長期以來，飼用抗生素在保障動物健康、促進動 物生長、提高飼料利用率等方面效果明顯，給畜禽生 產帶來了巨大的經濟效益。但隨著人民生活水平的提 高和健康意識的加強，飼用抗生素所帶來的抗藥性和 藥物殘留等問題也日益受到人們的重視，于是各國政 府紛紛出臺措施嚴格控制抗生素作為飼料添加劑應 用。因此，開發抗生素替代品成為飼料添加劑研究的 熱點。
短鏈脂肪酸（SCFA）包括乙酸、丙酸和丁酸，其中 起主要作用的是丁酸。主要來自大腸中厭氧桿菌對碳 水化合物和蛋白質的酵解作用，是結腸上皮細胞能量 的主要來源（Pryde等，2002）.丁酸具有水、脂兩親的特 性，偏重于親脂，pH值在4～6時不易被分解，動物攝 食后大部分能避過酸性環境的小腸，直接進入盲腸和 結腸繼續發揮作用。作為一種生物調節劑，丁酸在維 持細胞的分化和結腸上皮的完整性、提高動物生產性 能方面發揮著重要作用。因其具有游離性和揮發性的 特點，飼料生產中將其制成相對穩定的鈉鹽---丁酸 鈉。丁酸鈉具有無污染、無有害殘留和獨特的營養生 理功能等特點而逐漸成為熱門的抗生素替代品之一。
1丁酸鈉的結構與理化性質
丁酸鈉產品呈白色至類白色，可吸濕性的粉末， 似絨毛狀，具有特殊的奶酪酸敗樣氣味，易溶于水，水 溶液pH值呈堿性。本品在常規貯存和搬運條件下，處 于室溫和密封狀態下穩定，但勿與性質相反的物質、 粉塵、過熱物品、強氧化劑混存。本品可能產生的有害 分解產物有一氧化碳、二氧化碳、氧化鈉、過敏性和有 毒的煙塵與氣體，也有可能導致中樞神經系統抑制、 眼和皮膚過敏、消化道和呼吸道應激。
飼料級丁酸鈉與化工級丁酸鈉具有明顯的區別 （見表1）.動物口腔粘膜細柔，感受能力強，若用低價、 低質的化工級丁酸鈉作為誘食劑時能引起動物粘膜 灼傷，導致采食量下降，甚至拒食。因此，日糧配制一 定要嚴把原料品質關。
2丁酸鈉的營養生理功能
2.1作為腸道細胞的能量來源
研究發現，SCFA能夠為結腸提供能量，是腸細胞 偏愛的能量源，且在腸腔內極易吸收。其中丁酸是結 腸粘膜上皮細胞的主要能量來源，約占SCFA耗氧所產能量的70%,為動物提供了高達30%的維持能 （Basson等，1996）.丁酸先于丙酸和醋酸被消耗，結 腸產生的丁酸約70%～90%被結腸細胞代謝消耗掉 （Cook等，1998）.
在腸上皮細胞的丁酸是通過羥甲基戊二酰輔酶 A循環中的β-氧化作用進行能量代謝，首先是通過 丁酸輔酶A合成酶把丁酸轉化成丁酸輔酶A（bu- tyrate-CoA）,然后通過一系列反應快速生成乙酰輔酶 A進行能量代謝（Schrǒder等，1997）.
乙酸、丙酸、丁酸被結腸粘膜上皮細胞吸收，可被 轉運至肝臟進一步代謝或被結腸粘膜上皮細胞用 作能源消耗。研究發現，培養的游離結腸上皮細胞， 75%的氧消耗來自丁酸鹽的氧化（Scheppach等，1994）. 若丁酸是唯一可利用能源時，可完全被結腸粘膜利 用。體外研究表明：當葡萄糖、谷氨酰胺等作為呼吸能 源時，結腸上皮細胞首先利用丁酸（Roediger,1982）. 幾乎所有的丁酸都能被腸上皮細胞吸收，同位素示蹤 法試驗發現，丁酸能進入總血液循環。幾乎所有的體 組織都能代謝丁酸，丁酸在外周組織能被迅速氧化，用 于脂肪合成，也可以進入乳腺合成乳脂（Bergmann等， 1990）.
因此，丁酸鹽和其它初級短鏈脂肪是結腸上皮細 胞的主要呼吸燃料，結合丁酸非離子彌散性吸收為主 的特點，丁酸無需經過肝膽吸收和復雜的三羥循環系 統，可以直接為腸上皮細胞提供能量，是腸上皮細胞 的快速能量源。
2.2改善小腸形態，促進小腸消化吸收功能
小腸粘膜上皮細胞是執行消化吸收功能的最主 要細胞。一方面，腸上皮細胞的紋狀緣含有許多酶，參 與營養物質的消化；另一方面，食物在腸上皮細胞的 腸腔面或腸腔內被消化分解，營養成分被主動吸收或 簡單擴散。經腸上皮細胞的腸腔面進入細胞內，除一 部分供給該細胞自身使用外，大部分從細胞基側面以 主動轉運或擴散的方式釋放，進入固有層的毛細血 管。因此，粘膜上皮細胞結構的完整性是執行消化吸 收功能的基本保證（王子旭等，2003）.
Galfi等（1990）給生長豬飼喂含0.17%丁酸鈉的日 糧發現，丁酸鈉增加了回腸微絨毛長度。羅海祥（2006） 研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加0.1%丁酸鈉可顯著 降低21 d斷奶仔豬的十二指腸的隱窩深度（P<0.05）, 比對照組降低了42.12%,對絨毛高度的影響不顯著 （P>0.05）,但絨毛高度與隱窩深度的比值（VH/CD）比對 照組提高了57.79%（P<0.05）,丁酸鈉顯著降低了絨毛 寬度（P<0.05）,比對照組低了20.42%;添加0.1%丁酸鈉 組的腸粘膜厚度比對照組低了9.28%,沒有達到顯著 水平（P>0.05）;對空腸絨毛高度和隱窩深度的影響不顯 著（P>0.05）,但有提高絨毛高度與隱窩深度比值（VH/CD） 的趨勢（0.05<P<0.1）,比對照組提高了21.56%.在斷奶 仔豬日糧中添加0.1%丁酸鈉可顯著降低28日齡斷奶仔 豬回腸的隱窩深度（P<0.05）,比對照組降低36.12%,對絨 毛高度的影響不顯著（P>0.05）,但顯著影響絨毛高度 與隱窩深度的比值（VH/CD）（P<0.05）,比對照組提高了 73.16%;丁酸鈉顯著降低了絨毛寬度（P<0.05）,比對照 組低了16.06%,添加0.1%丁酸鈉組的腸粘膜厚度比 對照組高出了15.31μm（P>0.05）.
Hu等（2007）給雞飼糧中添加不同水平（500、1 000、 2 000 mg/kg）的丁酸鈉發現，500 mg/kg和1 000 mg/kg 的丁酸鈉能顯著增加十二指腸粘膜的DNA、RNA和 蛋白質濃度（P<0.05）,但對結腸DNA、RNA和蛋白質濃 度無作用。試驗還發現絨毛高度與隱窩深度的比值隨 著丁酸鈉的增加而成線性增加（P<0.05）.他認為絨毛高 度與隱窩深度的比值對消化道作用更為有效，因為淺 的隱窩深度和長的絨毛高度是維持消化道功能的最 佳比率。
但也有不一致的報道，G.Biagi等（2007）給斷奶 仔豬分別飼喂1 000、2 000、4 000 mg/kg的丁酸鈉產 品（有效含量為85%）,結果表明，丁酸鈉對小腸粘膜 的形態結構影響不大，但能增加盲腸的酸度。他認為 造成這種不一致的結論可能在于取樣時間太晚，因為 小腸粘膜樣品是在試驗結束后（斷奶后6周）采集的， 該時期的小豬消化道已經發育完全，所以對試驗結果 有一定影響。
2.3維持腸粘膜上皮細胞的正常形態，增強免疫功能 腸粘膜機械屏障由腸粘膜上皮細胞、上皮細胞側 面的細胞連接、上皮基膜和上皮表面的細胞衣組成。 它們構成了機體免疫系統的第一道防線。因此，腸粘 膜上皮細胞結構的完整性與腸粘膜機械屏障功能，乃 至機體的免疫功能有密切關系（Reynolds等，1996;殷 彥君等，2002）.
丁酸鈉能抑制結腸上皮細胞的凋亡，誘導結腸癌 細胞凋亡，抑制NF-kB的活性，減少TNF-α等炎癥 性細胞因子的產生和釋放，抑制腸粘膜的炎癥反應。 這些作用有利于結腸炎的愈合，減少細菌或食物抗原 跨粘膜遷移，減輕腹瀉。Sauer等（2007）研究發現，丁酸 的抗腸炎功能與其調節結腸細胞氧化和代謝性應激 的基因表達有關。
有試驗報道，丁酸灌腸劑能促進細胞增殖，降低 腸道粘膜的損害并能治療由腸炎引起的腹瀉（Schep- pach等，1996;Claus等，2006）.Kanauchi等（1999）給大 鼠口服和心臟注射丁酸后，用光學顯微鏡觀察其對腸 屏障功能的影響，結果發現，心臟注射組顯著降低了 腸粘膜的損害和滲透性（P<0.05）.
王繼風等（2005）在仔豬日糧中添加1 g/kg丁酸鈉 后發現，仔豬空腸和結腸的粘膜上皮完整，腸絨毛更 為粗壯；粘膜吸收細胞呈高柱狀，排列整齊，游離面有 明顯的紋狀緣；杯狀細胞呈高腳杯狀，散在柱狀細胞 之間，試驗組細胞數量比抗生素組增多1.4～1.7倍。表 明丁酸鈉具有維持腸粘膜上皮細胞結構完整性，進而 促進斷奶仔豬小腸消化吸收的作用，并優于抗生素。 李芙燕等（2006）在飼料中加入丁酸鈉，可顯著增加十 二指腸、空腸以及回腸的肥大細胞數量，分別比對照 組增加了19.7%、27.2%和30.7%.章亮等（2006）試驗結 果表明，添加丁壯素（丁酸鈉）組空腸上皮內淋巴細胞 數量比對照組提高29.3%,表明腸道局部免疫水平得 到提高，增強了動物的抗病能力。Manzanilla等（2006） 在斷奶仔豬上研究發現，0.3%的丁酸鈉能增加結腸表 面的杯狀細胞數量。有試驗發現，飼喂丁酸鹽的肉雞 可以有效抵抗21日齡由于球蟲攻擊引起的應激反 應，且在幼雞的盲腸中存在未離解的丁酸鹽與病原體 控制有關。
2.4維護胃腸道內有益微生物菌叢
動物胃腸道存在著大量的微生物，當其中的雙歧 桿菌、乳酸菌等有益菌占優勢時能夠抑制大腸桿菌等 有害菌在腸道內的附著和增殖，從而減少消化道疾病 的發生（Meng等，1998）.可見腸道微生態的平衡對于 宿主的健康有著極為重要的意義（Floch等，2001）. 丁酸鹽可以抑制病源微生物（沙門氏桿菌、大腸 桿菌、梭狀芽孢桿菌等）的生長，增加有益菌群數量（乳 酸桿菌、糞鏈球菌等）,改善腸道微生物菌群，起到部 分替代抗生素的作用。
眾所周知，丁酸是有機酸（C1-C7）的一種。由于有 機酸具有不同的化學結構，有機酸的抗菌機制是相當 復雜的，但它們具有相似的作用機制。研究發現，揮發 性有機酸和非揮發性有機酸及無機酸的抗菌效果存 在明顯差異，揮發性有機酸（甲酸、丙酸、丁酸）具有較 好的殺菌作用，直接擴散進入細胞內，通過降低胞內 pH值，抑制某些大分子的代謝，破壞病原菌細胞膜的 完整性，從而達到殺菌作用。揮發性有機酸鹽（如丁酸 鹽）盡管不能降低病原菌細胞間質的pH值，不能以酸 的形式滲透進入病原菌細胞內發揮殺菌作用，但也具 有抗菌作用，其作用強弱依賴于有機酸鹽的溶解性。 如揮發性有機酸的鈉鹽全溶于水，而鈣鹽只有部分可 溶，因而體外抑菌試驗中，丁酸鈉的抑菌效果要比甲 酸鈣和丙酸鈣的強，此外有機酸的二價鹽體外抑菌效 果優于飽和度高的有機酸鹽。
Brul等（1999）總結了有機酸的作用模式：破壞細 菌細胞膜；抑制細菌的基礎代謝功能；調節細菌內的 pH值和有毒陰離子在細菌內的聚集。研究認為，僅非 解離的有機酸（非離子化）才能產生明顯的抗菌效果， 解離形式的有機酸即使是很大的濃度也沒有理想的 抗菌效果（Presser等1997）,非解離的有機酸能經過 被動擴散通過細菌的細胞壁，進入細胞后，由于胞內 的pH值接近于7,高于有機酸的解離度，有機酸解 離，胞內pH值下降。有些細菌就是不能夠耐受這種跨 膜的pH值梯度而受到抑制，因為胞內的H+的增加， H+就要依賴于ATP酶將H+泵出細菌細胞內，而這一過程是耗能的，所以細菌會衰竭而死。但是，Canib等 （2002）報道，在沒有明顯降低胃腸道pH值的情況下有 機酸有較強的殺菌作用。有機酸除可通過降低腸道 pH值而影響微生物外，陰離子還具有獨特的殺菌功 能。大量陰離子在胞內積聚，從而改變胞內的滲透壓 而造成細菌中毒，如糖酵解和核酸合成的停止、酶解 反應受阻（脫羧酶和過氧化氫酶等）等（Canibe等，2001）. 考慮到腸道內的pH值條件，Russell等（1992）認為， 有機酸對微生物的作用主要是通過其陰離子而實現 的。有機酸的抗菌效果隨著有機酸碳鏈的增長和不飽 和度的增加而增強（Foegeding等，1991）.
有研究表明，在暴露于短鏈脂肪酸的腸炎沙門 氏菌鼠傷寒血清變種存活試驗中，丁酸鹽和戊酸鹽 可以起到最有效的殺菌作用。雖然在幼齡雞遠端小 腸和盲腸中短鏈脂肪酸的水平迅速降低，但是，到15 日齡左右時，短鏈脂肪酸水平增加。除了殺菌活性 外，Galfi等（1990）報道丁酸鈉能維護胃腸道內有益 微生物菌叢。
M.Castillo等（2006）給早期斷奶仔豬日糧添加3 種（0.04%的阿維霉素、0.3%丁酸鈉和0.03%植物提取 物）添加劑，觀察它們對胃腸道微生物的定植、代謝活 動以及微生物結構群落的影響，結果發現，所有添加 劑組增加了微生物（如乳酸桿菌）的數量，與對照組相 比，中藥提取物組和丁酸鈉組顯著增加了乳酸桿菌與 腸道細菌的比率（lactobacilli:enterobacteria ratio）.采用 PCR-RELP（限制性片段長度多態性）法測定空腸內菌 群生態學變化發現，0.3%的丁酸鈉使菌群結構發生了 最大的變化并顯著高于其它2種添加劑組。
G.Biagi等（2007）在體外發酵試驗中使用不同劑 量（60、120和240 mmol/l）的丁酸鈉發現，它能影響盲 腸微生物系統，極顯著降低了總的產氣量（P<0.01）,同 時它也降低了產氣頻率。在體內試驗中，丁酸鈉對盲 腸和空腸的乳酸桿菌、梭菌屬、大腸桿菌無顯著影響， 但極顯著增加了盲腸pH值和異丁酸濃度（P<0.01）. pH值的增加能抑制病源微生物（沙門氏桿菌、大腸桿 菌、梭狀芽孢桿菌等）的生長，減少動物腹瀉。
2.5其它作用
除了上述明顯的作用特點以外，丁酸鈉還有其它 作用：①丁酸鈉具有特征性氣味，能誘導動物采食。斷 奶后幼畜對日糧中母源性物質仍然保留依賴性。豬奶 干物質中含有超過3.8%的丁酸鹽，因此，丁酸鈉在仔 豬教槽料和反芻動物代乳料中的作用尤為明顯（章亮 等，2006）.②改善結腸血液循環，有利于腸道術后創 口愈合（Cook等，1998;李雄彪等，2006）.③丁酸鈉能增 加葡萄糖甙（脂）酰鞘氨醇的合成，防治結腸細胞編程 性死亡，抑制腸粘膜的炎癥反應。調節結腸上皮細胞 抗菌肽（cathelicidin）mRNA的表達，有利于降低腸道 疾病發生率。減少細菌或食物抗原跨粘膜遷移，有利 于結腸炎的愈合和降低腹瀉率（張孝衛等，2005;Mototeru 等，2007;Markus Schwab等，2007）.④刺激胰腺分泌， 增加胰高血糖素和胰島素水平，進一步刺激結腸上皮 細胞的生成。胰消化酶水平也得到提高，腸腔內乳糖、 麥芽糖和蔗糖濃度大幅提升（H.Sano等，1995）.⑤葡 萄糖的跨膜轉運是細胞利用葡萄糖的主要限速步驟。 目前研究表明，這一過程依靠細胞膜上葡萄糖運載體 （GT）來完成。Takano等（1988）研究表明，在培養液中 加入丁酸鈉，能顯著增加豬腎臟細胞葡萄糖運載體 mRNA的表達。
3丁酸鈉在動物生產中的應用
3.1應用效果
3.1.1在豬上的應用效果
Galfi等（1990）在豬斷奶后飼喂含丁酸鈉的日糧， 結果表明，試驗組豬日增重提高了23.5%,日采食量 增加了8.9%,由于提高了飼料轉化率，實際的飼料消 耗減少了11.8%.Piva等（2002）利用20頭8周齡仔豬 [（9.2±1.4）kg]研究丁酸鈉對斷奶仔豬生產性能影響， 結果表明，在仔豬日糧中添加丁酸鈉0.8 g/kg,提高了 仔豬的平均日增重20%和采食量16%（P<0.05）. 郭小華等（2005）選取28日齡健康、體重一致的斷 奶仔豬108頭，分為3個處理組：丁酸鈉組（基礎日糧+ 0.1%丁酸鈉）、抗生素組（基礎日糧+60 mg/kg鹽霉素）、 復合組（基礎日糧+0.1%丁酸鈉+60 m/kg鹽霉素）,結果 發現仔豬日糧中添加丁酸鈉可以提高營養物質的表 觀消化率。羅海祥（2006）在斷奶仔豬日糧中添加0.1% 丁酸鈉可顯著提高斷奶仔豬的平均日增重（P<0.05）, 降低料重比，在斷奶仔豬的日糧中添加0.1%丁酸鈉 可以降低仔豬腹瀉率，尤其是斷奶后7 d效果顯著 （P<0.05）.Manzanilla等（2006）給早期斷奶仔豬日糧 添加0.3%丁酸鈉得到了類似的結果。
3.1.2在雞上的應用效果
Nollet等（2005）研究了不同劑量的丁酸鈉（0、50、 100、250、500 mg/kg）對蛋雞生產性能的影響，結果發現，隨著丁酸鈉劑量的增加，蛋雞產蛋率不斷提高，料 蛋比逐漸降低，但對蛋重沒有影響。
Pinchasov等（1989）研究發現，與丙酸鹽等其它有 機酸鹽不同，丁酸鹽不限制采食量。李凱年（2006）報 道，飼喂0.2%丁酸鹽對肉雞采食量無不良影響，且 0.2%丁酸鈉組肉雞體重最高；在整個42 d肉雞生長 期中，飼喂0.4%丁酸鹽甘油酯對肉雞的生產性能沒 有副作用。
Hu等（2007）給雞飼糧中添加不同水平（500、1 000、 2 000 mg/kg）的丁酸鈉發現，500、2 000 mg/kg的丁酸 鈉能顯著增加0～21日齡的雞體重（P<0.05）;日糧添 加丁酸鈉對0～42日齡肉仔雞飼料報酬（FCR）的影 響呈正二次回歸方程反應（P<0.05）,與對照組相比 2 000 mg/kg丁酸鈉能顯著提高飼料轉化率。
3.1.3在反芻動物上的應用效果
王星所等（1996）用3種SCFA鈉鹽溶液灌注皺 胃，觀察其對山羊血清胃泌素水平的影響，結果表明： 向皺胃內灌注乙酸鈉、丙酸鈉和丁酸鈉鹽溶液后，血 清胃泌素水平顯著升高。李祥（2000）等研究揮發性脂 肪酸灌注對山羊血漿胃動素水平的影響表明，灌注揮 發性脂肪酸可以提高山羊血漿胃動素水平。瘤胃內輸 注乙酸、丙酸、丁酸后的血漿胃動素水平極顯著高于 對照組（P<0.01）,皺胃輸注丙酸或丁酸后的血漿胃動 素水平顯著高于對照組（P<0.05）.劉記強等（2006）也得 到類似的結論。 Dirksen等（1995）研究指出，瘤胃發酵終產物會 影響瘤胃乳頭的生長。研究表明，丁酸能刺激瘤胃上 皮發育，幼齡反芻動物瘤胃上皮的發育主要依賴碳水 化合物發酵所產生的SCFA,相比之下，大體積纖維性 飼料的刺激并不重要。根據試驗結果學者們推測，隨 采食量增加，瘤胃上皮組織的代謝強度增加，而其中 乙酸、丙酸代謝量無顯著變化，僅有丁酸代謝量增加 接近顯著水平，認為采食量增加引起的丁酸產量增加 可能刺激了瘤胃上皮代謝，使瘤胃乳頭增生和瘤胃組 織重量增加。
Iriki等（2007）給哺乳小牛瘤胃內注射不同劑量（0、 22、44 g）的丁酸，觀察其對血漿中血管加壓素和酮體 濃度的影響發現，丁酸組增加了血漿中酮體濃度并成 劑量依賴性，且其持續時間長達4 h;同時丁酸組的血 管加壓素濃度也顯著增加，且在15 min～2 h內，44 g 劑量組血漿中血管加壓素的濃度顯著高于22 g劑 量組（P<0.05）.這說明丁酸可能有助于提高肝的生 酮作用。
3.2丁酸鈉應用的注意事項
目前，丁酸鈉在動物生產上的應用方式主要是在 動物飼料中添加丁酸鈉產品（丁壯素、佳寶育、腸益 健）.Nollet等（2005）注意到，動物飼糧中添加500 mg/kg 丁酸鈉就可顯著提高雞生產性能，可見丁酸鈉具有極 高的效率。但對于其添加劑量應視動物種類、年齡、生 理狀況、飼養環境和飼養管理方式等不同而有所差 異。如果添加量不足則無法體現其效果達不到生產要 求。不同的研究中丁酸鈉的添加劑量差異較大，丁酸鈉 在肉雞和蛋雞飼糧中的添加劑量為500～2 000 mg/kg （Nollet等，2005;Hu等，2007）,而在豬飼糧中的添加 劑量為0.1%~0.17%（郭小華等，2005;Galfi等，1990）. 丁酸鈉在動物飼糧中的添加劑量不同可能與丁酸鈉 產品性狀、腸道微生物發酵產生的SCFA,尤其是丁酸 的含量、畜禽品種有關，但其適宜添加劑量還有待于 大量的試驗研究來確定。
4結語
丁酸鈉作為一種新型的飼料添加劑因其獨特的 營養生理特性而日益成為最具潛力的動物保健品和 抗生素替代品。然而，丁酸鈉的研究歷史還很短暫，且 在畜禽上應用的報道還較少，尚有許多問題沒有被認 知。因此丁酸鈉未來在動物營養上的研究發展方向應 是：①針對丁酸鈉在豬、雞和反芻動物等畜禽上的應 用進行系統研究，了解其對動物營養生理、腸道微生 態、免疫機能等的影響；②對丁酸鈉影響動物腸道菌 群、營養物質代謝和免疫機能的確切機制作進一步研 究，為丁酸鈉的合理應用提供依據；③進一步進行大 規模試驗，以確定不同純度丁酸鈉產品在不同動物飼 料中的適宜添加劑量，為在飼料工業中合理使用丁酸 鈉提供參考。
