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酸化剂的作用机理及在蛋鸡生产中的应用进展
何纪垲1，邹新华2，张增玉1，许赣荣1，熊爱军1，卢秋咏1，杨杏萍1，倪冬姣3(1. 播恩集团技术中心，广东 广州 510000；2．播恩集团股份有限公司，广东 广州 510000；3．农业农村部生物饲料重点实验室，江西 赣州 341000)
摘 要：酸化剂作为一种绿色环保的饲料添加剂，具有改善畜禽肠道健康、提高饲料利用率、改善畜禽生长性能等诸多益处，近年来受到广泛关注。本文根据酸化剂在蛋鸡生产方面的研究报道，从酸化剂的种类、作用机理及近几年在蛋鸡生产中的应用情况进行了综述，并对酸化剂在应用中可能存在的问题进行梳理和展望，以期为酸化剂在日后更深入的推广提供参考。
关键词：酸化剂；有机酸；无机酸；作用机理；功能；蛋鸡在全面“禁抗”与提倡保护生态环境可持续发展的背景下，寻找抗生素的替代物以及如何降低畜禽氮磷排放，减少畜禽饲养对生态环境的不利影响，是当今亟需解决的问题。酸化剂作为一种生态友好型添加剂，不仅无残留、无污染，而且能提高畜禽对饲料的利用率，降低排泄物中的氮磷含量从而达到减排环保的目的。此外，酸化剂还具有易吸收、参与动物机体的能量代谢、维持肠道菌群平衡等诸多益处，因此近年来受到了广大畜牧从业者的广泛关注。
1 酸化剂的种类
根据酸化剂的组成可分为单一型酸化剂和复合型酸化剂；根据化学元素的组成则分为无机酸化剂和有机酸化剂；根据形态可分为液态酸化剂和固态酸化剂；根据加工工艺的不同则可分为包被型酸化剂和未包被型酸化剂。
1.1 无机酸化剂
无机酸化剂是由一种或者多种无机酸共同组成的一类酸化剂，常用的无机酸包括盐酸、硫酸、磷酸等。然而，在现代畜牧生产中，目前仍在使用的无机酸化剂是磷酸或磷酸盐无机化合物[1]。无机酸具有制作成本低的优势，但是大部分无机酸由于挥发性强，容易解离出氢离子，而具有较强的刺激性和酸性。无机酸挥发产生的刺激性气体会降低畜禽的采食量，酸性较强的无机酸进入畜禽消化道后会造成消化道内容物的pH急剧下降，导致畜禽肠道应激，严重的甚至会灼伤畜禽口腔、食道、消化道，而且无机酸降低pH的作用只能到达胃部，肠道后端利用受限，所以无机酸对畜禽肠道微生物区系的调节能力相当有限[2]。因此，现在畜牧生产中单一型酸化剂中的无机酸化剂的使用频率已经相当低。
1.2 有机酸化剂
有机酸是指含有羧基的酸性有机化合物，根据其作用方式不同可分为能参与机体自身代谢的有机酸与能调节畜禽肠道微生物区系、改善肠道健康的有机酸。乳酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸这一类有机酸，能够降低畜禽消化道前端腔内消化糜的pH，并且能进入三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TCA)，参与动物机体的能量代谢；但是，这类有机酸只能在胃中发挥作用，因为其自身分子量过大无法充分解离，所以无法到达消化道后端即后肠，不能起到抑制有害菌、激活消化酶活性的作用[3]。另一类有机酸化剂通过降低胃肠道内容物pH、破坏细菌的细胞膜、干扰细菌物质代谢和DNA合成等过程达到抑菌目的，如甲酸、乙酸、丙酸、山梨酸等小分子有机酸。这类有机酸能改善畜禽的肠道健康、提高畜禽生产性能、增强免疫力等。与无机酸化剂相比，有机酸化剂虽然具有较高的制作成本，但能有效改善畜禽饲料的适口性，提高畜禽体内营养物质吸收转化效率，并有较强的抑菌作用[4]。
1.3 复合型酸化剂
由于单一型酸化剂的功能不全面，在实际生产中会将不同种类的酸化剂按一定的比例配制成复合型酸化剂，以达到综合不同种类酸化剂优势的目的。目前，复合型酸化剂主要分为酸与酸之间复合以及酸与盐之间复合。现今复合型酸化剂在实际生产过程中已逐步取代了单一型酸化剂，并广泛应用于畜禽生产中[5]。
2 酸化剂的功能及作用机理
无论是有机酸还是无机酸，其功能之一都是通过解离释放出氢离子来降低环境pH，以达到抑菌以及增强动物对饲料消化吸收能力的目的；或是有机酸解离后产生的羧酸根离子通过参加动物机体内的相应反应达到维持动物机体动态平衡来增强机体免疫力的目的。区别在于无机酸的离解激烈程度要远大于绝大部分的有机酸，而且有机酸还能参与机体内TCA循环以及尿素循环。
2.1 降低饲料pH，延长饲料储存期
在饲料中适量添加酸化剂，能降低饲料pH和系酸力，并提高日粮稳定性和缓冲力。酸性环境能有效抑制病原微生物的生长，同时还能降低油脂氧化酸败的速度。无机酸由于无法渗透到细菌细胞内，其抑菌机制基本上是通过在动物胃肠道内解离氢离子，降低细菌细胞内的pH，破坏细胞的内环境稳态，从而抑制病原菌的生长[6]。而有机酸进入畜禽消化道后，除了部分解离产生氢离子来降低消化道内容物的pH外，还有一部分以未解离的状态通过自由扩散方式进入宿主和细菌的细胞内，与细菌外膜的脂多糖羧基、磷酸基团发生质子化反应；随着细菌外膜中的脂多糖和蛋白质组分逐渐解离，细菌外膜的完整性被破坏，细菌内容物外泄从而导致细菌死亡，实现抑菌的目的[7-8]。此外，有机酸还能通过抑制细菌内部大分子物质的合成、增加细菌内部渗透压来导致细菌结构破裂等方式达到抑菌的目的[9]。例如，在饲料中添加一定数量的丙酸可以降低饲料中霉菌的浓度，防止霉菌污染；而在饲料中添加延胡索酸可以稳定饲料中的维生素组分，维持饲料的稳定性；山梨酸参与动物体内的新陈代谢，具有很强的抗氧化能力，是天然防腐剂，可有效防止饲料霉变。
2.2 降低饲料的系酸力
系酸力可用来衡量一款饲料的酸碱度，系酸力越高，说明酸性越弱。系酸力高的饲料进入动物的胃中，会逐步提高胃内环境的pH，而胃蛋白酶最适pH是3～5；当pH高于5，胃蛋白酶原无法被激活和有效释放，从而降低了畜禽对日粮营养物质的消化能力[10]。畜禽自身能调节消化道内容物pH的平衡，为了维持胃内pH，畜禽在消化系酸力高的食物时需要分泌较多的胃酸，这会增加动物自身的负担，尤其是幼龄动物，一般胃酸分泌能力较弱，需要系酸力较低的日粮。酸化剂可提供外源性氢离子，减少胃酸分泌，减轻消化道的负担，因而可促进饲料的消化[11]。但系酸力也不宜过低，因为饲料酸性过强会降低其适口性，降低畜禽的采食量，从而影响畜禽的生产性能[12]。
2.3 降低消化道内容物pH，增强消化酶活性，改善微生物区系酸化剂进入畜禽消化道后，通过解离释放外源性氢离子，可降低胃内容物pH，刺激胃壁分泌胃蛋白酶，并激活其活性使其发挥作用。胃蛋白酶的分泌有利于蛋白质的分解，还能刺激十二指肠分泌胰蛋白酶，使蛋白质被充分吸收，提高动物机体内消化酶的活性，从而提高营养物质的消化吸收率。肠道除了是动物消化吸收营养物质的场所外，还是动物体内最大的免疫器官，因此消化系统的健康是保证动物有良好生产性能的前提，而肠道微生物菌群的平衡对肠道的健康至关重要[13]。酸化剂在动物体内通过降低消化道内容物pH，可抑制病原菌的生长，刺激乳酸菌等有益菌的生长。乳酸菌在增殖过程中会产生大量乳酸，能进一步降低消化道腔内pH，同时通过产生一系列生物活性物质，与有害菌竞争营养物质和定植位点，间接起到抑菌作用[14]。
2.4 参与动物体内的代谢，促进营养物质吸收
有机酸能够直接参与动物机体的能量代谢、结构重组及酶促反应。其中延胡索酸、苹果酸和柠檬酸是动物机体三大营养物质代谢的中间产物；乳酸、丁酸等有机酸可以通过糖异生途径合成葡萄糖，保证机体的代谢以提供能量。因此在日粮中添加有机酸能够促进营养物质的代谢。此外，酸性环境也更利于钙、磷等微量元素的吸收与沉积，提高畜禽对微量元素的利用率。同时，酸性环境还有利于畜禽对维生素的吸收与利用[15]。
2.5 增强动物的免疫力与抗应激能力
有机酸化剂中的丙酮酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸等是动物机体TCA循环中重要的中间产物。TCA循环是动物体产生能量的主要途径，而充足的能量供应是保证畜禽生长以及维持自身生存的重要条件之一。机体在应激状态下可以紧急合成大量的ATP来保证能量代谢，有利于提高动物机体应对外界应激的能力[16-17]。乳酸、丁酸等有机酸也可以通过糖异生等途径合成葡萄糖，保证畜禽正常的营养供应和物质代谢，间接影响免疫系统的正常运转。研究表明，在日粮中添加酸化剂，能显著提高黄羽肉鸡的免疫器官指数[18]；还有研究表明，磷酸型及乳酸型饲料添加剂能有效提高仔猪血清中IgA、IgG的浓度以及血清中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)的含量[19]。研究表明，延胡索酸释放腺嘌呤核苷三磷酸，需要的时间较葡萄糖需要的时间更短，能够满足动物机体发生应激反应时需要更多能量的需求[20]。
3 酸化剂在蛋鸡生产中的应用
3.1 酸化剂对蛋鸡生产性能的影响
产蛋量和料蛋比是衡量蛋鸡生产性能以及产蛋经济效益最直观的指标之一。研究表明，在蛋鸡日粮或是饮水中添加一定数量的酸化剂，蛋鸡的产蛋性能会得到一定程度的提高。樊爱芳等研究发现，蛋鸡采食添加了0.1％～0.3％复合型有机酸化剂(含有柠檬酸、苹果酸、丁酸甘油酯、甲酸)的基础日粮后，虽然产蛋率仅有提高的趋势，但是料蛋比却显著降低，生产效益得到了提高[21]。陈杰等研究发现，在基础日粮中按1.5 g/kg的浓度添加主要成分为柠檬酸、富马酸、磷酸、甲酸的复合型酸化剂，能有效降低蛋鸡的料蛋比，提高生产效益[22]。于睿等研究发现，在饮水中添加酸化剂(14％甲酸、14％乙酸、10％乳酸、2.5％丙酸)，每隔一天给蛋鸡饲喂pH为4的酸化水，能显著改善32～43周龄蛋鸡所产鸡蛋的平均蛋重、产蛋率，显著降低料蛋比[23]。而张雪艳[24]与赵旭[25]发现，在蛋鸡日粮或饮水中添加酸化剂，不会显著影响蛋鸡的产蛋率、平均日采食量和料蛋比，其原因可能与蛋鸡的品种、日龄、酸化剂的种类和添加剂量有关。
3.2 酸化剂对蛋品质的影响
蛋品质的衡量指标包括蛋壳厚度、蛋形指数、蛋壳强度、哈夫单位，蛋品质的好坏也是衡量蛋鸡生产效益的重要指标之一。有研究表明酸化剂对蛋品质具有一定的改善作用。刘艳利等指出，在25周龄罗曼褐壳蛋鸡的基础日粮中分别添加0.05％、0.10％、0.20％的酸化剂，0.05％酸化剂添加剂量组的蛋鸡所产鸡蛋的蛋壳厚度、蛋壳强度以及蛋壳重量均得到了不同程度的增加[26]。魏艳红等发现，在基础日粮中按250 mg/kg和500 mg/kg的浓度添加包被型复合酸化剂，能显著提高蛋鸡所产鸡蛋的蛋黄指数以及蛋壳厚度[27]。朱文涛等证明，在蛋鸡日粮中添加2％的柠檬酸，可以使蛋重提高2.67％，蛋壳中钙的含量提高8.11％[28]。Wang等发现，在蛋鸡的基础日粮中添加苯乳酸，能提高鸡蛋的蛋壳强度以及哈夫单位[29]。张雪艳发现，在日粮中添加丁酸钙也得到了一致的结论[24]。而王光富[30]与陈杰[22]等发现，在日粮中添加有机酸对蛋鸡所产鸡蛋的蛋壳厚度、蛋壳强度、蛋重、蛋白质重量和哈夫单位均无显著影响。各研究结果的不同可能与试验所用蛋鸡的品种、日龄、酸化剂种类、添加剂量、饲喂方式等多种因素有关。
3.3 酸化剂对蛋鸡血清生化指标及抗氧化指标的影响血清生化指标能够反映蛋鸡机体自身的代谢以及对营养物质的利用状况，而抗氧化能力的强弱则能从侧面反应蛋鸡的健康状况，健康状况良好的蛋鸡在面对氧化应激时能表现出更强的抗氧化能力以及对环境的适应力[17]。研究表明日粮中添加酸化剂对畜禽血清生化指标、抗氧化指标等均有不同程度的影响。沈家鲲等发现，在基础日粮中添加0.2％复合型酸化剂(主要成分为柠檬酸、磷酸、苯甲酸及有机酸盐)，可以提高海兰褐壳蛋鸡育雏期的饲料利用率和抗氧化能力，显著提高生长期后期的免疫水平[31]。李万军的研究显示，在蛋鸡饲料中添加复合型酸化剂可以降低蛋鸡血清中乳酸脱氢酶、总蛋白、白蛋白、球蛋白、尿素氮和尿酸的含量，提高血清中碱性磷酸酶、血糖、钙和磷的含量[32]，说明酸化剂降低了蛋鸡血清中蛋白的沉积，提高了蛋鸡对蛋白质的利用率；而碱性磷酸酶作为促进动物机体生长发育的重要酶，其活力的提高表明蛋鸡体内钙磷的代谢更为频繁，钙磷得到了更为充分的利用，这也间接解释了酸化剂能在一定程度上改善蛋鸡所产鸡蛋的重量、蛋壳厚度以及蛋壳强度。
3.4 酸化剂对蛋鸡肠道健康的影响
畜禽肠道菌群组成的稳定对维持肠道健康至关重要，肠道菌群的稳态一旦被破坏则会影响畜禽对营养物质的消化吸收，从而导致生产性能的下降，而消化道内的酸碱环境对改善肠道微生物区系平衡以及胃肠道功能的发挥有重要作用[33]。有研究表明酸化剂可以降低消化道内容物的pH，从而达到调控肠道菌群的目的。周岭等发现，饲喂复合型酸化剂能有效降低罗曼粉壳蛋鸡输卵管沙门菌的阳性率[34]。刘艳利等证明，添加酸化剂能显著提高蛋鸡十二指肠食糜中淀粉酶和胰蛋白酶的活性，显著降低消化道中大肠杆菌的数量[26]。
3.5 酸化剂对蛋鸡饲养环境的影响
氨气是一种刺激性气体，对鸡健康的危害性很大。氨气易溶于水的特性导致其很容易附着在鸡的呼吸道和消化道的黏膜以及眼结膜上，导致鸡采食困难，引发呼吸道疾病，降低鸡对细菌、病毒等的抵抗力，并影响鸡的生长和正常代谢[35]。家禽生产过程中产生的氨气主要由家禽粪便中的尿酸经微生物发酵产生[36]。而尿酸分解产生氨气的量受多因素的影响，包括介入的微生物种类与数量、反应底物浓度、反应条件等。其中鸡粪的干物质含量、温度、环境pH和粪便理化特性是主要影响因素[37]。饲料中的蛋白质是尿酸的根本来源，适当降低饲料中粗蛋白的水平，能有效减少饲养过程中由粪便分解产生的氨气。此外有研究表明，当pH小于4时能有效抑制家禽粪便中尿酸分解产生氨气的过程[38]。因此，酸化处理技术一方面能提高畜禽对饲料中蛋白质的利用率，减少含氮化合物的排放，从源头降低氨气产生的可能；另一方面酸性环境能够有效抑制粪便中尿酸分解产生氨气的反应，从而减少氨气排放，降低氨气对环境的污染。
4 总结
在环保与“禁抗”的时代背景下，酸化剂因其具有绿色环保、工业生产便捷、成本适中的特点而广受青睐。尽管酸化剂在饲料生产中已经被广泛应用，但在添加过程中仍需注意以下问题：首先，要确定添加种类，不同酸化剂的作用机理、溶解度会有差异，应根据动物种类、生长阶段和饲料类型进行选择；其次，要注意添加的浓度，浓度过高有可能会灼伤动物消化道黏膜，破坏饲料的适口性，腐蚀饲料加工设备；然后，要考虑日粮组成，高蛋白质、高系酸力的日粮需要更强的酸度进行消化，还要考虑与其他组分的协同与拮抗作用；最后，还要结合动物健康状况和现场的饲养管理水平。
参考文献
[1]严欣茹，董瑷榕，罗璋，等．磷酸复合型酸化剂及抗生素添加剂体外抑菌效果研究[J]．畜牧产业，2020(9)：65-70.
[2]朱恩恒，苗华彪，张永超，等．饲用抗生素替代物在畜禽养殖中的发展趋势及作用机理研究进展[J]．饲料研究，2022，45(7)：132-137.
[3]孙喜伟，李晓东．饲用酸化剂在畜禽生产中的应用及前景[J]．饲料研究，2008(11)：16-19.
[4]张军，田子罡，王建华，等．有机酸抑菌分子机理研究进展[J]．畜牧兽医学报，2011，42(3)：323-328.
[5]罗佳捷，张彬．酸化剂在动物生产中的研究进展[J]．饲料博览，2011(12)：27-31.
[6]HANSEN C，RIIS A L，BRESSON S，et al．Feeding organic acids enhances the barrier function against pathogenic bacteria of the piglet stomach[J]．Livestock Science，2007，108(1/2/3)：206-209.
[7]SERVIN A L，COCONNIER M H．Adhesion of probiotic strains to the intestinal mucosa and interaction with pathogens[J]．Best Practice & Research Clinical Gastroenterology，2003，17(5)：741-754.
[8]CHA D S，CHINNAN M S．Biopolymer-based antimicrobial packaging：a review[J]．Critical Reviews in Food Science and Nutrition，2004，44(4)：223-237.
[9]GADDE U，KIM W H，OH S T，et al．Alternatives to antibiotics for maximizing growth performance and feed efficiency in poultry：a review[J]．Animal Health Research Reviews，2017，18(1)：26-45.
[10]张宏福，卢庆萍，杨琳，等．日粮系酸力对断奶仔猪生长性能的影响[J]．中国饲料，2001(18)：9-11.
[11]饶辉．影响断奶仔猪胃肠道pH值及胃蛋白酶活性的因素[J]．江西饲料，2008(3)：1-4.
[12]张玲，刘哲．复合酸化剂对常见污染饲料细菌的抗菌活性及对饲料的酸化作用[J]．饲料研究，2013(7)：23-25.
[13]马嘉瑜，朴香淑．酸化剂改善畜禽生长和肠道健康的研究进展[J]．中国畜牧杂志，2021，57(8)：1-10.
[14]DIBNER J，BUTTIN P．Use of organic acids as a model to study the impact of gut microflora on nutrition and metabolism[J]．Journal of Applied Poultry Research，2002，11：453-463.
[15]殷继勋．复合酸化剂对肉鸡生产性能、血清生化指标和肠道发育的影响研究[D]．泰安：山东农业大学，2019.
[16]刘虎，方热军．复合酸化剂的生理功能及其组合应用[J]．饲料博览，2015(3)：39-43.
[17]窦晓利，陈玉林，安加俊，等．复合酸化剂抗蛋鸡热应激效果的研究[J]．中国畜牧杂志，2006，42(15)：26-29.
[18]许金根，车传燕，闻爱友，等．酸化剂对肉鸡免疫器官指数、肠道pH和血清生化指标的影响[J]．饲料工业，2016，37(8)：12-15.
[19]程远之，周洪彬，虞财华，等．不同类型酸化剂对断奶仔猪生长性能和免疫功能的影响[J]．动物营养学报，2021，33(5)：2575-2584.
[20]刘文辉．酸化剂在断奶仔猪中应用的研究进展[J]．当代畜牧，2020(1)：18-21.
[21]樊爱芳，李亚妮，魏清宇．酸化剂对蛋鸡产蛋性能、蛋品质的影响[J]．山西农业科学，2019，47(7)：1261-1263.
[22]陈杰，沈一茹，张珊，等．酸化剂对蛋鸡产蛋性能、蛋品质和经济效益的影响[J]．中国家禽，2015，37(8)：58-60.
[23]于睿，胡颖，黎明，等．饮水型酸化剂对蛋鸡生产性能、蛋品质及输卵管健康的影响[J]．安徽农业科学，2021，49(7)：92-96.
[24]张雪艳．不同丁酸盐对蛋鸡生产性能、养分代谢率、蛋品质及肠道微生物影响的研究[D]．郑州：河南农业大学，2007.
[25]赵旭，迟强伟，沈一茹，等．饮水型酸化剂对蛋鸡生产性能、蛋品质及血清生化指标的影响[J]．中国家禽，2018，40(12)：30-33.
[26]刘艳利，辛洪亮，黄铁军，等．酸化剂对蛋鸡生产性能，蛋品质及肠道相关指标的影响[J]．动物营养学报，2015，27(2)：526-534.
[27]魏艳红，曲湘勇，蔡超，等．包膜复合酸化剂对东乡绿壳蛋鸡生产性能、矿物元素代谢及血清生化指标的影响[J]．动物营养学报，2015(4)：1222-1229.
[28]雒秋江，朱文涛，杨开伦，等．添喂四种酸化剂对肉仔鸡生产性能和日粮表观利用率影响的比较[J]．新疆农业科学，2004，41(1)：1-5.
[29]WANG J P，YOO J S，LEE J H，et al．Effects of phenyllactic acid on production performance，egg quality parameters，and blood characteristics in laying hens[J]．Journal of Applied Poultry Research，2009，18(2)：203-9.
[30]王光富．植物精油和有机酸对蛋鸡生产性能、蛋品质及肠道健康的影响[D]．杨凌：西北农林科技大学，2018.
[31]沈家鲲，曹岩峰，梁先伟，等．复合酸化剂对海兰褐蛋雏鸡生长、免疫性能和血清抗氧化能力的影响[J]．中国家禽，2017，39(8)：48-51.
[32]李万军．酸化剂对蛋鸡饲粮利用率和血液指标的影响[J]．饲料研究，2012(6)：56-58.
[33]COLLINS J W，RAGIONE R，WOODWARD M J，et al．Application of prebiotics and probiotics in livestock[M]//DIMITRIS CHARALAMPOPOULOS，ROBERT A. RASTALL．Prebiotics and Probiotics Science and Technology．New York，USA：Springer，2009：1123–1192.
[34]周岭，丁雪梅，罗玉衡，等．复合酸化剂和微生态制剂对蛋鸡生产性能、血液生化指标、抗氧化指标及沙门氏菌感染的影响[J]．动物营养学报，2016，28(8)：2571-2580.
[35]孙永波，王亚，萨仁娜，等．舍内空气质量对肉鸡健康影响的研究进展[J]．动物营养学报，2018，30(4)：1230-1237.
[36]刘建伟，栾昕荣．规模化养殖场氨排放控制技术研究进展[J]．中国畜牧杂志，2016，52(10)：49-55.
[37]陈国营，詹凯，李吕木．家禽生产过程中NH3的产生及控制研究进展[J]．中国农学通报，2012，28(5)：8-12.
[38]MILES M G．Factors affecting ammonia volatilization from broiler litter[D]．Mississippi State，MS，USA：Mississippi State University，2010.
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