新型飼料添加劑二甲酸鉀研究綜述

發(fā)布日期：2020-06-22 作者：點(diǎn)擊：

二甲酸鉀，在2001年被歐盟批準(zhǔn)的第一個(gè)非抗生素飼料添加劑，并于2005年被我國農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)，到目前已積累了10多年的相對成熟的應(yīng)用方案，國內(nèi)外無數(shù)篇研究論文均有對豬生長各階段作用的報(bào)道，山東華瑞牧業(yè)在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝開發(fā)出含量≥98%的（鉀樂），效價(jià)更高。

中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所林波

摘要：二甲酸鉀是近年來發(fā)展較快的一種新型飼料添加劑，屬于酸化劑的一類。研究表明二甲酸鉀添加到動(dòng)物飼料中具有降低腸道pH、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、提高飼料消化率的功能。目前二甲酸鉀已在歐洲取得廣泛應(yīng)用，國內(nèi)的研究和應(yīng)用也取得了巨大進(jìn)展。文章綜述了二甲酸鉀的理化性質(zhì)和作用機(jī)理，并介紹了近年來在該領(lǐng)域的相關(guān)研究成果。

關(guān)鍵詞：二甲酸鉀；添加劑；應(yīng)用;

2006年1月1日，歐盟已全面禁止抗生素類添加劑在動(dòng)物飼料的應(yīng)用，隨著各國對于畜產(chǎn)品健康問題的關(guān)注，可以預(yù)見，越來越多的國家和地區(qū)將限制抗生素添加劑的應(yīng)用。尋找新型飼料添加劑以替代目前仍然廣泛使用的抗生素飼料添加劑已是飼料行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

近年來，有機(jī)酸類飼料添加劑由于可保持腸道的酸性環(huán)境，抑制大腸桿菌，沙門氏桿菌等有害菌的生長，且對動(dòng)物無不良作用，已得到長足發(fā)展。但有機(jī)酸類添加劑目前還存在應(yīng)用效果不穩(wěn)定，添加量較大而導(dǎo)致成本較高等問題，限制在飼料工業(yè)的廣泛應(yīng)用。

甲酸是相同單位重量下酸性最強(qiáng)的有機(jī)酸，添加到豬飼料中可抑制腸道中的有害菌,促進(jìn)動(dòng)物健康(Kirchgessner等,1992;Canibe等,2005)，但由于甲酸具有氣味刺鼻、腐蝕性強(qiáng)、適口性差等缺點(diǎn), 限制了其在飼料中的使用(verland 等,2000)。而二甲酸鉀作物甲酸的一種鹽則彌補(bǔ)了甲酸的不足，早在2001年，二甲酸鉀就被歐盟批準(zhǔn)為第一種用于替代抗生素的非抗生素促生長劑，目前已成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。

二甲酸鉀作為飼料添加劑的現(xiàn)狀

雖然二甲酸鉀的結(jié)構(gòu)早在上世紀(jì)早期就已確定，但將二甲酸鉀用作飼料添加劑的應(yīng)用卻起步較晚，源自上世紀(jì)90年代中期的歐洲。Paulicks,B R(1996)研究了不同劑量二甲酸鉀對生長小豬生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果表明二甲酸鉀能改善仔豬生長性能，提高飼料轉(zhuǎn)化效率。隨后越來越多的研究證實(shí)二甲酸鉀具有顯著抑制斷奶豬和生長豬消化道有害菌，促進(jìn)機(jī)體氮代謝，改善胴體品質(zhì)等功能，而且安全無害 (Kirchgessner 等, 1997;Roth等, 1998;verland et al., 2000)。

2001 年二甲酸鉀作為一種新的飼料添加劑正式被歐盟批準(zhǔn)使用, 是歐盟批準(zhǔn)的第一種用于替代抗生素促生長劑的非抗生素飼料添加劑( Commission Reg. No.1334/ 2001)。目前由BASF公司研制開發(fā)的以二甲酸鉀為主要成分的飼料添加劑已被歐共體、瑞士、挪威批準(zhǔn)在仔豬和育肥豬飼料中作為促生長劑使用。2003 年歐盟又通過了指導(dǎo)性法規(guī)( 70/524/EEC 和EC 676/2003) , 批準(zhǔn)將商品FORMITM LHS 的最高添加劑量提高至1.2%和1.8%。2005 年7月歐盟發(fā)布補(bǔ)充性委員會(huì)法規(guī)( 70/524/EEC 和EC 1200/2005) ,批準(zhǔn)二甲酸鉀作為促生長劑在母豬飼料中使用。在我國，由中國農(nóng)科院飼料所等單位開發(fā)的以二甲酸鉀為主要成分的產(chǎn)品也于2005年被批準(zhǔn)作為一種新飼料添加劑投入使用。

二甲酸鉀理化性質(zhì)

二甲酸鉀(potassium diformate , k-diformate)是一種有機(jī)酸鹽，分子式: KH(COOH)2, 分子量：130.14。它是由2個(gè)甲酸根離子和1個(gè)鉀離子組成的一種白色或微黃色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，易溶于水，干燥、無味，其熔點(diǎn)大約為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。

二甲酸鉀的優(yōu)勢及作用機(jī)制

二甲酸鉀作為動(dòng)物飼料添加劑具有如下優(yōu)勢：

其一，二甲酸鉀是最簡單有機(jī)酸的衍生物，沒有與致癌物質(zhì)類似的結(jié)構(gòu)，對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物小鼠的研究也表明，二甲酸鉀急性毒性水平較低，且無遺傳毒性，滿足作為飼料添加劑的要求(黃小春，2006)。

其二，二甲酸鉀作為一種有機(jī)酸鹽，相比有機(jī)酸而言具有揮發(fā)性低，無不良?xì)馕?/span>；固體狀易于飼料加工；易溶于水、腐蝕性低等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)(Partanen和Mroz, 1999)。

其三，二甲酸鉀的單位效價(jià)較高，據(jù)報(bào)道0.65%的二甲酸鉀相當(dāng)于0.44%的甲酸，但是效果已經(jīng)顯著地優(yōu)于0.85%的甲酸。

其四，二甲酸鉀合成原料價(jià)格低廉，合成工藝簡單，產(chǎn)品回收率和純度較高，易進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，按年產(chǎn)300t 產(chǎn)品計(jì)算，僅約需設(shè)備投資120 萬元(鐘國清，2006)?？梢姡陨细鲀?yōu)勢的組合最終促成了二甲酸鉀在飼料工業(yè)中的快速商業(yè)化應(yīng)用。

二甲酸鉀的抗菌促生長作用機(jī)制同甲酸相似，斷奶仔豬飼喂二甲酸鉀后，在動(dòng)物胃部被解離成鉀離子和甲酸，隨食糜的運(yùn)動(dòng)進(jìn)入腸道發(fā)揮作用。由于甲酸是單位重量有機(jī)酸中酸性最高的酸(張若寒，2006)，且是一種親脂性分子，能在電化學(xué)梯度的作用被動(dòng)運(yùn)輸擴(kuò)散通過細(xì)菌細(xì)胞膜，在堿性的細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中釋放出氫離子(H+)和甲酸根離子(HCOO+)而強(qiáng)烈的抑制細(xì)菌生長(Lueck，1980;Russel，1992)。二甲酸鉀對斷奶后七天的仔豬腸道細(xì)菌的抑制效果如表。

此外，二甲酸鉀進(jìn)入腸道后能降低腸道pH值。Mroz等(2000)報(bào)道仔豬飼喂二甲酸鉀65分鐘內(nèi)使得十二指腸的pH值就顯著的降低了0.3-0.5， 4小時(shí)后二甲酸鉀的絕大部分(93%)有效成分進(jìn)入十二指腸發(fā)揮作用，而維持腸道低pH值可提高各種消化酶的活性從而提高日糧的消化率(唐春祥，2006)，這可能是二甲酸鉀促進(jìn)了飼料利用效率的原因。二甲酸鉀的所有組分都可被動(dòng)物吸收，甲酸在肝臟內(nèi)被代謝成CO₂和H2O，而鉀離子可用于維持細(xì)胞和機(jī)體的酸堿平衡，協(xié)助物質(zhì)運(yùn)輸?shù)裙δ?Makar,1990; Millk，1995)?？梢?，二甲酸鉀的代謝產(chǎn)物對動(dòng)物無不良作用，綠色安全，且能起到補(bǔ)鉀的作用。

二甲酸鉀的應(yīng)用效果

4.1 二甲酸鉀對豬的應(yīng)用效果

Roth等(1998)在不同賴氨酸水平(0.875,1.0, 1.125,和1.25%)日糧中添加二甲酸鉀以研究其對氮代謝的影響，結(jié)果顯示二甲酸鉀可降低糞和尿的N排出10%,并增加機(jī)體N沉積7%，N的利用率從62.4提高到66.2%，雖然日糧賴氨酸也能增加機(jī)體N沉積，將N的利用率從55.7提高到71.6%，但增加了N的排出量。Mroz(2002)的研究也表明添加二甲酸鉀可提高機(jī)體氮沉積3.7%?？梢姡?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(255, 0, 0);">二甲酸鉀可提高機(jī)體氮利用率并減少豬場N排放量。.

在二甲酸鉀替代抗生素的效果方面，王文杰等(2006)以二甲酸鉀作為生長促進(jìn)劑替代抗生素飼喂商品豬。對照組飼喂含有規(guī)定量抗生素飼料添加劑的日糧，試驗(yàn)組則在小豬、中豬和大豬3 個(gè)階段分別在日糧中以1.2%、0.8%和0.6%的二甲酸鉀完全替代抗生素飼料添加劑。結(jié)果到出欄時(shí)抗生素和二甲酸鉀處理組的平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率分別為697g、2.950 和727 g、2.975，無顯著性差異(P >0.05)。結(jié)果表明日糧中添加二甲酸鉀有促進(jìn)豬生長的效果，與添加抗生素的效果沒有顯著差別。二甲酸鉀組和抗生素組腹瀉率分別為15.65%和6.83，相比于未添加組都顯著降低了腹瀉率。

Paulicks( 2000) 研究不同谷物和不同能量濃度飼料中添加二甲酸鉀對斷奶仔豬生長性能的影響, 添加二甲酸鉀可提高日增重和采食量分別達(dá)到14%和9%, 在大麥、小麥-大麥、小麥-玉米的混合日糧中添加二甲酸鉀可使飼料轉(zhuǎn)化效率分別提高6%、4%和7%。

Papenbrock(2005)研究了飼料粉碎粒度和和二甲酸鉀對于豬腸道沙門氏菌和大腸桿菌的影響，結(jié)果顯示飼料粗粉碎和二甲酸鉀結(jié)合可降低豬沙門氏菌的排出率和在豬群中的感染率，縮短沙門氏菌的排出期限。而二甲酸鉀的添加具有降低腸道大腸桿菌的數(shù)量的趨勢，粗粉碎則具有增加腸道乳酸桿菌的趨勢?？梢?，將二甲酸鉀與飼料的特殊加工工藝結(jié)合起來可取得良好的組合效應(yīng)。Blanchard( 2002) 概述了二甲酸鉀在豬飼料中作為抗菌促生長劑的作用, 提出二甲酸鉀是后抗生素時(shí)代的一種替代豬用生長促進(jìn)劑。

此外，二甲酸鉀還具有改善豬胴體肉質(zhì)的功能(verland等，2000;Mroz等，2002)，但對其機(jī)理還不甚明了，可能是二甲酸鉀促進(jìn)了氮代謝，而有利于氨基酸合成的緣故。

4.2 二甲酸鉀對其他動(dòng)物的應(yīng)用效果

相比而言，二甲酸鉀在豬飼料中的應(yīng)用研究報(bào)道較多，但對于家禽和水產(chǎn)動(dòng)物中的報(bào)道還相對較少。Selle等(2004) 在肉仔雞日糧中添加不同水平的二甲酸鉀,結(jié)果表明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,同時(shí)日增重也有上升的趨勢。當(dāng)二甲酸鉀的添加量為6 g/kg時(shí)效果最明顯,采食量和日增重分別提高了9.3%和5.3% ,但飼料轉(zhuǎn)化率差異不顯著。黃小春等(2006)報(bào)道，日糧中添加4.5 g/kg 二甲酸鉀可顯著促進(jìn)前期肉仔雞的生長, 顯著提高飼料轉(zhuǎn)化率, 達(dá)到與黃霉素相似的效果。此外添加二甲酸組降低了盲腸大腸桿菌數(shù)量的同時(shí)也降低了乳酸菌，但提高了乳酸和大腸桿菌的比例。

對于水產(chǎn)動(dòng)物二甲酸鉀的應(yīng)用研究報(bào)道還較少見。何夙旭等(2006)向南美白對蝦飼料中添加0%、0.8%及1.5%的二甲酸鉀，結(jié)果顯示0.8%二甲酸鉀水平組蝦的存活率、飼料系數(shù)及日增重顯著優(yōu)于對照組與1.5%組蝦(P<0.05)。說明二甲酸鉀可改善蝦的生長性能、提高飼料利用率及蝦的存活率。但對于二甲酸鉀在水產(chǎn)動(dòng)物的應(yīng)用還應(yīng)研究其在水體中的。

未來發(fā)展方向

Jensen和Danielsen (1998)研究添加二甲酸鉀的同時(shí)添加銅的作用效果，結(jié)果表明添加1.2%的二甲酸鉀到低銅飼料中可促進(jìn)豬日增重和飼料轉(zhuǎn)化率。而添加到高銅飼料(150ppm)時(shí)則沒沒有效用。一些研究認(rèn)為飼料中添加有機(jī)酸會(huì)影響礦物元素的消化，吸收和代謝(Partanen 等 1998; Jongbloed等.,2000; Mroz等, 2000a)，但Mroz(2002)的研究認(rèn)為添加二甲酸鉀及其組成成分并未影響Ca,總P和K的沉積。因此，對于二甲酸鉀與礦物元素之間的作用關(guān)系尚待進(jìn)一步研究。

二甲酸鉀在早期斷奶豬中的應(yīng)用雖然能降低仔豬的腹瀉率，但相比抗生素而言效果還不太明顯，兩者都不能阻斷腹瀉的發(fā)生(王文杰，2006)，可見二甲酸鉀在早期斷奶豬中的應(yīng)用還有待研究和改進(jìn)。此外，現(xiàn)代飼料加工工藝對添加劑的穩(wěn)定性要求較高，二甲酸鉀能否耐受飼料制粒過程中的高溫高壓是影響其實(shí)際應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素，對此展開研究可極大的促進(jìn)二甲酸鉀在飼料工業(yè)中的普遍推廣。

綜上所述，二甲酸甲作為新一代的飼料添加劑具有無污染、抗菌性強(qiáng)、合成工藝簡單等特點(diǎn)，符合當(dāng)今及未來采用非藥物和抗生素添加劑作為生長促進(jìn)劑的主流，在未來的畜牧飼料行業(yè)將具有較大的發(fā)展前途。