丁酸鈉在豬生產中的應用研究進展

吳智強，譚騰凌

（1.華農恒青科技股份有限公司，江西 南昌 330013；2.江西省進賢縣畜牧局，江西 南昌 331700）

在集約化養豬生產中，隨著豬的生長速度加快，飼養密度增加，豬群不可避免地會受到不同程度的影響，造成免疫力降低，腹瀉等腸道健康問題。目前普遍采用的方法是在飼料中添加抗生素來控制，但是隨著人們越來越關注抗生素的耐藥性和藥物殘留，許多國家已經明令禁止在飼料中使用抗生素，我國在全面禁用抗生素方面的法律法規也已經提上了日程。因此，尋找合適的替代抗生素的添加劑成為了行業的熱點，在替代抗生素的飼料添加劑中，丁酸被認為是腸道相關淋巴組織發育所必需的主要腸上皮細胞能量來源并且對不耐酸物種具有較高的殺菌效力，例如大腸桿菌和沙門氏菌。除此之外，丁酸還具有修復腸道，提高機體免疫力等很多方面的作用。丁酸由于不穩定不適合飼料加工，常以鈉、鉀、鎂和鈣鹽形式用作飼料添加劑，其中丁酸鈉是最常見的形式。

1 丁酸鈉的特點

1.1 丁酸鈉的結構特征

丁酸鈉（Sodium butyrate），相對分子質量為110.09，自燃溫度425.0 ℃，熔點250.0～253.0 ℃，容重0.96 g/mL（20.0℃）。在2006年被農業部列入《飼料添加劑品種目錄》。丁酸鈉一般呈白色至類白色，為可吸濕性粉末，似絨毛狀，具有特殊的奶酪酸敗樣氣味，易溶于水，水溶液pH呈堿性，對光和熱穩定。丁酸鈉在動物體內離解為丁酸根（C4H7O2-）和鈉離子（Na+）。丁酸根具有水脂兩親性，偏重于親脂，在pH 4～6時一般不易被分解，丁酸根最終代謝產物為酮體和CO2，為腸黏膜細胞提供約75%的能量。丁酸鈉在常規貯存、密封狀態下較穩定，其有效成分是短鏈揮發性脂肪酸丁酸。游離的丁酸具有特殊的氣味，不同于醋酸或丙酸等其他短鏈揮發性脂肪酸：丁酸根離子和丁酸類似，都是以脂溶形式擴散吸收或通過短鏈脂肪酸和碳酸氫根離子（SCFA/HCO3-）進行離子交換吸收，在結腸段吸收量最高，同樣可以直接被腸上皮細胞吸收，也可進入血液到外周組織或運送到肝臟進一步代謝利用。

1.2 丁酸鈉的包被處理

為了讓丁酸能夠以更高的濃度到達胃腸道的遠端部分，并克服丁酸鈉流動性差、易吸潮、易結塊、易和其他營養物質發生反應的缺點，對丁酸鈉常常會進行包被處理，包被的主要材料一般為西棕櫚蠟、棕櫚油脂肪、聚乙二醇，包被后丁酸鈉的純度一般為30%左右。

包被的生產工藝首先是制作骨架材料，骨架材料是將羥丙基甲基纖維素、殼聚糖、二氧化硅3種物質混合后，在230℃的流床機上進行高溫沸騰膨脹。再將丁酸鈉溶于水后噴涂嵌入到骨架材料中，然后在120～140℃恒溫箱干燥，干燥后在-5℃的低溫環境中固化冷卻，使丁酸鈉固化成粒，再將西棕櫚蠟、棕櫚油脂肪、聚乙二醇溶于有機溶劑中，在流床包衣機里將包層材料噴涂在丁酸鈉顆粒的表面，速度為0.1 L/min，進風溫度在50～90℃，時間為3～4 h，最后形成的包被丁酸鈉產品85%過20目分析篩。由于包層的主要成分是脂肪，脂肪在胃中不易分解。包被后的丁酸鈉進入腸道后，腸黏膜上皮細胞脂肪酶將脂肪分解后，緩慢釋放丁酸，最終有效地到達小腸后端，尤其是在結腸部位。陳國順等（2011）[1]選用包膜、顆粒和粉末3種類型的丁酸鈉，分別在3個不同飼料廠生產加工，在不同生產環節抽樣并測定丁酸鈉的含量。結果表明，丁酸鈉的損失率隨飼料水分的增加而提高，包膜丁酸鈉在不同飼料水分條件下損失率均小于2%；高劑量的微量元素和吸潮性強的氯化膽堿等都對飼料營養成分造成一定的內耗和破壞，包膜之后效果會改善；丁酸鈉在同等壓力下，隨制粒溫度的升高損失率升高；丁酸鈉在人工胃腸液中逐漸被分解，而包膜丁酸鈉的包膜材料中的丁酸鈉成分逐漸釋放，釋放時間較長，可以使更多的丁酸鈉到達后腸發揮作用。

2 丁酸鈉的生理功能

2.1 作為腸道細胞能量來源

丁酸作為短鏈脂肪酸的主要成分可為結腸上皮細胞提供超過70%的能量源，這些能量源大部分被小腸黏膜上皮細胞吸收，剩下的則轉運到肝臟進一步代謝用于糖異生作用。丁酸在肝臟通過β-氧化生成丁酰輔酶A，并生成酮體用于合成ATP，無需進行復雜的三羧酸循環及肝膽吸收。與此同時，采用同位素示蹤法，追蹤丁酸的行徑，發現丁酸被吸入后，一部分合成脂肪，另一部分合成乳脂，少部分丁酸隨著汗液或者尿液排出體外。丁酸可促進上皮細胞成熟增殖，提高腸道屏障功能，可作為結腸盲腸的直接能量來源。斷奶仔豬遇到冷熱應激、轉群、換料、疾病等都會導致腸道損傷，而修復受損的腸黏膜細胞需要提供40%～50%的能量，但如果仔豬為腸道受損組織提供修復腸道所需能量，能量的缺失會嚴重影響仔豬的生長性能。

2.2 改善豬胃腸道形態結構

丁酸鈉能促進豬的生長和胃腸道發育，促進腸上皮細胞的分化與成熟，提高絨毛高度，維護腸上皮細胞結構的完整性，提高對營養物質的消化吸收能力。鐘翔等（2009）[2]在豬飼糧中添加1 000 mg/kg和2 000 mg/kg的丁酸鈉，發現十二指腸絨毛高度分別比對照組高15.5%和23.9%，空腸絨毛高度分別比對照組高 14.0%和 6.0%。徐光霞等（2009）[3]研究斷奶仔豬小腸組織形態的結果表明，0.1%的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。王繼鳳等（2005）[4]研究發現，添加丁酸鈉組的試驗仔豬腸絨毛比單純的抗生素組腸絨毛粗壯，而抗生素組空腸和回腸的腸絨毛頂端偶見脫落現象，說明丁酸鈉可以改善小腸黏膜上皮細胞的形態結構。Kotunia等（2004）[5]和Mazzoni等（2008）[6]同樣通過試驗發現丁酸鈉可以促進豬腸道發育，增加小腸黏膜絨毛高度、隱窩深度和黏膜厚度。

2.3 提高機體免疫力

腸道是動物機體最大的免疫器官，丁酸鈉對提高機體免疫力的研究還不多。王繼鳳（2005）[7]發現丁酸鈉的使用顯著增加了斷奶仔豬的空腸、回腸杯狀細胞，上皮內淋巴細胞、肥大細胞數量。Leonel等（2012）[8]發現丁酸鈉在腸上皮中產生黏蛋白糖蛋白并增加結腸黏膜的防御屏障。Griminger（1986）[9]發現丁酸鈉增加了血清球蛋白濃度并降低白蛋白與球蛋白的比率。李丹丹等（2012）[10]研究表明飼糧中添加丁酸鈉能促進免疫器官發育，提高血清免疫球蛋白含量，刺激機體腸道黏膜分泌IgA+細胞。唐明紅等（2010）[11]在基礎飼糧中添加 0.1%丁酸鈉，40 kg 的生長肥育豬試驗72 d以后發現，血清中IgM、IgG和IgA的含量水平顯著高于對照組。陳國順等（2012）[12]在基礎飼糧中分別添加300 mg/kg和500 mg/kg的包膜丁酸鈉飼喂斷奶小香豬30 d發現，血液中的白蛋白/球蛋白、IgG和堿性磷酸酶都隨飼糧中包膜丁酸鈉添加量的增加呈現增高的趨勢。另外，Fang等（2014）[13]也報道飼糧中添加丁酸鈉可以增強仔豬的免疫功能和減少促炎細胞因子生成。

2.4 維持腸道微生物區系穩定

動物胃腸道在正常情況下有益菌是占優勢地位的，可以抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌在腸道的附著和增殖。但是胃腸道又極易受飼糧及環境因素的影響，引起胃腸道菌群失調，導致胃腸消化疾病。丁酸鈉可以維持胃腸道微生物區系處于穩定狀態，促進乳酸桿菌等有益微生物的增殖，改變有害菌的適宜生存環境從而抑制并殺死大腸桿菌、沙門氏菌等有害微生物。丁酸作為一種有機酸，對致病菌的抑制是通過滲透（非離子化）進入親脂性細菌細胞壁，在中性細胞溶質pH下解離并釋放出一些離子和質子，導致影響嘌呤堿基的陰離子致死，使必需酶變性并導致細菌細胞死亡。李虹瑾等（2017）[14]在28日齡斷奶仔豬基礎飼糧中添加0.03%包膜丁酸鈉，飼喂28 d后發現，腹瀉率與腹瀉指數分別降低30.71%和33.85%，各腸段細菌含量顯示包膜丁酸鈉可顯著降低回腸中大腸桿菌的數量，增加盲腸和結腸中乳桿菌和雙歧桿菌數量，表明基礎飼糧中添加0.03%包膜丁酸鈉可有效提高仔豬腸道有益菌的含量，維持腸道微生物區系穩定。Van等（2004）[15]發現丁酸鈉可以下調調節入侵細菌的基因表達并降低細菌的毒力。Boyen 等（2008）[16]和 Sun 等（1998）[17]發現丁酸可以保護動物機體免受細菌（如大腸桿菌、腸球菌和沙門氏菌）感染。

3 丁酸鈉在豬飼料中的應用

3.1 丁酸鈉在斷奶仔豬上的應用

仔豬斷奶時容易出現早期斷奶綜合征，使仔豬采食下降、生長受阻和腹瀉。丁酸鈉可以調控斷奶仔豬胃腸道消化酶活性，促進仔豬對營養物質的消化吸收，同時具有改善腸道菌群平衡的功能，從而緩解仔豬應激，減少仔豬腹瀉。丁酸鈉可以提高仔豬日增重，降低料重比和腹瀉率，并顯著改善斷奶仔豬腸道黏膜形態結構等。Le等（2009）[18]研究表明，在保育豬飼料中補充丁酸鈉可以提高保育豬的生長速度和飼料報酬。徐振飛等（2011）[19]在28日齡斷奶的仔豬飼糧中添加1 000 mg/kg的粉劑丁酸鈉和300 mg/kg的包膜丁酸鈉，添加包膜丁酸鈉后斷奶仔豬15～28日齡的料重比降低 7.30%（P＜0.05），兩個試驗組腹瀉指數分別降低 22.55%和 40.19%（P＜0.05），表明丁酸鈉能夠提高斷奶仔豬的采食量及飼料轉化率，改善生產性能，降低腹瀉率；包膜丁酸鈉效果優于粉劑丁酸鈉。孟玲（2016）[20]在28日齡仔豬飼糧中添加包被丁酸鈉 500 g/t、1 000 g/t、1 500 g/t，試驗 28 d 后，與對照組相比，飼糧中添加1 000 g/t、1 500 g/t包被丁酸鈉顯著提高仔豬的日增重，顯著降低料重比；在15～28 d階段，顯著提高平均日采食量。添加1 000 g/t、1 500 g/t包被丁酸鈉顯著提高斷奶仔豬血清中總蛋白、血糖、IgA、IgG，顯著降低血清尿素氮含量；顯著增加糞便表觀消化率中粗蛋白質、粗脂肪的含量，顯著降低體內的大腸桿菌數量，顯著提高乳酸桿菌的數量。因此添加包被丁酸鈉的飼料能夠促進斷奶仔豬的生長，提高斷奶仔豬的免疫力，減輕仔豬的腹瀉與應激情況。

3.2 丁酸鈉在生長肥育豬上的應用

丁酸鈉的應用研究主要集中在仔豬上，在肥育豬上的研究還不多。已有的研究結果顯示，丁酸鈉也可以提高生長肥育豬對飼料的消化吸收率，改善其生長性能，提高飼料報酬。唐明紅等（2010）[21]選用體重約40 kg的120頭杜大長豬隨機分為4組：對照組（基礎飼糧）、丁酸鈉組（基礎飼糧+1 kg/t丁酸鈉）、抗生素組（基礎飼糧+硫酸黏桿菌素60 mg/kg）和復合組（基礎飼糧+硫酸黏桿菌素30 mg/kg+丁酸鈉1 kg/t）。試驗72 d后，進行屠宰和組織學檢查，研究丁酸鈉對生長肥育豬胴體品質、血清生化指標和小腸形態的影響。試驗結果表明：丁酸鈉組、抗生素組和復合組的屠宰率和無脂瘦肉率比對照組有所改善，眼肌面積試驗各組均比對照組大，第10肋背膘厚丁酸鈉組最低，3個試驗組中，屠宰率、無脂瘦肉率和眼肌面積復合組最好。丁酸鈉組、復合組十二指腸絨毛長度和十二指腸腸腺長度與對照組比較差異顯著。復合組、抗生素組和丁酸鈉組的血清血糖、總蛋白、IgM、IgG和IgA含量水平顯著高于對照組，而尿素氮的含量差異不顯著，復合組血清中IgM、IgG和IgA的含量水平顯著高于丁酸鈉組和抗生素組。Walia等（2016）[22]研究發現肥育豬屠宰前24～28 d，飼糧中添加3 kg/t丁酸鈉在無其他病原菌協同感染的條件下能有效降低盲腸內容物沙門氏菌菌落和血清沙門氏菌陽性率，但添加丁酸鈉對腸道菌群和生產性能沒有顯著影響。

3.3 丁酸鈉在母豬上的應用

因為丁酸鈉是被用作抗生素的替代產品，因此，母豬飼糧中添加丁酸鈉的效果報道不多。丁酸鈉是豬的能量來源并且具有改善免疫系統和腸道完整性的功能，包括抗菌和抗炎癥特性，母豬飼糧中添加丁酸鈉可能會提高母豬繁殖性能和乳仔豬的生長性能。丁酸鈉能通過母豬乳腺組織到達乳汁被仔豬利用，乳汁干物質中含丁酸衍生物3.8%左右，丁酸鈉可通過乳汁到達仔豬體內促進仔豬胃腸道的發育和成熟，丁酸鈉還可以提高母豬采食量維護腸道的健康，減少仔豬黃白痢等腹瀉現象的發生。毛石明（2010）[23]選擇15頭二元母豬，飼喂添加丁酸鈉400 g/t和600 g/t的試驗飼糧，結果表明，仔豬初生窩重分別比對照組提高1.44%和1.90%，平均初重分別提高2%和2.6%；28 d斷奶后，仔豬斷奶重和平均日增重分別提高 4.71%、6.99%和 5.41%、8.63%，說明丁酸鈉可改善母豬的繁殖和泌乳性能，提高仔豬斷奶重。張小東等（2012）[24]研究發現飼糧中添加丁酸鈉后母豬哺乳期采食量提高 4.56%（P＜0.05），顯著降低母豬哺乳期的體失重，提高仔豬斷奶日增重（P＜0.05）和斷奶體重。此外，處理組弱仔率較對照組下降35.72%，可見丁酸鈉可改善母豬生產性能，提高仔豬平均日增重。Lu等（2012）[25]報道，從妊娠后期到哺乳期補充0.3%丁酸鈉的母豬，產后的仔豬在12周齡時的生長速度增加。但是也有不同的結果，Wang等（2014）[26]報道哺乳期飼糧中添加丁酸鈉對產仔數、窩產仔數和哺乳期采食量沒有影響。Jang等（2016）[27]選擇43頭妊娠母豬分別添加500 mg/kg和1 000 mg/kg的包被丁酸鈉，結果顯示各處理中母豬體重、產仔數、窩重、哺乳期采食量和乳成分無明顯差異。然而，隨著丁酸鈉補充水平的增加，初乳IgG（P=0.06）和 IgA（P=0.09）濃度呈二次方式增加。

4 小結

丁酸鈉作為一種酸化劑類的飼料添加劑，除了酸化劑的功能以外還具有為腸道細胞供能，提高機體免疫力，調節胃腸道微生態平衡，改善豬胃腸道形態，促進胃腸道發育等作用。近年來，包膜形式的丁酸鈉以及丁酸鈉和其他如植物精油、微生態制劑等聯用的應用研究也在不斷增多，但是在其機理方面的研究還不夠深入。同時，高效低成本的丁酸鈉生產加工技術及其在飼料中的穩定性和丁酸鈉在豬不同生產階段飼糧中的適宜添加量及其效果，還需要進行更多的研究。