◆作者：翟亚峰 徐银龙 李彬 钟玉宜

◆单位：1.欧密伽畜牧有限公司；2.阿肯色大学动物科学学院

抗生素的促生长和抑菌、杀菌效果在畜禽水产养殖，乃至特种经济动物养殖十分显著，因而被广泛应用。随着细菌耐药性问题不断突出，无抗日粮是全球畜牧业发展的必然趋势。畜牧业要实现无抗化需要饲料品质管控、合理营养供给、科学饲养管理以及遗传育种等方面相互衔接和配合。甲醛在欧洲实现无抗的进程中，发挥了重要的作用。尤其是在保障饲料卫生安全和避免饲料生产过程中的交叉污染方面发挥了不可替代的作用。欧盟食品安全局的报告显示，每吨全价饲料添加0.2～1kg 甲醛，即可有效杀灭大部分有害微生物。Moustafa 等（2002）研究发现，在饲料中接种鼠伤寒沙门氏菌后，添加0.5%～1%的甲醛溶液能迅速杀灭饲料中的沙门氏菌。另有研究报告表明（WALES 等，2010；CARRIQUE MAS 等，2007；BERGE等，2012），使用甲醛可以有效控制饲料和饮水中的沙门氏菌及其他病原菌，很大程度地减少环境中的病源微生物。

甲醛虽然具有极强的抑菌效果，但使用不当会对人的健康造成严重危害。甲醛对皮肤粘膜有刺激作用，高浓度吸入会出现严重的呼吸道刺激并伴随头痛。其次，甲醛接触到皮肤会产生色斑、过敏性皮炎等症状。另外，人体吸入甲醛后会诱导DNA 损伤，引发致畸、致癌作用（KIM等，2011）。考虑到甲醛对人身健康的危害，欧盟食品安全局于2018 年8 月通过了禁止将甲醛用作饲料添加剂的决议。后甲醛时代的最适合替代品是什么？已经成为了欧洲畜牧业专家学者探讨的热点话题。欧盟食品安全局经过试验对比，通过（EU）2017/940 文件，批准甲酸作为“饲料卫生增强剂”，适用于所有动物种类（见表1，EC,2017）。

1 甲酸替代甲醛作为饲料卫生增强剂是科学有效的选择

1.1甲酸具有极强的抑菌效果

甲酸是最小的有机酸，分子式为H2CO2,分子量为46.03。甲酸以酸分子形式高效地直接进入细菌体内（pH≈7.0）（如图1），导致菌体内pH 值下降，细菌不得不通过H+-ATP 泵，消耗大量能量排出氢质子，导致细菌最终耗能凋亡。同时，羧酸根负离子能抑制DNA 和蛋白质的合成，使细菌无法繁殖，达到杀菌效果（Dibner 等，2002；Partanen 等，1999）。比较不同有机酸的抑菌效果的结果显示（Strauss 等，2001），甲酸对大肠杆菌、沙门氏菌等病原菌具有很强的抑制效应（见表2）。

1.2甲酸具有酸化和营养功能

甲酸溶液的pH 值约为1.25，系酸力（ABC4）为-13550 meq/kg。甲酸属于短链脂肪酸，能值为11.34 MJ/kg。这些特征使得甲酸在饲料和胃内具有很好的酸化作用，而在动物肠道又具有很好的营养功能（Suryanarayana 等，2012）。

Eidelsburger 等（1992）研究表明，断奶仔猪饲喂含1.25%的甲酸日粮，采食后的3 小时检测到胃内容物中pH 值和氨的含量显著下降，检测到十二指肠内的大肠杆菌和肠球菌数量也显著下降。Eckel 等（1992）在断奶仔猪日粮中分别添加0.6%和1.2%的甲酸，结果发现饲料中蛋白和能量的表观消化利用率明显上升，分别提高了3.8%和1.9%。通过在线系酸力分析软件分析得出，断奶仔猪日粮中添加0.5%的甲酸，系酸力ABC4 可以降低68 meq/kg（如图2）。

Maribo 等（2000）通过对猪的肠道内容物分析结果发现，日粮中添加0.7%甲酸，肠道内容物中含有4.4%以上的甲酸。这与Kirsch（2011）有关甲酸的研究结果相似，日粮中添加0.5%甲酸，肠道内容物中含有5.5%以上的甲酸。这也就说明，甲酸可以通过胃，一部分达到肠道，在肠道中抑菌或被肠上皮细胞吸收利用（Gabel 等，2004）。

表1 （EU）2017/940 文件中关于甲酸的使用具体说明

图1 甲酸分子杀菌作用机制图

表2 不同有机酸对常见病菌的最低抑菌浓度(MIC)

1.3 甲酸可以保障“三线一体”的安全和避免交叉污染

图2 甲酸对段奶仔猪日粮配方系酸力(ABC4)影响图

“三线”指饲料的生产线、运输线、饲喂线。Strauss 和Hayler（2001）的研究发现，甲酸对沙门氏菌的最低抑菌浓度（MIC）仅为0.1%。甲酸的沸点100.8 ℃，具有一定的挥发性，在饲料原料中或者生产过程中添加甲酸，可以确保整个饲料生产系统的清洁同时避免交叉污染。甲酸以有机酸分子形式存在饲料中，也可以确保饲料在运输过程中的卫生安全，使用甲酸来预防和解决饲料中沙门氏菌的问题具有很高的科学性和 有 效 性（Axmann 等，2017；Gómez-garcía 等，2019）。

“一体”指动物机体。甲酸属于短链脂肪酸，到达动物肠道后可以被吸收利用，不会对动物机体构成危害。

2 甲酸及其衍生物在全球畜牧业中使用情况

目前，欧洲、泰国以及北美等国家的大型饲料和养殖企业，都普遍使用甲酸预防和控制饲料以及肉蛋中的沙门氏菌问题。欧盟食品安全局表示，每年甲酸总产量的1/3 用农业生产中，主要用来控制饲料中微生物的生长、确保安全卫生。

但是，甲酸具有强烈的刺激性气味和腐蚀性，对眼睛、呼吸道和皮肤具有强烈的刺激和破坏，对运输设备和储存设备有严格的要求。欧盟食品安全局也在（EU）2017/940 文件中，明确规定了甲酸在全价料中使用的最大添加剂量为1%。因此大大限制了甲酸在畜牧业中大规模的使用，随着科技的发展，无刺激、安全的甲酸衍生物相继被开发出来，目前可分为甲酸盐类，苯甲酸及其盐类和二甲酸及其盐类三种。

甲酸盐类中甲酸钙应用最为广泛，甲酸钙pH 值为中性，易溶于水，甲酸根含量69%，无刺激，无腐蚀（Lawlor 等，2006）。但是甲酸钙不具有直接杀菌和酸化的作用，甲酸钙必须在胃内或酸性条件下先转化为甲酸分子，才能发挥杀菌和降低pH 值的作用（Kim 等，2005）。Partanen 等（2002）的研究发现仔猪日粮中添加0.8%甲酸，可显著降低断奶后仔猪的腹泻率，而同等剂量的甲酸钙对腹泻无改善作用。Eidelsburger 等（1992）研究表明，断奶仔猪日粮中添加1.8%的甲酸钙，对胃内容物中pH 值和氨的浓度没有影响，但对十二指肠中大肠杆菌和肠球菌的数量有抑制效应。该试验结果也间接证明了甲酸钙必须在酸性条件下，置换出甲酸才能发挥抑菌效果。因此甲酸钙在动物消化系统内具有一定的杀菌抑菌作用，在饲料中是以甲酸根离子形式存在，杀菌抑菌作用较弱。

苯甲酸也称安息香酸，常温下具有甲醛气味的针状结晶，难溶于水，1%溶液的pH 值为3.45左右。苯甲酸具有抑制真菌、细菌、霉菌生长的功能，在饲料生产中用添加用作防霉剂。欧盟食品安全局发布法规（EU）2018/1550，批准苯甲酸作为饲料添加剂用于断奶仔猪和育肥猪，规定断奶仔猪日粮的最大添加量为5 000mg/kg 全价饲料，育肥猪日粮的最大添加量为10000 mg/kg 全价饲料。有研究报告表明（Torrallardona 等，2007），断奶仔猪饲料中添加0.5%的苯甲酸可改善生长性能，这可能与苯甲酸改善动物肠道菌群多样性有关。但是苯甲酸在家禽上的研究结果并不是很理想，Józefiak 等（2007）在肉鸡上的研究发现，苯甲酸添加剂量超过0.25%时，对肉鸡的采食量和饲料转化效率均有负效应。一方面可能是苯甲酸特殊的甲醛气味，影响采食。另一方面是苯甲酸在动物机体内的代谢需要结合甘氨酸，在肝和肾脏中形成马尿酸，随尿液排出（Torrallardona 等，2007；Corzo等，2004）。这样会导致动物体内甘氨酸水平降低，一定程度影响动物生长性能。这也可能是欧盟食品安全局没有批准苯甲酸应用在家禽上的一个因素。在使用高剂量苯甲酸时，饲料配方应注意补充甘氨酸。

二甲酸盐类主要是二甲酸钾，是由甲酸和甲酸钾通过氢键缔合而成的二聚体，为白色或微黄色结晶粉末，具有较弱的甲酸气味，流散性较好，但是吸湿性强。二甲酸钾易溶于水，1%溶液的pH 值为3.5 左右，甲酸含量35%以上，甲酸根含量40%以上。二甲酸钾在酸性条件下较稳定。日粮中添加高剂量的二甲酸钾，对动物生长性能和肠道健康均有改善。Canibe 等（2001）的研究表明，在断奶仔猪日粮中添加1.8%的二甲酸钾可以减少粪便和消化道中总厌氧菌、大肠菌和酵母菌的数量，但不影响胃和肠道内容物的pH 值。Ragaa 等（2016）研究发现，饲料中添加0.5%二甲酸钾，能显著提高肉鸡的生长性能、降低饲料转化效率，同时改善机体免疫指标、肠道健康。

二甲酸是由两个甲酸分子通过分子间作用力聚合而成的甲酸二聚体，具有甲酸气味的棕色液体，同时兼具无腐蚀、无刺激性的特点。1%浓度二甲酸溶液的pH 值2.5 左右，甲酸含量65%以上。二甲酸是通过释放甲酸分子发挥杀菌抑菌作用，理论上具有和甲酸一样的杀菌抑菌效果。本实验的初步研究结果表明，猪PAM细胞和非洲猪瘟病毒（ASFV）混合培养15 分钟后，猪PAM细胞被病毒感染，细胞表面出现红色斑点（如图3B，数据未发表）。添加4.5mL/L 浓度的二甲酸30 分钟后，猪PAM 细胞表面红色斑点消失，推测病毒失活。同时研究也发现，添加3 mL/L 浓度的甲醛，也能达到同样的效果（如图4，数据未发表）。

图3 猪PAM 细胞和ASFV 感染的猪PAM 细胞电镜图

图4 猪PAM 细胞感染ASFV 后分别添加二甲酸和甲醛培养不同时间点电镜图

3 小结

甲酸具有极强的杀菌抑菌效果，兼有酸化和营养双重功用，成为甲醛科学有效的替代品。在全球畜牧业无抗发展的趋势下，具有非常广阔的应用前景。但是甲酸的刺激和腐蚀性等缺点限制了其在实际生产中大规模推广使用。甲酸盐和苯甲酸等作为甲酸的衍生物，弱化了甲酸刺激、腐蚀等缺点，也弱化了其酸化功能。二甲酸不仅弱化了甲酸的缺陷，同时也完全保留甲酸的优势，降低了对工人和设备潜在的危害因素，具备大规模使用的条件。但是二甲酸对病原菌尤其是对病毒的抑制效应和机理还需要进一步系统研究，为饲料和养殖业的使用提供更完善的数据和理论支撑。