有机酸可代替抗生素性生长促进剂

欧盟各国和其它一些国家的管理当局已经撤消了对亚治疗量药物型抗生素在动物饲料中应用的许可。即使没有禁止令，饲喂抗生素性生长促进剂的做法也正在减少。欧盟国家以外想将猪卖给无药市场的养猪者也在寻找饲用抗生素的非药物性替代品。至今为止，这一寻找都集中在具有抗菌活性的天然物质方面。有机酸，无论是单独的某种酸或是多种酸的混合物，即属于最有效的这类物质之一。有机酸对于断奶仔猪具有明确而显著的好处，同时也对家禽的性能有好处。常规有机酸和抗生素比较起来究竟如何呢？一种新型有机酸2-羟-4-甲硫基一丁酸(HMTBA，商品名Alimet又如何呢？HMTBA是天然的L-蛋氨酸前体，是一种单羧酸，可用于饲料。和其它具有抗菌活性的有机酸一样，HMTBA在低pH条件下是亲脂性的，可被脊椎动物吸收。HMTBA进人细胞之后，不同的pH条件会引起弱酸发生离解，对HMTBA也是如此。有机酸的多重作用是由于其在细胞内的离解以及细胞对其的反应。抗菌活性则是游离质子的伤害作用的结果，也许还有阴离子对细菌和真菌的作用结果。研究还表明，有机酸在肠细胞内的离解会导致促胰液素的合成，从而促进胰液的分泌。因此，有机酸的好处看来远不止是具有抗菌活性。抗生素生长促进剂对于提高消化率和改善生产性能的全部好处都可被认为是其对胃肠道菌群的作用并减轻了免疫刺激的结果。同样，饲喂有机酸可减少某些种类的细菌，尤其是可减少不耐酸的大肠杆菌、沙门氏菌和弯曲杆菌。抗生素和有机酸都通过降低基础免疫刺激而改善蛋白质和能量的消化率，从而导致免疫介体的合成和分泌。此外，抗生素和有机酸两者都可降低细菌的氨和其它抑生长代谢物的产生量，并减少体内总的细菌生存量。但是，和抗生素不同的是，有机酸的抗菌作用依赖于其pH值。有机酸的其它作用包括降低食糜的pH值以及增加胰腺的分泌。有机酸的作用机理有机酸包括了任何一种羧酸，即包括了任何一种脂肪酸和氨基酸，其结构通式为R-COOH。但是，并非所有这样的结构都对肠道菌群有作用。离解后具有一定抗菌活性的有机酸是短链有机酸(C1〜7)，都是简单的单羧酸，比如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸；或者是具有羟基团的羧酸，比如乳酸、苹果酸、酒石酸和柠檬酸（表1）。某些这些酸的盐也对单胃动物具有性能改善作用。还有些酸，比如山梨酸和延胡索酸，具有抗真菌作用。有机酸的酸性较弱，在生理pH值范围内仅可部分离解。酸的离解度以pKa值来度量，其含义为导致酸半离解的pH值。常用作猪、禽日粮酸化剂的、具有抗菌作用的有机酸，其pKa值在3〜5之间（表1）。HMTBA对生产性能的改善作用不仅限于提供蛋氨酸，还已证实其在肠道中被吸收并转化为蛋氨酸之前在饲料中和肠道中具有有机酸的作用。各种有机酸抗菌作用的大小各不相同，这取决于各自的浓度和pH值。此外，每种有机酸都有自己的抗菌活性谱。例如，山梨酸以其抗霉菌作用著称，乳酸则具有较强的抗细菌作用。甲酸、丙酸和HMTBA则具有比较广的抗菌活性谱，对细菌和真菌（包括酵母）都有效。研究人员意图优化一价酸的抗菌活性谱，他们对混合有机酸进行了测试，发现有些有机酸在体外测试中表现了相互间的协同抗菌活性。低pH值在有机酸抗菌活性中的重要性与该酸的离解度有关。在低pH值条件下，有机酸在更大程度上处于非离解状态。非离解有机酸是亲脂性的，可扩散通过细胞膜，包括可扩散通过细菌和霉菌的细胞膜。有机酸进入细胞内部之后，细胞浆的高pH值会引起有机酸发生离解，导致细胞内容物的pH值降低，从而使细胞内的酶触反应和养分输送系统中断。这一直接抗菌活性还有保持饲料和食品卫生和防腐的作用，这就可解释为什么盐酸等矿物酸和有机酸之间存在协同作用的问题。盐酸的存在可降低食糜的pH值，使有机酸更多地处于非离解状态。从而，添加的日粮酸可减少潮湿垫料中的霉菌数量。抗生素的作用抗生素生长促进剂的抗菌作用具有调整肠道菌群的作用，这可能就是其有利作用的重要原因。最近的一些研究表明，对无菌动物饲喂抗生素不能产生促生长作用。此外，将胃肠道菌群饲喂给无菌动物导致了生长抑制。在家禽，抗生素的促生长作用在卫生较差的条件下表现得比较明显。对无菌肉鸡注射细菌代谢物（比如脂多糖）或免疫介体（比如白细胞间素-1）可引起生长抑制。抗生素的另一个作用看来是抗菌活性直接结果，即经常见于报道中的减薄肠壁作用。这一作用也见于无菌动物（包括无菌鸡），这可能是因为抗生素减少了肠道结缔组织中免疫细胞的缘故。有机酸被动物吃下后，其直接抗菌活性在消化道前段比较大，这段消化道改变食糜pH值的能力比较弱。这部分消化道包括禽类的嗦囊和和肌胃以及猪的胃。其减轻大肠杆菌、沙门氏菌和弯曲杆菌感染的结果可减少肠道免疫细胞对养分的需要量。使用抗生素后降低了机体的免疫激活，这可能就是抗生素改善生产性能的原因。研究人员还报告抗生素可减弱猪小肠前段中的微生物活动，同样也可减弱家禽小肠、泄殖腔和冷却后胴体的微生物活动。肠道前段较低的pH通常不但有利于有机酸的抗菌活性，而且还有利于有机酸通过扩散作用被吸收入肠道上皮。象许多有机酸一样，HMTBA的吸收主要也是通过扩散作用。但是，除此之外，HMT.BA的传输是通过以质子（氢离子）为基础的载体系统，该系统还在小肠下段传送另一种有机酸一乳酸。肠道后段的pH值比较高，这看来有利于有机酸的离解，从而可降低通过扩散作用的吸收率。然而，肠道上皮表面存在的酸性微环境允许未离解的有机酸通过扩散作用被吸收入肠细胞。有机酸进入空肠和回肠后抗菌活性的持续性也是有机酸作用机理的一个重要组成部分。细菌在空肠中的增殖活动较弱，这就降低了肠道菌群同猪争夺养分的能力。微生物这一竞争力的减弱可能就是改善养分消化率的机理之一，这在猪和肉鸡都有报告。抗菌活性以外的作用有机酸是否仅仅通过自身的抗菌活性发挥作用？有机酸是否还有其它有利作用？当然，抗生素的作用中包括了许多对有机酸报道过的作用，比如改善蛋白质和氨基酸的消化率以及减少氨和生物胺的产生量。酸化的其它有利作用包括改善消化酶的活性、改善微生物植酸酶的活性以及增加胰腺的分泌。最后，有证据表明，在存在有机酸的情况下，尤其是在存在丁酸等脂肪酸的情况下，胃肠道粘膜的生长会加快。对猪的研究表明，有机酸，比如甲酸（1.25%）和乳酸（1.0%），可降低肠腔中（尤其是前段肠道的肠腔中）食糜的pH。pH值降低的幅度在胃中最大，达到0.5〜1.O单位。有趣的是，据观察，采用较低水平的HMTBA（0.2%）时观察到了肉鸡小肠中pH的降低。在这一例子中，采用混合小肠食糜时pH值的降低幅度比第三天的基础水平低0.25〜0.35pH单位（分别为pH5.64-pH5.99）。在胃中，pH的降低可激活胃蛋白酶原和其它酶原，这使胃中的pH接近于最适合于胃蛋白酶活性的水平。胃肠道中低pH的另一个好处是可改善微生物植酸酶的活性。微生物植酸酶有二个最适pH值：pH2.5和pH4.5〜5.7,植酸则在较低的pH下溶解度较高。这些作用综合起来就可改善磷的消化率和潴留率。断奶仔猪和新生雏鸡对养分的消化率看来受到消化酶分泌不足的限制。新生雏鸡有增强胰腺分泌的能力，重型鸡具有较高水平的胰酶和小肠酶。在断奶仔猪，有机酸能增强胰腺分泌和胆汁分泌（见图1）。这一作用是因未离解的酸通过扩散作用进入细胞内而发生的，未离解的酸在进入细胞内后会因胞内较高的pH值而发生离解。研究人员认为，肠细胞内的受体会对离解出的质子发生反应从而增加促胰液素的分泌。遗憾的是，在家禽目前没有相关的数据表明鸡能否也会对有机酸发生反应而增加胆汁和胰液的分泌。药物型抗生素看来并不能产生这样的效应。有利作用的变化研究人员发现有机酸对猪、禽的有利作用与抗生素的有利作用相比有较大的可变性。动物生产性能等指标对有机酸的反应大小不一可能与试验中对变量（比如日粮的缓冲能力，其它微量物质的存在，生产环境的清洁程度，肠道菌群的构成，等等）的控制不当有关。进一步的试验可澄清这些因素的作用并可找到减轻这些因素影响的方法。和亚治疗量的药物型抗生素一样，添加有机酸能够抑制大肠杆菌、沙门氏菌和弯曲杆菌等病原菌，还能降低亚临床感染的发生率从而减少免疫介体的分泌并因而改善蛋白质和能量的消化率。所以，有机酸除了具有抗菌活性以外，还可减少氨和其它微生物代谢物的产生量从而更加有利于动物生产