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技術資訊
Technical Information張衛輝, 高 峰*
(南京農業大學動物科技學院, 江蘇南京 210095)
摘要: 丁酸鈉具有廣泛的生物學功能, 如提高動物采食量、調節動物體內電解質及胃腸道微生態平衡等, 并作為一種綠色有效的飼用添加劑,被逐步應用于畜禽養殖中。本文在介紹丁酸鈉在畜禽養殖應用的基礎上, 著重綜述丁酸鈉對畜禽胃腸道的作用, 并進一步探討其機理, 如對胃腸道形態結構、微生物區系、腸道免疫等的調節, 以期為今后國內飼用丁酸鈉的研制開發和應用提供參考。
關鍵詞: 丁酸鈉; 畜禽; 胃腸道; 作用機理
近年來, 抗生素類生長促進劑在飼料工業中的大量使用導致諸多問題出現, 例如病原菌產生耐藥性、動物免疫機能下降、體內菌群失調、畜禽產品中的藥物殘留等 。2006年1月1日, 歐盟已經全面禁止在飼料中添加抗生素。生產無污染、無殘留、對人體健康無損害的綠色畜禽產品日益受到人們的青睞, 尋求能替代抗生素的健康型綠色添加劑迫在眉睫。丁酸鈉以其綠色環保、使用安全、可部分替代抗生素等特點引起飼料工業界的廣泛關注, 在食品、醫藥、化工、養殖等行業中都顯示出較大的研究開發前景。在機體內丁酸鈉離解為丁酸根( C4H7O2- ) 和鈉離子(N a+ ), 其主要有效成是一種短鏈揮發性脂肪酸-丁酸。據報道, 它能夠抑制腫瘤細胞增殖,誘導多種腫瘤細胞分化和凋亡 , 促進正常細胞生長 , 并作為一種腸道能源物質, 可以改善腸道形態、維護腸黏膜完整性及調節腸道菌群, 從而促進腸道生長發育, 提高畜禽的生產性能。但對丁酸鈉作用機理的研究探討, 國內至今報道較少。
1、丁酸鈉在畜禽養殖中的應用
1990年Ga lfi等最早在斷奶仔豬日糧中添加丁酸鈉, 結果表明, 丁酸鈉可以增加采食量、提高日增重及改善飼料轉化率。直到最近幾年丁酸鈉的飼用價值才引起人們關注, P iva 等研究發現, 每噸日糧添加0.8 kg 丁酸鈉飼喂斷奶仔豬2周, 仔豬平均日采食量提高16% 。在隨后的2周試驗中, 丁酸鈉組比對照組仔豬的平均日采食量提高10% , 料肉比降低14%。這都說明了丁酸鈉對斷奶仔豬的生長有明顯的促進作用。Ko tunia 等和王繼鳳也有類似的報道 。2003年丁酸鈉正式被我國農業部列入5飼料添加劑品種目錄6, 隨之在畜禽養殖的應用也越來越廣泛。Hu等 研究丁酸對AA 肉仔雞的影響,試驗選用336只肉仔雞, 隨機分成4組(基礎日糧組; 分別添加500、1000 和2000 mg /kg 的丁酸鈉組) , 結果表明: 0 ~ 21日齡AA 肉仔雞體增重與丁酸鈉添加量呈線性相關; 0~ 42日齡肉仔雞飼料轉化率明顯提高, 呈二次曲線變化; 同時他還指出丁酸鈉的適宜用量為500mg /kg, 少于檸檬酸, 乙酸, 丙酸( 400~ 2 000 mg /kg) 等有機酸的添加量。說明丁酸鈉對肉仔雞的生長發育、飼料報酬也有著良好的作用效果。
2、丁酸鈉對胃腸道的作用及機理探討
胃腸道是食物消化吸收的主要場所。幼齡動物的小腸結構發育不完全, 功能不完善, 消化吸收能力弱。剛斷奶動物, 由于其母源性抗體的缺失及日糧結構改變, 產生的大量應激會使腸道結構和功能發顯著變化 , 如絨毛萎縮和隱窩增生。大量研究表明,丁酸鈉對維持腸道形態結構的完整性、改善腸道營養素的吸收功能及穩定微生物區系等都有積極的影響。它是腸上皮細胞一種重要的營養素, 可以促進水和鈉的吸收, 促進胃腸道細胞增殖及蛋白質合成 。其他報道也指出丁酸鈉可以減少動物腸道菌群對腸黏膜的不利影響 , 并具有抗炎癥特性, 如治療胃腸道末端的炎癥反應 。也有報道指出豬飼喂丁酸鈉后胃內丁酸濃度增加, 但腸道內丁酸濃度沒有變化。這可能是丁酸在到達腸道前已轉化為其他物質(例如乙酸) 并被吸收, 也可能是丁酸在腸道分解并被吸收的緣故。雖然丁酸吸收部位還未定論, 但其對胃腸道的作用效果非常明顯。
2.1 對胃腸道形態結構的影響
小腸的腸絨毛長度、隱窩深度、黏膜厚度及絨毛表面積是衡量小腸消化吸收功能的重要指標。Jurkow ska等認為添加丁酸鈉明顯增加胃黏膜及肌膜厚度, 遠側段空腸及回腸隱窩深度、絨毛長及黏膜厚度, 但是十二指腸黏膜厚度明顯降低。王繼鳳等在仔豬日糧中添加100mg /kg的丁酸鈉發現, 相對于對照組, 添加組仔豬的空腸、回腸黏膜結構完整, 層次清晰, 腸絨毛絨毛粗壯、排列整齊。Claus等在飼料中添加脂肪包被的丁酸鹽研究其對豬小腸黏膜形態及功能影響, 結果表明, 丁酸鹽增加了空腸中段皺壁面積。Buddle和Bolton等認為腸道絨毛上皮細胞主要發揮吸收功能, 隱窩上皮細胞主要發揮分泌功能,腸道凈吸收取決于絨毛高度與隱窩深度的比值的高低(VH /CD)。仔豬斷奶應激損害其腸道的吸收功能,VH /CD值減小, 從而斷奶仔豬腹瀉發生率增加 。這說明動物腸道吸收能力與VH /CD 值密切相關。王繼鳳等報道在斷奶仔豬飼糧中添加丁酸鈉使VH /CD值增加38% ~ 81%。也有認為丁酸鈉通過促進斷奶仔豬胃腸道的消化吸收, 進而提高其生產性能。另外, 在肉仔雞日糧中添加丁酸鈉也可以明顯增加十二指腸的VH /CD 值。
2.2 對胃腸道菌群的調節作用
初生幼齡動物胃腸道是一個無菌的環境, 但隨著母源性及來自外界環境細菌移植到腸道, 胃腸道中就形成了一個穩定的微生物區系, 對胃腸道的形態結構和消化吸收功能有非常復雜的影響。正常情況下, 動物胃腸道有益菌群占絕對優勢, 能夠抑制大腸桿菌等有害菌在腸道內的附著和增殖。但極易受到日糧及環境因素的影響, 引起胃腸道菌群失調, 導致胃腸道疾病的發生。目前國外研究表明在家禽和豬日糧中添加丁酸鈉可以增加胃腸道有益菌數量, 抑制減少有害菌的數量, 維持腸道微生物菌群的穩定。Galfi和Bokori在1990年最早研究丁酸鈉對斷奶仔豬腸道菌群的影響, 結果表明, 日糧中添加0.17% 的丁酸鈉降低了回腸微生物中大腸桿菌的比例, 增加了有益菌乳酸桿菌的數量。Van 等利用微囊包埋的丁酸飼喂感染沙門氏菌的雛雞試驗也發現可以減少盲腸內定植的沙門氏菌數量。Castillo等研究也表明日糧中添加丁酸鹽可以增加腸道乳酸桿菌的比例。Collier 等進一步報道在早期斷奶仔豬日糧中添加0.3% 的丁酸鈉對腸道微生物區系的影響最大, 顯著增加乳酸桿菌在腸道中的比率。同時, 他比較了添加卑霉素、丁酸鹽及植物浸出物3種添加劑對早期斷奶仔豬腸道微生物區系的影響, 結果發現, 3種添加劑都可以改變微生物區系的結構及活性, 增加微生物的多樣性, 且不會減少定植于各段腸道細菌的總量, 這與抗生素可以減少腸道微生物數量的報道相反。Biagi等 發現, 丁酸鈉使盲腸發酵速度、總產氣量及最大產氣率都呈線性減少; 且研究盲腸液發酵4 h、8 h、24 h發現, 氨的含量呈線性增加。這與Andoh等 研究結果類似。表明丁酸鈉可以加快腸道中氨的合成, 而氨是胃腸道微生物合成菌體蛋白時的關鍵物質, 這在一定程度上可以作為丁酸鈉促進蛋白質合成的有利證據之一。丁酸鈉調節胃腸道菌群的機理很少見報道, 且說法不一。有些學者報道丁酸進入細菌內, 分解為丁酸根離子與氫離子, 隨著細胞內氫離子濃度升高, 一些對氫離子耐受性大的有益菌(如乳酸桿菌) 存活下來, 并大量繁殖, 而對氫離子耐受性弱的有害菌(如沙門氏桿菌、大腸桿菌) 大量被殺死, 從而保證整個胃腸道更加健康 。然而有趣的是一些研究人員利用其他有機酸(例如: 甲酸或乙酸) 試驗得出:有機酸增加了盲腸中沙門氏菌的含量。分析其原因可能與酸化劑的種類有關, 例如不同的有機酸可能會激活或抑制動物機體中不同的代謝途徑 。結果提示, 在應用促生長添加劑時不僅僅要考慮其對胃腸道所定植菌群含量的影響, 更應考慮酸化劑可能與機體某種代謝途徑有關, 進一步的證據有待繼續研究。
2.3 對腸道免疫的影響
研究表明丁酸鈉不僅可以促進腸道的消化、吸收, 而且對腸黏膜上皮(包括柱狀細胞、杯狀細胞和內分泌細胞) 結構完整性的維持與腸黏膜機械屏障功能的發揮具有重要的作用。Manzanilla等研究指出飼料中添加丁酸鈉可以增加回腸杯狀細胞的數量。Jurkowska等及Tsukahara等研究丁酸鈉時都得到類似結論。杯狀細胞分泌的黏蛋白和柱狀細胞分泌的復合糖蛋白是腸道黏膜上皮細胞表面的細胞衣, 是潛在致病原的重要物理屏障, 杯狀細胞數量的增加表明丁酸鈉提高了腸道的免疫屏障功能。王繼鳳等 通過研究丁酸鈉對斷奶仔豬黏膜免疫相關細胞影響時發現丁酸鈉不僅對斷奶仔豬的空腸、回腸杯狀細胞有影響, 而且使上皮內淋巴細胞、肥大細胞數量增加。上皮內淋巴細胞不僅在腸道黏膜中起重要的免疫屏障作用, 對上皮細胞的更新、生長及分化也有很重要的作用, 肥大細胞是重要的免疫活性細胞, 它們數量的增加表明丁酸鈉提高了斷奶仔豬腸道細胞的免疫活性, 增強了腸道黏膜的屏障功能。
3、小結
綜上所述, 丁酸鈉對畜禽具有多方面的調節作用, 既可有效提高生產性能, 也可對腸道結構功能及免疫起到改善功能, 還可以調節胃腸道菌群的組成。但作為添加劑, 對于其適合的添加劑量還沒有明確系統的報道, 必須視動物種類、年齡而定。究其機理方面, 目前的研究報道較少, 應該針對動物營養生理、腸道微生態、免疫機能等方面, 做進一步的研究與探討。
