二甲酸钾及其在养殖业中的应用研究进展

二甲酸钾及其在养殖业中的应用研究进展伍应松田科雄(湖南农业大学动物营养研究所，湖南长沙410128)摘要：二甲酸钾对提高动物的生产性能、促进消化道健康，降低幼畜腹泻、改善胴体品质，以及减少氮、磷的排泄有重要意义。综述了二甲酸钾的理化性质、合成、作用机理及在养殖业中的应用，并对二甲酸钾应用的优势和影响因素进行了浅析。关键词：二甲酸钾，理化性质，作用机理，应用二甲酸钾是近年来发展较快的一种新型饲料添加剂，属于酸化剂的一类。添加到动物饲料中具有降低肠道pH，调节肠道微生态平衡，提高饲料营养物质的消化和吸收等功能。二甲酸钾在饲料中的研究和开发起源于20世纪90年代中期，2001年被欧盟批准为第一种用于替代抗生素的非抗生素促生长剂，在国内，中国挑战农业科技有限公司与中国农业科学院饲料研究所也联合研制开发了二甲酸钾产品，并于2005年被批准用于猪饲料。1二甲酸钾的理化性质二甲酸钾(PotassiumDiformate或K-Diformate，KDF，又叫双甲酸钾)是甲酸钾和甲酸的混合物，通过甲酸钾的羰基和甲酸的羧基形成氢键而连接在一起。二甲酸钾产品是一种白色或微黄色结晶或结晶性粉末，具有吸湿性，易溶于水，分子式为C2H3KO4，相对分子量为130.14，溶点约为109℃。二甲酸钾在酸性条件下稳定，而在中性或偏碱性的条件下即分解为甲酸盐与甲酸。2二甲酸钾的合成二甲酸钾是由2个甲酸根离子和1个钾离子组成的一种简单的有机盐酸，多采用化学合成方法制取。合成原料可用甲酸与无水碳酸钾或甲酸与氢氧化钾为原料，分别按反应物质的量比2：1和4：1的比例进行，在50℃-60℃温度下，在磁力搅拌器上反应2小时后，通过蒸发结晶，分离，干燥最后得到白色晶体二甲酸钾，产品回收率可达83%，纯度98%以上，生产操作简便，无三废产生，反应过程安全，易进行工业生产。其化学反应方程式为：3二甲酸钾的作用机理3.1降低肠道pH值，改善消化内环境二甲酸钾进入胃肠道，在其环境中溶解为甲酸(HCOOH)、甲酸根(HCOO-)和钾离子(K-)，从而降低消化道pH值。反应式为：HCOOH-HCOOKHCOOH﹢HCOOKHCOOHHCOO-﹢H﹢HCOOKHCOO-﹢K﹢黄小春等(2006)[1]报道，日粮中添加0.45%二甲酸钾，显著降低肉仔鸡嗉囊和肌胃内容物的pH值，分别降低了0.34和0.32。Mroz等(2000)[2]报道，日粮中添加0.9%和1.8%二甲酸钾，3-65min内胃和十二指肠食糜的pH值平均降低了0.4。有研究表明，85%的二甲酸钾存在于猪胃中而进入十二指肠。甲酸盐在消化道各段的回收率为83%，空肠前段38%，空肠中段17%，空肠后段9%。由此可见，二甲酸钾主要在小肠的前段发挥作用。但Canibe等(2001)[3]报道，二甲酸钾对猪消化道pH值没有影响。因此，二甲酸钾对畜禽消化首pH值的影响及其作用机制还需要进一步研究。3.2调控肠道内微生物菌群繁殖胃肠道大多数有害菌群生长的适宜pH值都是中性偏碱，如大肠杆菌适宜的pH为6.0-8.0。在调控消化道微生物菌群繁殖上，消化道酸度起着重要作用。二甲酸钾进入胃肠以后降低其pH值，改变有害微生物的适宜生存环境，抑制或直接杀害有害菌群，如大肠杆菌，沙门氏菌等。Canibe等[3]研究表明在仔猪叫槽料中添加二甲酸钾能减少各肠段总的厌氧菌、乳酸杆菌、大肠杆菌、酵母菌的数量。二甲酸钾也能降低生长育肥猪十二指肠、空肠和直肠中大肠杆菌的数量(Overland，2000)[4]。另有研究报道，二甲酸钾能通透微生物细胞膜，在其细胞内分解产生H﹢，降低或抑制细胞内酶的活性，破坏微生物蛋白和核酸的营养代谢，从而使微生物不能繁殖，甚至死亡。甲酸盐阴离子在细胞壁外分解细菌细胞壁蛋白质，发挥杀菌和抑菌作用。二甲酸钾的抗菌作用减少了微生物的数量，尤其是大肠杆菌等致病菌的数量，减少了微生物代谢物的产生，从而减少了对肠道的损害。3.3促进营养物质的消化和吸收胃内pH值的降低刺激胃蛋白酶原和胃蛋白酶的分泌，提高胃蛋白酶的活性，从而提高日粮中营养成分的消化吸收，减少氮、磷的排泄。微生物数量的减少，降低了微生物对养分的竞争，用于宿主的养分则相对提高。另外，释放的钾离子还可以提高赖氨酸的利用率。Roth等(1998)[5]研究发现，在不同赖氨酸水平(0.875、1.0、1.125)日粮中添加二甲酸钾可以改善仔猪氮代谢，提高营养物质的消化率，结果表明，添加二甲酸钾提高干物质的消化率84.0%-85.0%，其中粗蛋白质80.7%-82.6%、能量83.5%-84.7%、磷8%-9%、钙2%-3%、镁3%-8%、锌9%-17%、铜52%-60%%、锰6%，粪尿中氮的排泄量降低了10%，氮的存留量增加了7%。随着日粮赖氨酸水平的提高，氮的存留率增加，同时尿中氮的排泄量也增加。Mroz等(2002)[6]试验结果表明，在生长育肥猪日粮中添加1%二甲酸钾，粪尿中的排泄量减少6.79%，粗蛋白利用率提高4.34%，赖氨酸利用率提高2.8%，磷利用率提高1.75%。4二甲酸钾在养殖业中的应用4.1二甲酸钾在猪生产中的应用近几年来许多研究表明在仔猪日粮中添加二甲酸钾能改善仔猪的日增重，提高饲料转化效率。Paulicks等(2000)[7]在生长仔猪日粮中添加1.8%二甲酸钾，日增重提高8%-18%，饲料转化率提高6%，采食量提高1%-8%。Paulicks等[7]也研究了在不同谷物和不同能量浓度饲料中添加二甲酸钾对断奶仔猪生产性能的影响，添加二甲酸钾可提高日增重和采食量分别达到14%和9%。张若寒等(2006)[8]报道，在断奶仔猪日粮中添加二甲酸钾，日增重提高了13%，采食量提高了8%，饲料报酬改善了5%。武书庚等(2007)[9]研究表明，在仔猪日粮添加1%的二甲酸钾与对照组比日增重提高7.1%，料肉比降低13.71%，稍影响采食量。二甲酸钾替代抗生素促仔猪生长方面，Daza等(2001)[10]在日粮中添加1.2%二甲酸钾，猪的生长速度和饲料转化率分别提高8.6%和7.3%，仔猪的腹泻头数减少60%，与添加卑霉素组没有显著差异。王文杰等(2006)[11]试验表明，在断奶仔猪日粮中添加二甲酸钾，可以明显改善仔猪的生产性能，与添加抗生素的效果相比，差异不显著，认为二甲酸钾可以替代抗生素作为生长促进剂。杨禄良等(2007)[12]在含复合抗生素的实际断奶仔猪日粮中添加1%二甲酸钾，仔猪日增重提高8.3%，采食量提高3.79%，料内比降低3.95%，生产性能与添加4%血浆蛋白粉类似，试验表明仔猪日粮中使用二甲酸钾有类似抗生素的作用，且与抗生素配合使用有加合效应。二甲酸钾对生长育肥猪也有很好的使用效果。Overland等(2000)[4]在生长育肥猪(27-105kg)日粮中添加0.6%二甲酸钾，日增质量提高6.02%，日采食量提高3.78%，料重比改善2.49%，并明显改善猪肉品质。综合国内外研究者在日粮中添加不同二甲酸钾对仔猪和生长育肥猪生产性能的影响，5-12kg仔猪最佳添加量为1.2%-1.8%，10-25kg仔猪最佳添加量为0.6%-1.2%，生长育肥猪最佳添加量为0.6%。BASF公司总结出二甲酸钾对仔猪增质量剂量反应的回归公式为Y=100+10.205X(以对照组为100，X=1%二甲酸钾时，增质量增加10%。4.2二甲酸钾在家禽生产中的应用目前，二甲酸钾在家禽方面的应用报道较少。Sell等(2004)[13]在肉仔鸡日粮中添加不同水平的二甲酸钾，能显著增加肉仔鸡的采食量，提高日粮的表观消化率和氮的沉积，日增重也有上升的趋势。添加量为0.6%时效果最明显，采食量和日增重分别提高了8.7%和5.8%，但在饲料转化率上差异不显著。黄小春(2006)[1]研究了二甲酸钾对肉仔鸡的促生长效果，试验结果表明，添加0.45%二甲酸钾，肉仔鸡的日增质量提高10.26%，饲料转化率提高3.91%，并显著降低消化道pH，嗉囊、肌胃、空肠和盲肠pH分别降低7.13%、9.22%和2.26%。此外添加二甲酸钾组降低了盲肠大肠杆菌数量，同时也降低了乳酸菌，但提高了乳酸菌和大肠杆菌的比例。4.3二甲酸钾对胴体品质的影响Overland等(2000)[4]研究在限饲生长育肥猪日粮中添加二甲酸对胴体品质的影响。研究表明，添加0.6%和1.2%的二甲酸钾，降低了胴体的脂肪率，提高了腿部、腰部、颈部的瘦肉率。二甲酸钾也可能通过提高体内氨基酸合成蛋白质的效率来提高瘦肉率。另外，钾离子可通过调节组织渗透压和酸碱平衡，来维持细胞和组织储水能力，从而减少PSE肉的发生率。因此，二甲酸钾进入胃肠道释放出的钾离子在PSE肉的发生上可能起重要作用。可见，二甲酸钾对动物胴体品质有一定改善的作用，但确切的作用机理还有待进一步研究。5二甲酸钾的优势二甲酸钾作为动物饲料添加剂的优势有：首先，二甲酸钾是最简单有机酸的衍生物，没有与致癌物质类似的结构，对试验动物小鼠的研究表明，二甲酸钾急性毒性水平较低，且无遗传毒性。其次，二甲酸钾主要以甲酸根和钾的形式存在于肠道中，甲酸根最终在肝脏中氧化为CO2和水。因此，二甲酸钾在体内无残留。再次，二甲酸钾合成原料价格低廉，合成工艺简单，产品回收率和纯度较高，易进行工业生产。另外，二甲酸钾能降低动物体氮、磷的排泄量，有利于环保，且在动物排泄粪便中只有甲酸盐，不会对环境造成污染。所以，二甲酸钾作为一种非抗生素促生长剂受到了人们的关注。6二甲酸钾应用的影响因素总结国内外对二甲酸钾的使用研究来看，影响二甲酸钾应用的因素主要有日粮组成、日粮能量水平高低及与铜互作的作用。Paulicks等(2000)[7]研究不同谷物和不同能量浓度的饲料中添加二甲酸钾对断奶仔猪生产性能的影响。结果表明，在低水平能量日粮中添加1.8%二甲酸钾可以显著改善猪的生产性能，但在高能量水平日粮中，添加二甲酸钾对生产性能没影响。在小麦、大麦和大麦-小麦-玉米型的混合日粮中添加二甲酸钾，应用效果也不同，饲料转化率分别提高6%、4%、7%。另外，Windisch等(2001)[14]报道，随着日粮中二甲酸钾和铜水平的增加，仔猪增重、采食量和饲料转化效率明显改善，但日粮中添加最佳水平的二甲酸钾和铜并未起到进一步改善生产性能的作用;添加二甲酸钾和低水平的铜比添加二甲酸钾和高水平的铜饲料转化率要高。Jensent和Danielsen[15,16]的研究也表明在日粮添加1.2%的二甲酸钾同时添加低水平的铜能改善猪的生长性能，但是添加1.5%的铜时，并未发现有改善作用。因此，有研究者认为二甲酸钾和铜的促生长作用机理可能是一致的(黄小春，2006)[1]。7前景展望二甲酸钾作为一种新型的替代抗生素的非抗生素促生长剂，由于它有抗生素的促生长作用，而且无毒、无残留、对环境影响小、对人畜安全和加工操作方便等特点。得到了广泛的应用，目前主要集中在猪方面的研究，而在家禽等其他动物的应用较少。因此，二甲酸钾有着更广阔的前景。但在二甲酸钾影响消化道菌群及营养物质代谢的作用机理及与其他养分的互作效应等方面还有必要进一步的研究。以便为二甲酸钾的普遍使用提供坚实的理论基础。参考文献[1]黄小春,朱惠龄,吴灵英.二甲酸钾对肉仔鸡的抗菌促生长作用研究[J].中国饲料,2006(2):28-29[2]MrozZ,JongbloedA,VanR,etal.Postprandialflowratesofformicacidandpotassiuminduodenaldigestaofweanedpigletsfedgradeddosesofpotassiumdiformate[J].Journalofanimalscience,2000(78):110.[3]CanibeN,SteienSH,OverlandM,etal.EffectofK-diformateinstarterdietsonacidity,microbiota,andtheamountoforganicacidsinthedigestivetractofpiglets,andongas