长期以来，饲用抗生素在保障动物健康、促进动 物生长、提高饲料利用率等方面效果明显，给畜禽生 产带来了巨大的经济效益。但随着人民生活水平的提 高和健康意识的加强，饲用抗生素所带来的抗药性和 药物残留等问题也日益受到人们的重视，于是各国政 府纷纷出台措施严格控制抗生素作为饲料添加剂应 用。因此，开发抗生素替代品成为饲料添加剂研究的 热点。
短链脂肪酸（SCFA）包括乙酸、丙酸和丁酸，其中 起主要作用的是丁酸。主要来自大肠中厌氧杆菌对碳 水化合物和蛋白质的酵解作用，是结肠上皮细胞能量 的主要来源（Pryde等，2002）.丁酸具有水、脂两亲的特 性，偏重于亲脂，pH值在4～6时不易被分解，动物摄 食后大部分能避过酸性环境的小肠，直接进入盲肠和 结肠继续发挥作用。作为一种生物调节剂，丁酸在维 持细胞的分化和结肠上皮的完整性、提高动物生产性 能方面发挥着重要作用。因其具有游离性和挥发性的 特点，饲料生产中将其制成相对稳定的钠盐---丁酸 钠。丁酸钠具有无污染、无有害残留和独特的营养生 理功能等特点而逐渐成为热门的抗生素替代品之一。
1丁酸钠的结构与理化性质
丁酸钠产品呈白色至类白色，可吸湿性的粉末， 似绒毛状，具有特殊的奶酪酸败样气味，易溶于水，水 溶液pH值呈碱性。本品在常规贮存和搬运条件下，处 于室温和密封状态下稳定，但勿与性质相反的物质、 粉尘、过热物品、强氧化剂混存。本品可能产生的有害 分解产物有一氧化碳、二氧化碳、氧化钠、过敏性和有 毒的烟尘与气体，也有可能导致中枢神经系统抑制、 眼和皮肤过敏、消化道和呼吸道应激。
饲料级丁酸钠与化工级丁酸钠具有明显的区别 （见表1）.动物口腔粘膜细柔，感受能力强，若用低价、 低质的化工级丁酸钠作为诱食剂时能引起动物粘膜 灼伤，导致采食量下降，甚至拒食。因此，日粮配制一 定要严把原料品质关。
2丁酸钠的营养生理功能
2.1作为肠道细胞的能量来源
研究发现，SCFA能够为结肠提供能量，是肠细胞 偏爱的能量源，且在肠腔内极易吸收。其中丁酸是结 肠粘膜上皮细胞的主要能量来源，约占SCFA耗氧所产能量的70%,为动物提供了高达30%的维持能 （Basson等，1996）.丁酸先于丙酸和醋酸被消耗，结 肠产生的丁酸约70%～90%被结肠细胞代谢消耗掉 （Cook等，1998）.
在肠上皮细胞的丁酸是通过羟甲基戊二酰辅酶 A循环中的β-氧化作用进行能量代谢，首先是通过 丁酸辅酶A合成酶把丁酸转化成丁酸辅酶A（bu- tyrate-CoA）,然后通过一系列反应快速生成乙酰辅酶 A进行能量代谢（Schrǒder等，1997）.
乙酸、丙酸、丁酸被结肠粘膜上皮细胞吸收，可被 转运至肝脏进一步代谢或被结肠粘膜上皮细胞用 作能源消耗。研究发现，培养的游离结肠上皮细胞， 75%的氧消耗来自丁酸盐的氧化（Scheppach等，1994）. 若丁酸是唯一可利用能源时，可完全被结肠粘膜利 用。体外研究表明：当葡萄糖、谷氨酰胺等作为呼吸能 源时，结肠上皮细胞首先利用丁酸（Roediger,1982）. 几乎所有的丁酸都能被肠上皮细胞吸收，同位素示踪 法试验发现，丁酸能进入总血液循环。几乎所有的体 组织都能代谢丁酸，丁酸在外周组织能被迅速氧化，用 于脂肪合成，也可以进入乳腺合成乳脂（Bergmann等， 1990）.
因此，丁酸盐和其它初级短链脂肪是结肠上皮细 胞的主要呼吸燃料，结合丁酸非离子弥散性吸收为主 的特点，丁酸无需经过肝胆吸收和复杂的三羟循环系 统，可以直接为肠上皮细胞提供能量，是肠上皮细胞 的快速能量源。
2.2改善小肠形态，促进小肠消化吸收功能
小肠粘膜上皮细胞是执行消化吸收功能的最主 要细胞。一方面，肠上皮细胞的纹状缘含有许多酶，参 与营养物质的消化；另一方面，食物在肠上皮细胞的 肠腔面或肠腔内被消化分解，营养成分被主动吸收或 简单扩散。经肠上皮细胞的肠腔面进入细胞内，除一 部分供给该细胞自身使用外，大部分从细胞基侧面以 主动转运或扩散的方式释放，进入固有层的毛细血 管。因此，粘膜上皮细胞结构的完整性是执行消化吸 收功能的基本保证（王子旭等，2003）.
Galfi等（1990）给生长猪饲喂含0.17%丁酸钠的日 粮发现，丁酸钠增加了回肠微绒毛长度。罗海祥（2006） 研究表明，在断奶仔猪日粮中添加0.1%丁酸钠可显着 降低21 d断奶仔猪的十二指肠的隐窝深度（P<0.05）, 比对照组降低了42.12%,对绒毛高度的影响不显着 （P>0.05）,但绒毛高度与隐窝深度的比值（VH/CD）比对 照组提高了57.79%（P<0.05）,丁酸钠显着降低了绒毛 宽度（P<0.05）,比对照组低了20.42%;添加0.1%丁酸钠 组的肠粘膜厚度比对照组低了9.28%,没有达到显着 水平（P>0.05）;对空肠绒毛高度和隐窝深度的影响不显 着（P>0.05）,但有提高绒毛高度与隐窝深度比值（VH/CD） 的趋势（0.05<P<0.1）,比对照组提高了21.56%.在断奶 仔猪日粮中添加0.1%丁酸钠可显着降低28日龄断奶仔 猪回肠的隐窝深度（P<0.05）,比对照组降低36.12%,对绒 毛高度的影响不显着（P>0.05）,但显着影响绒毛高度 与隐窝深度的比值（VH/CD）（P<0.05）,比对照组提高了 73.16%;丁酸钠显着降低了绒毛宽度（P<0.05）,比对照 组低了16.06%,添加0.1%丁酸钠组的肠粘膜厚度比 对照组高出了15.31μm（P>0.05）.
Hu等（2007）给鸡饲粮中添加不同水平（500、1 000、 2 000 mg/kg）的丁酸钠发现，500 mg/kg和1 000 mg/kg 的丁酸钠能显着增加十二指肠粘膜的DNA、RNA和 蛋白质浓度（P<0.05）,但对结肠DNA、RNA和蛋白质浓 度无作用。试验还发现绒毛高度与隐窝深度的比值随 着丁酸钠的增加而成线性增加（P<0.05）.他认为绒毛高 度与隐窝深度的比值对消化道作用更为有效，因为浅 的隐窝深度和长的绒毛高度是维持消化道功能的最 佳比率。
但也有不一致的报道，G.Biagi等（2007）给断奶 仔猪分别饲喂1 000、2 000、4 000 mg/kg的丁酸钠产 品（有效含量为85%）,结果表明，丁酸钠对小肠粘膜 的形态结构影响不大，但能增加盲肠的酸度。他认为 造成这种不一致的结论可能在于取样时间太晚，因为 小肠粘膜样品是在试验结束后（断奶后6周）采集的， 该时期的小猪消化道已经发育完全，所以对试验结果 有一定影响。
2.3维持肠粘膜上皮细胞的正常形态，增强免疫功能 肠粘膜机械屏障由肠粘膜上皮细胞、上皮细胞侧 面的细胞连接、上皮基膜和上皮表面的细胞衣组成。 它们构成了机体免疫系统的第一道防线。因此，肠粘 膜上皮细胞结构的完整性与肠粘膜机械屏障功能，乃 至机体的免疫功能有密切关系（Reynolds等，1996;殷 彦君等，2002）.
丁酸钠能抑制结肠上皮细胞的凋亡，诱导结肠癌 细胞凋亡，抑制NF-kB的活性，减少TNF-α等炎症 性细胞因子的产生和释放，抑制肠粘膜的炎症反应。 这些作用有利于结肠炎的愈合，减少细菌或食物抗原 跨粘膜迁移，减轻腹泻。Sauer等（2007）研究发现，丁酸 的抗肠炎功能与其调节结肠细胞氧化和代谢性应激 的基因表达有关。
有试验报道，丁酸灌肠剂能促进细胞增殖，降低 肠道粘膜的损害并能治疗由肠炎引起的腹泻（Schep- pach等，1996;Claus等，2006）.Kanauchi等（1999）给大 鼠口服和心脏注射丁酸后，用光学显微镜观察其对肠 屏障功能的影响，结果发现，心脏注射组显着降低了 肠粘膜的损害和渗透性（P<0.05）.
王继风等（2005）在仔猪日粮中添加1 g/kg丁酸钠 后发现，仔猪空肠和结肠的粘膜上皮完整，肠绒毛更 为粗壮；粘膜吸收细胞呈高柱状，排列整齐，游离面有 明显的纹状缘；杯状细胞呈高脚杯状，散在柱状细胞 之间，试验组细胞数量比抗生素组增多1.4～1.7倍。表 明丁酸钠具有维持肠粘膜上皮细胞结构完整性，进而 促进断奶仔猪小肠消化吸收的作用，并优于抗生素。 李芙燕等（2006）在饲料中加入丁酸钠，可显着增加十 二指肠、空肠以及回肠的肥大细胞数量，分别比对照 组增加了19.7%、27.2%和30.7%.章亮等（2006）试验结 果表明，添加丁壮素（丁酸钠）组空肠上皮内淋巴细胞 数量比对照组提高29.3%,表明肠道局部免疫水平得 到提高，增强了动物的抗病能力。Manzanilla等（2006） 在断奶仔猪上研究发现，0.3%的丁酸钠能增加结肠表 面的杯状细胞数量。有试验发现，饲喂丁酸盐的肉鸡 可以有效抵抗21日龄由于球虫攻击引起的应激反 应，且在幼鸡的盲肠中存在未离解的丁酸盐与病原体 控制有关。
2.4维护胃肠道内有益微生物菌丛
动物胃肠道存在着大量的微生物，当其中的双歧 杆菌、乳酸菌等有益菌占优势时能够抑制大肠杆菌等 有害菌在肠道内的附着和增殖，从而减少消化道疾病 的发生（Meng等，1998）.可见肠道微生态的平衡对于 宿主的健康有着极为重要的意义（Floch等，2001）. 丁酸盐可以抑制病源微生物（沙门氏杆菌、大肠 杆菌、梭状芽孢杆菌等）的生长，增加有益菌群数量（乳 酸杆菌、粪链球菌等）,改善肠道微生物菌群，起到部 分替代抗生素的作用。
众所周知，丁酸是有机酸（C1-C7）的一种。由于有 机酸具有不同的化学结构，有机酸的抗菌机制是相当 复杂的，但它们具有相似的作用机制。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 在明显差异，挥发性有机酸（甲酸、丙酸、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，抑制某些大分子的代谢，破坏病原菌细胞膜的 完整性，从而达到杀菌作用。挥发性有机酸盐（如丁酸 盐）尽管不能降低病原菌细胞间质的pH值，不能以酸 的形式渗透进入病原菌细胞内发挥杀菌作用，但也具 有抗菌作用，其作用强弱依赖于有机酸盐的溶解性。 如挥发性有机酸的钠盐全溶于水，而钙盐只有部分可 溶，因而体外抑菌试验中，丁酸钠的抑菌效果要比甲 酸钙和丙酸钙的强，此外有机酸的二价盐体外抑菌效 果优于饱和度高的有机酸盐。
Brul等（1999）总结了有机酸的作用模式：破坏细 菌细胞膜；抑制细菌的基础代谢功能；调节细菌内的 pH值和有毒阴离子在细菌内的聚集。研究认为，仅非 解离的有机酸（非离子化）才能产生明显的抗菌效果， 解离形式的有机酸即使是很大的浓度也没有理想的 抗菌效果（Presser等1997）,非解离的有机酸能经过 被动扩散通过细菌的细胞壁，进入细胞后，由于胞内 的pH值接近于7,高于有机酸的解离度，有机酸解 离，胞内pH值下降。有些细菌就是不能够耐受这种跨 膜的pH值梯度而受到抑制，因为胞内的H+的增加， H+就要依赖于ATP酶将H+泵出细菌细胞内，而这一过程是耗能的，所以细菌会衰竭而死。但是，Canib等 （2002）报道，在没有明显降低胃肠道pH值的情况下有 机酸有较强的杀菌作用。有机酸除可通过降低肠道 pH值而影响微生物外，阴离子还具有独特的杀菌功 能。大量阴离子在胞内积聚，从而改变胞内的渗透压 而造成细菌中毒，如糖酵解和核酸合成的停止、酶解 反应受阻（脱羧酶和过氧化氢酶等）等（Canibe等，2001）. 考虑到肠道内的pH值条件，Russell等（1992）认为， 有机酸对微生物的作用主要是通过其阴离子而实现 的。有机酸的抗菌效果随着有机酸碳链的增长和不饱 和度的增加而增强（Foegeding等，1991）.
有研究表明，在暴露于短链脂肪酸的肠炎沙门 氏菌鼠伤寒血清变种存活试验中，丁酸盐和戊酸盐 可以起到最有效的杀菌作用。虽然在幼龄鸡远端小 肠和盲肠中短链脂肪酸的水平迅速降低，但是，到15 日龄左右时，短链脂肪酸水平增加。除了杀菌活性 外，Galfi等（1990）报道丁酸钠能维护胃肠道内有益 微生物菌丛。
M.Castillo等（2006）给早期断奶仔猪日粮添加3 种（0.04%的阿维霉素、0.3%丁酸钠和0.03%植物提取 物）添加剂，观察它们对胃肠道微生物的定植、代谢活 动以及微生物结构群落的影响，结果发现，所有添加 剂组增加了微生物（如乳酸杆菌）的数量，与对照组相 比，中药提取物组和丁酸钠组显着增加了乳酸杆菌与 肠道细菌的比率（lactobacilli:enterobacteria ratio）.采用 PCR-RELP（限制性片段长度多态性）法测定空肠内菌 群生态学变化发现，0.3%的丁酸钠使菌群结构发生了 最大的变化并显着高于其它2种添加剂组。
G.Biagi等（2007）在体外发酵试验中使用不同剂 量（60、120和240 mmol/l）的丁酸钠发现，它能影响盲 肠微生物系统，极显着降低了总的产气量（P<0.01）,同 时它也降低了产气频率。在体内试验中，丁酸钠对盲 肠和空肠的乳酸杆菌、梭菌属、大肠杆菌无显着影响， 但极显着增加了盲肠pH值和异丁酸浓度（P<0.01）. pH值的增加能抑制病源微生物（沙门氏杆菌、大肠杆 菌、梭状芽孢杆菌等）的生长，减少动物腹泻。
2.5其它作用
除了上述明显的作用特点以外，丁酸钠还有其它 作用：①丁酸钠具有特征性气味，能诱导动物采食。断 奶后幼畜对日粮中母源性物质仍然保留依赖性。猪奶 干物质中含有超过3.8%的丁酸盐，因此，丁酸钠在仔 猪教槽料和反刍动物代乳料中的作用尤为明显（章亮 等，2006）.②改善结肠血液循环，有利于肠道术后创 口愈合（Cook等，1998;李雄彪等，2006）.③丁酸钠能增 加葡萄糖甙（脂）酰鞘氨醇的合成，防治结肠细胞编程 性死亡，抑制肠粘膜的炎症反应。调节结肠上皮细胞 抗菌肽（cathelicidin）mRNA的表达，有利于降低肠道 疾病发生率。减少细菌或食物抗原跨粘膜迁移，有利 于结肠炎的愈合和降低腹泻率（张孝卫等，2005;Mototeru 等，2007;Markus Schwab等，2007）.④刺激胰腺分泌， 增加胰高血糖素和胰岛素水平，进一步刺激结肠上皮 细胞的生成。胰消化酶水平也得到提高，肠腔内乳糖、 麦芽糖和蔗糖浓度大幅提升（H.Sano等，1995）.⑤葡 萄糖的跨膜转运是细胞利用葡萄糖的主要限速步骤。 目前研究表明，这一过程依靠细胞膜上葡萄糖运载体 （GT）来完成。Takano等（1988）研究表明，在培养液中 加入丁酸钠，能显着增加猪肾脏细胞葡萄糖运载体 mRNA的表达。
3丁酸钠在动物生产中的应用
3.1应用效果
3.1.1在猪上的应用效果
Galfi等（1990）在猪断奶后饲喂含丁酸钠的日粮， 结果表明，试验组猪日增重提高了23.5%,日采食量 增加了8.9%,由于提高了饲料转化率，实际的饲料消 耗减少了11.8%.Piva等（2002）利用20头8周龄仔猪 [（9.2±1.4）kg]研究丁酸钠对断奶仔猪生产性能影响， 结果表明，在仔猪日粮中添加丁酸钠0.8 g/kg,提高了 仔猪的平均日增重20%和采食量16%（P<0.05）. 郭小华等（2005）选取28日龄健康、体重一致的断 奶仔猪108头，分为3个处理组：丁酸钠组（基础日粮+ 0.1%丁酸钠）、抗生素组（基础日粮+60 mg/kg盐霉素）、 复合组（基础日粮+0.1%丁酸钠+60 m/kg盐霉素）,结果 发现仔猪日粮中添加丁酸钠可以提高营养物质的表 观消化率。罗海祥（2006）在断奶仔猪日粮中添加0.1% 丁酸钠可显着提高断奶仔猪的平均日增重（P<0.05）, 降低料重比，在断奶仔猪的日粮中添加0.1%丁酸钠 可以降低仔猪腹泻率，尤其是断奶后7 d效果显着 （P<0.05）.Manzanilla等（2006）给早期断奶仔猪日粮 添加0.3%丁酸钠得到了类似的结果。
3.1.2在鸡上的应用效果
Nollet等（2005）研究了不同剂量的丁酸钠（0、50、 100、250、500 mg/kg）对蛋鸡生产性能的影响，结果发现，随着丁酸钠剂量的增加，蛋鸡产蛋率不断提高，料 蛋比逐渐降低，但对蛋重没有影响。
Pinchasov等（1989）研究发现，与丙酸盐等其它有 机酸盐不同，丁酸盐不限制采食量。李凯年（2006）报 道，饲喂0.2%丁酸盐对肉鸡采食量无不良影响，且 0.2%丁酸钠组肉鸡体重最高；在整个42 d肉鸡生长 期中，饲喂0.4%丁酸盐甘油酯对肉鸡的生产性能没 有副作用。
Hu等（2007）给鸡饲粮中添加不同水平（500、1 000、 2 000 mg/kg）的丁酸钠发现，500、2 000 mg/kg的丁酸 钠能显着增加0～21日龄的鸡体重（P<0.05）;日粮添 加丁酸钠对0～42日龄肉仔鸡饲料报酬（FCR）的影 响呈正二次回归方程反应（P<0.05）,与对照组相比 2 000 mg/kg丁酸钠能显着提高饲料转化率。
3.1.3在反刍动物上的应用效果
王星所等（1996）用3种SCFA钠盐溶液灌注皱 胃，观察其对山羊血清胃泌素水平的影响，结果表明： 向皱胃内灌注乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠盐溶液后，血 清胃泌素水平显着升高。李祥（2000）等研究挥发性脂 肪酸灌注对山羊血浆胃动素水平的影响表明，灌注挥 发性脂肪酸可以提高山羊血浆胃动素水平。瘤胃内输 注乙酸、丙酸、丁酸后的血浆胃动素水平极显着高于 对照组（P<0.01）,皱胃输注丙酸或丁酸后的血浆胃动 素水平显着高于对照组（P<0.05）.刘记强等（2006）也得 到类似的结论。 Dirksen等（1995）研究指出，瘤胃发酵终产物会 影响瘤胃乳头的生长。研究表明，丁酸能刺激瘤胃上 皮发育，幼龄反刍动物瘤胃上皮的发育主要依赖碳水 化合物发酵所产生的SCFA,相比之下，大体积纤维性 饲料的刺激并不重要。根据试验结果学者们推测，随 采食量增加，瘤胃上皮组织的代谢强度增加，而其中 乙酸、丙酸代谢量无显着变化，仅有丁酸代谢量增加 接近显着水平，认为采食量增加引起的丁酸产量增加 可能刺激了瘤胃上皮代谢，使瘤胃乳头增生和瘤胃组 织重量增加。
Iriki等（2007）给哺乳小牛瘤胃内注射不同剂量（0、 22、44 g）的丁酸，观察其对血浆中血管加压素和酮体 浓度的影响发现，丁酸组增加了血浆中酮体浓度并成 剂量依赖性，且其持续时间长达4 h;同时丁酸组的血 管加压素浓度也显着增加，且在15 min～2 h内，44 g 剂量组血浆中血管加压素的浓度显着高于22 g剂 量组（P<0.05）.这说明丁酸可能有助于提高肝的生 酮作用。
3.2丁酸钠应用的注意事项
目前，丁酸钠在动物生产上的应用方式主要是在 动物饲料中添加丁酸钠产品（丁壮素、佳宝育、肠益 健）.Nollet等（2005）注意到，动物饲粮中添加500 mg/kg 丁酸钠就可显着提高鸡生产性能，可见丁酸钠具有极 高的效率。但对于其添加剂量应视动物种类、年龄、生 理状况、饲养环境和饲养管理方式等不同而有所差 异。如果添加量不足则无法体现其效果达不到生产要 求。不同的研究中丁酸钠的添加剂量差异较大，丁酸钠 在肉鸡和蛋鸡饲粮中的添加剂量为500～2 000 mg/kg （Nollet等，2005;Hu等，2007）,而在猪饲粮中的添加 剂量为0.1%~0.17%（郭小华等，2005;Galfi等，1990）. 丁酸钠在动物饲粮中的添加剂量不同可能与丁酸钠 产品性状、肠道微生物发酵产生的SCFA,尤其是丁酸 的含量、畜禽品种有关，但其适宜添加剂量还有待于 大量的试验研究来确定。
4结语
丁酸钠作为一种新型的饲料添加剂因其独特的 营养生理特性而日益成为最具潜力的动物保健品和 抗生素替代品。然而，丁酸钠的研究历史还很短暂，且 在畜禽上应用的报道还较少，尚有许多问题没有被认 知。因此丁酸钠未来在动物营养上的研究发展方向应 是：①针对丁酸钠在猪、鸡和反刍动物等畜禽上的应 用进行系统研究，了解其对动物营养生理、肠道微生 态、免疫机能等的影响；②对丁酸钠影响动物肠道菌 群、营养物质代谢和免疫机能的确切机制作进一步研 究，为丁酸钠的合理应用提供依据；③进一步进行大 规模试验，以确定不同纯度丁酸钠产品在不同动物饲 料中的适宜添加剂量，为在饲料工业中合理使用丁酸 钠提供参考。
