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酸化剂在仔猪生产中的应用

   日期:2020-01-30     来源:互联网    编辑:admin    浏览:5    评论:0    
核心提示:酸化剂在仔猪生产中的应用田冬冬,刘志强,张颖,肖淑华(湖南九鼎科技集团有限企业技术研究中心,长沙410000)摘要:酸化剂作为

酸化剂在仔猪生产中的应用
田冬冬,刘志强,张颖,肖淑华
(湖南九鼎科技集团有限企业技术研究中心,长沙410000)
摘要:酸化剂作为一种高效、无污染、无残留的新型绿色饲料添加剂,具有促进仔猪生长和有效抑制病原菌繁殖的作用,可替代抗生素,现已广泛应用到仔猪日粮中。目前,酸化剂在畜禽生产中的研究应用报道很多,但在仔猪生产中的应用报道较少,文章就酸化剂及其在仔猪生产中的应用作以综述。
关键词:仔猪;酸化剂;作用机理
中图分类号:S828.5文献标志码:A文章编号:1001-0084(2015)02-0032-05
酸化剂主要是针对断奶仔猪胃酸分泌不足而开发的一种饲料添加剂,其研究已有40多年的历史。早在1960年,饲料行业就开始对酸化剂进行研究,用有机酸缓解断奶仔猪下痢。之后,人们发现一些简单的酸化剂具有降低饲料pH和促进生长的作用。直到1990年以后,酸化剂才在畜禽生产中被广泛推广和应用。酸化剂的研究从最初的防止腹泻,已经逐渐转变到促生长和提高饲料利用率上,并逐渐应用于动物营养和饲料防腐中。许多研究表明,酸化剂可改善畜禽的生产性能,提高饲料利用率,增强动物机体免疫力。
1·酸化剂分类及其使用效果
目前,在市场上酸化剂产品种类很多,根据不同的分类方法可分为有机酸和无机酸,单一酸和复合酸。有机酸又分为大分子有机酸如乳酸、柠檬酸、延胡索酸、山梨酸等和小分子有机酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。无机酸主要包括盐酸、硫酸、磷酸。各种酸化剂的一些理化特性如相对分子质量、溶解度、解离常数等均与其作用效果存在相关性,理化性质不同,作用效果也不同。一些酸化剂的作用效果已得到肯定,如甲酸、甲酸钙、柠檬酸、延胡索酸等;而一些酸化剂的作用效果没有得到肯定,如磷酸、苹果酸等。
1.1单一酸化剂
1.1.1无机酸化剂
常见的盐酸、硫酸、磷酸等属于无机酸化剂。通常强酸型的无机酸化剂往往存在一些弊端,如硫酸和盐酸,其具有较强的腐蚀性,常带来较大危害,同时强酸会产生钙的负平衡,影响机体内矿物质代谢,进而影响骨骼的生长发育,现已基本被停止使用。磷酸使用较安全,具有酸化和向体内提供磷源的双重作用,通常可作为日粮酸化剂和磷源。与有机酸化剂相比,无机酸化剂具有酸性更强和添加成本更低等优势。但也有研究表明,在断奶仔猪日粮中添加无机酸(盐酸、硫酸、磷酸)未取得良好的效果。
1.1.2有机酸化剂
常用的有机酸化剂主要包括乳酸、柠檬酸、富马酸、丙酸、甲酸及其盐等,其产生的良好风味可提高饲料适口性,杀菌作用强,同时可为机体提供能量,并参与营养物质的代谢,但饲料成本较高。大量研究证实,在仔猪日粮中添加有机酸化剂,可提高仔猪生产性能。有研究表明,柠檬酸的添加量在1%~2%时效果较好,可提高日增重2.9%,提高饲料利用率3.2%。断奶仔猪日粮添加富马酸可提高仔猪增重和饲料利用率,其中添加量为1.5%和2%时使用效果最佳,可提高日增重9.7%和饲料利用率4.4%。还有研究者表明,在断奶仔猪日粮中添加乳酸,可提高日增重和饲料利用率,乳酸的最佳添加量为1.6%;在断奶仔猪日粮中添加丙酸1%可提高增重速度。研究证实,甲酸虽然存在腐蚀性强、适口性差等弱点,但其是单一有机酸中在降低pH、杀灭细菌(主要是沙门氏菌、大肠杆菌)及改善生长和饲料转化率等方面最有效的。甲酸的抗菌活性主要针对酵母菌和一些细菌,而对乳酸菌和真菌具有相对耐受性。Morz等采用各种有机酸酸化日粮在断奶仔猪和生长肥育猪上进行了试验,结果表明,甲酸酸化日粮能极显著提高断奶仔猪和生长肥育猪的日增重(p<0.01),极显著降低料肉比(p<0.01);在各种酸及其盐中,甲酸和甲酸盐最有效,其次是延胡索酸[1]。日粮中添加甲酸能够影响日粮中粗蛋白质的表观消化率。有研究表明,仔猪日粮中甲酸添加量为0.6%~1.8%时,能够提高采食量、日增重和饲料利用率的作用;甲酸添加量为0.6%~1.2%时,效果最佳,并可降低仔猪腹泻率。
1.2复合酸化剂
复合酸化剂是将几种无机酸和有机酸按一定比例复配而成,通常具有迅速降低胃肠道pH、缓冲效果较好、添加成本较低等特点,现已被广泛应用到仔猪日粮中。
1.2.1全酸复合型酸化剂
全酸复合型酸化剂主要是以一种酸为有效成分,另外配合一种或几种酸复配而成的酸化剂达到协同增效目的。其具有更广的调菌和抑菌区系,效果比单一酸化剂显著,且用量少,但主要以酸形式存在的全酸复合型酸化剂因其缓冲力低,导致胃肠道酸度不稳定,很难保持稳定的消化道酸性环境,使其在很多方面不能满足饲料行业的需要。
1.2.2酸盐复合型酸化剂
酸盐复合型酸化剂是由有机酸及有机酸盐经过合理的科学配比复配而成的新一代复合型酸化剂。具有较高的缓冲能力,可将部分有机酸暂时转化为其盐的形式,这样可避免因酸化剂进入胃肠道使酸浓度过高而导致pH下降程度增大,并且经过一段时间的消化后胃肠道酸化剂浓度会降低,pH回升,这时有机酸盐通过水解作用又转化成有机酸,保持胃肠道酸性环境。其克服了全酸复合型酸化剂不能保持胃肠道酸度稳定和消化道酸性环境的缺点,其作用更全面、功能更优越。
2·酸化剂的作用机理
2.1降低饲料系酸力和胃肠道pH,提高消化酶的活性
断奶前仔猪的食物来源主要是母乳,母乳中含有大量乳糖,乳糖在胃内经过乳酸杆菌作用转变为乳酸,使胃内pH维持在4.0,可较好地消化乳蛋白。由于仔猪早期断奶时,其消化系统及免疫器官发育尚不完善,消化酶和胃酸分泌不足,仔猪从吮吸母乳突然改变为采食固态饲料,乳糖供应减少使胃内乳酸生成减少,同时固体饲料系酸力高,中和酸能力强,因此使胃内pH>5.5。大量试验表明,胃蛋白酶要求的最佳pH为2.0~3.5,当pH>4.0时,胃蛋白酶活性减弱甚至失活。断奶时高pH环境可导致蛋白质消化能力差,因此,在断奶仔猪日粮中添加酸化剂后会降低饲料系酸力,使胃肠道内pH降低,可进一步提高胃蛋白酶的活性,促进蛋白质消化,饲料消化量也相应上升。
早期断奶的仔猪,由于其消化系统和免疫系统发育不完善,通过外源添加酸化剂,利用其酸化作用可激活胃蛋白酶原,刺激胃蛋白酶的分泌,进而提高饲料胃蛋白质的消化率[2]。大量研究证实,仔猪日粮中添加酸化剂可降低日粮pH和胃肠道pH,提高消化酶的活性。景翠等研究发现,在断奶仔猪日粮中添加酸化剂,对胃、十二指肠内容物pH有显著影响(p<0.05),对空肠和回肠中内容物pH有下降趋势,但差异不显著(p>0.05),对结肠内容物的pH无显著影响(p>0.05)[3]。冷向军等研究表明,外源添加复合酸0.25%可显著提高十二指肠内容物中胰蛋白酶和淀粉酶活性(p<0.05);添加柠檬酸1.5%有提高胰蛋白酶、淀粉酶活性的趋势(p>0.05),复合酸0.25%有提高胃蛋白酶分泌的趋势(p>0.05)[4]。王杰等在断奶仔猪日粮中分别添加4种复合酸化剂,结果表明,添加复合酸化剂0.2%可有效地提高饲料酸度,降低胃肠道pH,进而刺激仔猪消化液分泌量的增加,提高了饲料消化率和日增重,降低了腹泻率,同时提高了胃蛋白酶和小肠胰蛋白酶的活性[5]。
2.2调节胃肠道内微生物区系平衡
肠道内酸性环境有利于乳酸菌的生长繁殖,其代谢产生的乳酸可阻碍大肠杆菌与其受体结合,抑制大肠杆菌生长繁殖。几种病原菌生长的适宜pH呈中性偏碱,如大肠杆菌适宜pH为6.0~8.0,沙门氏菌、链球菌、梭状芽孢杆菌适宜pH均为6.0~7.5,葡萄球菌适宜pH为6.8~7.5。仔猪胃中pH>4.2,而仔猪料的pH为5.8~6.5,因此仔猪采食仔猪料后使仔猪胃内pH升高,过高pH不仅使胃蛋白酶活性下降,而且为大肠杆菌、沙门氏菌等病原菌的繁殖生长提供了适宜的环境,从而导致消化不良和仔猪腹泻。
大量研究证实,在仔猪饲料中添加酸化剂可调节胃肠道微生物区系的平衡,促进有益菌生长,抑制有害微生物的繁殖,可降低仔猪腹泻率和死亡率。冷向军等研究表明,外源添加复合酸0.25%可增加结肠乳酸杆菌的数量,减少大肠杆菌数量(p>0.05);而添加柠檬酸1.5%可显著减少结肠中大肠杆菌数量(p<0.05)[4]。汪海峰等、李鹏等研究结果表明,添加复合酸化剂可显著增加乳酸菌和双歧杆菌的数量(p<0.05),显著降低盲肠内大肠杆菌和沙门氏菌的数量(p<0.05)[6-7]。林映才等试验证明,在肠道发育尚未完善的生理阶段,有机酸有利于改善肠道菌群平衡,维持肠黏膜健康状态[8]。
酸化剂的主要抑菌作用机理包括病原菌营养物质的输送机理:在营养物质的输送方面,由于细菌细胞带有一定的负电荷,非离子型的化合物能进入细胞,而离子型的化合物则不能进入细胞。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,影响离解基团的离子信息,从而使细胞膜上运转酶失活,影响物质的运转;无机酸的抑菌机理:无机酸在动物消化道内可以完全离解成酸根离子和H+,其对细菌的作用是通过H+产生的,其降低了病原菌细胞的渗透压体系,阻止病原菌的正常繁殖,从而抑制病原菌的生长发育;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。有机酸进入病原菌细胞内的程度取决于细胞内外的pH浓度差和有机酸分子量的大小、溶解性和极性等。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引起细菌细胞膜电荷的变化,影响细菌对营养物质的吸取,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必赢之类的营养物质,当未离解的有机酸进入细胞后,降低了胞内pH,使细菌细胞膜内外的电位差减弱,从而影响了必赢等营养物质的吸取,同时还可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,从而抑制微生物的生长;挥发性有机酸盐的抑菌作用主要是依赖其溶解性和消化道pH,一般水溶性的抑菌效果优于非水溶性的抑菌效果,同时当消化道酸度达到一定程度时,其在胃内能还原成有机酸而达到抑菌作用。
2.3降低胃排空速度,提高消化率
添加有机酸或无机酸等酸化剂后,可增加蛋白质在胃中的停留时间,减慢食糜在胃中的排空速度,进而提高蛋白质消化利用率。胃排空速度主要是由胃幽门和十二指肠前端的压力差控制,当酸性食糜进行小肠后,刺激十二指肠壁分泌肠抑胃素,反馈性的抑制胃的收缩,使食糜在胃中停留的时间增加,减慢胃的排空,使营养物质的消化吸取更充分,进而提高消化利用率[9]。
2.4改善肠黏膜形态,促进营养物质的消化吸取
仔猪断奶后,小肠黏膜的形态发生显著变化,如绒毛变短和隐窝加深,严重影响机体对营养物质的消化率。林映才等研究发现,仔猪日粮中添加复合酸化剂后,小肠绒毛高度有增加趋势,隐窝有变浅趋势,可有效改善小肠黏膜的形态结构[8]。景翠等研究发现,与对照组相比,试验1和2组空肠绒毛高度分别提高13.96%(p<0.05)和7.11%(p>0.05),隐窝深度呈现上升趋势(p>0.05),这一结果说明,添加酸化剂可促进肠绒毛生长,增加肠道的吸取面积,进而提高营养物质吸取率[3]。晏家友等研究表明,试验组与对照组相比,在断奶2周和5周后,仔猪绒毛高度分别增加9.48%、13.77%,隐窝深度分别降低19.50%、22.22%,绒毛高度与隐窝深度比值分别极显著提高35.79%、46.31%(p<0.01)[10]。
2.5直接参与体内代谢,使营养物质的消化吸取增加
有些有机酸如柠檬酸、延胡索酸可参与三羧酸循环。乳酸可通过糖异生作用释放能量,有机酸可作为能量来源,减少因糖异生的脂肪分解造成的组织损耗。因此,日粮中添加有机酸可增强动物对干物质、蛋白质和能量的消化率。
2.6促进矿物质和维生素的吸取
在碱性环境中,一些常量和微量矿物质元素极易形成不溶性的盐,很难被机体吸取。酸化剂不仅可降低胃肠道pH,还能与某些矿物质元素结合成易被吸取利用的络合物,如柠檬酸和延胡索酸能与钙、铁、锌、铜、镁等形成生物效价较高的络合物,促进其在体内的吸取和利用。Boling等报道,添加延胡索酸后,对钙、磷、镁、锌吸取率提高30%[11]。某些有机酸具有抗氧化作用,如延胡索酸、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,其维生素A和维生素C的稳定性与不添加延胡索酸相比有所提高,同时小肠的酸性环境也有利于维生素A和维生素D的吸取。
2.7改善饲料适口性,增加采食量
酸化剂可在一定程度上改善饲料适口性。主要是动物喜好酸化剂的酸味,因为酸味可刺激动物味蕾,促进消化酶的分泌,增进食欲;某些酸化剂其含有独特的芳香气味,可在一定程度上掩盖饲料中的某些不良气味,增进动物食欲,提高采食量。
3·影响酸化剂应用效果的因素
3.1饲料类型和组成差异
饲料的系酸力是影响动物消化道酸度的主要原因之一,不同类型日粮酸结合力不同,如高蛋白饲料和矿物质饲料就比谷物饲料的酸结合力强。外源添加酸化剂后的日粮效果可部分被饲料的酸结合力抵消。日粮蛋白质来源和水平是影响酸化剂效果的另一重要因素,当饲料中含高缓冲力的物质,如较多蛋白质、矿物质等,其酸化剂效果变差。
3.2酸化剂的种类和添加量
由于不同酸化剂的理化特性和生物学特性的差异,其在仔猪日粮中的适宜添加量及使用效果存在差异。从提高日增重和饲料效率角度来看,柠檬酸>延胡索酸>甲酸钙。有研究报道,盐酸、硫酸、苹果酸、丙酸、丁酸均无作用甚至有负作用。经大量研究表明,复合酸化剂的效果优于单一酸化剂。同时酸化剂的适量添加才能达到较显著的效果,过量添加可能会使适口性降低、成本增加,添加量不足往往达不到降低消化道pH的效果。
3.3添加酸化剂的时间
仔猪胃肠道机能的发育完善程度通常与仔猪断奶日龄直接相关。较早断奶的仔猪,胃分泌酸的能力较弱,这时使用酸化剂能达到显著的效果。大多数研究表明,酸化剂的添加时间通常是在仔猪断奶后1个月内使用效果比较显著,随着日龄的增加,仔猪胃肠道发育逐步完善,添加酸化剂效果就逐渐降低。若按仔猪体重划分,有研究指出,一般体重<30kg效果显著,>30kg效果不显著。
3.4酸化剂的吸取速度
酸化剂在胃中释放或吸取速度过快,可能对胃黏膜造成刺激,可能一定程度上损伤消化道上皮,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,不能有效地降低消化道后段的pH。
4·酸化剂在仔猪生产中的应用效果
早期断奶仔猪消化道发育不完善,胃酸分泌不足,消化酶活性低,胃肠道pH高于酶和有益微生物生长的适宜范围,致使仔猪早期断奶后出现生长滞缓、腹泻和采食量低。研究证实,在断奶仔猪日粮中添加酸化剂,可促进仔猪增重、降低腹泻率、改善饲料效率。朱文涛等研究表明,在仔猪日粮中分别添加柠檬酸、乳酸、磷酸和双乙酸钠2%,仔猪采食量分别提高4.9%、5.6%、4.2%和-1.3%;体增重分别提高11.5%、10.5%、10.3%和-2.9%;柠檬酸、乳酸、磷酸对仔猪腹泻具有显著的抑制作用(p<0.05)[12]。陈代文等研究表明,单独添加酸化剂可显著提高乳酸杆菌的数量(p<0.05),对双歧杆菌和大肠杆菌的数量无显著影响(p>0.05),同时可提高仔猪血清中IgG、IgM和IgA水平[13]。张保平研究表明,在仔猪日粮中分别添加柠檬酸、乳香酸、地卡肥,三者均可改善仔猪的生产性能,尤其以复合酸化剂乳香酸、得卡肥效果最显著(p<0.05)[14]。李建平等在断奶仔猪日粮中添加酸化剂,研究其对仔猪生产性能和血液生化指标的影响,结果表明,在断奶仔猪第一阶段添加抗生素和复合酸可促进仔猪生长,显著提高日增重(p<0.05)[15]。陈宝江等研究表明,添加0.2%和0.4%酸化剂均能够显著降低胃和十二指肠pH(p<0.05),但随着食糜向后移动,效果下降;可以显著提高乳酸菌及总厌氧菌数量(p<0.05),降低大肠杆菌及总需氧菌数量(p<0.05)[16]。
5·小结
当前限制酸化剂应用的主要原因是其使用效果不稳定,成本相对较高。今后要解决好酸化剂在生产使用中存在的问题,应结合动物品种、消化生理特点及饲粮的类型,加强饲料酸结合力与组成原料达到最佳定量时酸化剂的最适添加量的研究,为生产和使用提供科学依据,保证使用效果;加强不同酸制剂对动物的生理与营养作用机理的研究以及不同酸化剂复合配比优化和生产工艺的研发,开发出专用高效的复合酸供应市场;开展酸化剂与其绿色饲料添加剂配合使用的研究,不断提高酸化剂的应用效果。
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