丁酸是一种有机酸,能杀菌抑菌,同时它又是结肠的重要能量来源,能维持肠道健康,提高机体免疫力[1],但丁酸呈液态,易挥发且有臭味,不利于实际生产[2]。丁酸类的饲料添加剂目前主要有丁酸钠,三丁酸甘油酯和丁酸梭菌。
丁酸钠因具有绿色环保、不产生耐药性、无残留等优良特性,在 2003 年被收入《饲料添加剂品种名录》。丁酸钠(SB)有让人难以忍受的脂臭味,且有研究表明口服丁酸盐吸收过快 ,到达肠道后段的量很少[3-4]。丁酸钠(SB) 作为一种新型饲料添加剂,在畜禽养殖上有广泛的应用前景。在市场上, SB 主要分为两种,一种是未包被,一种是通过脂肪或脂肪酸盐包被[5]。包 被 丁 酸 钠 ( coated sodium butyrate, CSB)通过智能微囊包被技术,对不同纯度的丁酸钠进行二次包被,克服了普通丁酸钠的缺陷。赵民等[6] 研究发现, CSB可以提高种母鸡产蛋率和合格蛋率,但对平均日采食量没有显著影响。 邢文杰[7]研究发现,饲粮中添加CSB能够显著提高乌骨种母鸡37~44周龄的平均日采食量和合格蛋率。 研究表明 [8], 在肉仔鸡基础饲粮中添加 500 mg/kg的包膜丁酸钠显著降低其平均日采食量和耗料增重比;在种鸭方面, 王曼曼等 [9] 研究发现在 1~42 日龄樱桃谷肉种鸭的基础饲粮中添加 700 mg/kg 丁酸钠, 提高了樱桃谷肉鸭的平均日增重, 降低其采食量, 改善了饲料转化率。 于猛等 [10] 研究表明,在仔猪饲粮中添加不同比例的包被丁酸钠,能显著降低断奶仔猪粪便中硫化氢浓度,并有减少粪便中氨气和总硫醇的趋势。 周腊枚等[11]研究表明,日粮中添加丁酸钠可以显著提高断奶仔猪的平均日增重, 降低料重比。 寇莎莎等[12]在断奶仔猪日粮中添加不同浓度的丁酸钠,结果发现添加 0.2%效果最佳,显著提高了仔猪的日增重并改善了料肉比。 但也有研究表明丁酸钠对动物生长性能的影响存在不同结果 ,Wu 等 [13] 提出在整个试验期( 1~ 42 d), 不同浓度丁酸钠处理组间的肉鸡生长性能没有显著影响。 这里包被丁酸钠可能存在胃内“包不住”和肠道内“放不出”的问题,同时包被丁酸钠由于包被材料或包被效果差异依然存在特殊气味,进而影响动物采食量。
丁酸的前体物三丁酸甘油酯( tributyrin,TB) 作为一种短链脂肪酸酯,在胃液中不分解,经肠道胰脂肪酶分解,释放较缓慢,且 1 molTB能产生3 mol丁酸。与丁酸钠相比,三丁酸甘油酯不易被胃液分解以及代谢速度慢等特点,在饲料添加剂方面的应用前景看好。 TB的促生长原因包括以下2方面 :一方面,TB对动物的生理作用主要是丁酸的作用 ,能够为结肠提供能量 ,且极易从肠腔内吸收[14] ;另一方面,TB与一般丁酸盐不同,一般丁酸盐在胃和前肠中就已被吸收,解决不了消化道后段的健康问题。而TB能顺利过胃,不被胃酸分解,在肠道中经过胰脂肪酶解后,TB可水解为二丁酸甘油酯、一丁酸甘油酯、丁酸和甘油,在肠道后段发挥作用。张勇等[15] 研究发现日粮添加TB可提高断奶仔猪日增重,降低了料肉比,降低粪便中大肠杆菌的数量 。 董丽[16] 研究发现日粮添加TB有效提高仔猪生长性能,十二指肠重显著升高,相对空肠重显著升高, 均小肠绒毛形态有不同程度的改善。王玥[17]在肉鸡日粮中添加TB发现可提高肉鸡平均日增重,全肠绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度的比值升高,十二指肠的乳酸菌数目升高,盲肠的乳酸菌数目升高,肠道大肠杆菌数量减少,消化酶活性有不同程度的提高。彭丽莎等[18]研究发现TB可提高肉鸡生长性能,提高十二指肠绒毛高度,提高空肠绒毛高度,盲肠乳酸菌数量增多,大肠杆菌数量减少。 TB作为肠道的能量来源之一,无刺激性气味,使用方便,能有效抑制肠道有害病原菌,促进肠上皮细胞增殖、肠绒毛高度和隐窝深度提高,进而改善肠道健康。TB属于小分子油脂,作为能量供应体来讲,丁酸甘油酯是常规油脂的非常好的补充。 同时也存在一些问题,TB在酶作用下产生丁酸的含量难以计算, 可能同时存在二丁酸甘油酯及单丁酸甘油酯, 是否发挥丁酸的作用也难以评判。
丁酸梭菌又称酪酸梭菌,是一种厌氧芽孢杆菌,具有耐热、耐酸、耐抗生素的特点,而且低毒、无残留、安全性好,可以维持动物胃肠道健康,为机体提供营养素,提高机体的免疫功能,并可以能够抗肿瘤、抗癌,作为饲料添加剂应用于动物生产中,具有广阔的前景[19-21]。 在动物体内定植后,能产生多种酶,如纤维素酶、半纤维素酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等,从而促进机体对蛋白质、脂肪、纤维素、多糖等营养物质的吸收[22]。另外,丁酸梭菌在代谢过程中还可以合成泛酸、叶酸、烟酸、核黄素和吡哆醇等B族维生素以及维生素K,并促进机体对维生素E的吸收。丁酸梭菌能产生丁酸、乳酸等短链脂肪酸,与大肠杆菌、沙门氏菌、痢疾志贺菌、霍乱沙门菌、霍乱弧菌等多种有害菌有较强的拮抗作用[23-24]。
丁酸梭菌在猪生产中的应用
刘韶娜等[25]在断奶滇陆猪饲粮中添加丁酸梭菌为105个/g, 结果表明,断奶0~14 d血清C3、C4、IgA、IgG、IgM水平升高,盲肠大肠杆菌数量降低,双歧杆菌和乳酸杆菌数量增加, 降低盲肠内容物氨氮含量。赵雷等[22]研究表明,前2周在妊娠母猪饲粮中添加0.2%复合丁酸梭菌制剂(CGMCC No8187),2周后添加0.1%的复合丁酸梭菌制剂(CGMCC No8187)可以改善粪便形态,极显著降低粪便臭味,显著提高母猪采食量,显著提高母猪产活仔数、仔猪初生体重、仔猪21日龄体重,极显著降低死胎数。邢帅等[26]研究表明,丁酸梭菌可以通过影响血清乳酸脱氢酶,肌酸激酶和氧化应激血清抗氧化酶、肝脏抗氧化酶、肝脏(GPX1、GPX4、CuZn-SOD)相关基因表达以及氧化应激通路关键分子(ERK1和NF-κB)表达,可以减少大肠杆菌感染断奶仔猪引起的应激。
丁酸梭菌在家禽生产中的应用
刘来亭等[27]发现在AA肉鸡日粮中添加0.9%丁酸梭菌能显著提高肉鸡平均日增重,添加0.6%、0.9%丁酸梭菌AA肉鸡肠道绒毛长度显著提高,试验组发病率和死淘率降低,但差异不显著。何菊等[28]研究表明,丁酸梭菌能极显著提高肉鸡法氏囊指数和脾脏指数,显著提高气管和肠道体黏膜SIgA水平,显著提高血糖含量,显著降低尿素氮、总胆固醇、肌酐含量。张秀江等[29]研究发现,在罗曼蛋鸡日粮中添加0.01%丁酸梭菌能极显著提高蛋鸡日平均产蛋率、产蛋重和料蛋比,极显著降低蛋壳厚度。
丁酸梭菌在反刍动物生产中的应用
李文茜等[30]研究表明,丁酸梭菌2×108 CFU/kg可显著提高犊牛平均日增重,显著降低血清胆固醇(CHOL)、高密度脂蛋白(HDL)含量,极显著降低血清丙二醛(MDA)含量,极显著提高血清IgA、IgM、IgG含量,说明丁酸梭菌能够提高犊牛生产性能,提高免疫功能,有效缓解犊牛断奶应激。
丁酸梭菌在水产动物生产中的应用
何瑞鹏等[31]研究表明, 1×1011 CFU/kg丁酸梭菌组石斑鱼的末体重、特定生长率、摄食量和饲料转化效率均显著高于对照组,血清超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、溶菌酶(LSZ)活性显著高于对照组。舒琥等[32]研究发现,0.5%酪酸菌能显著提高宝石鲈末体重,显著提高肠道胰蛋白酶、淀粉酶活性,显著提高血清总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(CAT)含量,降低丙二醛(MDA)含量。杨铿等[32]研究表明,饲喂丁酸梭菌,可显著提升凡纳滨对虾生长性能,增加肠道上皮细胞高度,改善肠道菌群结构,促进肠道有益菌生长,抑制有害菌的繁殖。李维康等[33]研究发现,饲料中添加丁酸梭菌,可显著提高凡纳滨对虾抗氧化能力、肠道消化能力和非特异性免疫力。丁酸梭菌可调节日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)肠道消化和代谢能力,增加肠道上皮细胞层的厚度和肠道SCFA含量,促进日本囊对虾生长,降低饲料系数,增加虾体粗蛋白含量,并增强其在高温应激条件下的肠道抗氧化能力[34-35]。丁酸梭菌可增加斑节对(Penaeusmonodon)肠道消化酶活性,促进其生长,并增强在亚硝酸盐胁迫下斑节对虾的抗氧化能力和存活率[36]。Sumon等[37]研究表明,饲喂含有丁酸梭菌饲料的罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii),其胃肠道中蛋白酶和淀粉酶含量提升,机体免疫力加强,同时养殖过程中常见致病菌哈维氏弧菌的生长受到抑制。吴伟[38]研究发现,饲料中添加丁酸梭菌,可显著提高日本沼虾(Macrobrachium nipponense)在亚硝酸盐胁迫下的生长率,以及肌肉组织中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,表明丁酸梭菌不仅可以促进日本沼虾的生长,而且还能增加日本沼虾对亚硝酸盐污染胁迫的耐受和抵抗能力。范晨薇[39]研究表明,饲喂丁酸梭菌可促进克氏原螯虾(Procambarus clarkii)肠道绒毛发育,提高肠道有益菌丰度,降低有害菌丰度,提高肠道消化吸收能力,并增强其抗氧化和免疫功能。 饲喂含丁酸梭菌的饲料,可促进鮸(Miichthy miiuy)后肠双歧杆菌数量的增长,抑制大肠杆菌的生长;巩固假单胞菌优势菌群的地位,降低不动杆菌属、短杆菌属和肠产气杆菌属细菌的比例[40]。刘胜高[41]研究表明,饲料中添加丁酸梭菌,可促进翘嘴鲌(Culter alburnus)生长。将丁酸梭菌添加到鲫基础饲料中,可以促进鲫对蛋白质的消化吸收,提高鲫质量增加率,降低发病率并减少鲫粪便中氨氮的含量[42]。丁酸梭菌可促进日本鳗鲡肠道发育,增加肠道肌层厚度和黏膜褶皱高度及数量,增加肠道杯状细胞数量,显著改善肠道结构与功能[43]。丁酸梭菌能显著增加卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)幼鱼的肠道菌群多样性,调节肠道优势菌门和菌属,从而促进其肠道健康[44]。樊英等[45]研究表明,丁酸梭菌可促进虹鳟生长,有效调控肝功能相关指标,对肝脏起到保护作用,同时,丁酸梭菌可抑制肠道中有害微生物生长,改善肠道菌群结构,维护肠道健康。丁酸梭菌可促进吉富罗非鱼(Oreochromis niloticus,GIFT)幼鱼生长,改善血清生化指标并增强抗氧化能力[46]。饲料中添加丁酸梭菌,可促进黄颡鱼(Pelteobagrusfulvidraco)生长,增强其免疫力和抗氧化能力[47]。李洪琴[48]对罗非鱼(Oreochromis niloticus)的研究表明,丁酸梭菌对常见致病菌无乳链球菌、迟缓爱德华氏菌、嗜水气单胞菌具有一定的抑制作用。麦晓勇等[49]在牛蛙料饲中添加丁酸梭菌,结果表明,丁酸梭菌可促进牛蛙生长并改善肠道结构与功能。
综上所述,相比丁酸钠和三丁酸甘油酯,丁酸梭菌不仅具有丁酸自身给肠道供能,调节菌群的作用,代谢过程还可以产生消化酶,合成多种维生素,提高机体免疫力。
目前,丁酸梭菌已广泛应用在畜禽水产养殖生产中。不同厂家的丁酸梭菌的菌株来源和发酵水平相差较大,产品质量良莠不齐。生产实践中要选择具有生物安全性的优良菌株,并选择具有良好发酵能力的企业生产的产品,以保证丁酸梭菌的作用效果。
上海嘉冠生物科技有限公司作为一家高效益生菌原料专业制造商,与中国农业大学强强联合,引进优势专利菌种(菌株号CGMCC No8187),丁酸梭菌产品耐酸耐胆碱耐高温耐加工,活菌含量高,代谢产物多。产品含量涵盖50亿-200亿,可满足不同用户需求。
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