丁酸在豬和家禽無抗生素日糧中的應用

王新成

（加拿大安大略省旺倫斯汀飼料公司，安大略旺倫斯汀N0B 2N0）

為了減輕微生物對抗生素的耐藥性，在世界范圍內，對用于動物生產的抗生素進行了限制或者禁止使用。因此，在動物生產行業(yè)內，研究人員不斷尋找抗生素的替代品或替代方案。這些產品包括：有機酸、植物提取物、益生元、益生菌以及許多飼料用的消化酶。在這些替代品當中，丁酸作為有機酸的一種，被廣泛應用于無抗生素日糧當中。

人和動物體本身并不能合成丁酸，丁酸與其他短鏈脂肪酸（SCFA）一樣，是厭氧細菌，是在人類和動物的后腸利用宿主沒有消化吸收的碳水化合物發(fā)酵而產生的。

筆者就人工合成的丁酸產品，在無抗生素畜禽日糧中的作用機制進行闡述和說明，為更有效地利用丁酸提供理論依據。

1 丁酸的殺菌作用

有許多研究指出，丁酸在體外具有殺菌能力。NAMKUNG等[1]在體外評估了丁酸及丁酸甘油酯對鼠傷寒沙門氏桿菌、產氣莢膜梭菌生產的影響，指出這些丁酸產品具有抗菌的功能，可以在家禽飼料中用于控制鼠傷寒沙門氏桿菌、產氣莢膜梭菌。一般認為，丁酸以完整的沒有解離的分子進入細菌的細胞內，可以將細菌殺死。因為丁酸的pKA值是4.82，所以一般情況下，它在體內以解離的酸根離子存在，對細菌沒有殺死的能力。因此，丁酸在體內可以殺菌，沒有很強的說服力。有一點需要指出，添加劑的殺菌作用和它引起的腸道微生物菌群改變是2個不同的概念。例如，日糧中營養(yǎng)成分的改變，可能導致宿主腸道微生物菌群的改變，但不代表它具有殺菌功能。

2 丁酸為腸道細胞提供能量，改善腸道的結構和功能

大量研究表明，丁酸可以為腸道細胞提供能量[2]，提高動物的生產性能[3-5]，增加腸黏膜的絨毛高度[6]，增強消化酶活性[4]，提高營養(yǎng)物質的消化率[6]，改善腸道的屏障功能[7]，提高動物的免疫力[8]。正因為丁酸可以作為腸道細胞的能量來源，所以，以上這些丁酸在腸道展現的生理功能，是容易理解的。而這些生理功能，基本上局限于腸道，是局部性的。根據目前有關科學的研究進展，丁酸的重要生理功能，很可能是由它對動物營養(yǎng)代謝的宏觀調控來完成的。

3 丁酸與動物采食量的關系

在很多研究中，丁酸可能導致采食量下降，但許多研究人員回避了這個問題。DENBOW等[9]用食道注入的方法飼喂12周齡的公雞，分別注入相同能量的三丁酸甘油酯、三辛酸甘油酯和三油酸甘油酯，結果表明，三丁酸甘油酯可顯著降低公雞的采食量。與食道注入的方法相比，從肝臟注入這3種甘油三酯對采食量的影響不明顯。這些營養(yǎng)物質進入肝臟后，可能直接被氧化提供能量。而在消化道內，這些脂肪酸很可能與受體結合產生一系列生理反應，導致采食量下降。由此可見，這3種甘油三酯在腸道不僅僅是作為能量代謝的底物。

MOQUET等[10]以肉雞為研究對象，比較了不同的丁酸產品對肉雞消化系統(tǒng)及采食量的影響，結果表明，通過肌胃以后的丁酸會引起厭食反應。

鐘翔等[4]研究了丁酸鈉不同添加量（0、1、2 g/kg）對斷奶仔豬生長性能和腸道消化酶活性的影響，結果顯示，添加2 g丁酸鈉處理組斷奶后3、7 d仔豬的采食量均為對照組的90% 左右，但差異未達到顯著水平；添加1 g丁酸鈉處理組仔豬的采食量與對照組相同?？梢姡∷嶙罴烟砑恿康姆秶容^窄小。

當然，動物的采食量與許多因素有關。例如，丁酸的添加量，丁酸產品的種類和產生工藝，動物的健康狀況，還有飼料的營養(yǎng)成分（如粗纖維的含量、蛋白水平和能量水平）。正是因為這些因素，有的試驗報告采食量下降，而有的試驗報告采食量不變甚至提高。在動物的采食量改變的同時，丁酸可以使消化道容量增加和排空減慢。

當日糧中可發(fā)酵碳水化合物增加時，微生物發(fā)酵產生的短鏈脂肪酸（包括丁酸），可導致消化道內容物增加，這也表明食糜在消化道停留的時間延長[11]。DELGADO-AROS等[12]在人體血液中注入胰高血糖素樣肽-1（GLP-1，丁酸與受體結合后腸道釋放的一種激素）后，空腹和餐后胃的容積增加，同時，胃的排空延緩。

當采食量下降、胃排空變慢的時候，食物在胃內停留時間延長，在這樣低酸的環(huán)境下會產生以下3種結果：第一，消化酶的作用時間延長，營養(yǎng)物質消化增強；第二，消化道中微生物的數量（包括有害無微生物的數量）會大幅下降，這可能是導致后腸微生物菌群改變的主要原因之一；第三，進入后腸的營養(yǎng)物質下降，可供微生物生長的底物減少，這可能也是導致后腸微生物減少的另一個原因。

丁酸進入腸道以后，不僅可以產生飽腹感，使胃排空變慢，而且通過激素的調控，會產生一系列復雜的生理生化反應。

4 丁酸對動物營養(yǎng)代謝的宏觀調控功能

在動物腸道內，丁酸和游離脂肪酸受體2（FFAR2，以前為GPR43）以及游離脂肪酸受體3（FFAR3，以前為GPR41）結合，產生腸道激素胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）、胰高血糖素樣肽-2（GLP-2）和酪氨酸肽（PYY）[13-14]。

對于人類和其他哺乳動物，PYY可以使其采食量下降、胃排空減慢和腸蠕動減少。GLP-1不僅可以使采食量下降、增加胃的容積、延緩胃排空，而且可以使血液中的胰島素升高[13，15]，使體細胞和腸道細胞加快利用血液中的血糖和其他營養(yǎng)物質，并進入合成代謝，最后導致血液中和消化道中的營養(yǎng)物質減少。與GLP-1略有不同，GLP-2對胰島素和血糖穩(wěn)定的作用有限，其主要生物學功能是調節(jié)能量代謝，維護腸道黏膜的形態(tài)，維持腸道功能和結構的完整性[14]。

越來越多的研究表明，在豬和家禽的體內，這些由丁酸和其他營養(yǎng)物質作用而產生的腸道激素，雖然有一定的爭議，但是其作用機制與人類的非常相似。

CUCHE等[16]研究表明，在豬回腸注入SCFA后，與生理鹽水的對照組相比，在30～45 min內，血清中PYY的濃度明顯增加，同時產生了對后腸蠕動的抑制作用。

最近有研究指出，在斷奶仔豬的日糧中添加0.2% 的丁酸甘油酯，與對照組相比，血清胰島素濃度顯著增加[3]。胰島素在血液中濃度的升高，表示動物細胞進入合成代謝，糖和其他養(yǎng)分（如氨基酸）的吸收增強，蛋白質進入合成代謝。

DIAO等[7]在斷奶仔豬胃中注入SCFA，結果表明，與對照組相比，腸道中FFAR2和FFAR3的mRNA的表達明顯增多；同時還發(fā)現，GLP-2和GLP-2R（胰高血糖素樣肽-2的受體）的mRNA表達水平明顯提高。盡管該研究沒有觀察GLP-1和PYY的水平，也沒有報告仔豬的采食量，但是，以上這些結果仍然可以說明，丁酸的作用機制在豬和人體內大致相同。

AOKI等[17]結果表明，在雞的血管內注入PYY激素，雞的采食量明顯減少，并隨PYY的劑量而發(fā)生變化。這個研究表明，PYY在雞和哺乳動物的體內功能相似，能夠增加動物的飽腹感。

HONDA等[18]研究指出，在血管內注射GLP-2可抑制雛雞的采食量。但是，哺乳動物中GLP-2的功能是促進腸道生長，增強腸道屏蔽能力[14]。可見，禽類和哺乳動物在GLP-2的功能上有一定的差別。這一點還需進一步研究證明。

SHOUSHA等[19]研究胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）和胰高血糖素樣肽2（GLP-2）在禽類中的生理作用，指出腹膜內和腦室內注射GLP-1，都可使日本成年鵪鶉的采食量下降。

綜上所述，丁酸在豬和雞的體內作用機制，與丁酸在人體內的作用機制相同或者類似。即丁酸與腸道中FFAR2和FFAR3的受體結合，產生腸道激素PYY和GLP-1、GLP-2，對動物體內進行系統(tǒng)調控。其中，PYY可以使動物采食量下降，胃排空減慢；GLP-1可使采食量下降，胰島素分泌增加，細胞進入合成代謝狀態(tài)，腸道的營養(yǎng)物質得到充分的吸收和利用；GLP-2可以增加腸道功能，維持腸道的結構的健康和完整性。

5 丁酸應用廣泛

近幾十年，動物育種取得了重大進展，生產性能不斷提高。這主要是因為經過多年來的選育，動物的采食量不斷提高。而在這一選育過程中，動物可能減弱了對采食量控制的功能。所以，丁酸控制采食量的作用，就顯得更為重要。

最近10 a，人們對丁酸的應用有了更深刻的了解，使其作用更加明顯。例如，用包被的丁酸或者用丁酸甘油酯可以到達動物后腸，進而使其更能發(fā)揮調節(jié)作用。

另外，隨著抗生素使用的減少，人們在不斷尋找各種類型的抗生素替代品。丁酸在沒有抗生素的情況下，通過減慢胃的排空，使微生物的數量大幅下降，更能充分發(fā)揮它的系統(tǒng)調節(jié)作用，對提高無抗生素日糧的性能發(fā)揮了重要的作用。

6 丁酸對動物采食量和營養(yǎng)代謝的調控機制

在脊椎動物的長期進化過程中，宿主及其體內的微生物形成了相利共生的機制。宿主體內的微生物利用宿主不能消化但可以發(fā)酵的碳水化合物不斷繁殖。同時，在微生物的生長過程中，產生了一些代謝產物，比如乙酸、丙酸和丁酸。這些代謝產物，可以被宿主后腸細胞利用，作為重要的能量來源。微生物的生長和繁殖，應該也必須受到宿主的調節(jié)和控制。否則，微生物的過度生長，對宿主沒有任何好處。宿主可以通過減少對微生物提供營養(yǎng)物質，達到對菌群繁殖程度的控制。因此，在相對降低采食量的同時，宿主增加自身對營養(yǎng)物質的消化和吸收，從而使到達后腸的營養(yǎng)物質減少，進而減少微生物的繁殖。

丁酸是微生物的代謝產物，是微生物繁殖程度的一個指標。因此，它可以作為宿主和微生物之間協調的信號，可以對宿主的采食量和代謝進行調控。

7 結語

丁酸是通過對一些激素的調控，實現對機體的營養(yǎng)代謝的宏觀調控，而不僅僅是通過調控局部的組織和器官來完成的。在選擇應用丁酸產品時，必須關注日糧中的有關營養(yǎng)成分以及丁酸的添加劑量。過去以包被的丁酸鹽為主，但近些年來，新一代的丁酸甘油酯，應用越來越廣泛。