DDC科技日 | 酸化剂抑菌功能及常见酸原料抑菌比较

日期:2018年2月1日 12:38

摘要:当前世界上许多国家都在寻求可以促进动物生长的抗生素替代品。酸化剂被认为是最常用而且有效的抗生素替代品。许多研究表明,在饲料中添加酸化剂可以提高动物生产性能、改善饲料利用率、保护动物胃肠道黏膜健康、促进胃肠道有益菌生长、抑制有害微生物繁殖、增强动物免疫功能等。本文对酸化剂抑菌功能及常见酸原料抑菌比较做一综述。

关键词:酸化剂;酸原料;抑菌作用

饲料中添加酸化剂可降低动物胃肠道 pH 值,改变肠道微生物的生存环境,抑制有害菌的生长繁殖、甚至直接抑杀有害菌,同时促进益生菌的生长。因为致病菌如大肠杆菌、葡萄球菌在猪肠道中最适宜的生长 pH值为 6.0-7.5,小于 则可以抑制其生长,而有利于肠道乳酸菌等益生菌的生长和繁殖。

添加不同酸化剂均可不同程度地促进仔猪生长,降低腹泻发生率;其中1.5%柠檬酸对降低结肠大肠杆菌数量,减少腹泻发生率效果明显;磷酸的作用效果不及柠檬酸和复合酸。多数学者认为日粮酸化能有效控制仔猪消化道内有害菌群(大肠杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌、梭状芽孢杆菌)数量。降低仔猪腹泻率,这是因为日粮添加酸化剂降低了肠道pH,使有害微生物的适宜生存环境遭到破坏,但同时为乳酸菌等有益菌创造了适宜的生存繁殖环境,乳酸菌代谢的产物乳酸、H2O2也对大肠杆菌等有抑制杀灭作用。因此,酸化剂将会有助于肠道微生物菌群的结构优化,减少病原菌感染,为动物培育一个健康的肠道。

1 关于酸化剂的抑菌杀菌作用

杨富林研究表明,断奶仔猪日粮中添加1.7%和3.3%柠檬酸与对照组相比,仔猪盲肠和结肠内大肠杆菌数分别减少91%、8l%和95%、87%,乳酸杆菌数分别增加95%、86%和97%、92%,仔猪平均腹泻率分别降低60%和64%。表明酸化剂除对致病菌有抑制作用外还对肠道有益菌群有保护作用。林映才等研究认为日粮中添加酸化剂1500gt复合酸,以磷酸为主,配合柠檬酸、乳酸、富马酸使仔猪47kg小肠内乳酸杆菌数、大肠杆菌数和细菌总数都趋于增加,细菌总数中乳酸杆菌比例增加,大肠杆菌比例减少,表明经合理配比的复合酸不仅直接影响仔猪肠道内细菌的生长,更主要是影响肠道内微生物区系平衡。

1.1 有机酸杀菌作用机理

有机酸抗菌的作用方式之一是通过电离出氢离子来降低消化道pH,从而破坏有害菌的适宜生存环境。另一种方式是靠未解离的有机酸分子穿透革兰氏阴性菌的细胞壁进入细胞内,然后这些有机酸分子在细菌体内相对偏碱的环境pH=7.47.5解离出氢离子和酸根离子,氢离子会降低细胞内的pH,而细胞为了恢复自身的pH平衡,释放质子,会消耗自身能量,造成细胞大量能量损耗;此外酸根离子积蓄也会直接干扰、阻断细胞核内DNA的合成;有机酸的这种双重作用机制,有效地抑制了细菌的繁殖。

1.2 不同解离度的酸具有不同的生理作用

作为酸化剂应用的酸类主要有柠檬酸、延胡索酸、乳酸、磷酸、甲酸、丙酸、丁酸等及其盐类。研究表明各种酸类酸化口粮的能力强弱依次为:甲酸>磷酸>酒石酸>苹果酸=柠檬酸>乳酸>乙酸。饲料中添加酸的效果,一方面在于酸可以降低日粮的pH,另一方面得益于酸的抗菌作用。不同解离度的酸的作用是有区别的。每种酸都有其特定的pK值,其阴值为酸50%解离时的pH值,pK值越大,酸越不易解离。例如甲酸的pK值为3.77,而丙酸的pK值为4.88,它们在应用中表现出很强的杀菌和抑菌效果。磷酸有三个pK值,其最小的pK值为1.96,所以其和有机酸相比,解离度相对较大,在复合酸化剂配伍中对降低消化道pH效果非常显著。在酸化剂解离度各不相同和协同抑菌的理论基础上,可以选择一些解离度大的酸来降低pH。合理配比的有机酸可以充分利用不同酸之间的互补协同作用,既可降低消化道pH,改善消化道生理环境,又可发挥有效的抑菌杀菌作用,改善消化道生态环境,其作用效果优于单一酸,这已被大量研究所证实。

1.3 挥发性有机酸

研究发现,挥发性有机酸和非挥发性有机酸及无机酸的抗菌效果存在明显的差异,挥发性有机酸(甲酸、丙酸和丁酸)具有较好的杀菌作用,直接扩散进入细胞内,通过降低胞内 pH 值,抑制某些大分子,如DNARNA、蛋白质或脂类等细胞膜的组成成分的代谢,破坏细菌细胞膜的完整性,从而达到杀菌的目的。虽然甲酸等杀菌效果明显,但大量的研究也表明,甲酸或者是甲酸和丙酸的混合物可以显著降低采食量。这是由于一些酸如乙酸、丙酸、甲酸和乳酸在中性pH环境下只会部分解离,并且可以穿透细胞膜使神经元胞浆酸化刺激伤害感受器,引起刺激感和疼痛感。而另一些强酸如柠檬酸和酒石酸在三叉神经水平上引起的反应不敏感,不会引起或引起不明显的刺痛反应(Wang et al., 2011)。因此,乙酸、丙酸、甲酸和乳酸的使用是有可能引起厌食反应的。但是,甲酸的钾盐并没有表现明显的厌恶反应。实际上现在已经有相当一部分的市场从使用有机酸改为有机酸盐,这在一个侧面上能反映出弱酸对于猪的刺激效应和进一步对采食量的抑制。

非挥发性有机酸和无机酸都具有明显的抑菌作用。这些酸化剂可以通过降低细菌间质的pH 值,破坏其渗透压体系,阻止细胞正常繁殖,从而抑制细菌的生长和繁殖。

有机酸的主要作用位点是饲料本身和胃,当有机酸到达小肠时,近中性的pH和快速吸收机制削弱了有机酸在这部分消化道的抗菌能力。数据表明山梨酸具有强抗菌效果,酸和富马酸的效果次之。而其他有机酸比如苹果酸、柠檬酸和乳酸对沙门氏菌和其他病原菌的效果很有限。

1.4 挥发性有机酸盐的杀菌作用

除了有机酸和无机酸之外,挥发性有机酸盐也具有抗菌作用,这类酸盐不能降低细菌细胞间质pH 值,也不能以酸的形式渗透入细菌细胞内发挥作用,其作用强弱依赖酸盐的溶解性。如有机酸钠盐的溶解度大于钙盐,因而在体外实验中,丁酸钠的抑菌效果要比甲酸钙和丙酸钙要强。

1.5 蛋氨酸羟基类似物的抑菌作用

蛋氨酸羟基类似物(HMT-BA88%水溶液pH略小于1,可能具有与甲酸、乳酸、柠檬酸等有机酸相似的抑菌作用机制。体外抑菌试验结果可以说明病原菌对抑菌剂敏感性的高低,为动物试验中抑菌剂种类和剂量的筛选提供参考数据。研究发现HMT-BA12.50 mmolL相当于质量分数0.21%时可以抑制鸡白痢沙门氏菌、肠炎沙门氏菌等病原菌的生长繁殖;HMT-BA25.00 mmolL相当于质量分数0.42%时可以抑制产气荚膜梭菌和空肠弯曲菌的生长繁殖。肉鸡生产中蛋氨酸羟基类似物用量一般在0.20%~0.30%左右。据此推测,除了补充蛋氨酸外,蛋氨酸羟基类似物在饲料贮存过程中或畜禽胃肠道内具有一定的抑菌作用,具体作用效果如何有待动物试验进一步验证。HMTBA4株供试菌的体外抑菌效果与等摩尔甲酸和二甲酸钾相当,高于等摩尔乳酸。体外12.5025.00 mmol/L HMTBA可以抑制病原菌的生长繁殖。

2 酸化剂促进益生菌的生长和繁殖

在饲料中添加酸化剂,降低胃肠道的酸度,在一定酸性环境下,有利于乳酸菌等益生菌的生长,但是不同种类的酸或者酸盐对益生菌的作用效果是不同的,有报道指出,一些可以作为代谢途径中间体的有机酸(如乳酸、柠檬酸和富马酸)可以促进益生菌繁殖和发酵能力。吴秋钰等(2011)报道,富马酸可以促进动物胃肠道有益菌的增殖,提高其微生物的发酵能力,抑制有害菌,维持肠道正常的屏障功能,从而提高机体的抗病能力。

关于酸化剂对断奶仔猪肠道微生物的作用,存在不一致的报道。GedekKirehgessnerFranco等研究结果都表明,饲料酸化后,仔猪肠道中有害微生物数量减少。缓释型复合酸化剂主要是由多种有机酸构成,而有机酸本身具有较强的杀菌能力,其在肠道中释放后,可以调节仔猪肠道微生物区系平衡。如Bolduan等研究结果发现,使用普通缓释型产品后仔猪消化道内的微生物没有受到影响,而Keller等采用体外模拟肠道生理条件的模型,添加有机酸化剂组合获得最佳生长性能,是因为其实现了有机酸对全肠道的保护作用。所以对缓释型酸化剂的加工工艺要求极高。

除了抑菌杀菌作用,酸化剂还有两个体外作用效果,分别是除臭和空气净化灭菌。除臭是因为酸化剂不仅可以促进动物机体消化吸收,提高营养转化率,减少有害菌的发酵底物,降低环境中氨气的排放量,而且酸化剂还可以抑杀分泌脲酶的肠道微生物,减少尿素分解和氨气产生。通过上述两个途径,可以减少氨气的产生,改善养殖环境,达到除臭的目的。空气净化灭菌,是指养殖户在养殖过程中,为了预防细菌性传染病,将酸化剂(通常是柠檬酸)用水稀释,喷洒到空气中,达到抑杀致病菌的目的;如果使用复合酸化剂,效果会更好,并且使用酸化剂净化灭菌,不存在致病菌耐药性的问题。

综上所得,有机酸、无机酸、有机酸盐等都具有一定的抗菌作用,但是各自的抗菌原理不尽相同,非挥发性酸是通过降低有害菌细胞间质 pH,破坏渗透压体系,达到抑制其生长、繁殖的目的挥发性有机酸及其酸盐通过进入细胞内,抑制某些大分子代谢,破坏细胞膜的完整性,起到杀菌作用。但对于这些抗菌效果较好的酸原料,要综合考虑其性质,如适口性、挥发性、解离速度等,使配比的酸原料在不影响动物采食的情况下发挥其抑菌杀菌功能,是酸化剂产品未来努力的方向。关于酸化剂对于益生菌的促进作用,普遍认为酸化剂降低肠道环境的pH值,在一定酸性环境下,可以促进益生菌的生长,至于详细的作用原理和机制,有待研究。

参考文献(略)

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