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饲料酸化剂的作用机理及其应用前景

   日期:2020-01-07     来源:互联网    编辑:admin    浏览:20    评论:0    
核心提示:pH值是动物体内消化环境的重要因素之一。动物胃中pH值为2.0~2.5、小肠内pH值为5~7,这个酸性环境是饲料组分在体内被充分消化吸
pH值是动物体内消化环境的重要因素之一。动物胃中pH值为2.0~2.5、小肠内pH值为5~7,这个酸性环境是饲料组分在体内被充分消化吸取、有益菌群合理生长、病原微生物受到有效抑制的必要条件,保证这些条件即可达到提高动物生长性能和饲料利用率、增强机体抗病能力的目的。
然而幼龄动物消化系统的发育尚未完善,胃酸分泌不足,消化酶活性低下,胃肠道pH值高于酶活性和有益微生物生长的适宜范围。饲料酸化剂作为一种可以降低消化道中pH值的物质为动物提供最适消化道环境,以满足营养及防病需要的新型生长促进剂而在畜禽饲料中得到应用。如今,酸化剂已成为继抗生素之后与益生素、酶制剂等并列的重要添加剂,虽然短期内取消抗生素及抗菌药物在配合饲料中的使用尚不可能,但以酸化剂代替部分药物类添加剂是大有可为的。
1常用酸化剂的种类及特性
1.1单一型有机酸化剂
有机酸化剂主要有柠檬酸、延胡索酸、乳酸、甲酸、丙酸等。不同的有机酸各有其特点,但国内使用最广泛的而且效果最好的是柠檬酸和延胡索酸。
柠檬酸最初是从柠檬中提取的,故此得名,现在工业上所用的柠檬酸都是黑曲霉发酵生产的。柠檬酸为一种无色晶体,易溶于水及乙醇,具有良好的热稳定性和与金属离子的配位性。延胡索酸为白色结晶粉末,对氧化和温度的变化反应稳定。
在以往的生产实践中,人们往往偏好于使用有机酸,主要是因为有机酸具有良好的风味,并可以直接进入体内三羧酸循环。但是,有机酸可能会腐蚀饲料厂或养殖场的设备,而且价格较贵,添加比例过高还会影响适口性或导致维生素的损失。近年来,人们又开始研究中性有机盐的酸化作用,而且取得了一定进展。
1.2单一型无机酸化剂
无机酸化剂主要包括硫酸、盐酸和磷酸等。硫酸和盐酸都是强酸,对机体组织有很强的刺激性和腐蚀性。在青贮料中添加硫酸或盐酸的稀释液后,可使青贮料迅速下沉,有利于青贮料的压实,同时杀死细菌,抑制杂菌,增加乳酸含量,降低pH值。但添加硫酸或盐酸会影响动物体内的矿物质代谢,产生钙的负平衡现象,对动物骨骼发育造成影响。强酸的强腐蚀性对饲养动物、设备及工人身体都带来很大的危害,现在这两种无机酸基本已被淘汰。
饲料中添加磷酸可以使饲料的pH值很快下降。磷酸的腐蚀性比硫酸和盐酸小,对动物、设备和人体都比较安全。但过量地使用磷酸同样会引起饲料中钙和磷比例失衡,部分磷酸没有被充分利用就排出体外,造成环境污染。
1.3全酸复合型酸化剂
全酸复合型酸化剂一般指那些以某一种酸作为主要有效成分,再配合其它的一种或几种酸来达到协同作用的复合型酸化剂。全酸复合型酸化剂由具有更广的抑菌和调菌区系,任何一种酸对有害菌群的抑制和对有益菌种的激活都需要在一定的pH值下进行,由几种可在不同pH值范围起作用的酸复配在一起,从而拓宽了抑菌和调菌的区系。复合型酸化剂在饲料中添加量比单一型的要小,作用效果更显著,在动物体内残留更少。
虽然全酸复合型酸化剂在加工技术和作用性能方面要比单一型的提高很多,但随着饲料行业和养殖业的进一步发展,这种全部由酸复配而成的酸化剂已在多方面不能满足行业的需求,因为全酸复合型酸化剂主要以酸的形式存在,产品的缓冲能力低下,易造成胃肠道中的酸度不稳定。当饲料刚进入胃内时,由于酸化剂含量相对较高,使得胃内pH值相应较低,当通过一段时间的消化后,酸化剂浓度下降,胃内pH值又恢复到原来较高的水平,难以持续保持一个理想的消化环境。
1.4酸盐复合型酸化剂
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sp;酸盐复合型酸化剂是由有机酸及有机酸盐复配而成的一种饲料酸化剂。这种新一代复合型饲料酸化剂,在配方技术上更趋于科学合理,作用功能上克服了全酸复合型酸化剂的不足,产品作用更全面,功能更优越。
酸盐复合型酸化剂有较高的缓冲能力,避免动物胃肠道酸度产生过大波动。通过有机酸盐的形式把部分有机酸暂时转化为有机酸盐,从而避免由于酸化剂刚进入胃肠时因浓度过高导致pH值下降程度过大;另一方面,当动物通过一段时间的消化后,胃肠酸化剂浓度相对下降,pH值回升时,有机酸盐通过水解方式又转化成有机酸,使得胃肠内能长时间保持一个稳定的酸性消化环境。
2饲料酸化剂的作用机理
2.1降低饲料pH值,使胃内pH值下降,提高消化酶的活性
Weerden等在饲料中添加1.5%的甲酸钙使饲料pH值降低了0.5,添加1%甲酸钙和0.5%丙酸使饲料pH值下降0.7;Burnell研究表明,当饲料中添加1%和1.5%的柠檬酸时,pH值降低0.18和0.34;Risley等在仔猪日粮中添加1.5%的柠檬酸和1.5%的延胡索酸,日粮pH值由6.42分别降低到4.92和4.70,胃内容物pH值由4.07分别降到3.82和3.87。可见,酸化剂能够在一定程度上降低胃内容物的pH值。
每一种酶都有其适宜的pH值环境,胃蛋白酶的适宜pH值为2.0~3.5。当pH值大于3.6时,活性显著降低;当pH值大于6.0时,胃蛋白酶失活。动物饲料中添加酸可使胃内pH值下降,从而激活胃蛋白酶,促进蛋白质分解,而蛋白质的分解又可刺激十二指肠分泌较多的胰蛋白酶,使蛋白质完全分解吸取。
早期断奶仔猪,胃酸分泌不足,而仔猪饲料的pH值又多在5.8~6.5之间,常使仔猪胃内的pH值高于胃蛋白酶的适宜活性范围,影响仔猪对饲料的消化吸取。在仔猪饲料中添加有机酸,可以改善仔猪的生长性能。Kirchgessner的试验结果统计表明,使用1.5%~2.0%的延胡索酸可提高仔猪平均日增重9%,采食量提高5.2%,饲料利用率提高4.4%。Giesting等研究了断奶仔猪日粮中添加盐酸和硫酸的效果,结果导致试验仔猪采食量骤减,日增重和饲料利用率严重下降,这可能是无机酸影响了饲料的适口性和电解质平衡。
2.2减慢胃排空的速度,促进消化
胃排空速度的刺激因素是胃内容物的体积和pH值。酸性食糜进入小肠后刺激小肠粘膜,使之分泌肠抑胃素,反射性抑制胃的蠕动,减慢胃排空速度,使蛋白质有较多时间在胃内消化。
2.3改善胃肠道微生物区系
几种病原微生物生长的适宜pH值都是中性偏碱,如大肠杆菌适宜pH值为6.0~8.0、链球菌为6.0~7.5、葡萄球菌为6.8~7.5,而乳酸菌等有益菌适宜在酸性环境中生长增殖。因此,酸化剂通过降低胃肠道pH值可抑制有害微生物繁殖,促进有益菌增殖。Danielson等报道了乳酸菌代谢产物——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。
断奶仔猪由于胃酸分泌不足,胃肠道内pH值升高,为大肠杆菌的大量繁殖提供了适宜的环境,而大肠杆菌正是引起腹泻的主要病菌。Mathew等指出,仔猪断奶后2d内,回肠内乳酸菌几乎降为零,回肠内pH值升高,大肠杆菌大量繁殖,仔猪出现腹泻,而在仔猪饲料中添加酸化剂可以明显降低腹泻发生的次数。
国外还有研究表明,有机酸进入肠道可以改变肠道形态,如可以使断奶仔猪小肠隐窝深度变浅,绒毛高度增加。
2.4促进矿物质和维生素的吸取
一些常量和微量元素在碱性环境中易形成不溶性的盐而极难吸取。酸化剂在降低胃肠道内容物pH值的同时,还能与一些矿物元素形成易被吸取利用的络合物。许多学者都证实

了高铜与酸化剂的添加效果具有相加效应,即延胡索酸、柠檬酸或磷酸与铜形成生物效价高的络合物,促进了铜的吸取和保留,同时降低了铜的氧化催化活性。
有些有机酸如延胡索酸具有抗氧化作用,柠檬酸为抗氧化剂的增效剂。在预混料中添加延胡索酸并保存6个月,VA和VC的稳定性比不添加延胡索酸的都有所提高。同时小肠的酸性环境有利于VA和VD的吸取。
2.5直接参与体内能量代谢,作为能量来源
有些有机酸是能量转换过程中的重要中间产物,可直接参与代谢。如三羧酸循环反应就是由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始的;延胡索酸也是三羧酸循环的中间产物;乳酸也参与体内代谢,是糖酵解的终产物之一,并通过糖异生释放能量,故有机酸可作为能量来源。
2.6提高营养物质消化率
Kirchgessner报道,仔猪饲料中加入延胡索酸后,干物质、能量和蛋白质的消化率各提高1.7%、2.2%和2.5%,蛋白质沉积增加4.1%。在Eckel等的报道中,甲酸显著提高了日粮氮的消化率。但也有与上述相反的研究结果,Fclkowski及侯永清等报道,饲料中添加有机酸不能改善干物质和氮的消化率。Giesting等研究表明,在饲料中补充延胡索酸不能提高断奶仔猪回肠末端氮的表观消化率。可见,添加酸化剂能否提高营养物质的消化率还有待进一步研究论证。
3影响酸化剂使用效果的因素
3.1日龄和体重
酸化剂应用的首要前提是胃肠道酸度不够。猪胃中pH值随年龄增长而下降,到10~12周龄趋于稳定。研究表明,2~3周龄仔猪和仔猪断奶后1~2周使用酸化剂效果较好,断奶后4周因仔猪可以分泌足量的胃酸和消化酶的活性提高而使酸化剂的效果不显著。一般添加酸化剂的研究都在7~32日龄的仔猪中进行。
Gromevell发现,仔猪从出生到5~6周龄的胃酸产生量与体重呈线性相关。provimi研究认为,添加酸化剂的有效时间一般是在断奶前至25~30kg体重之间。
3.2饲料蛋白质来源
饲料中不同的蛋白质来源要求胃肠道中有不同的酸度条件,才能获得最佳的消化效果。例如:奶产品要求pH值为4.0,大豆粕和鱼粉则要求pH值为2.5。
Giesting在研究加酸日粮中蛋白质的消化率时,发现豆饼粉日粮中蛋白质的消化率有改进,而以脱脂奶为基础的日粮中则未改变。Bunell等在每千克玉米-大豆型和玉米-大豆-乳清型两种日粮中各添加柠檬酸10g,仔猪增重分别提高9.3%和4.2%,表明酸化剂添加在以植物蛋白为主的日粮中,效果要优于添加到奶蛋白为主的日粮中。其主要原因可能是含奶制品的日粮中乳糖可被乳酸菌发酵成为乳酸,减少了胃肠道对酸的需要。
3.3饲料原料的缓冲力
饲料原料的缓冲能力是影响胃内游离酸量的主要因素。缓冲能力越大,能吸附胃内的游离酸就越多,这使得采食后胃内的游离酸减少,胃内pH值升高,进而影响胃蛋白酶的活性和蛋白质的消化分解。一般来说,蛋白质、钙、磷和微量矿物质的含量越高,饲料的缓冲能力越高。因此,开发具有低缓冲能力而又能提供有效营养的矿物质资源很有必要。
3.4酸化剂的种类及使用量
当前为世界所公认的有肯定效果的酸化剂主要有柠檬酸、延胡索酸和甲酸钙,而丙酸、丁酸、苹果酸、盐酸和硫酸等经过大量实验证明效果不明显甚至是有负效应的。从日增重和饲料利用率来看,3种有正效应的酸化剂效果依次是:柠檬酸﹥延胡索酸﹥甲酸钙,复合酸化剂的效果优于单一酸化剂。
不同酸化剂的使用效果及适宜用量也不同。一般认为,适量的酸化剂才能发挥正效应。酸剂量不足,达不到应有的降低消化道pH值的效果;酸添加量

过高,可能影响饲料的适口性。一般来说,饲料酸化剂的添加量范围为0.5%~3.0%。另外,如何确定不同年龄阶段中采食饲粮的pH值适宜范围也需要进一步研究。
3.5酸化剂与抗生素及铜的协同效应
Burnell等指出,同时使用1.25%柠檬酸和40mg/kg泰乐菌素,日增重和饲料利用率最高。Cromwell报道,对28日龄断奶仔猪生长性能的效果比较:酸化剂+抗生素+铜﹥抗生素+铜﹥抗生素+酸化剂。添加酸化剂可以促进抗生素的吸取,增强抗菌效果。酸化剂也可以和铜形成容易被吸取和利用的络合物,促进铜的吸取和利用。
4当前酸化剂使用中存在的问题及其应用前景
4.1存在的问题
①添加量大,成本高;②添加的酸容易被碱中和,失去酸化作用;③在胃中吸取过快,反射性抑制胃酸分泌,影响胃功能的正常发育;④添加的酸无法到达小肠,不能有效降低小肠中的pH值,无法达到抑制有害微生物生长、促进有益菌生长的目的;⑤容易发生稀释结块或造成饲料受潮。因此,开发新一代酸化剂产品势在必行。
4.2应用前景
4.2.1替代抗生素的作用
当前病原菌的耐药性问题已受到广泛关注,其中大肠杆菌的耐药菌株大量存在,使用抗生素治疗此类大肠杆菌感染的效果并不理想,而酸化剂作为一种无残留、无抗药性、无毒害的环保型添加剂正越来越被人们重视。大量试验研究表明,在饲料中添加酸化剂可以起到调节动物胃肠道pH值,改善消化道微生物区系,抑制大肠杆菌等有害微生物繁殖,促进乳酸菌等有益微生物增殖的作用。因此,用酸化剂部分代替抗生素是有理论和实践依据的。尤其对于仔猪,往往是通过母猪的粪便而感染大肠杆菌,引起腹泻等症状的。通过给母猪饲喂酸化饲料,可以控制其肠道内的微生物菌群平衡,使母猪粪便中的大肠杆菌数量明显下降,从而减少了仔猪被大肠杆菌感染的机会,降低了仔猪的腹泻率,还可以提高其生长性能。
Hyden报道,在肉鸡饲料中添加酸化剂,通过对肠道微生物菌群的调控,抑制了有害微生物的繁殖,促进了双歧杆菌、乳酸菌等微生物的增殖,达到了预防疾病的目的。
4.2.2抗应激作用
郭芳彬报道,延胡索酸可提供动物应激时所需能量。延胡索酸本身具有镇静作用,会抑制神经中枢,减少机体活动,较好的缓减热应激反应。
在工厂化养猪业中,早期断奶、分群、运输、接种等因素均会导致猪抵抗力下降,发生由应激反应引起的生产力变化,产品品质下降,发病率和死亡率增加。全苏非传染病研究所从仔猪补料的7~10日龄开始投喂延胡索酸10d,可使食欲提高,生长加快;用延胡索酸预防仔猪运输应激,连喂16d,结果运输应激引起血糖浓度下降36.9%、乳酸和丙酮酸降低8.4%,运输后15d试验组和对照组不同的是,前者血糖代谢恢复正常。
延胡索酸是广泛应用于工业化养禽中的一种应激保护剂。在全苏非传染病研究所对家禽分群应激所产生的不良影响的试验研究中,试验组雏鸡在分群前10d和分群后20d内按每千克体重100mg投喂延胡索酸,在15d适应期内对照组死亡率为4%,日增重提高6.4%;试验组死亡率为1%,日增重提高13%。
4.2.3研制特殊的载体或包被技术,增强酸化剂缓释功能
由于酸化剂在胃中吸取很快,其酸度常常无法到达小肠,无法在小肠继续发挥作用,这也是有时候在仔猪饲料中添加酸化剂后还是会发生腹泻的一个重要原因。当前国际上推出的新型酸化剂采用微胶囊型制剂或脂质保护外膜来解决这个问题。经保护处理的酸化剂在消化道中逐渐溶解,释放出来,可以使酸化范围有效地扩展到小肠部位,所以只要很低剂量就可以具有与

较大剂量未经包被处理的酸化剂相同的效果。
综上所述,饲料酸化剂不仅可以降低胃肠道pH值,增强胃蛋白酶的活性,促进蛋白质消化吸取,而且可以改善胃肠道微生物区系,抑制有害微生物繁殖,促进有益菌增殖,替代部分抗生素的功能。在关注食品安全、关注人类健康的今天,由于酸化剂具有无抗药性、无残留、无毒害等特点,在饲料养殖业中的应用前景将十分广阔。同时,也有诸如酸化剂的某些作用机理等问题没有彻底研究清楚,仍然需要进行大量的试验研究。
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