丁酸钠在动物营养中的作用
[摘 要] 丁酸钠是丁酸的钠盐形式,研究发现其水解成丁酸后具有广泛的生理营养作用。本文综述探讨丁酸钠的理化性质、营养作用和其应用注意事,并简要展望丁酸钠应用前景。
[关键词] 丁酸钠； 营养作用； 注意事项； 应用前景
长期以来, 饲用抗生素在保障动物营养与健康、促进动物生长等方面效果明显, 给畜禽生产带来了巨大的经济效益。目前, 开发抗生素替代品成为动物营养、饲料添加剂研究的热点。丁酸钠具有无污染、无有害残留和独特的营养生理功能等特点而逐渐成为热门的抗生素替代品之一。
一、丁酸钠的理化性质
丁酸钠产品呈白色至类白色, 可吸湿性的粉末,似绒毛状, 具有特殊的奶酪酸败样气味, 易溶于水, 水溶液 pH 值呈碱性。作为一种生物调节剂, 丁酸在维持细胞的分化和结肠上皮的完整性、提高动物生产性能方面发挥着重要作用。本品在常规贮存和搬运条件下, 处于室温和密封状态下稳定, 但勿与性质相反的物质、粉尘、过热物品、强氧化剂混存。
二、丁酸钠在动物营养中的生理功能及作用
近年来发现丁酸钠在提高动物营养与生产性能方面也发挥着作用
1、作为肠道细胞的能量来源
研究发现, SCFA 能够为结肠提供能量, 是肠细胞偏爱的能量源, 且在肠腔内极易吸收。其中丁酸是结肠粘膜上皮细胞的主要能量来源, 约占 SCFA 耗氧所
产能量的 70%, 为动物提供了高达 30% 的维持能( Basson 等, 1996) 。 丁酸盐和其它初级短链脂肪是结肠上皮细胞的主要呼吸燃料, 结合丁酸非离子弥散性吸收为主的特点, 丁酸无需经过肝胆吸收和复杂的三羟循环系统, 可以直接为肠上皮细胞提供能量, 是肠上皮细胞的快速能量源。
2、改善小肠形态, 促进小肠消化吸收功能
小肠粘膜上皮细胞是执行消化吸收功能的最主要细胞。一方面, 肠上皮细胞的纹状缘含有许多酶, 参与营养物质的消化; 另一方面, 食物在肠上皮细胞的肠腔面或肠腔内被消化分解, 营养成分被主动吸收或简单扩散。经肠上皮细胞的肠腔面进入细胞内, 除一部分供给该细胞自身使用外, 大部分从细胞基侧面以主动转运或扩散的方式释放, 进入固有层的毛细血管。因此, 粘膜上皮细胞结构的完整性是执行消化吸收功能的基本保证(王子旭等,2003)。Galfi 等(1990)给生长猪饲喂含 0.17%丁酸钠的日粮发现,丁酸钠增加了回肠微绒毛长度。
3、维持肠粘膜上皮细胞的正常形态,增强免疫功能
肠粘膜机械屏障由肠粘膜上皮细胞、上皮细胞侧面的细胞连接、上皮基膜和上皮表面的细胞衣组成。它们构成了机体免疫系统的第一道防线。因此, 肠粘膜上皮细胞结构的完整性与肠粘膜机械屏障功能, 乃至机体的免疫功能有密切关系( Reynolds 等, 1996; 殷彦君等, 2002) 。
丁酸钠能抑制结肠上皮细胞的凋亡, 诱导结肠癌细胞凋亡, 抑制 NF- kB 的活性, 减少 TNF- α等炎症性细胞因子的产生和释放, 抑制肠粘膜的炎症反应。
这些作用有利于结肠炎的愈合, 减少细菌或食物抗原跨粘膜迁移, 减轻腹泻。Sauer 等( 2007) 研究发现,丁酸的抗肠炎功能与其调节结肠细胞氧化和代谢性应激的基因表达有关。
4、维护胃肠道内有益微生物菌丛
动物胃肠道存在着大量的微生物, 当其中的双歧杆菌、乳酸菌等有益菌占优势时能够抑制大肠杆菌等有害菌在肠道内的附着和增殖, 从而减少消化道疾病的发生( Meng 等,1998) 。可见肠道微生态的平衡对于宿主的健康有着极为重要的意义( Floch 等,2001) 。
丁酸盐可以抑制病源微生物(沙门氏杆菌、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌等)的生长, 增加有益菌群数量(乳酸杆菌、粪链球菌等), 改善肠道微生物菌群, 起到部分替代抗生素的作用。研究发现, 挥发性有机酸和非挥发性有机酸及无机酸的抗菌效果存在明显差异, 挥发性有机酸(甲酸、丙酸、丁酸)具有较好的杀菌作用, 直接扩散进入细胞内, 通过降低胞内pH 值, 抑制某些大分子的代谢, 破坏病原菌细胞膜的完整性, 从而达到杀菌作用。挥发性有机酸盐( 如丁酸盐) 尽管不能降低病原菌细胞间质的 pH 值, 不能以酸的形式渗透进入病原菌细胞内发挥杀菌作用, 但也具有抗菌作用, 其作用强弱依赖于有机酸盐的溶解性。如挥发性有机酸的钠盐全溶于水, 而钙盐只有部分可溶, 因而体外抑菌试验中, 丁酸钠的抑菌效果要比甲酸钙和丙酸钙的强, 此外有机酸的二价盐体外抑菌效果优于饱和度高的有机酸盐。
5、丁酸钠其它作用
除了上述明显的作用特点以外, 丁酸钠还有其它作用:
①丁酸钠具有特征性气味, 能诱导动物采食。断奶后幼畜对日粮中母源性物质仍然保留依赖性。猪奶干物质中含有超过 3.8%的丁酸盐, 因此, 丁酸钠在仔猪教槽料和反刍动物代乳料中的作用尤为明显( 章亮等, 2006) 。
②改善结肠血液循环, 有利于肠道术后创口愈合( Cook 等,1998; ) 。
③丁酸钠能增加葡萄糖甙(脂)酰鞘氨醇的合成, 防治结肠细胞编程性死亡, 抑制肠粘膜的炎症反应。调节结肠上皮细胞抗菌肽mRNA 的表达, 有利于降低肠道疾病发生率。减少细菌或食物抗原跨粘膜迁移, 有利于结肠炎的愈合和降低腹泻率( 张孝卫等, 2005; ) 。
④刺激胰腺分泌,增加胰高血糖素和胰岛素水平, 进一步刺激结肠上皮细胞的生成。胰消化酶水平也得到提高, 肠腔内乳糖、麦芽糖和蔗糖浓度大幅提升( H.Sano 等,1995) 。
⑤葡萄糖的跨膜转运是细胞利用葡萄糖的主要限速步骤。
目前研究表明, 这一过程依靠细胞膜上葡萄糖运载体( GT) 来完成。Takano 等( 1988) 研究表明, 在培养液中加入丁酸钠, 能显著增加猪肾脏细胞葡萄糖运载体mRNA 的表达。
○6特殊气味对幼猪具有很强的诱食性，可作为一种诱食剂；可添加于各种饲料以提高日增重、采食量、饲料转化率、提高经济效益。
三、丁酸钠应用的注意事项
目前, 丁酸钠在动物生产上的应用方式主要是在动物饲料中添加丁酸钠产品(丁壮素、佳宝育、肠益健)。Nollet 等(2005)注意到,动物饲粮中添加 500 mg/kg 丁酸钠就可显著提高鸡生产性能,可见丁酸钠具有极高的效率。但对于其添加剂量应视动物种类、年龄、生理状况、饲养环境和饲养管理方式等不同而有所差异。如果添加量不足则无法体现其效果达不到生产要求。不同的研究中丁酸钠的添加剂量差异较大,丁酸钠在肉鸡和蛋鸡饲粮中的添加剂量为 500～2 000 mg/kg ( Nollet 等, 2005) , 而在猪饲粮中的添加剂量为 0.1%~0.17%( 郭小华等,2005; ) 。丁酸钠在动物饲粮中的添加剂量不同可能与丁酸钠产品性状、肠道微生物发酵产生的 SCFA, 尤其是丁酸的含量、畜禽品种有关, 但其适宜添加剂量还有待于大量的试验研究来确定。
四、丁酸钠未来在动物营养上的发展应用前景
丁酸钠作为一种新型的因其独特营养生理特性而日益成为最具潜力的动物营养保健品和抗生素替代品。然而, 丁酸钠的研究历史还很短暂, 且在畜禽上应用的报道还较少, 尚有许多问题没有被认知。因此丁酸钠未来在动物营养上的发展应用前景应是:
①针对丁酸钠在猪、鸡和反刍动物等畜禽上的应用进行系统研究, 了解其对动物营养生理、肠道微生态、免疫机能等的影响;
②对丁酸钠影响动物肠道菌群、营养物质代谢和免疫机能的确切机制作进一步研究, 为丁酸钠的合理应用提供依据;
③进一步进行大规模试验, 以确定不同纯度丁酸钠产品在不同动物饲料中的适宜添加剂量, 为在饲料工业中合理使用丁酸钠提供参考。
参考文献：
【1】．杨凤 动物营养【M】 北京：中国农业大学出版社，2008；1。
【2】. 岳双明;赵胜;周安国;王之盛，新型饲料添加剂—丁酸钠，《饲料工业》，2007年16期。
【3】．孙浪；刘臻；周玲；王赏初，丁酸钠在动物营养中的应用研究进展，第一届中部地区水产饲料实用技术论坛，2013年。
