食品和饲料中有机酸对肠道菌群的影响

◎ 张 宁

（三门峡职业技术学院 食品园林学院，河南 三门峡 472000）

有机酸是一类酸性有机化合物，是食品重要的组成成分之一，与食品加工、贮存、质量评价等密切相关。有机酸常作为饲料的酸化剂，能改善动物消化道中的酸碱环境，调节消化道微生态菌群的平衡。常用的酸化剂有柠檬酸、乳酸、丙酸、苹果酸和乙酸等，其中柠檬酸、延胡索酸使用最广泛，且效果较好，被广泛应用于仔猪料和其他饲料中[1]。有机酸的添加可降低肠道pH 值，抵抗有害菌，促进有益菌的生长，促进动物的营养吸收和个体生长，而这种作用是通过有机酸对胃肠道微生物的影响实现的。

肠道中寄居着大量微生物，构成了庞大复杂的微生态系统，肠道菌群能与宿主细胞不断进行信息与能量的交流，调节机体的代谢，影响机体的健康。一般情况下，肠道菌群处于相对稳定的平衡状态，但很容易受到外界因素的影响，尤其是膳食因素[2-3]。本文综述了食品和饲料中几种常见有机酸的应用现状，以及有机酸对仔猪、肉鸡、鼠类生长性能和肠道菌群的影响。

1 有机酸在肠道内的吸收及作用于微生物的途径

1.1 有机酸在肠道内的吸收

不同有机酸进入机体后，在消化道中的吸收部位不同。CUMMINGS 等[4]测定人体大肠的全部区域、肝门静脉、肝脏和外周血中短链脂肪酸的含量，发现3 种主要的短链脂肪酸（醋酸、丙酸、丁酸）的含量在结肠内容物、门静脉血、肝门静脉血中有较大的变化，说明丁酸主要由结肠吸收，丙酸主要通过肝脏吸收。MCNEIL 等[5]采用透析袋法研究了46 名志愿者的短链脂肪酸吸收速率，发现短链脂肪酸混合液中醋酸的浓度由62.3 mmol·L-1降到了37.6 mmol·L-1，丙酸浓度由20.2 mmol·L-1降到了11.5 mmol·L-1，丁酸浓度由25.7 mmol·L-1降到了17.3 mmol·L-1，证明短链脂肪酸可以被直肠吸收。

1.2 有机酸调节肠道微生物平衡的途径

大量实验证明，将有机酸添加到畜牧类动物的饲料中，会对机体肠道菌群造成影响。有机酸可以促进肠道菌群中有益菌群的增长，有效抑制病原微生物，从而提高动物的生长性能。研究表明，有机酸主要通过5 种途径作用于肠道微生物。①微生物的生长受到pH 值的影响，一般情况下，pH 值降低会抑制致病菌的生长，有机酸在肠道中解离释放出H+，降低了pH 值，使大部分致病菌停止生长。②有机酸降低肠道内容物的pH 值后，较低的pH 值环境可以促进乳酸菌等有益菌的生长。③有机酸在肠道中解离产生阴离子，一些酸根离子会破坏革兰氏阴性菌的细胞壁，导致一些致病菌的死亡。④乳酸和柠檬酸等有机酸是一类强螯合剂，能够结合金属离子，影响细胞壁的稳定性，增强细胞壁的渗透性，甚至导致细胞质渗漏，使致病菌的生长受到影响。⑤肠道中未解离的有机酸具有亲脂性，能够穿透细胞壁进入细胞，使细胞内部的pH 值降低，微生物细胞为了维持pH 值的正常水平，需要消耗大量能量，能量消耗的过程会导致部分细胞衰竭死亡[6]。

2 有机酸对仔猪、肉鸡、小鼠生长状况及肠道菌群的影响

2.1 有机酸对仔猪生长状况及肠道菌群的影响

动物出生时的胃肠道通常被认为是无菌的，母猪分娩时的微生物和环境微生物会定植于出生后仔猪的胃肠道。随着后期的饲喂，饲料和环境会改变仔猪的肠道菌群，对其生长状况造成一定的影响。ØVERLAND 等[7]研究了食物中有机酸对雄性猪肠道菌群和生长状况的影响，分别在雄性猪的基础饮食中添加了0.85%的甲酸、0.85%的苯甲酸、0.85%的山梨酸，对其肠道微生物进行分析，发现饲料中添加了有机酸的雄性猪肠道内大肠杆菌、肠球菌、乳酸菌的数量显著低于空白组，且与山梨酸相比，甲酸与苯甲酸有更强的抑菌作用，饲料中添加了有机酸后，猪的平均日增重和进食量有所增加。TORRALLARDONA等[8]在仔猪饲料中添加了0.5%苯甲酸，检测其肠道菌群的变化，结果表明，苯甲酸的添加提高了肠道中肠球菌的数量，且盲肠中乳酸杆菌的数量多于回肠。因此，有机酸的添加可以促进肠道中乳酸杆菌等有益菌的繁殖，抑制大肠杆菌等有害菌的生长。

使用有机酸饲喂动物时，有机酸及其他的植物性添加剂的有效剂量是一个固定值，只有在其进入十二指肠时，才能够起到调节胃肠道菌群，促进胃肠道内吸收、代谢的作用。这一问题可以通过微胶囊缓释包解决，有效物质在进入胃肠道时可以缓慢释放。根据此原理，PIVA 等[9]将仔猪分为3 组；PB 组日粮中分别添加4 g·kg-1OA（富马酸、苹果酸、山梨酸）、NIF（香草醛、百里香酚）、微胶囊包被；NPB 组日粮中添加与PB 组相同的成分，但不用微胶囊包被；结果表明，PB 组的仔猪后段空肠和盲肠内的大肠杆菌含量显著低于对照组和NPB 组；对照组和PB 组仔猪盲肠乳酸杆菌数量显著高于NPB 组，且NPB 组的乳酸杆菌含量呈现出显著的下降趋势；说明经微胶囊包被后的有机酸进入机体后能缓慢释放，在进入肠道之后，产生协同作用，从而减少了大肠杆菌的数量。

RISLEY 等[10]在仔猪的基础饲料中分别添加了1.5%的富马酸和1.5%的柠檬酸，观察其对胃部、空肠、盲肠和结肠中微生物群的影响，结果表明，添加有机酸没有对胃肠道的菌群产生明显的作用，乳酸杆菌和大肠杆菌的数量没有较大变化，可能是由于1.5%的添加量不足以改变肠道的pH 值，不能为乳酸杆菌的生长提供适宜的环境。

2.2 有机酸对肉鸡生长性能和肠道菌群的影响

研究表明，肉鸡日粮中添加酸化剂能提高肉鸡的生长速度、改善饲料转化率、改善肉鸡肠道内微生物区系，通过降低肠道内pH 值，限制肠道内有害菌群的生存，达到降低有害菌群数量的目的，重新调整动物肠道菌群的生态平衡。谢欣梅等[11]在肉仔鸡的饲料中分别添加0.5%的延胡索酸和0.5%的柠檬酸，喂养42 d，分别在21 d 和42 d 时测定回肠内容物中大肠杆菌和乳酸杆菌的数量，结果表明，2 组肉仔鸡回肠中都出现了大肠杆菌数量减少和乳酸杆菌数量增加的现象。孙小琴等[12]在蛋鸡的饲料中添加了一定梯度的柠檬酸，结果表明，柠檬酸的添加可以使盲肠菌群中大肠杆菌数量减少，乳酸杆菌数量增加。TALEBI 等[13]研究了3 种不同有机酸对肉鸡生长特性的影响，在肉鸡的饲料中分别添加0.5%和1.0%的柠檬酸、苯甲酸、酒石酸，喂食49 d，检测日增重、摄食量等；结果表明，0.5%的柠檬酸、苯甲酸、酒石酸对上述指标没有影响，添加了1.0%苯甲酸的实验组表现出摄食量和体重的显著降低。李俊良等[14]将肉仔鸡分为3 组，分别喂食基础日粮、基础日粮+0.1%柠檬酸、基础日粮+0.4%柠檬酸，试验期为42 d；结果表明，添加0.4%的柠檬酸可显著提高肉仔鸡前期、后期及全期的日增重；2 个柠檬酸处理组肠道乳酸菌含量有升高趋势，大肠杆菌含量有降低趋势，且添加0.4%柠檬酸日粮组较为明显。

饲料中添加的酸化剂除了由单一酸构成，还可以由几种酸按一定比例混合制成，即复合酸化剂。SENKOYLU 等[15]在肉鸡标准饲料中添加了甲酸和丙酸混合制成的酸化剂3.0 g·kg-1；结果表明，肉鸡的日增重显著增加，肠绒毛的高度增加。OZDUVEN 等[16]探究了有机酸与甘露寡糖混合后对肉鸡生长和肠道菌群的影响，实验分为4 组，分别为对照组、对照组+2 kg·t-1甘露寡糖、对照组+3 kg·t-1有机酸混合物（甲酸、丙酸、丙酸铵）、对照组+2 kg·t-1甘露寡糖+3 kg·t-1有机酸；实验周期21 d，结果表明，添加有机酸混合物的实验组体重明显增加，有机酸与甘露寡糖的混合提高了回肠中乳酸杆菌的数量，而回肠中大肠杆菌的数量在3 个实验组中都有所降低。有机酸的添加可以增强肉鸡的骨质，平衡钙含量，提高矿物质的利用率和蛋壳质量[17-18]。

2.3 有机酸对小鼠/大鼠的影响

关于有机酸对小鼠肠道影响的研究较少，但有研究表明短链脂肪酸可以促进大鼠小肠和大肠上皮细胞的形成。ICHIKAWA 等[19]将醋酸、丙酸、丁酸按一定比例混合在一起，以2 mL 的剂量灌胃，1 mL 的剂量灌肠给大鼠，每天3 次，5 d 后检测空肠、回肠、结肠中隐窝细胞的产生；结果表明，实验组隐窝细胞的数量高于灌生理盐水的对照组，且灌肠比灌胃更加有效。SAKATA[20]研究了短链脂肪酸对大鼠肠道上皮细胞的促进作用，发现这种促进作用与短链脂肪酸的剂量和种类有关，丁酸的作用强于丙酸，丙酸强于醋酸。

3 结语

近年来，因为有机酸可以提高畜牧类动物的养分消化率，促进动物生长，改善其消化道微生物群，所以它逐步取代了抗生素，被广泛应用于畜牧业中。