母乳为主突然改变到以采食固态饲料后，还会引起胃内PH值的大幅度升高，可达到5.5以上(Manner等1984)，大量试验认为胃蛋白酶要求的最佳PH值为2.0—3.5，当PH4.0时活性减弱甚至失活。一般认为一头28日龄的断奶仔猪每天只能分泌相当于20ml1mmol盐酸的胃酸，所以在断奶后的第一天能消化的饲料不超过57g，多采食的饲料就不能被仔猪很好的利用，未被消化的饲料随着食糜进入消化道后段在有害菌的作用下产生肠毒素，从而导致仔猪下痢；而当加入酸化剂后降低了饲料的系酸力，相应胃内PH值下降，可以进一步提高胃蛋白酶的活性，消化的饲料量相应上升。同时肠道内容物的酸度也影响胰蛋白酶.糜蛋白酶.羧肽酶.淀粉酶.脂肪酶.麦芽糖酶和乳糖酶的分泌和活性。二、改善胃肠道微生物区系：1）早期断奶仔猪正常的胃肠道微生物生态系统尚未建立，同时由于断奶的应激使胃肠道PH值进一步上升，可达到5.5以上致使消化道内各种有害菌（大肠杆菌.沙门氏菌.葡萄丘菌等）大量繁殖（见表一），可能造成肠道微生物失衡，并引起胃肠道正常生理功能紊乱(Miller等1985)。Barrow等(1977)研究发现：仔猪断奶后第2天，肠道内乳酸菌的数量显著下降；大肠杆菌数量急剧增加。Mathew等(1991)报道，仔猪断奶后2天内，回肠内容物中乳酸杆菌数几乎减少到接近于零，大肠杆菌数显著增加，并与回肠内容物的pH值增加呈强正相关。当饲料中加入酸化剂以后，可以使饲料和消化道的PH值下降，当PH4.0时，以表一几种主要病原菌生长的PH范围病原菌最低PH最适PH最高PH大肠杆菌4.3—4.46.0—8.09.0—10.0沙门氏菌4.0—5.06.0—7.59.0葡萄球菌4.26.8—7.59.3上病原菌则大量失活，乳酸菌、双歧杆菌等各种耐酸性的有益菌大量繁殖，Fuller(1977)研究表明：酸性条件有利于乳酸菌的繁殖生长，对大肠杆菌等有害微生物生长繁殖有抑制作用。并且乳酸杆菌代谢产物―乳酸能够阻碍大肠杆菌在肠道内与其受体结合，抑制大肠杆菌生长(danielson等1989)，形成了有益的微生物区系；2）酸化剂抑菌作用的理论基础：酸化剂除降低饲料和胃肠道PH值外，一定程度上还可以抑制各种病原菌的生长繁殖，并且不同的酸由于结构形式和在溶液中的离解程度不同其抑菌的效果也有一定的差异；总体而言酸化剂的主要抑菌机理如下：a、病原菌营养物质的输送机理：在营养物质的输送方面，由于细菌细胞具有一定的负电荷，非离子型的化合物能进入细胞，而离子型的则不能进入。在中性或碱性环境中，有机酸不能进入细菌细胞，而在酸性环境中，这些化合物为非离子状态，可以进入细胞，影响了离解基团的离子信息，从而促进细胞膜上运转酶失活，影响了物质的运转；b、无机酸的抑菌机理：无机酸在动物消化道内可以完全理解成酸根离子和H+，它对细菌的作用基本上是通过H+产生效应，降低了病原菌细胞的渗透压体系，阻止病原菌的正常繁殖，从而抑制了病原菌的生长发育；c、有机酸的抑菌机理：有机酸可根据消化道酸度的不同而产生部分离解，除产生H+效应外，还有部分未离解的酸分子的作用。有机酸进入病原菌细胞内的程度取决于细胞内外的PH浓度差，同时还与有机酸分子量的大小、溶解性和极性等有关；一般相对分子量小、极性小、溶解性强的有机酸容易扩散进入细菌细胞。其对细菌的作用机制为：a)引起细菌细胞膜电荷的变化，影响细菌对营养物质的吸收：在细菌细胞膜上H+位于外侧，OH-位于内侧，这种质子梯度产生的电位差使细菌细胞可以运送如氨基酸之类的营养物质，当未离解的有机酸进入细胞后，降低了胞内PH值，使细菌细胞膜内外的电位差减弱，从而影响了氨基酸等营养物质的吸收；b)影响细菌代谢过程中酶的活性：有机酸可以非选择性的干扰细菌细胞中酶的功能及干扰细菌细胞膜的通透性，可阻碍三羧酸循环中α-酮戊二酸和琥珀酸脱氢酶的作用，可抑制能量代谢中磷酸化酶的功能；可与细胞内的各种含硫基酶结合使其失去活性，从而抑制了微生物的生长。d、挥发性有机酸盐的抑菌机理：挥发性有机酸盐的抑菌作用主要是依赖于它们的溶解性和消化道PH值，一般水溶性的抑菌效果大于非水溶性的，同时当消化道酸度达到一定程度，其在胃内能还原成有机酸而达到抑菌作用。注意：以上所有抑菌作用均是基于降低环境中PH值而起的作用。3、减缓胃的排空速度，增加食糜在胃内的停留时间，延长了饲料在胃内的消化时间：当酸性食糜进入小肠，对十二指肠肠壁产生化学刺激，使之分泌肠抑胃素，反馈性的抑制了胃的收缩。4、刺激消化器官的发育，促进消化腺的分泌，如：可以促进胰腺的发育和分泌，促进胆汁的分泌和排放等。二、影响酸化剂使用效果的因素：1、添加酸的品种和数量：不同酸的理化特性和生物学特性不同，其作用效果也不一样；a.各种酸的分子量和离解常数（见表二）均不同，一般情况下ka越大，相同浓度条件下的PH值越小，其给出H+的速度越快，离解程度越大；而分子量较小的有机酸在相同PH值条件下抑菌作用的效果比分子量大的有机酸好；表二?部分酸的分子量和离解常数名称分子量Ka名称分子量Ka甲酸46.031.7*10-4柠檬酸192.147.4*10-4丙酸74.081.3*10-5富马酸116.078.9*10-4乳酸90.081.3*10-4磷酸98.007.5*10-3b.各种酸在不同PH值条件下的离解情况（见表三）均不一样：根据各种酸在不同PH表三??部分酸在不同PH条件下离解比例（%）名称PH2PH3PH4PH5PH6甲酸1.6714.5262.9494.4499.42丙酸0.131.3311.8957.4393.10乳酸1.3011.6556.8692.9599.25柠檬酸6.9042.5788.1198.6799.87富马酸8.1847.1289.9198.8999.89磷酸43.1388.3598.799.8799.99条件下的离解程度可以有针对性的进行各种酸的配合，一般离解程度较大的酸可以有效的降低环境中的PH值、而使离解程度较小的酸有相当一部分处于非离解状态；可以有效的抑制环境中各种病原菌的生长发育；c.各种酸对细菌的作用情况：a)甲酸、丙酸：对沙门氏菌.真菌.梭菌和革兰氏阳性菌有抑制和灭活作用（Enthoven等2002）；b)富马酸：对葡萄球菌.链球菌.大肠杆菌等有抑制作用；c)试验认为：在PH4条件下，盐酸、乳酸和甲酸对大肠杆菌均表现一定的抑菌效果，其中盐酸最弱、乳酸强一点，而甲酸表现最强。d.不同酸对断奶仔猪采食量、日增重和料重比亦不一样，且差异较大（见图二）；2、饲料组成：不同饲料原料的PH值和系酸力不同（见表四），不同饲料日粮的PH值和系酸力亦不一样（见表五），饲料的系酸力和PH值在很大程度上影响了动物消化道内容物的PH值；张宏福等试验认为：断奶仔猪的采食量、日增重、饲料利用率和饲料利用率均与饲料日粮的系酸力有关，当日粮的系酸力下降以上各种指标均有所改善，并且当日粮的系酸力水平为20时最为理想；表四?饲料原料的PH值和系酸力（美农测得值）原料PH值系酸力原料PH值系酸力玉米6.287.4大豆浓缩蛋白6.0562.0豆粕6.6455.0血浆蛋白8.91108.0进口鱼粉5.8480.8石粉8.692846.4麸皮6.2546.5磷酸氢钙7.3271.0乳清粉5.8529.21%预混料3.75膨化大豆6.843.0表五?不同蛋白饲料的PH值和系酸力（美农测得值）饲料蛋白PH值系酸力饲料蛋白PH值系酸力CP21%5.8534.5CP18%5.9532.8CP20%5.9434.2CP17%5.9733.0CP19%5.9233.43、酸化剂的吸收速度：酸化剂在胃中释放或吸收速度过快，可以抑制胃酸的分泌和胃的正常发育，并且所添加的酸化剂无法进入小肠，不能有效的降低消化道后段的PH值；4、酸化剂的添加时间：一般认为酸化剂主要应用于仔猪效果较好，而对生长育肥猪的效果不显著；在母猪饲料中使用酸化剂可以阻断母乳中大肠杆菌的垂直传播。对于生??长育?肥猪使用酸化剂效果不显著可能与所选用的酸及酸的处理方式有关，如果有针对性的将有机酸经过包被处理，使其大部分不在胃中释放而直接进入小肠，理论上应当有一定的效果，但实际结果需要通过大量的试验进行论证；5.使用酸化剂的种类和添加量不一致，缺乏一个添加标准，添加少了作用不明显，添加多了有可能发生代谢性酸中毒。三、现状：1、多偏重于酸化剂的添加量方面，对饲料日粮的PH值和系酸力的研究较少，如：1）对于同一种基础日粮，当加入1.5%—2.0%的柠檬酸或乳酸时，日粮的系酸力降低到一个适当的值，可以很好的使断奶仔猪日粮和消化道的酸度保持在一定的范围内，而当加入1.5%—2.0%的磷酸时，饲料日粮的系酸力下降到很低，同时由于磷酸为中等强酸，在动物消化道内离解程度较高，一定程度上动物会产生代谢性酸中毒；2）虽然有很多报道认为在断奶仔猪基础日粮中加入1.5%的柠檬酸的使用效果比乳酸好,这主要是因为柠檬酸的Ka比乳酸大，可以使基础日粮的系酸力降低到一个比较合适的值，而添加相同比例乳酸基础日粮的系酸力则可能未达到该值，如果使用基础日粮的系酸力作为评定标准来添加这两种酸，理论上乳酸的使用效果不会比柠檬酸差，一定程度上使用效果会超过柠檬酸，当然所有一切均需要通过实验进行论证；2、在研究各种单一酸在饲料日粮中使用效果的时候，未能考虑饲料中其他营养物质之间的拮抗与互作，如：1）在研究磷酸和其他酸在饲料中添加效果的时候，应当考虑饲料中钙磷比例平衡的问题，适当调整饲料中磷的添加量使磷的含量与对照组保持一致；2）在研究甲酸钙在饲料中添加量的时候，未能对饲料中的钙的添加量作一定的调整，致使饲料中钙的含量超标，钙磷比例严重失调；3、多停留于单纯的酸化剂的使用方面，而对基础日粮的组成及其与酸化剂的交互作用的影响缺乏系统的研究：不同系酸力饲料日粮中酸化剂的添加量应当不同，而同一系酸力饲料日粮由于所使用的原料不同酸化剂的添加量亦有可能不一样，当基础日粮中乳清粉或乳糖添加量比较高时，乳糖在乳酸杆菌的作用下可以产生乳酸，相应饲料中酸化剂的可以适当降低；4、不同酸化剂的作用效果不一，好坏尚无定论：由于各种复合酸化剂所使用的酸的品种和比例不同，所以在使用过程中所表现出的效果亦不一样；无机酸改变饲料日粮和消化道食糜PH值的能力较大而抑菌的效果较差，未经包被处理的有机酸在被动物采食后，其抗菌活性在消化道前段最大而改变食糜PH值的能力很有限（J.J.Dibner2003），并且其抗菌能力的大小与其环境的PH值有关；不同的有机酸由于分子量、溶解性、极性和离解程度不同，其作用效果也不一样，如：甲酸不仅可以抑菌还可以提高动物采食量和氮潴留，乳酸不仅可以提高饲料的适口性还可以促进乳酸杆菌的生长繁殖。所以在生产和使用酸化剂时不应当只考虑有机和无机，应当综合考虑各种因素；5、大部分酸化