抗生素在防治动物疾病、提高动物生产性能和养殖效益等方面发挥了重要作用，但饲用抗生素的长期使用也导致药物残留、细菌耐药性等问题日渐突出。我国农业农村部发布第194号公告，规定自2020年7月1日起，退出除中药外的所有促生长类饲料药物添加剂及品种[1]，标志着中国正式进入饲料禁抗时代。二甲酸钾是欧盟于2001年批准的第一种用于替代抗生素促生长的非抗生素饲料添加剂，具有抑菌、促生长、调节动物肠道微生态环境、提高动物消化利用率等多种功能，在动物体内安全无残留，且不会产生耐药性[2]。因此，在饲料端禁抗时代下，二甲酸钾作为一种饲用抗生素替代品具有良好的市场价值和应用前景。本文基于国内外关于二甲酸钾的相关研究和报道，从理化性质、作用机理、应用效果及存在的问题等方面展开论述，以期为二甲酸钾的后续研究与应用提供参考。1二甲酸钾的理化性质与合成二甲酸钾，分子式为HCOOH·HCOOK，相对分子量130.14，由甲酸和甲酸钾通过分子间氢键结合而成，是一种具有双酸型结构的复合物[3]，最早由挪威科学家Hjørnevik在一次取萃石化用液体甲酸盐的意外中发现[4]。二甲酸钾性状呈白色结晶或结晶性粉末，易溶于水，极易吸潮，高温易分解，熔点为109 ℃，在酸性条件下性质稳定，中性/碱性条件下易分解成甲酸和甲酸钾[5-6]。目前，国内外报道的二甲酸钾人工合成的方法主要包括甲酸-氧化钾、甲酸-甲酸钾、甲酸-氢氧化钾/碳酸钾、甲酸甲酯-碳酸钾/氢氧化钾等方法，以甲酸-碳酸钾/氢氧化钾法为主流[7-8]。虽然二甲酸钾的合成工艺路线相对简单，但因其高温易分解，且合成过程中易产生其他杂质，对其合成效率和产品纯度影响较大。因此，提高二甲酸钾合成效率，降低使用成本，对二甲酸钾的扩大应用具有重要意义。2二甲酸钾的生物学功能及作用机理2.1调节消化道pH值，改善肠道内环境二甲酸钾是甲酸和甲酸钾通过分子间氢键结合而形成，在酸性条件下结构稳定，在弱酸弱碱环境下解离出甲酸分子、甲酸根和钾离子[9]。当二甲酸钾进入胃肠道时，在胃中结构稳定，大部分不解离，85%以上的二甲酸钾通过胃进入肠道，并在肠道中性环境中发生解离，释放H+，从而调节肠道pH值[10]。黄小春等[11]研究表明，日粮中添加4.5 g/kg的二甲酸钾能够显著降低肉仔鸡嗉囊和肌胃内容物的pH值，分别降低0.34和0.32。Mikkelsen等[12]研究发现，在患有坏死性肠炎的鸡中添加2.25~6.76 g/kg的二甲酸钾能够降低肠道pH值，尤其是空肠的pH值。Canibe等[13]研究发现，日粮中添加二甲酸钾对断奶仔猪胃肠道的pH值无显著的影响，但是饲喂二甲酸钾后仔猪胃肠道食糜中甲酸的浓度显著增加。王群等[14]研究表明，日粮中添加1.5~4.5 g/kg能够显著降低公貂十二指肠pH值。2.2抑菌杀菌，调节肠道菌群平衡甲酸是相同单位重量下酸性最强的有机酸，具有极强的杀菌作用。二甲酸钾是最简单的甲酸衍生物，能够在动物肠道中解离，释放甲酸和甲酸盐。甲酸能够穿过细菌细胞壁，尤其是大肠杆菌等病原菌，降低或抑制细菌内酶的活性，破坏细菌的营养转运系统，最终导致细菌死亡[15]。甲酸盐离子能够分解细菌细胞壁蛋白质，发挥杀菌作用[10]。体外抑菌试验显示，二甲酸钾对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、猪链球菌、沙门氏菌、胸膜肺炎放线杆菌等致病菌均具有良好的抑菌效果，其MIC均为1.95 g/L[16-17]。Yang等[18]研究表明，二甲酸钾水凝微球对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的体外最大抑菌率分别为92%、86%和88%。黄建华等[19]研究表明，日粮中添加1.5%二甲酸钾降低了仔猪肠道大肠杆菌数，提高了乳酸杆菌数，两者比值显著高于未添加二甲酸钾试验组。周寰宇等[20]利用第三代测序技术评估了二甲酸钾对白羽肉鸡肠道菌群结构的影响，结果表明，添加0.3%的二甲酸钾能够提高肉鸡肠道菌群物种多样性，产生了更有利于生长发育的微生物群落，改善了肠道微生态健康。由此可见，日粮中添加二甲酸钾能够优化动物肠道菌群结构，改善动物肠道健康。2.3提高营养物质消化利用率二甲酸钾通过改变消化道内pH值，刺激胃蛋白酶及酶原的分泌，增强机体对营养物质的消化吸收[21]。二甲酸钾能够有效抑制胃肠道内不良微生物的繁殖，减少微生物的数量，降低微生物对养分的竞争，提高机体对养分的吸收。此外，胃肠道有害菌群的降低有助于增强胃肠道黏膜的生理保护作用，有利于营养物质的消化、吸收和利用[22]。日粮中添加0.6%的二甲酸钾能够显著提高肉鸡对饲料中粗蛋白、钙和磷的表观消化率[23]。育成期公貂日粮中添加1.5~7.5 g/kg二甲酸钾能够显著提高干物质和粗蛋白的表观消化率以及十二指肠胰蛋白酶活性[14]。夏双双等[24]研究发现，日粮中添加1%的二甲酸钾能够显著降低仔猪胃黏膜中生长抑素和胆囊收缩素mRNA的表达量，提高质子泵H+-K+-ATPase mRNA的表达量，但对胃泌素的mRNA水平无影响，提示二甲酸钾能够通过调节胃黏膜中基因表达水平影响猪胃功能。2.4抑制饲料霉变，稳定饲料品质相关研究报道，二甲酸钾能够减少苜蓿青贮饲料中干物质的损失和有害菌数量，抑制蛋白水解，其效果与甲酸相当，可作为蛋白水解抑制剂应用于青贮饲料中[25]。同时二甲酸钾能够通过延长青贮饲料有氧稳定持续时间，加速pH值的降低和乳酸的增加，提升饲料发酵质量和饲料品质[26-27]。3二甲酸钾在动物生产中的应用3.1二甲酸钾在猪生产中的应用欧盟和我国均批准二甲酸钾能够用于养猪生产，因此二甲酸钾在猪上的应用报道较多，主要作用包括抗菌、促生长和预防腹泻等。3.1.1二甲酸钾在仔猪生产中的应用目前，大量文献报道二甲酸钾在提高仔猪生长性能，改善饲料转化率方面，控制仔猪腹泻方面具有明确的效果。董坤等[28]对比了二甲酸钾和黄霉素对仔猪生长性能的影响，结果显示，日粮中添加0.6%的二甲酸钾的促生长效果和黄霉素（25 mg/kg）效果相当。陈林生等[29]研究表明，与添加40 mg/kg抗敌素相比，添加0.8%二甲酸钾仔猪日均重提高12.83%，日均采食量提高11.35%，但料重比差异不显著，可见二甲酸钾能够替代抗生素发挥促生长的作用。李梦娇等[30]研究表明，仔猪日粮中添加1%二甲酸钾比抗生素组（6.6 mg/kg硫酸黏杆菌素+45 mg/kg吉他霉素+83 mg/kg喹乙醇）更能建立健康的肠道细菌区系，减少仔猪腹泻。李兆勇等[31]研究发现，日粮中仅添加酸化剂（甲酸钙+柠檬酸）的仔猪腹泻率为2.71%，而添加0.6%、1.0%、1.4%二甲酸钾后，腹泻率分别降为1.23%、1.17%、0.46%。Canibe等[13]研究发现，在断奶仔猪料中添加1.8%的二甲酸钾，能够减少各肠段总厌氧菌、乳酸菌、大肠菌群和酵母菌数量，且仔猪在整个试验过程均未发生腹泻。3.1.2二甲酸钾在生长肥育猪生产中的应用二甲酸钾在生长肥育猪的应用研究主要针对提高生长性能、改善酮体品质等方面。Overland等[32]研究发现，在日粮中添加0.8%~1.2%二甲酸钾能够显著增加生长肥育猪平均日增重和料重比，同时降低酮体脂肪百分比，增加瘦肉率，改善酮体质量。董殿元等[33]研究发现，育肥猪日粮添加0.6%二甲酸钾后，平均日增重较抗生素组（4%黄霉素预混剂0.125 g/kg）增加1.40 g，料重比降低3.8%，二甲酸钾促进生长效果与抗生素相当，对酮体性状和肌肉品质未产生不良影响。Visscher等[34]研究发现，添加1.2%二甲酸钾后，育肥猪粪便中沙门氏菌的检出率由81.67%降低至14.75%，盲肠中丙酸浓度由20.8 mmol/kg增加至37.5 mmol/kg，丁酸浓度由13.2 mmol/kg增加到24.3 mmol/kg。在生长料和肥育料中添加二甲酸钾可以降低猪体内沙门氏菌的水平，阻断沙门氏菌在生长肥育猪中的流行[35]。3.1.3二甲酸钾在母猪生产中的应用Overland等[36]研究表明，添加0.8%和1.2%的二甲酸钾能增加母猪妊娠期背膘厚度，仔猪初生重、平均日增重和断奶重，添加1.2%的二甲酸钾还使粗灰分和粗脂肪表观消化率分别提高4.9%和3.4%，净能提高2.3%。Christian等[4]研究发现，在母猪分娩前1周至断奶期结束，添加二甲酸钾可使母猪采食量提高16%，断奶窝重提高3.7%，背膘损失减少0.9~1.6 mm，为弥补体重收缩所必需的代谢能降低27%。宋之波等[37]研究发现，在正常泌乳母猪日粮中添加0.8%二甲酸钾可使母猪体重损失减少23.41%，母猪断奶至发情天数减少0.74 d，仔猪断奶窝重提高2.11%。分娩前1周在母猪饲料中添加0.5%二甲酸钾可提高分娩后母猪采食量和断奶仔猪窝均重[38]。3.2二甲酸钾在鸡生产中的应用二甲酸钾在鸡生产中的应用研究主要是针对肉仔鸡，改善生长性能和屠宰性能和肠道健康，减少鸡坏死性肠炎等方面。Mikkelsen等[12]研究发现，日粮中添加2.25和4.50 g/kg二甲酸钾可降低人工诱发的肉鸡坏死性肠炎的死亡率，但添加6.75 g/kg二甲酸钾并无此效果。Ragaa等[39]研究发现，与基础日粮组相比，肉鸡日粮中添加0.5%甲酸和0.5%二甲酸钾料重比分别降低14.35%和15.22%，大腿肌肉产肉量提高2.93%和3.48%，绒毛高度/隐窝深度提高63.49%和86.90%，可见日粮中添加甲酸和二甲酸钾对提高肉鸡生产性能，改善肠道健康方面均有积极的作用，且二甲酸钾的效果优于甲酸。周寰宇等[20]研究表明，日粮中添加不同含量的二甲酸钾对白羽肉鸡生长性能均有提升效果，以0.7%添加效果最优；与仅饲喂基础日粮相比，0.7%二甲酸钾使肠道拟杆菌门丰度提高24%，厚壁菌门、变形菌门和Epsilonbacteraeota丰度依次下降16.0%、6.0%和1.2%，有效改善了肠道微生物菌群的微生态健康。林颖等[40]研究发现，日粮中添加杆菌肽锌、二甲酸钾和月桂酸均可改善肉鸡生长性能和屠宰性能，1~42日龄料重比分别为1.68、1.69和1.71，腿肌率分别为13.20%、12.72%和12.23%。邹俊等[41]以1日龄健康肉鸡为饲喂对象，研究了丁酸梭菌、二甲酸钾及其组合对肉鸡生长性能、屠宰性能和免疫器官指数的影响，结果表明，0.03%丁酸梭菌、0.2%二甲酸钾及其组合均能提高肉鸡日增重，降低料重比和死亡率，提高肉鸡屠宰性能和免疫器官指数，而且组合添加效果优于单独添加。3.3二甲酸钾在水产动物生产中的应用二甲酸钾在水产动物生产中的应用较为广泛，以鱼和虾为主。傅钰[42]研究二甲酸钾对南美白对虾生产性能的影响，添加0.2%和0.5%二甲酸钾后，南美白对虾的体重较未添加组分别提高7.2%和7.4%，虾特定增长率提高4.4%和4.0%，虾生长力指数提高3.8%和19.5%。Anggi等[43]研究发现，饲料中添加1%的二甲酸钾能够提高罗氏沼虾的日生长率、饲料效率和存活率。Elala等[44]研究表明，添加0.2%和0.3%的二甲酸钾后，罗非鱼的体增重较未添加组分别提高15.16%和16.14%，特定生长率提高11.69%和12.99%，饲料转化率均降低9.21%，经口感染嗜水气单胞菌的累积死亡率分别降低67.5%和82.5%，可见二甲酸钾在提高罗非鱼生长性能和抵抗疾病感染上具有积极的作用。Suphoronski等[45]研究发现，二甲酸钾能够显著提高罗非鱼日增重和生长率，改善饲料转化率，降低因疾病感染的死亡率。Naderi等[46]研究发现，二甲酸钾与乳酸杆菌类饲料添加剂PrimaLac®联合使用能够显著提高虹鳟幼鱼的体增重、比生长率和消化酶活性。Oyama等[47]研究表明，日粮中添加0.9%的二甲酸钾改善非洲鲶鱼的血液学特征，尤其是血红蛋白水平。Xun等[48]研究发现，二甲酸钾能够显著提高卵形鲳鲹幼鱼的生长参数，与未添加组相比，增重率、特定生长率和饲料效率分别提高9.87%、6.55%和2.03%，推荐添加量为6.58 g/kg。Kakavand等[49]研究表明，二甲酸钾在提高鲟鱼生长性能、血清和皮肤黏液中总免疫球蛋白、溶菌酶活性和总蛋白水平，改善肠道组织形态等方面均具有积极的作用，最佳添加范围为8.48~8.83 g/kg。Suryadi等[50]研究发现，二甲酸钾能够显著提高嗜水单胞菌感染的橘色鲨的存活率，以0.3%的添加量的存活率最高，达81.67%。二甲酸钾在提高水产动物生产性能、降低死亡率等方面具有积极作用，可作为一种有益的饵料添加剂应用于水产养殖。3.4二甲酸钾在其他动物生产中的应用二甲酸钾在其他动物生产中的应用研究较少，仅在水貂和肉兔中有相关报道。王群等[14]研究发现，不同水平的二甲酸钾均可降低育成期公貂料重比，改善干物质和粗蛋白的表观消化率，提高十二指肠胰蛋白酶活性，降低粪便中总氮含量，以0.3%效果最佳，料重比较未添加组降低25.24%，干物质和粗蛋白表观消化率提高4.22%和5.49%，十二指肠pH值降至6.41，胰蛋白酶活性提高154.7%，粪便总氮含量降低17.04%。詹海杰等[51]研究发现，二甲酸钾和磷酸按3∶2比例混合后以0.1%的添加量应用于商品肉兔饲料中可显著提高其生长性能、养分表观消化率和屠宰性能，且对肉品质无不良影响，应用效果与抗生素（20 mg/kg恩拉霉素+300 mg/kg金霉素）相当。4展望二甲酸钾作为一种替抗促生长的饲料添加剂，具有抑菌、促生长、改善饲料转化率、调节肠道微生态环境、预防腹泻等作用。但二甲酸钾在实际生产中应用时仍存在诸多问题：二甲酸钾的物理性质决定了其遇高温易分解、刺激性大且极易吸潮，应用效果易受加工和贮藏过程中的环境因素影响；有效使用剂量大，添加成本高，限制了在饲料中的规模化应用；二甲酸钾添加到饲料时，可能会影响矿物元素的消化，吸收和代谢；二甲酸钾的应用研究主要集中在猪、鸡等畜禽动物，在水产、反刍动物生产中的应用研究较少。随着国内外“饲料禁抗”政策相继实施，二甲酸钾作为一种非抗生素生长促进剂将迎来巨大的发展机遇。二甲酸钾制备加工工艺和扩大应用范围研究将成为未来研究的重点。降低二甲酸钾使用成本，解决其在实际应用中的问题不仅有助于推动其在动物养殖领域的应用与推广，更有利于促进我国养殖业的绿色健康发展，保障畜产品安全。