新型饲料添加剂二甲酸钾研究综述

中国科学院亚热带农业生态研究所/林波

原刊于《新饲料》杂志2007年第6期

摘要：二甲酸钾是近年来发展较快的一种新型饲料添加剂，属于酸化剂的一类。研究表明二甲酸钾添加到动物饲料中具有降低肠道pH、调节肠道微生态平衡、提高饲料消化率的功能。目前二甲酸钾已在欧洲取得广泛应用，国内的研究和应用也取得了巨大进展。文章综述了二甲酸钾的理化性质和作用机理，并介绍了近年来在该领域的相关研究成果。

关键词：二甲酸钾;添加剂;应用

   2006年1月1日，欧盟已全面禁止抗生素类添加剂在动物饲料的应用，随着各国对于畜产品健康问题的关注，可以预见，越来越多的国家和地区将限制抗生素添加剂的应用。寻找新型饲料添加剂以替代目前仍然广泛使用的抗生素饲料添加剂已是饲料行业的当务之急。近年来，有机酸类饲料添加剂由于可保持肠道的酸性环境，抑制大肠杆菌，沙门氏杆菌等有害菌的生长，且对动物无不良作用已得到长足发展。但有机酸类添加剂目前还存在应用效果不稳定，添加量较大而导致成本较高等问题，限制在饲料工业的广泛应用。甲酸是相同单位重量下酸性最强的有机酸，添加到猪饲料中可抑制肠道中的有害菌,促进动物健康(Kirchgessner等,1992;Canibe等,2005)，但由于甲酸具有气味刺鼻、腐蚀性强、适口性差等缺点, 限制了其在饲料中的使用(?verland 等,2000)。而二甲酸钾作物甲酸的一种盐则弥补了甲酸的不足，早在2001年,二甲酸钾就被欧盟批准为第一种用于替代抗生素的非抗生素促生长剂,目前已成功实现了商业化应用。

1 二甲酸钾作为饲料添加剂的现状

虽然二甲酸钾的结构早在上世纪早期就已确定，但将二甲酸钾用作饲料添加剂的应用却起步较晚，源自上世纪90年代中期的欧洲。Paulicks,B R(1996)研究了不同剂量二甲酸钾对生长小猪生产性能的影响，结果表明二甲酸钾能改善仔猪生长性能，提高饲料转化效率。随后越来越多的研究证实二甲酸钾具有显著抑制断奶猪和生长猪消化道有害菌，促进机体氮代谢，改善胴体品质等功能，而且安全无害 (Kirchgessner 等, 1997；Roth等, 1998；?verland et al., 2000)。200 年二甲酸钾作为一种新的饲料添加剂正式被欧盟批准使用, 是欧盟批准的第一种用于替代抗生素促生长剂的非抗生素饲料添加剂( Commission Reg. No.1334/2001)。目前由BASF公司研制开发的以二甲酸钾为主要成分的饲料添加剂已被欧共体、瑞士、挪威批准在仔猪和育肥猪饲料中作为促生长剂使用。2003 年欧盟又通过了指导性法规( 70/524/EEC 和EC 676/2003) , 批准将商品FORMI^TM LHS 的最高添加剂量提高至1.2%和1.8%。2005 年7月欧盟发布补充性委员会法规( 70/524/EEC 和EC 1200/2005) ,批准二甲酸钾作为促生长剂在母猪饲料中使用。在我国，有中国农科院饲料所等单位开发的以二甲酸钾为主要成分的产品也于2005年被批准作为一种新饲料添加剂投入使用。

2 二甲酸钾理化性质及合成方法

二甲酸钾(potassium diformate , k- diformate)是一种有机酸盐，分子式: KH (COOH)2, 分子量：130.14。它是由2个甲酸根离子和1个钾离子组成的一种白色或微黄色结晶或结晶性粉末，易溶于水，干燥、无味，其熔点大约为109℃。二甲酸钾在酸性条件下稳定, 而在中性或偏碱性的条件下即分解为甲酸盐与甲酸。

二甲酸钾是一种简单的有机酸盐，多采用化学和成的方法。合成的原料可以是甲酸和氢氧化钾以2：1的比例或甲酸与碳酸钾以4：1的比例进行。化学反应和合成流程如下：

2HCOOH+KOH=KH(HCOO)2+H2O

4HCOOH+K2CO3=2KH(HCOO)2+CO2↑+H2O

图1  二甲酸钾的生产工艺流程

影响反应效率的因素包括反应温度，反应时间，和反应的物料比。各因素对以甲酸和碳酸钾为原料生产二甲酸钾时反应回收率的影响如表(1,2,3)(钟国清，2006)。

表1 不同温度对产品收率的影响

表2 不同反应时间对产品收率的影响

表3 反应原料不同物质的量比对产品收率的影响

从上表可见，反应的回收率随温度的升高的提高，但反应时间对回收率的影响不大，物料比在超过4：1后对回收率的影响也较小。因此，钟国清等（2006）认为当以甲酸和碳酸钾为原料生产二甲酸钾时的最佳反应条件为4：1的物料比，反应温度50-60℃，反应时间为2小时，经反应制得的二甲酸钾纯度可在97%以上。

2  二甲酸钾的优势及作用机制

二甲酸钾作为动物饲料添加剂具有如下优势：其一，二甲酸钾是最简单有机酸的衍生物,没有与致癌物质类似的结构，对实验动物小鼠的研究也表明,二甲酸钾急性毒性水平较低,且无遗传毒性，满足作为饲料添加剂的要求（黄小春，2006）。其二，二甲酸钾作为一种有机酸盐，相比有机酸而言具有挥发性低，无不良气味；固体状易于饲料加工；易溶于水腐蚀性低等独特优点(Partanen和Mroz, 1999)。其三，二甲酸钾的单位效价较高，据报道0.65％的二甲酸钾相当于0.44％的甲酸，但是效果已经显著地优于0.85％的甲酸。其四，二甲酸钾合成原料价格低廉，合成工艺简单，产品回收率和纯度较高，易进行工业生产，按年产300t 产品计算，仅约需设备投资120 万元(钟国清，2006)。可见，以上各优势的组合最终促成了二甲酸钾在饲料工业中的快速商业化应用。

   二甲酸钾的抗菌促生长作用机制同甲酸相似，它被采食后，断奶仔猪饲喂二甲酸钾后，在动物胃部被解离成钾离子和甲酸，随食糜的运动进入肠道发挥作用。由于甲酸是单位重量有机酸中酸性最高的酸（张若寒，2006），且是一种亲脂性分子，能在电化学梯度的作用被动运输扩散通过细菌细胞膜，在碱性的细菌细胞内环境中释放出氢离子（H+）和甲酸根离子（HCOO+）而强烈的抑制细菌生长（Lueck，1980；Russel，1992）。二甲酸钾对断奶后七天的仔猪肠道细菌的抑制效果如表（4）。

表4 添加1.8%二甲酸钾对断奶七天后仔猪肠道细菌的影响（单位：CFU/g食糜）

摘自：Canibe（2001）

此外，二甲酸钾进入肠道后能降低肠道pH值。Mroz等（2000）报道仔猪饲喂二甲酸钾65分钟内使得十二指肠的pH值就显著的降低了0.3-0.5， 4小时后二甲酸钾的绝大部分（93%）有效成分进入十二指肠发挥作用，而维持肠道低pH值可提高各种消化酶的活性从而提高日粮的消化率（唐春祥，2006），这可能是二甲酸钾促进了饲料利用效率的原因。二甲酸钾的所有组分都可被动物吸收，甲酸在肝脏内被代谢成CO2和H2O，而钾离子可用于维持细胞和机体的酸碱平衡，协助物质运输等功能(Makar,1990；Millk，1995)。可见，二甲酸钾的代谢产物对动物无不良作用，绿色安全，且能起到补钾的作用。

3  二甲酸钾的应用效果

3.1 二甲酸钾对猪的应用效果

Roth等(1998)在不同赖氨酸水平（0.875,1.0, 1.125,和1.25%）日粮中添加二甲酸钾以研究其对氮代谢的影响，结果显示二甲酸钾可降低粪和尿的N排出10%,并增加机体N沉积7%，N的利用率从62.4提高到66.2%，虽然日粮赖氨酸也能增加机体N沉积，将N的利用率从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钾可提高机体氮沉积3.7%。可见，二甲酸钾可提高机体氮利用率并减少猪场N排放量。.

在二甲酸钾替代抗生素的效果方面，王文杰等（2006）以二甲酸钾作为生长促进剂替代抗生素饲喂商品猪。对照组饲喂含有规定量抗生素饲料添加剂的日粮，试验组则在小猪、中猪和大猪3 个阶段分别在日粮中以1.2%、0.8%和0.6%的二甲酸钾完全替代抗生素饲料添加剂。结果到出栏时抗生素和二甲酸钾处理组的平均日增重、饲料转化率分别为697g、2.950 和727 g、2.975，无显著性差异（P >0.05）。结果表明日粮中添加二甲酸钾有促进猪生长的效果，与添加抗生素的效果没有显著差别。二甲酸钾组和抗生素组腹泻率分别为15.65%和6.83，相比于未添加组都显著降低了腹泻率。

Paulicks( 2000) 研究不同谷物和不同能量浓度饲料中添加二甲酸钾对断奶仔猪生长性能的影响, 添加二甲酸钾可提高日增重和采食量分别达到14%和9%, 在大麦、小麦-大麦、 小麦-玉米的混合日粮中添加二甲酸钾可使饲料转化效率分别提高6%、4%和7%。

Papenbrock（2005）研究了饲料粉碎粒度和和二甲酸钾对于猪肠道沙门氏菌和大肠杆菌的影响，结果显示饲料粗粉碎和二甲酸钾结合可降低猪沙门氏菌的排出率和在猪群中的感染率，缩短沙门氏菌的排出期限。而二甲酸钾的添加具有降低肠道大肠杆菌的数量的趋势，粗粉碎则具有增加肠道乳酸杆菌的趋势。可见，将二甲酸钾与饲料的特殊加工工艺结合起来可取得良好的组合效应。Blanchard( 2002) 概述了二甲酸钾在猪饲料中作为抗菌促生长剂的作用, 提出二甲酸钾是后抗生素时代的一种替代猪用生长促进剂。

此外，二甲酸钾还具有改善猪胴体肉质的功能（?verland等，2000；Mroz等，2002），但对其机理还不甚明了，可能是二甲酸钾促进了氮代谢，而有利于氨基酸合成的缘故。

3.2 二甲酸钾对其他动物的应用效果

    相比而言，二甲酸钾在猪饲料中的应用研究报道较多，但对于家禽和水产动物中的报道还相对较少。Selle等（2004） 在肉仔鸡日粮中添加不同水平的二甲酸钾,结果表明能显著增加肉仔鸡的采食量,提高日粮的表观消化率和氮的沉积,同时日增重也有上升的趋势。当二甲酸钾的添加量为6 g/kg时效果最明显,采食量和日增重分别提高了9.3%和5.3% ,但饲料转化率差异不显著。黄小春等(2006)报道，日粮中添加4.5 g/kg 二甲酸钾可显著促进前期肉仔鸡的生长, 显著提高饲料转化率, 达到与黄霉素相似的效果。此外添加二甲酸组降低了盲肠大肠杆菌数量的同时也降低了乳酸菌和，但提高了乳酸和大肠杆菌的比例。

表5  二甲酸钾与黄霉素对肉仔鸡生产性能影响的比较

引自：黄小春（2006）

表6 二甲酸钾与黄霉素对肉仔鸡盲肠菌群的影响比较

引自：黄小春（2006）

对于水产动物二甲酸钾的应用研究报道还较少见。何夙旭等（2006）向南美白对虾饲料中添加0％、0.8％及1.5％的二甲酸钾，结果显示0.8％二甲酸钾水平组虾的存活率、饲料系数及日增重显著优于对照组与1.5％组虾(P<0.05)。说明二甲酸钾可改善虾的生长性能、提高饲料利用率及虾的存活率。但对于二甲酸钾在水产动物的应用还应研究其在水体中的

4  未来发展方向

Jensen和Danielsen (1998)研究添加二甲酸钾的同时添加铜的作用效果，结果表明添加1.2%的二甲酸钾到低铜饲料中可促进猪日增重和饲料转化率。而添加到高铜饲料（150ppm）时则没没有效用。一些研究认为饲料中添加有机酸会影响矿物元素的消化，吸收和代谢(Partanen 等 1998; Jongbloed等.,2000; Mroz等, 2000a)，但Mroz(2002)的研究认为添加二甲酸钾及其组成成分并未影响Ca,总P和K的沉积。因此，对于二甲酸钾与矿物元素之间的作用关系尚待进一步研究。

二甲酸钾在早期断奶猪中的应用虽然能降低仔猪的腹泻率，但相比抗生素而言效果还不太明显，两者都不能阻断腹泻的发生（王文杰，2006），可见二甲酸钾在早期断奶猪中的应用还有待研究和改进。此外，现代饲料加工工艺对添加剂的稳定性要求较高，二甲酸钾能否耐受饲料制粒过程中的高温高压是影响其实际应用效果的关键因素，对此展开研究可极大的促进二甲酸钾在饲料工业中的普遍推广。

综上所述，二甲酸甲作为新一代的饲料添加剂具有无污染、抗菌性强、合成工艺简单等特点，符合当今及未来采用非药物和抗生素添加剂作为生长促进剂的主流，在未来的畜牧饲料行业将具有较大的发展前途。

（参考文献刊略）