富马酸对动物胃肠道微生物的影响研究

吴秋珏 王建军 吕佳琪 王 恬

动物胃肠道正常微生物菌群是微生物与宿主在长期进化过程中逐步形成的，它可通过粘附素与黏膜上皮细胞受体粘附，然后占位定植形成生物屏障，以阻止外来致病菌在肠道的定植（Hentges等，1970）。一旦这个屏障遭到破坏，致使病原菌占主导地位，宿主就失去了抵抗致病菌的能力，引发疾病（Conway等，1987），故维持动物机体正常的微生物区系对改善机体免疫功能，提高抗感染能力至关重要。

诸多报道指出，日粮是影响动物胃肠道微生物区系的重要因素。如日粮酸化可降低胃内容物pH值，抑制大量随饲料进入消化道的有害微生物的生长和繁殖，减少其定植于消化道后段的机会，而乳酸菌等有益菌能在一定的酸性环境下存活并繁殖（曹国文，1992；冷向军，2002；Kirchgessner等，1992）。有机酸除可通过降低肠道pH值而影响微生物外，其阴离子还具有独特的杀菌功能。富马酸（Fumaric Acid）是动物营养中一种重要的有机酸，它在动物体内具有重要的生物化学作用，本文就富马酸对动物胃肠道微生物菌群的数量及代谢方面的影响做一综述，为今后富马酸在生产中的广泛应用提供理论依据。

1 富马酸对胃肠道微生物的调节机制

1.1 生长抑制途径

酸化剂主要是通过降低胃肠道pH值或进入细菌细胞膜，抑制DNA合成，从而抑制或杀灭有害微生物，达到改善胃肠道微生物菌群的作用。实验证明，0.2%～0.4%的延胡索酸可杀死葡萄球菌和链球菌，0.4%浓度可杀死大肠杆菌，0.6%～2%浓度可杀死酵母菌。上述浓度的延胡索酸对乳杆菌的生长无抑制作用；2%或更大浓度的延胡索酸对产毒素真菌 (镰刀霉菌属、曲霉菌属、青霉菌属、白霉菌属)有抑制或杀灭作用（李国庆等，2006）。

1.2 呼吸抑制途径

有机酸的抑菌效果与菌体的呼吸方式有一定的关系，它主要是通过抑制微生物的三羧酸循环而发挥抗菌作用的。在厌氧条件下，富马酸或其盐类的抑菌效果更为显著，较低的浓度（200 mg/kg）下菌体出现自溶，从而改变微生物菌体的生长速度（汪海洪等，1993）。

2 富马酸对胃肠道的影响

2.1 对胃肠道微生物区系的影响

Gedek等（1993）研究表明，在10周龄断奶仔猪日粮中添加1.8%的富马酸，可显著降低十二指肠、空肠、回肠、盲肠和结肠中乳酸菌的数量，十二指肠、空肠和回肠中真菌的数量，十二指肠和空肠中肠球菌的数量，空肠中大肠杆菌的数量。Radecki等（1988）也指出，富马酸可以降低仔猪回肠内微生物的数量。富马酸在降低断奶仔猪胃肠道中微生物数量的同时，也可降低发酵产物的浓度（Blank等，1999）。但酸化剂对微生物的作用并不完全一致。Rislye（1992）报道，在日粮以1.5%延胡索酸酸化后，微生物群落没有发生改变，Weaklnad等(1990)也有类似报道。

在对家禽肠道微生物影响的试验中可看出，在日粮中添加富马酸（0.5%、1.0%和2.0%），并不能阻止沙门氏菌在体内的定居或降低口腔致死时鼠伤寒沙门氏菌对屠体的污染（Waldroup等，1995）。Chaveerach等（2002）也指出，通过饮水给肉鸡添加富马酸，可以减少弯曲杆菌属的交叉感染，提高胴体在食用时的安全性。Vogt等（1981）试验表明，在肉鸡日粮中添加富马酸后，并不能显著降低小肠和盲肠中总的微生物数量。但Alp等（1999）指出，富马酸可以降低回肠内微生物的数量。Pirgozliev等（2007）也指出，在肉鸡日粮中添加富马酸后，可降低回肠和盲肠中乳酸菌、大肠杆菌的数量。

在生长兔日粮中，添加富马酸并不能增加总的盲肠微生物数，但有增加淀粉分解菌的趋势（Leticia等，2005）。

2.2 对胃肠道pH值和VFA等发酵产物浓度的影响

断奶仔猪的试验表明，日粮中添加1.5%的富马酸对整个消化道的pH值、VFA的浓度和微生物群（总的厌氧菌、乳酸菌、梭状芽孢杆菌和大肠杆菌）并无影响（Risley等，1991、1992）。Gabert等（1995）也指出，在断奶仔猪日粮内添加富马酸或富马酸钠后，对回肠食糜的pH值，及其中乙酸和丙酸的浓度都无影响。当在基础日粮中添加1.5%的富马酸时，可使胃和空肠中富马酸的浓度增加（Risley等，1991、1992）。随后作者于1993年又用26～37日龄的小猪进行了第三个试验，结果发现，添加富马酸后，可使胃、空肠和盲肠中富马酸、非挥发性脂肪酸的浓度高于对照组；胃、空肠中琥珀酸的浓度高于对照组，空肠中乙酸的浓度低于对照组。酸并不能影响整个胃肠道中乳酸菌或大肠杆菌的密度。此外，作者也指出，1.5%的富马酸并不能降低肠产毒性大肠杆菌的副效应。Roth等（1992）指出，在断奶仔猪日粮中添加富马酸可以显著降低胃内容物中氨的浓度。

Sutton等（1991）用0.3%的延胡索酸钠盐进行试验发现，此添加量对整个消化道中短链脂肪酸的浓度和乳酸菌或大肠杆菌的密度无明显影响。但添加量为1%时，则使8周龄小猪胃中大肠杆菌数量减少，盲肠中VFA的浓度增加；对十二指肠、盲肠、或结肠中的大肠杆菌或整个消化道中乳酸菌的数量、VFA的浓度则无影响。也有人指出，富马酸对胃肠道不同部位中乳酸和短链脂肪酸（SCFA）的浓度无任何影响（Risley等，1992；Gabert等，1995）。Kasprowicz-Potocka等（2009）也指出，在日粮中添加富马酸后，对仔猪胃肠道食糜和粪便中细菌的数量与脂肪酸的浓度没有任何影响。

在猪日粮中添加有机酸可以有效降低胃肠道的pH 值，抑制病原菌的数量（Cole等，1968；Thomlinson等，1981；Scipioni等，1978）。Roth 等（1992）也证实，在日粮中添加1.8%的富马酸可以降低胃的pH值。但Gabert（1994）用带有回肠瘘的断奶仔猪进行试验，结果表明，在日粮中添加1.5%或3%富马酸或1.5%富马酸盐，对回肠食糜的pH值并无影响。然而，试验组仔猪回肠中总SCFA的浓度有高于饲喂对照组日粮猪的趋势。

对于富马酸能否降低家禽消化道pH值存在着相互矛盾的报道。Waldroup（1995）指出，在肉鸡日粮中添加富马酸和丙酸的混合物可改变盲肠的pH值；但在随后的报道中又指出，在被沙门氏菌感染的肉鸡中添加0.5%和2%的富马酸后，对肉鸡盲肠的pH值并无任何影响。Andreatti等（1997）也通过试验证明，在肉鸡日粮中添加富马酸对盲肠的pH值影响很小。

2.3 对胃肠道形态结构、消化酶活性的影响

富马酸在动物体内可以快速释放能量，对仔猪断奶应激后胃肠道上皮细胞的损伤有较好的修复效果（Blank等，1999）。Blank等（2001）指出，在断奶仔猪日粮中补充富马酸，可改变回肠食糜中短链脂肪酸的分子大小，从而易于纤维素的发酵分解，降低回肠食糜中葡萄糖的浓度。

在日粮中添加富马酸后，可以增加鼠消化道中丙氨酸转移酶和琥珀酸脱氢酶的活性（Tschierschwitz等，1982）。Tdchier等（1982）报道，在高蛋白质日粮中添加延胡索酸，可提高天门冬氨酸转移酶、丙氨酸转移酶和琥珀酸脱氢酶的活性。

2.4 对反刍动物瘤胃发酵的影响

延胡索酸是瘤胃微生物发酵底物生成丙酸的中间产物，也是重要的电子受体。有报道指出，添加延胡索酸及其钠盐等可提高瘤胃微生物的发酵能力，增加丙酸的产量 （Isobe，1993；Martin 等，1998；Asanuma等，1999；Carro等，2003），降低丁酸、乙酸的含量（Bayaru等，2001）；还可维持pH值的稳定和提高瘤胃内乳酸利用菌对乳酸的利用能力（Asanuma等，1999；Lopezs等，1999；Castillo等，2004）。毛胜勇等（2002）研究指出，在山羊日粮中添加延胡索酸后，可显著提高体外培养体系中总的产气量、总的挥发性脂肪酸浓度和丙酸含量，提高瘤胃微生物体外发酵活力，减少乳酸累积量。刘海涛等（2007）也指出，在奶牛日粮中添加4 mmol/l、7 mmol/l延胡索酸后，均可显著提高体外培养体系中乙酸和丙酸的含量。此外，在反刍动物体内添加延胡索酸还可显著提高瘤胃微生物体外培养体系中的pH值（Lopezs等，1999），提高瘤胃微生物的发酵能力，降低瘤胃内甲烷（Asanuma等，1999；Bayaru，2001；Kolver等，2004）和二氧化碳（Kolver等，2006）的生成量，这可能与延胡索酸利用细菌数增加有关。

综上所述，富马酸可以促进动物胃肠道有益菌的增殖，提高其微生物的发酵能力，抑制有害菌，维持肠道正常的屏障功能，从而提高机体的抗病能力，在动物生产中具有广阔的应用前景，但其在对胃肠道的保护和抑菌机制方面还需要做进一步的研究。