二甲酸鉀及其在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

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　　二甲酸鉀及其在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

　　伍應(yīng)松 田科雄

　　(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所，湖南長(zhǎng)沙 410128)

　　摘 要：二甲酸鉀對(duì)提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能、促進(jìn)消化道健康，降低幼畜腹瀉、改善胴體品質(zhì)，以及減少氮、磷的排泄有重要意義。綜述了二甲酸鉀的理化性質(zhì)、合成、作用機(jī)理及在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用，并對(duì)二甲酸鉀應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和影響因素進(jìn)行了淺析。
　　關(guān)鍵詞：二甲酸鉀，理化性質(zhì)，作用機(jī)理，應(yīng)用
　　二甲酸鉀是近年來(lái)發(fā)展較快的一種新型飼料添加劑，屬于酸化劑的一類。添加到動(dòng)物飼料中具有降低腸道pH，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，提高飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收等功能。二甲酸鉀在飼料中的研究和開發(fā)起源于20世紀(jì)90年代中期，2001年被歐盟批準(zhǔn)為第一種用于替代抗生素的非抗生素促生長(zhǎng)劑，在國(guó)內(nèi)，中國(guó)挑戰(zhàn)農(nóng)業(yè)科技有限公司與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所也聯(lián)合研制開發(fā)了二甲酸鉀產(chǎn)品，并于2005年被批準(zhǔn)用于豬飼料。
　　1 二甲酸鉀的理化性質(zhì)
　　二甲酸鉀(Potassium Diformate或K-Diformate，KDF，又叫雙甲酸鉀)是甲酸鉀和甲酸的混合物，通過(guò)甲酸鉀的羰基和甲酸的羧基形成氫鍵而連接在一起。二甲酸鉀產(chǎn)品是一種白色或微黃色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，具有吸濕性，易溶于水，分子式為C2H3KO4，相對(duì)分子量為130.14，溶點(diǎn)約為109℃。二甲酸鉀在酸性條件下穩(wěn)定，而在中性或偏堿性的條件下即分解為甲酸鹽與甲酸。
　　2 二甲酸鉀的合成
　　二甲酸鉀是由2個(gè)甲酸根離子和1個(gè)鉀離子組成的一種簡(jiǎn)單的有機(jī)鹽酸，多采用化學(xué)合成方法制取。合成原料可用甲酸與無(wú)水碳酸鉀或甲酸與氫氧化鉀為原料，分別按反應(yīng)物質(zhì)的量比2：1和4：1的比例進(jìn)行，在50℃-60℃溫度下，在磁力攪拌器上反應(yīng)2小時(shí)后，通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶，分離，干燥最后得到白色晶體二甲酸鉀，產(chǎn)品回收率可達(dá)83%，純度98%以上，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便，無(wú)三廢產(chǎn)生，反應(yīng)過(guò)程安全，易進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：
　　
　　3 二甲酸鉀的作用機(jī)理
　　3.1 降低腸道pH值，改善消化內(nèi)環(huán)境
　　二甲酸鉀進(jìn)入胃腸道，在其環(huán)境中溶解為甲酸(HCOOH)、甲酸根(HCOO- )和鉀離子(K-)，從而降低消化道pH值。反應(yīng)式為：
　　HCOOH-HCOOK HCOOH﹢HCOOK
　　HCOOH HCOO- ﹢H﹢
　　HCOOK HCOO- ﹢K﹢
　　黃小春等(2006)[1]報(bào)道，日糧中添加0.45%二甲酸鉀，顯著降低肉仔雞嗉囊和肌胃內(nèi)容物的pH值，分別降低了0.34和0.32。Mroz等(2000)[2]報(bào)道，日糧中添加0.9%和1.8%二甲酸鉀，3-65min內(nèi)胃和十二指腸食糜的pH值平均降低了0.4。有研究表明，85%的二甲酸鉀存在于豬胃中而進(jìn)入十二指腸。甲酸鹽在消化道各段的回收率為83%，空腸前段38%，空腸中段17%，空腸后段9%。由此可見，二甲酸鉀主要在小腸的前段發(fā)揮作用。但Canibe等(2001)[3]報(bào)道，二甲酸鉀對(duì)豬消化道pH值沒有影響。因此，二甲酸鉀對(duì)畜禽消化首pH值的影響及其作用機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。
　　3.2 調(diào)控腸道內(nèi)微生物菌群繁殖
　　胃腸道大多數(shù)有害菌群生長(zhǎng)的適宜pH值都是中性偏堿，如大腸桿菌適宜的pH為6.0-8.0。在調(diào)控消化道微生物菌群繁殖上，消化道酸度起著重要作用。二甲酸鉀進(jìn)入胃腸以后降低其pH值，改變有害微生物的適宜生存環(huán)境，抑制或直接殺害有害菌群，如大腸桿菌，沙門氏菌等。Canibe等[3]研究表明在仔豬叫槽料中添加二甲酸鉀能減少各腸段總的厭氧菌、乳酸桿菌、大腸桿菌、酵母菌的數(shù)量。二甲酸鉀也能降低生長(zhǎng)育肥豬十二指腸、空腸和直腸中大腸桿菌的數(shù)量(Overland，2000)[4]。另有研究報(bào)道，二甲酸鉀能通透微生物細(xì)胞膜，在其細(xì)胞內(nèi)分解產(chǎn)生H﹢，降低或抑制細(xì)胞內(nèi)酶的活性，破壞微生物蛋白和核酸的營(yíng)養(yǎng)代謝，從而使微生物不能繁殖，甚至死亡。甲酸鹽陰離子在細(xì)胞壁外分解細(xì)菌細(xì)胞壁蛋白質(zhì)，發(fā)揮殺菌和抑菌作用。二甲酸鉀的抗菌作用減少了微生物的數(shù)量，尤其是大腸桿菌等致病菌的數(shù)量，減少了微生物代謝物的產(chǎn)生，從而減少了對(duì)腸道的損害。
　　3.3 促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收
　　胃內(nèi)pH值的降低刺激胃蛋白酶原和胃蛋白酶的分泌，提高胃蛋白酶的活性，從而提高日糧中營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收，減少氮、磷的排泄。微生物數(shù)量的減少，降低了微生物對(duì)養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)，用于宿主的養(yǎng)分則相對(duì)提高。另外，釋放的鉀離子還可以提高賴氨酸的利用率。Roth等(1998)[5]研究發(fā)現(xiàn)，在不同賴氨酸水平(0.875、1.0、1.125)日糧中添加二甲酸鉀可以改善仔豬氮代謝，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率，結(jié)果表明，添加二甲酸鉀提高干物質(zhì)的消化率84.0%-85.0%，其中粗蛋白質(zhì)80.7%-82.6%、能量83.5%-84.7%、磷8%-9%、鈣2%-3%、鎂3%-8%、鋅9%-17%、銅52%-60%%、錳6%，糞尿中氮的排泄量降低了10%，氮的存留量增加了7%。隨著日糧賴氨酸水平的提高，氮的存留率增加，同時(shí)尿中氮的排泄量也增加。Mroz等(2002)[6]試驗(yàn)結(jié)果表明，在生長(zhǎng)育肥豬日糧中添加1%二甲酸鉀，糞尿中的排泄量減少6.79%，粗蛋白利用率提高4.34%，賴氨酸利用率提高2.8%，磷利用率提高1.75%。
　　4 二甲酸鉀在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用
　　4.1 二甲酸鉀在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用
　　近幾年來(lái)許多研究表明在仔豬日糧中添加二甲酸鉀能改善仔豬的日增重，提高飼料轉(zhuǎn)化效率。Paulicks等(2000)[7]在生長(zhǎng)仔豬日糧中添加1.8%二甲酸鉀，日增重提高8%-18%，飼料轉(zhuǎn)化率提高6%，采食量提高1%-8%。 Paulicks等[7]也研究了在不同谷物和不同能量濃度飼料中添加二甲酸鉀對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能的影響，添加二甲酸鉀可提高日增重和采食量分別達(dá)到14%和9%。張若寒等(2006)[8]報(bào)道，在斷奶仔豬日糧中添加二甲酸鉀，日增重提高了13%，采食量提高了8%，飼料報(bào)酬改善了5%。武書庚等(2007)[9]研究表明，在仔豬日糧添加1%的二甲酸鉀與對(duì)照組比日增重提高7.1%，料肉比降低13.71%，稍影響采食量。
　　二甲酸鉀替代抗生素促仔豬生長(zhǎng)方面，Daza等(2001)[10]在日糧中添加1.2%二甲酸鉀，豬的生長(zhǎng)速度和飼料轉(zhuǎn)化率分別提高8.6%和7.3%，仔豬的腹瀉頭數(shù)減少60%，與添加卑霉素組沒有顯著差異。王文杰等(2006)[11]試驗(yàn)表明，在斷奶仔豬日糧中添加二甲酸鉀，可以明顯改善仔豬的生產(chǎn)性能，與添加抗生素的效果相比，差異不顯著，認(rèn)為二甲酸鉀可以替代抗生素作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑。楊祿良等(2007)[12]在含復(fù)合抗生素的實(shí)際斷奶仔豬日糧中添加1%二甲酸鉀，仔豬日增重提高8.3%，采食量提高3.79%，料內(nèi)比降低3.95%，生產(chǎn)性能與添加4%血漿蛋白粉類似，試驗(yàn)表明仔豬日糧中使用二甲酸鉀有類似抗生素的作用，且與抗生素配合使用有加合效應(yīng)。
　　二甲酸鉀對(duì)生長(zhǎng)育肥豬也有很好的使用效果。Overland等(2000)[4]在生長(zhǎng)育肥豬(27-105kg)日糧中添加0.6%二甲酸鉀，日增質(zhì)量提高6.02%，日采食量提高3. 78%，料重比改善2.49%，并明顯改善豬肉品質(zhì)。
　　綜合國(guó)內(nèi)外研究者在日糧中添加不同二甲酸鉀對(duì)仔豬和生長(zhǎng)育肥豬生產(chǎn)性能的影響，5-12kg仔豬最佳添加量為1.2%-1.8%，10-25kg仔豬最佳添加量為0.6%-1.2%，生長(zhǎng)育肥豬最佳添加量為0.6%。BASF公司總結(jié)出二甲酸鉀對(duì)仔豬增質(zhì)量劑量反應(yīng)的回歸公式為Y=100+10.205X(以對(duì)照組為100，X=1%二甲酸鉀時(shí)，增質(zhì)量增加10%。
　　4.2 二甲酸鉀在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用
　　目前，二甲酸鉀在家禽方面的應(yīng)用報(bào)道較少。Sell等(2004)[13]在肉仔雞日糧中添加不同水平的二甲酸鉀，能顯著增加肉仔雞的采食量，提高日糧的表觀消化率和氮的沉積，日增重也有上升的趨勢(shì)。添加量為0.6%時(shí)效果最明顯，采食量和日增重分別提高了8.7%和5.8%，但在飼料轉(zhuǎn)化率上差異不顯著。黃小春(2006)[1]研究了二甲酸鉀對(duì)肉仔雞的促生長(zhǎng)效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，添加0.45%二甲酸鉀，肉仔雞的日增質(zhì)量提高10.26%，飼料轉(zhuǎn)化率提高3.91%，并顯著降低消化道pH，嗉囊、肌胃、空腸和盲腸pH分別降低7.13%、9.22%和2.26%。此外添加二甲酸鉀組降低了盲腸大腸桿菌數(shù)量，同時(shí)也降低了乳酸菌，但提高了乳酸菌和大腸桿菌的比例。
　　4.3 二甲酸鉀對(duì)胴體品質(zhì)的影響
　　Overland等(2000)[ 4]研究在限飼生長(zhǎng)育肥豬日糧中添加二甲酸對(duì)胴體品質(zhì)的影響。研究表明，添加0.6%和1.2%的二甲酸鉀，降低了胴體的脂肪率，提高了腿部、腰部、頸部的瘦肉率。二甲酸鉀也可能通過(guò)提高體內(nèi)氨基酸合成蛋白質(zhì)的效率來(lái)提高瘦肉率。另外，鉀離子可通過(guò)調(diào)節(jié)組織滲透壓和酸堿平衡，來(lái)維持細(xì)胞和組織儲(chǔ)水能力，從而減少PSE肉的發(fā)生率。因此，二甲酸鉀進(jìn)入胃腸道釋放出的鉀離子在PSE肉的發(fā)生上可能起重要作用?？梢?，二甲酸鉀對(duì)動(dòng)物胴體品質(zhì)有一定改善的作用，但確切的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。
　　5 二甲酸鉀的優(yōu)勢(shì)
　　二甲酸鉀作為動(dòng)物飼料添加劑的優(yōu)勢(shì)有：首先，二甲酸鉀是最簡(jiǎn)單有機(jī)酸的衍生物，沒有與致癌物質(zhì)類似的結(jié)構(gòu)，對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物小鼠的研究表明，二甲酸鉀急性毒性水平較低，且無(wú)遺傳毒性。其次，二甲酸鉀主要以甲酸根和鉀的形式存在于腸道中，甲酸根最終在肝臟中氧化為CO2和水。因此，二甲酸鉀在體內(nèi)無(wú)殘留。再次，二甲酸鉀合成原料價(jià)格低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品回收率和純度較高，易進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。另外，二甲酸鉀能降低動(dòng)物體氮、磷的排泄量，有利于環(huán)保，且在動(dòng)物排泄糞便中只有甲酸鹽，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。所以，二甲酸鉀作為一種非抗生素促生長(zhǎng)劑受到了人們的關(guān)注。
　　6 二甲酸鉀應(yīng)用的影響因素
　　總結(jié)國(guó)內(nèi)外對(duì)二甲酸鉀的使用研究來(lái)看，影響二甲酸鉀應(yīng)用的因素主要有日糧組成、日糧能量水平高低及與銅互作的作用。Paulicks等(2000)[7]研究不同谷物和不同能量濃度的飼料中添加二甲酸鉀對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能的影響。結(jié)果表明，在低水平能量日糧中添加1.8%二甲酸鉀可以顯著改善豬的生產(chǎn)性能，但在高能量水平日糧中，添加二甲酸鉀對(duì)生產(chǎn)性能沒影響。在小麥、大麥和大麥-小麥-玉米型的混合日糧中添加二甲酸鉀，應(yīng)用效果也不同，飼料轉(zhuǎn)化率分別提高6%、4%、7%。
　　另外，Windisch等(2001)[14]報(bào)道，隨著日糧中二甲酸鉀和銅水平的增加，仔豬增重、采食量和飼料轉(zhuǎn)化效率明顯改善，但日糧中添加最佳水平的二甲酸鉀和銅并未起到進(jìn)一步改善生產(chǎn)性能的作用;添加二甲酸鉀和低水平的銅比添加二甲酸鉀和高水平的銅飼料轉(zhuǎn)化率要高。Jensent和Danielsen[15,16]的研究也表明在日糧添加1.2%的二甲酸鉀同時(shí)添加低水平的銅能改善豬的生長(zhǎng)性能，但是添加1.5%的銅時(shí)，并未發(fā)現(xiàn)有改善作用。因此，有研究者認(rèn)為二甲酸鉀和銅的促生長(zhǎng)作用機(jī)理可能是一致的(黃小春，2006)[1]。
　　7 前景展望
　　二甲酸鉀作為一種新型的替代抗生素的非抗生素促生長(zhǎng)劑，由于它有抗生素的促生長(zhǎng)作用，而且無(wú)毒、無(wú)殘留、對(duì)環(huán)境影響小、對(duì)人畜安全和加工操作方便等特點(diǎn)。得到了廣泛的應(yīng)用，目前主要集中在豬方面的研究，而在家禽等其他動(dòng)物的應(yīng)用較少。因此，二甲酸鉀有著更廣闊的前景。但在二甲酸鉀影響消化道菌群及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的作用機(jī)理及與其他養(yǎng)分的互作效應(yīng)等方面還有必要進(jìn)一步的研究。以便為二甲酸鉀的普遍使用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
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lilyyang

謝謝樓主提供的資料，收藏了。