丁酸鈉作用機理及其在畜牧生產中應用研究進展

王曼曼 陳寶江 梁陳沖 張 君 河北農業大學動物科技學院，保定 071001

1 丁酸鈉的結構與理化性質

丁酸鈉 (Sodium Butyrate)又稱正丁酸鈉鹽，其產品呈白色或類白色，可吸濕性的粉末，似絨毛狀，具有特殊的奶酪酸敗樣氣味，易溶于水，水溶液pH值呈堿性。在常規貯存和搬運條件下，處于室溫和密封狀態下穩定，但勿與性質相反的物質、粉塵、過熱物品、強氧化劑混存。丁酸鈉在2003年被農業部列入《飼料添加劑品種目錄》中作為一種新型的飼料添加劑，其有效成分是一種短鏈揮發性脂肪酸-丁酸。丁酸具有飼料酸化劑的生理作用，但由于其游離性和揮發性的特點，畜牧和飼料生產中將其制成相對穩定的鈉鹽。與醋酸或丙酸等短鏈揮發性脂肪酸不同，丁酸水、脂兩親，偏重于親脂。加之在pH值4～6時比較不易被分解，飼喂后部分避過水性環境的小腸，直接進入盲腸和結腸。作為一種生物調節劑，丁酸在改善胃腸道機能，提高動物生產性能和醫學研究上發揮重要作用。

2 丁酸鈉的作用機理

2.1 作為腸細胞能源物質

短鏈揮發性脂肪酸主要是丁酸、乙酸和丙酸，為動物提供高達30%的維持能。短鏈揮發性脂肪酸是腸細胞偏愛的能量且極易從腸腔內吸收。丁酸鈉的有效成分是短鏈揮發性脂肪酸-丁酸。動物結腸離體試驗表明，結腸上皮細胞超過70%的能量源可由丁酸提供。在腸上皮細胞的丁酸是通過羥甲基戊二酰輔酶A 循環中的β-氧化作用進行能量代謝，首先是通過丁酸輔酶A合成酶把丁酸轉化成丁酸輔酶A(butyrate-CoA)，然后通過一系列反應快速生成乙酰輔酶A進行能量代謝 (Schrǒder等，1997)，結合丁酸以非離子彌散性吸收為主的特點，丁酸無需經過肝膽吸收和復雜的三羥循環系統，可直接為腸上皮細胞提供能量，是腸上皮細胞的快速能量源。

2.2 維護胃腸道內有益微生物菌群

正常胃腸道的一個非常重要特征是內部細菌的協調平衡，尤其是幼畜。豬、家禽和兔子日糧中添加丁酸鈉能增加有益菌(如乳酸桿菌)的數量，進而影響胃腸道有益菌(如乳酸桿菌)和有害菌(如大腸桿菌)間的平衡。丁酸鹽可抑制病源微生物(如沙門桿菌、大腸桿菌及梭狀芽孢桿菌等)的生長，增加有益菌群數量(如乳酸桿菌及糞鏈球菌等)，改善腸道微生物菌群。Galfi等報道，丁酸鈉能維護胃腸道內有益微生物菌群，起到部分替代抗生素的作用。

眾所周知，丁酸是有機酸(C1-C7)的一種。有機酸具有抗菌作用，但由于有機酸具有不同的化學結構，所以其抗菌機制是相當復雜的。研究發現，揮發性有機酸和非揮發性有機酸及無機酸的抗菌效果存在明顯差異，揮發性有機酸(甲酸、丙酸、丁酸)具有較好的殺菌作用，直接擴散進入細胞內，通過降低胞內pH值，抑制某些大分子的代謝，破壞病原菌細胞膜的完整性，從而達到殺菌作用。揮發性有機酸鹽(如丁酸鹽)盡管不能降低病原菌細胞間質的pH值，不能以酸的形式滲透進入病原菌細胞內發揮殺菌作用，但也具有抗菌作用，其作用強弱依賴于有機酸鹽的溶解性。如揮發性有機酸的鈉鹽全溶于水，而鈣鹽只有部分可溶，因而體外抑菌試驗中，丁酸鈉的抑菌效果要比甲酸鈣和丙酸鈣的強，此外有機酸的二價鹽體外抑菌效果優于飽和度高的有機酸鹽。

2.3 促進胃腸道細胞的增殖和成熟

幼年動物小腸上皮細胞絨毛較短，并有未成熟的隱窩，分泌消化酶和吸收日糧營養素的能力也弱。日糧改變、母源抗體缺失、轉群和斷奶等應激因子抑制了腸上皮細胞絨毛膜的生長。損傷的腸絨毛完全恢復可能需要高達40%～50%的可利用能，因此，這些能量不能供增質量所需，從而降低了飼料利用率。而丁酸鈉為快速分化細胞的一種能源，它通過直接促進細胞更新而刺激損傷的腸絨毛得到恢復。丁酸鈉可使斷奶仔豬腸絨毛長度提高30%，從而改善了養分消化和吸收能力。

2.4 改善小腸形態，促進小腸消化吸收功能

小腸黏膜上皮細胞是執行消化吸收功能的最主要細胞。一方面，腸上皮細胞的紋狀緣含有許多酶，參與營養物質的消化；另一方面，食物在腸上皮細胞的腸腔內或腸腔面被消化分解，營養成分被主動吸收或簡單擴散。經腸上皮細胞的腸腔面進入細胞內，除一部分供給該細胞自身使用外，大部分從細胞基側面以主動轉運或擴散的方式釋放，進入固有層的毛細血管。因此，粘膜上皮細胞結構的完整性是執行消化吸收功能的基本保證。

2.5 維持腸粘膜上皮細胞的正常形態，增強免疫功能

腸粘膜機械屏障由腸粘膜上皮細胞、上皮細胞側面的細胞連接、上皮基膜和上皮表面的細胞衣組成。它們構成了機體免疫系統的第一道防線。因此，腸粘膜上皮細胞結構的完整性與腸粘膜機械屏障功能，乃至機體的免疫功能有密切關系(Reynolds等，1996；殷彥君等，2002)。丁酸鈉能抑制結腸上皮細胞的凋亡，誘導結腸癌細胞的凋亡，抑制NF-KB的活性，減少TNF-a等炎癥性細胞因子的產生和釋放，抑制腸黏膜的炎癥反應。這些作用有利于結腸炎的愈合，減少細菌或食物抗原跨黏膜遷移，減輕腹瀉。

3 丁酸鈉對動物生產性能的影響

3.1 提高采食量、飼料報酬和日增重

幼齡動物由于印記效應對含有母源性物質的日糧有明顯的依戀作用，而丁酸鈉的典型氣味正符合幼齡動物特別是仔豬的嗜好，因此丁酸鈉可作為一種有效的天然誘食劑，廣泛應用于養殖業當中。動物飼料中添加酸可使胃內pH下降，從而激活胃蛋白酶原為胃蛋白酶，促進蛋白質分解。胃內pH降低可增進胃內其它多種消化酶活性，而蛋白質的分解又可刺激十二指腸分泌較多的胰蛋白酶，使蛋白質完全分解吸收，促進了營養物質的吸收和消化。丁酸鈉具有緩釋效果，在消化道各段都起作用。丁酸水脂兩親，偏重于親脂，在pH值4～6時比較不易被分解。因此，部分丁酸可以避過水性環境的小腸，在大腸段繼續發揮作用，加速腸絨毛細胞的生長，增強腸道的吸收功能，提高飼料的消化吸收利用率，促進動物的生長。

3.2 提高動物的健康水平

丁酸鈉在體內分解后產生的丁酸根陰離子成分是體內離子平衡的重要補充，從而減輕由于天氣等因素對動物造成的應激作用。比利時CLO研究中心于2001年試驗表明，日糧添加丁酸鈉減少了仔豬、兔子和犢牛非特異腹瀉的發生率，對小、中雞群整齊度提高、弱雛減少以及死亡率降低。同時，添加丁酸鈉對壞死性腸炎、肥育豬的痢疾以及兔小腸結腸炎也非常有效。最新的研究結果表明，丁酸鈉還可以抑制大鼠結腸粘膜細胞增生，增加了細胞凋亡，誘導了與增殖細胞凋亡抑制有關的基因蛋白表達，顯示了丁酸鈉還具有預防和抗腫瘤疾病等作用。

4 丁酸鈉在動物生產中的應用效果

4.1 在仔豬上的應用效果

大量實驗證實，乳仔豬日糧中添加一定量丁酸鈉，可以提高仔豬采食量，改善飼料報酬，提高生產性能和健康水平。Piva等（2002）報道，在仔豬日糧中添加丁酸鈉0.8g∕kg，分別提高了仔豬的平均日增重和采食量（P﹤0.05）。 王繼鳳等（2005）報道，將12頭斷奶仔豬分為3個處理組（丁酸鈉組：基礎日糧+1g∕kg丁酸鈉；抗生素組：基礎日糧+抗生素；復合組：基礎日糧+抗生素+1g∕kg丁酸鈉），飼喂4周后，對比研究了仔豬小腸黏膜上皮和杯狀細胞的顯微和超顯微結構。丁酸鈉組和復合組腸絨毛粗壯，細胞衣更厚，而抗生素組腸絨毛頂端偶見腸上皮脫落，腸絨毛相對較細。羅海祥（2006）研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加0.1%丁酸鈉可顯著降低斷奶后1周的腹瀉發生率（P﹤0.05），提高斷奶仔豬7～21天的平均日增重（P﹤0.05），對采食量和料重比無顯著影響（P﹥0.05）。小腸組織形態觀察結果表明，0.1%丁酸鈉可顯著提高斷奶后第1周十二指腸和回腸絨毛高度與隱窩深度的比值和降低隱窩深度（P﹤0.05）。

4.2 在家禽生產上的應用效果

丁酸鈉可以提高促進家禽消化道發育，提高生產性能。Nollet等(2005)研究了不同劑量的丁酸鈉(0、50、100、250、500mg∕kg)對蛋雞生產性能的影響，結果發現，隨著丁酸鈉劑量的增加，蛋雞產蛋量不斷提高，料蛋比逐漸降低，但對蛋重沒有影響。李凱年（2006）報道，飼喂0.2%丁酸鹽對肉雞采食量無不良影響，且0.2%丁酸鈉組肉雞體重最高；在整個42d肉雞生長期中，飼喂0.4%丁酸鹽甘油酯對肉雞的生產性能沒有副作用。邱春輝(2007)研究表明，在種鴨基礎日糧中添加丁壯素極顯著提高鴨產蛋率和日平均采食量，可使動物的小腸絨毛增粗、增長，大幅度提高腸上皮吸收面積。

4.3 在反芻動物上的應用效果

飼料中添加丁酸鈉，可以影響反芻動物瘤胃發酵，改變揮發性脂肪酸（VFA）濃度和組成。杜瑞平試驗表明，綿羊瘤胃灌注丁酸，瘤胃內丁酸濃度短時間內必然會出現一定程度的升高，其后隨著連續灌注時間的延續，大約在啟動灌注后4h丁酸開始下降，大約在啟動灌注6h后，瘤胃內乙酸與丁酸濃度逐漸趨于穩定，重新恢復至穩態。Shen等研究表明，對去勢公牛進行瘤胃內丁酸灌注，除了3h的丁酸灌注過程，瘤胃中VFA濃度和VFA各成分的摩爾濃度都處在生理范圍；在高能日糧營養條件下丁酸濃度的恢復尤其明顯，然而丁酸灌注沒有改變VFA總揮發性脂肪酸濃度。

5 使用丁酸鈉應注意的問題

作為一種新型飼料添加劑，丁酸鈉的添加量應視動物種類、年齡、生理狀況、飼養環境、飼料組成和飼養管理方式等不同而有所差異，添加量不足無法體現其效果，達不到生產要求，添加過多，又會造成日糧pH值下降，進而影響體液平衡，造成某些微量元素吸收障礙，不同的研究中報道丁酸鈉的添加量差異較大，所以其針對不同動物的適宜的添加量研究應進一步進行。

丁酸鈉具有抗菌作用，因而可以在一定程度上替代抗生素提高動物健康，但丁酸鈉與不同抗生素的協同或拮抗作用的研究卻較少報道，只有對該方面進行系統研究，才有可能充分發揮丁酸鈉的作用潛力。

（略）