长期以来，饲用抗生素在保障动物健康、促进动物生长、提高饲料利用率等方面效果明显，给畜禽生产带来了巨大的经济效益。但随着人民生活水平的提高和健康意识的加强，饲用抗生素所带来的抗药性和药物残留等问题也日益受到人们的重视，于是各国政府纷纷出台措施严格控制抗生素作为饲料添加剂应用。因此，开发抗生素替代品成为饲料添加剂研究的热点。
1丁酸钠的结构与理化性质
丁酸钠产品呈白色至类白色，可吸湿性的粉末，似绒毛状，具有特殊的奶酪酸败样气味，易溶于水，水溶液pH值呈碱性。本品在常规贮存和搬运条件下，处于室温和密封状态下稳定，但勿与性质相反的物质、粉尘、过热物品、强氧化剂混存。本品可能产生的有害分解产物有一氧化碳、二氧化碳、氧化钠、过敏性和有毒的烟尘与气体，也有可能导致中枢神经系统抑制、眼和皮肤过敏、消化道和呼吸道应激。
饲料级丁酸钠与化工级丁酸钠具有明显的区别（见表1）.动物口腔粘膜细柔，感受能力强，若用低价、低质的化工级丁酸钠作为诱食剂时能引起动物粘膜灼伤，导致采食量下降，甚至拒食。因此，日粮配制一定要严把原料品质关。
2丁酸钠的营养生理功能
在肠上皮细胞的丁酸是通过羟甲基戊二酰辅酶A循环中的β-氧化作用进行能量代谢，首先是通过丁酸辅酶A合成酶把丁酸转化成丁酸辅酶A（bu-tyrate-CoA）,然后通过一系列反应快速生成乙酰辅酶A进行能量代谢（Schrǒder等，1997）.
乙酸、丙酸、丁酸被结肠粘膜上皮细胞吸收，可被转运至肝脏进一步代谢或被结肠粘膜上皮细胞用作能源消耗。研究发现，培养的游离结肠上皮细胞，75%的氧消耗来自丁酸盐的氧化（Scheppach等，1994）.若丁酸是唯一可利用能源时，可完全被结肠粘膜利用。体外研究表明：当葡萄糖、谷氨酰胺等作为呼吸能源时，结肠上皮细胞首先利用丁酸（Roediger,1982）.几乎所有的丁酸都能被肠上皮细胞吸收，同位素示踪法试验发现，丁酸能进入总血液循环。几乎所有的体组织都能代谢丁酸，丁酸在外周组织能被迅速氧化，用于脂肪合成，也可以进入乳腺合成乳脂（Bergmann等，1990）.
因此，丁酸盐和其它初级短链脂肪是结肠上皮细胞的主要呼吸燃料，结合丁酸非离子弥散性吸收为主的特点，丁酸无需经过肝胆吸收和复杂的三羟循环系统，可以直接为肠上皮细胞提供能量，是肠上皮细胞的快速能量源。
2.2改善小肠形态，促进小肠消化吸收功能
小肠粘膜上皮细胞是执行消化吸收功能的最主要细胞。一方面，肠上皮细胞的纹状缘含有许多酶，参与营养物质的消化；另一方面，食物在肠上皮细胞的肠腔面或肠腔内被消化分解，营养成分被主动吸收或简单扩散。经肠上皮细胞的肠腔面进入细胞内，除一部分供给该细胞自身使用外，大部分从细胞基侧面以主动转运或扩散的方式释放，进入固有层的毛细血管。因此，粘膜上皮细胞结构的完整性是执行消化吸收功能的基本保证（王子旭等，2003）.
Galfi等（1990）给生长猪饲喂含0.17%丁酸钠的日粮发现，丁酸钠增加了回肠微绒毛长度。罗海祥（2006）研究表明，在断奶仔猪日粮中添加0.1%丁酸钠可显着降低21d断奶仔猪的十二指肠的隐窝深度（P<0.05）,比对照组降低了42.12%,对绒毛高度的影响不显着（P>0.05）,但绒毛高度与隐窝深度的比值（VH/CD）比对照组提高了57.79%（P<0.05）,丁酸钠显着降低了绒毛宽度（P<0.05）,比对照组低了20.42%;添加0.1%丁酸钠组的肠粘膜厚度比对照组低了9.28%,没有达到显着水平（P>0.05）;对空肠绒毛高度和隐窝深度的影响不显着（P>0.05）,但有提高绒毛高度与隐窝深度比值（VH/CD）的趋势（0.05
Hu等（2007）给鸡饲粮中添加不同水平（500、1000、2000mg/kg）的丁酸钠发现，500mg/kg和1000mg/kg的丁酸钠能显着增加十二指肠粘膜的DNA、RNA和蛋白质浓度（P<0.05）,但对结肠DNA、RNA和蛋白质浓度无作用。试验还发现绒毛高度与隐窝深度的比值随着丁酸钠的增加而成线性增加（P<0.05）.他认为绒毛高度与隐窝深度的比值对消化道作用更为有效，因为浅的隐窝深度和长的绒毛高度是维持消化道功能的最佳比率。
2.3维持肠粘膜上皮细胞的正常形态，增强免疫功能肠粘膜机械屏障由肠粘膜上皮细胞、上皮细胞侧面的细胞连接、上皮基膜和上皮表面的细胞衣组成。它们构成了机体免疫系统的第一道防线。因此，肠粘膜上皮细胞结构的完整性与肠粘膜机械屏障功能，乃至机体的免疫功能有密切关系（Reynolds等，1996;殷彦君等，2002）.
丁酸钠能抑制结肠上皮细胞的凋亡，诱导结肠癌细胞凋亡，抑制NF-kB的活性，减少TNF-α等炎症性细胞因子的产生和释放，抑制肠粘膜的炎症反应。这些作用有利于结肠炎的愈合，减少细菌或食物抗原跨粘膜迁移，减轻腹泻。Sauer等（2007）研究发现，丁酸的抗肠炎功能与其调节结肠细胞氧化和代谢性应激的基因表达有关。
有试验报道，丁酸灌肠剂能促进细胞增殖，降低肠道粘膜的损害并能治疗由肠炎引起的腹泻（Schep-pach等，1996;Claus等，2006）.Kanauchi等（1999）给大鼠口服和心脏注射丁酸后，用光学显微镜观察其对肠屏障功能的影响，结果发现，心脏注射组显着降低了肠粘膜的损害和渗透性（P<0.05）.
王继风等（2005）在仔猪日粮中添加1g/kg丁酸钠后发现，仔猪空肠和结肠的粘膜上皮完整，肠绒毛更为粗壮；粘膜吸收细胞呈高柱状，排列整齐，游离面有明显的纹状缘；杯状细胞呈高脚杯状，散在柱状细胞之间，试验组细胞数量比抗生素组增多1.4～1.7倍。表明丁酸钠具有维持肠粘膜上皮细胞结构完整性，进而促进断奶仔猪小肠消化吸收的作用，并优于抗生素。李芙燕等（2006）在饲料中加入丁酸钠，可显着增加十二指肠、空肠以及回肠的肥大细胞数量，分别比对照组增加了19.7%、27.2%和30.7%.章亮等（2006）试验结果表明，添加丁壮素（丁酸钠）组空肠上皮内淋巴细胞数量比对照组提高29.3%,表明肠道局部免疫水平得到提高，增强了动物的抗病能力。Manzanilla等（2006）在断奶仔猪上研究发现，0.3%的丁酸钠能增加结肠表面的杯状细胞数量。有试验发现，饲喂丁酸盐的肉鸡可以有效抵抗21日龄由于球虫攻击引起的应激反应，且在幼鸡的盲肠中存在未离解的丁酸盐与病原体控制有关。
2.4维护胃肠道内有益微生物菌丛
动物胃肠道存在着大量的微生物，当其中的双歧杆菌、乳酸菌等有益菌占优势时能够抑制大肠杆菌等有害菌在肠道内的附着和增殖，从而减少消化道疾病的发生（Meng等，1998）.可见肠道微生态的平衡对于宿主的健康有着极为重要的意义（Floch等，2001）.丁酸盐可以抑制病源微生物（沙门氏杆菌、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌等）的生长，增加有益菌群数量（乳酸杆菌、粪链球菌等）,改善肠道微生物菌群，起到部分替代抗生素的作用。
众所周知，丁酸是有机酸（C1-C7）的一种。由于有机酸具有不同的化学结构，有机酸的抗菌机制是相当复杂的，但它们具有相似的作用机制。研究发现，挥发性有机酸和非挥发性有机酸及无机酸的抗菌效果存在明显差异，挥发性有机酸（甲酸、丙酸、丁酸）具有较好的杀菌作用，直接扩散进入细胞内，通过降低胞内pH值，抑制某些大分子的代谢，破坏病原菌细胞膜的完整性，从而达到杀菌作用。挥发性有机酸盐（如丁酸盐）尽管不能降低病原菌细胞间质的pH值，不能以酸的形式渗透进入病原菌细胞内发挥杀菌作用，但也具有抗菌作用，其作用强弱依赖于有机酸盐的溶解性。如挥发性有机酸的钠盐全溶于水，而钙盐只有部分可溶，因而体外抑菌试验中，丁酸钠的抑菌效果要比甲酸钙和丙酸钙的强，此外有机酸的二价盐体外抑菌效果优于饱和度高的有机酸盐。
Brul等（1999）总结了有机酸的作用模式：破坏细菌细胞膜；抑制细菌的基础代谢功能；调节细菌内的pH值和有毒阴离子在细菌内的聚集。研究认为，仅非解离的有机酸（非离子化）才能产生明显的抗菌效果，解离形式的有机酸即使是很大的浓度也没有理想的抗菌效果（Presser等1997）,非解离的有机酸能经过被动扩散通过细菌的细胞壁，进入细胞后，由于胞内的pH值接近于7,高于有机酸的解离度，有机酸解离，胞内pH值下降。有些细菌就是不能够耐受这种跨膜的pH值梯度而受到抑制，因为胞内的H+的增加，H+就要依赖于ATP酶将H+泵出细菌细胞内，而这一过程是耗能的，所以细菌会衰竭而死。但是，Canib等（2002）报道，在没有明显降低胃肠道pH值的情况下有机酸有较强的杀菌作用。有机酸除可通过降低肠道pH值而影响微生物外，阴离子还具有独特的杀菌功能。大量阴离子在胞内积聚，从而改变胞内的渗透压而造成细菌中毒，如糖酵解和核酸合成的停止、酶解反应受阻（脱羧酶和过氧化氢酶等）等（Canibe等，2001）.考虑到肠道内的pH值条件，Russell等（1992）认为，有机酸对微生物的作用主要是通过其阴离子而实现的。有机酸的抗菌效果随着有机酸碳链的增长和不饱和度的增加而增强（Foegeding等，1991）.
有研究表明，在暴露于短链脂肪酸的肠炎沙门氏菌鼠伤寒血清变种存活试验中，丁酸盐和戊酸盐可以起到最有效的杀菌作用。虽然在幼龄鸡远端小肠和盲肠中短链脂肪酸的水平迅速降低，但是，到15日龄左右时，短链脂肪酸水平增加。除了杀菌活性外，Galfi等（1990）报道丁酸钠能维护胃肠道内有益微生物菌丛。
M.Castillo等（2006）给早期断奶仔猪日粮添加3种（0.04%的阿维霉素、0.3%丁酸钠和0.03%植物提取物）添加剂，观察它们对胃肠道微生物的定植、代谢活动以及微生物结构群落的影响，结果发现，所有添加剂组增加了微生物（如乳酸杆菌）的数量，与对照组相比，中药提取物组和丁酸钠组显着增加了乳酸杆菌与肠道细菌的比率（lactobacilli:enterobacteriaratio）.采用PCR-RELP（限制性片段长度多态性）法测定空肠内菌群生态学变化发现，0.3%的丁酸钠使菌群结构发生了最大的变化并显着高于其它2种添加剂组。
G.Biagi等（2007）在体外发酵试验中使用不同剂量（60、120和240mmol/l）的丁酸钠发现，它能影响盲肠微生物系统，极显着降低了总的产气量（P<0.01）,同时它也降低了产气频率。在体内试验中，丁酸钠对盲肠和空肠的乳酸杆菌、梭菌属、大肠杆菌无显着影响，但极显着增加了盲肠pH值和异丁酸浓度（P<0.01）.pH值的增加能抑制病源微生物（沙门氏杆菌、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌等）的生长，减少动物腹泻。
2.5其它作用
除了上述明显的作用特点以外，丁酸钠还有其它作用：①丁酸钠具有特征性气味，能诱导动物采食。断奶后幼畜对日粮中母源性物质仍然保留依赖性。猪奶干物质中含有超过3.8%的丁酸盐，因此，丁酸钠在仔猪教槽料和反刍动物代乳料中的作用尤为明显（章亮等，2006）.②改善结肠血液循环，有利于肠道术后创口愈合（Cook等，1998;李雄彪等，2006）.③丁酸钠能增加葡萄糖甙（脂）酰鞘氨醇的合成，防治结肠细胞编程性死亡，抑制肠粘膜的炎症反应。调节结肠上皮细胞抗菌肽（cathelicidin）mRNA的表达，有利于降低肠道疾病发生率。减少细菌或食物抗原跨粘膜迁移，有利于结肠炎的愈合和降低腹泻率（张孝卫等，2005;Mototeru等，2007;MarkusSchwab等，2007）.④刺激胰腺分泌，增加胰高血糖素和胰岛素水平，进一步刺激结肠上皮细胞的生成。胰消化酶水平也得到提高，肠腔内乳糖、麦芽糖和蔗糖浓度大幅提升（H.Sano等，1995）.⑤葡萄糖的跨膜转运是细胞利用葡萄糖的主要限速步骤。目前研究表明，这一过程依靠细胞膜上葡萄糖运载体（GT）来完成。Takano等（1988）研究表明，在培养液中加入丁酸钠，能显着增加猪肾脏细胞葡萄糖运载体mRNA的表达。
3丁酸钠在动物生产中的应用
3.1应用效果
3.1.1在猪上的应用效果
Galfi等（1990）在猪断奶后饲喂含丁酸钠的日粮，结果表明，试验组猪日增重提高了23.5%,日采食量增加了8.9%,由于提高了饲料转化率，实际的饲料消耗减少了11.8%.Piva等（2002）利用20头8周龄仔猪[（9.2±1.4）kg]研究丁酸钠对断奶仔猪生产性能影响，结果表明，在仔猪日粮中添加丁酸钠0.8g/kg,提高了仔猪的平均日增重20%和采食量16%（P<0.05）.郭小华等（2005）选取28日龄健康、体重一致的断奶仔猪108头，分为3个处理组：丁酸钠组（基础日粮+0.1%丁酸钠）、抗生素组（基础日粮+60mg/kg盐霉素）、复合组（基础日粮+0.1%丁酸钠+60m/kg盐霉素）,结果发现仔猪日粮中添加丁酸钠可以提高营养物质的表观消化率。罗海祥（2006）在断奶仔猪日粮中添加0.1%丁酸钠可显着提高断奶仔猪的平均日增重（P<0.05）,降低料重比，在断奶仔猪的日粮中添加0.1%丁酸钠可以降低仔猪腹泻率，尤其是断奶后7d效果显着（P<0.05）.Manzanilla等（2006）给早期断奶仔猪日粮添加0.3%丁酸钠得到了类似的结果。
3.1.2在鸡上的应用效果
Nollet等（2005）研究了不同剂量的丁酸钠（0、50、100、250、500mg/kg）对蛋鸡生产性能的影响，结果发现，随着丁酸钠剂量的增加，蛋鸡产蛋率不断提高，料蛋比逐渐降低，但对蛋重没有影响。
Pinchasov等（1989）研究发现，与丙酸盐等其它有机酸盐不同，丁酸盐不限制采食量。李凯年（2006）报道，饲喂0.2%丁酸盐对肉鸡采食量无不良影响，且0.2%丁酸钠组肉鸡体重最高；在整个42d肉鸡生长期中，饲喂0.4%丁酸盐甘油酯对肉鸡的生产性能没有副作用。
Hu等（2007）给鸡饲粮中添加不同水平（500、1000、2000mg/kg）的丁酸钠发现，500、2000mg/kg的丁酸钠能显着增加0～21日龄的鸡体重（P<0.05）;日粮添加丁酸钠对0～42日龄肉仔鸡饲料报酬（FCR）的影响呈正二次回归方程反应（P<0.05）,与对照组相比2000mg/kg丁酸钠能显着提高饲料转化率。
3.1.3在反刍动物上的应用效果
王星所等（1996）用3种SCFA钠盐溶液灌注皱胃，观察其对山羊血清胃泌素水平的影响，结果表明：向皱胃内灌注乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠盐溶液后，血清胃泌素水平显着升高。李祥（2000）等研究挥发性脂肪酸灌注对山羊血浆胃动素水平的影响表明，灌注挥发性脂肪酸可以提高山羊血浆胃动素水平。瘤胃内输注乙酸、丙酸、丁酸后的血浆胃动素水平极显着高于对照组（P<0.01）,皱胃输注丙酸或丁酸后的血浆胃动素水平显着高于对照组（P<0.05）.刘记强等（2006）也得到类似的结论。Dirksen等（1995）研究指出，瘤胃发酵终产物会影响瘤胃乳头的生长。研究表明，丁酸能刺激瘤胃上皮发育，幼龄反刍动物瘤胃上皮的发育主要依赖碳水化合物发酵所产生的SCFA,相比之下，大体积纤维性饲料的刺激并不重要。根据试验结果学者们推测，随采食量增加，瘤胃上皮组织的代谢强度增加，而其中乙酸、丙酸代谢量无显着变化，仅有丁酸代谢量增加接近显着水平，认为采食量增加引起的丁酸产量增加可能刺激了瘤胃上皮代谢，使瘤胃乳头增生和瘤胃组织重量增加。
3.2丁酸钠应用的注意事项
目前，丁酸钠在动物生产上的应用方式主要是在动物饲料中添加丁酸钠产品（丁壮素、佳宝育、肠益健）.Nollet等（2005）注意到，动物饲粮中添加500mg/kg丁酸钠就可显着提高鸡生产性能，可见丁酸钠具有极高的效率。但对于其添加剂量应视动物种类、年龄、生理状况、饲养环境和饲养管理方式等不同而有所差异。如果添加量不足则无法体现其效果达不到生产要求。不同的研究中丁酸钠的添加剂量差异较大，丁酸钠在肉鸡和蛋鸡饲粮中的添加剂量为500～2000mg/kg（Nollet等，2005;Hu等，2007）,而在猪饲粮中的添加剂量为0.1%~0.17%（郭小华等，2005;Galfi等，1990）.丁酸钠在动物饲粮中的添加剂量不同可能与丁酸钠产品性状、肠道微生物发酵产生的SCFA,尤其是丁酸的含量、畜禽品种有关，但其适宜添加剂量还有待于大量的试验研究来确定。
4结语
丁酸钠作为一种新型的饲料添加剂因其独特的营养生理特性而日益成为最具潜力的动物保健品和抗生素替代品。然而，丁酸钠的研究历史还很短暂，且在畜禽上应用的报道还较少，尚有许多问题没有被认知。因此丁酸钠未来在动物营养上的研究发展方向应是：①针对丁酸钠在猪、鸡和反刍动物等畜禽上的应用进行系统研究，了解其对动物营养生理、肠道微生态、免疫机能等的影响；②对丁酸钠影响动物肠道菌群、营养物质代谢和免疫机能的确切机制作进一步研究，为丁酸钠的合理应用提供依据；③进一步进行大规模试验，以确定不同纯度丁酸钠产品在不同动物饲料中的适宜添加剂量，为在饲料工业中合理使用丁酸钠提供参考。