◆作者:程皇座 趙曉南 胡友軍
◆單位:廣東酸能生物科技有限公司創(chuàng)新中心
2020年7月1日,我國正式全面實(shí)施畜禽飼料禁抗,自此,酸化劑、酶制劑、益生菌和植物提取物等具有替代抗生素使用潛力的添加劑引起人們更加深層次的關(guān)注。酸化劑是一種綠色無污染的功能性飼料添加劑,具有降低胃腸道pH值和抑菌的雙重作用,檸檬酸是酸化劑的一種,具有良好的理化特性,開發(fā)其在動物生產(chǎn)上更加廣泛的應(yīng)用,具有實(shí)際生產(chǎn)意義。
檸檬酸是一種大分子有機(jī)酸,又名枸櫞酸、2-羥基丙三羧酸、3-羥基-1,3,5-戊三酸。分子量為192.13,因其含有三個H+可以電離,所以有三個pKa值,分別為3.13、4.76、6.40。室溫下為白色晶體粉末或白色顆粒,常含一分子結(jié)晶水,結(jié)晶時控制適宜的溫度(分界溫度36.6℃)可獲得無水檸檬酸(其結(jié)構(gòu)式見圖1)。無臭,有很強(qiáng)的酸味。其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解,此性質(zhì)常用來鑒定和分離檸檬酸。能夠與酸、堿、甘油反應(yīng),溶于水、乙醇、乙醚,不溶于苯,微溶于氯仿。
圖1 無水檸檬酸結(jié)構(gòu)式
檸檬酸的首次發(fā)現(xiàn)起于8世紀(jì)伊朗煉金術(shù)士賈比爾,通過不斷發(fā)展和改進(jìn),形成目前深層發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)檸檬酸的主要方法。目前人們正在大力開發(fā)固定化細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器發(fā)酵技術(shù)(檸檬酸發(fā)展歷程見表1,表2)。
表1 檸檬酸國外生產(chǎn)發(fā)展歷程
表2 檸檬酸國內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展歷程
檸檬酸可由動物自身合成,也可由日糧提供,檸檬酸參與機(jī)體內(nèi)三羧酸循環(huán),三羧酸循環(huán)由Krebs于1937年提出,因?yàn)樵谶@個循環(huán)中幾個主要的中間代謝物是含有三個羧基的有機(jī)酸,例如檸檬酸,又稱為檸檬酸循環(huán)。在動物機(jī)體內(nèi),
葡萄糖以糖酵解或者磷酸戊糖循環(huán)產(chǎn)生丙酮酸,丙酮酸氧化脫羧形成乙酰輔酶A,與草酰乙酸縮合產(chǎn)生檸檬酸(檸檬酸在動物機(jī)體的代謝途徑見圖2)。
圖2 檸檬酸在動物機(jī)體內(nèi)的代謝途徑(唐茂妍等,2014)
作為酸性調(diào)味劑,刺激食欲。檸檬酸無臭,味酸,能夠掩蓋日糧中某些氣味難聞的成分,刺激動物食欲。檸檬酸飼喂動物后,酸味通過刺激口腔內(nèi)的味蕾細(xì)胞,引發(fā)與消化相關(guān)的副交感神經(jīng)興奮,引起胃酸分泌增加,提高采食量(王浩等,2012)。
檸檬酸pKa值為3.13,易在胃腸道中解離出氫離子,降低pH,提高胃蛋白酶活性,同時在低pH環(huán)境下,大部分有害菌的繁殖被抑制。
檸檬酸能與礦物元素形成生物利用率較高的配位化合物,促進(jìn)礦物元素的消化吸收,如Boling(2000)等提出,檸檬酸通過與螯合鈣競爭可以減少不溶性鈣如植酸鹽的形成。
動物熱應(yīng)激為呼吸加快,體內(nèi)CO2大量排出,血液中H2CO3下降,血液中H+濃度下降,pH上升,出現(xiàn)呼吸性堿中毒。檸檬酸在動物體內(nèi)參與三羧酸循環(huán)過程,能夠氧化生成CO2和碳酸氫鹽,緩解熱應(yīng)激。同時,檸檬酸合成能量的路徑相對葡萄糖短,能夠在應(yīng)激情況下緊急合成ATP,提高動物機(jī)體的抵抗力(劉滿仔,2011)。
檸檬酸在畜禽生產(chǎn)上的使用由來已久,相對其它單一酸而言,檸檬酸具有降低胃腸道pH、抑菌和參與機(jī)體三羧酸循環(huán)三個方面的功能,同時具有酸味,因此在動物上的應(yīng)用十分具有價值。如表3所示,檸檬酸能夠提高動物的采食量,促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收;能夠降低胃腸道pH值,減少大腸桿菌等有害菌的數(shù)量,增加乳酸桿菌等有益菌數(shù)量,同時能夠提高動物抗應(yīng)激能力和機(jī)體免疫力。目前在單胃動物、反芻動物和水產(chǎn)動物上均有使用,當(dāng)檸檬酸與其他酸化劑配合使用時,正向效果更加明顯。
表3 檸檬酸在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用效果
在全面禁抗背景下,檸檬酸在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用取得了優(yōu)異的效果,特別是與其他單一酸化劑進(jìn)行復(fù)合使用時,效果能夠得到互補(bǔ)加強(qiáng),因此,在今后的在畜牧業(yè)生產(chǎn)中,繼續(xù)深挖檸檬酸的應(yīng)用價值,探索檸檬酸與其它功能物質(zhì)的復(fù)合使用,具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的發(fā)展健康。
參考文獻(xiàn):(略)