酸化剂是一类用于降低饲料在消化道内pH值、抑制病原菌生长、改善动物消化道环境的新型绿色饲料添加剂。在当前饲料无抗、养殖减抗环境下，酸化剂是替代抗生素的主要成员之一。作为结构最简单的有机酸，甲酸酸化效果好、抑菌能力强、杀菌范围广，是复合酸化剂的重要组成。以甲酸为基础的衍生物，不仅继承了甲酸的抑菌能力，而且克服其腐蚀性、刺激性的缺点，在饲料添加剂和养殖业中得到广泛应用。文章对甲酸和甲酸衍生物的理化特性和在畜禽、水产中的应用进行综述，为甲酸和甲酸衍生物的进一步研究及应用提供参考。1甲酸和甲酸衍生物酸化剂可分为有机酸和无机酸两种。无机酸又称为矿物质酸，如盐酸、硫酸和磷酸，其酸性强、价格低，但腐蚀性强。有机酸是指具有酸性的有机化合物，通常带有一个—COOH。有机酸能够降低pH值，抑制病原菌生长，改善营养物质消化吸收，进而改善动物肠道健康、免疫功能以及生长性能[1-2]。甲酸也叫蚁酸，是结构最简单的有机酸。甲酸能够以分子形式直接高效地进入细菌体内，降低菌体内pH值；羧酸根负离子能够抑制DNA和蛋白质的合成，使细菌无法繁殖，从而抑制或杀灭细菌[3]。由于甲酸分子量最小，在同等质量下其酸分子数高于其他有机酸。因此，单从抑菌能力上来看，甲酸强于其他有机酸。但是，甲酸具有强烈的刺激性气味和腐蚀性，会刺激皮肤起泡，对眼睛、皮肤和呼吸道产生强烈的刺激和破坏，对运输和存储设备要求严格。所以，生产中很少以单一甲酸作为酸化剂使用，通常是与其他酸化剂复配组成复合酸化剂使用[4]。随着科技和工艺的发展，一些安全、无刺激的甲酸衍生物相继被开发，其中包括甲酸盐类、苯甲酸及其盐类和二甲酸钾三类。与甲酸相比，甲酸衍生物克服了甲酸的刺激性、腐蚀性和不稳定性，拓展了甲酸类酸化剂的应用范围。甲酸及甲酸衍生物理化性质见表1。其中，应用最为广泛的是苯甲酸、甲酸钙和二甲酸钾。苯甲酸是最简单的芳香酸，广泛存在于自然界中。苯甲酸常温下具有甲醛气味的针状结晶，难溶于水。甲酸钙含69%的甲酸根和31%的钙，易溶于水，稳定不易分解，是甲酸盐类中应用最广泛的盐类。二甲酸钾，又称双甲酸钾，是由甲酸和甲酸钾通过氢键缔合而成的二聚体，为白色或微黄色结晶粉末，具有较弱的甲酸气味，易溶于水，1%溶液的pH值约为3.5，甲酸含量35%以上，甲酸根含量40%以上。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2021.23.031.T001表1甲酸及甲酸衍生物理化性质甲酸及其衍生物分子质量形态气味溶解性吸湿性和稳定性甲酸46.03无色液体强烈刺激性气味溶于水、甘油、苯，不溶于乙醇、乙醚强还原剂，能发生银镜反应；室温慢慢分解成CO和水苯甲酸122.12白色针状或鳞片状结晶稍有甲醛或苯的气味微溶于水，易溶于乙醚、乙醇不易氧化甲酸钠68.01白色结晶或粉末稍有甲酸气味易溶于水、甘油，微溶于乙醇略有潮解性，受热时分解为氢气和草酸钠，接着生成碳酸钠甲酸钙130.11白色结晶或粉末味微苦易溶于水，水溶液呈中性略有吸湿性，稳定不易分解甲酸钾84.12白色或无色晶体稍有甲酸气味易溶于水、乙醇，不溶于乙醚极易吸潮甲酸铵63.06无色晶体或粒状粉末稍有甲酸气味溶于水和乙醇，水溶液呈弱酸性易潮解二甲酸钾130.14白色结晶粉末味酸易溶于水极易吸潮，高温易分解2甲酸和甲酸衍生物生物学功能2.1甲酸甲酸作为结构最简单的有机酸，具有很好的酸化作用和营养功能。甲酸抑菌能力强，对大肠杆菌、沙门氏菌等病原菌具有很强的抑制效应，其抑菌效果优于其他有机酸。8种酸化剂的抑菌效果见表2~表4[5]。部分有机酸和有机酸盐对大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌的MIC50（最小抑菌浓度抑制50%）和MBC50（最小杀菌浓度杀灭50%）见表5。甲酸和植物精油对大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌的MIC50和MBC50见表6。由表4~表6可知，与有机酸盐相比，甲酸对大肠杆菌、沙门氏菌、产气荚膜梭菌等致病菌的抑菌和杀菌效果更强，与肉桂醛、百里香酚等植物精油的抑菌能力接近[6]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2021.23.031.T002表28种酸化剂的抑菌圈直径种类大肠杆菌ATCC25922大肠杆菌临床分离株金色葡萄球菌ATCC6538沙门氏杆菌ATCC9120甲酸9.655.675.5312.08二甲酸7.513.899.255.91酒石酸5.894.827.538.51乳酸5.263.771.253.47富马酸4.984.446.406.71柠檬酸5.332.133.433.79苹果酸2.492.612.234.09磷酸2.372.101.473.03mm10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2021.23.031.T003表38种酸化剂的最小抑菌浓度（MIC）种类大肠杆菌ATCC25922大肠杆菌临床分离株金色葡萄球菌ATCC6538沙门氏杆菌ATCC9120甲酸0.310.310.310.31富马酸1.251.251.251.25酒石酸1.252.501.251.25乳酸1.252.501.251.25柠檬酸2.502.502.502.50苹果酸2.502.502.501.25磷酸2.502.502.502.50二甲酸2.502.502.502.50g/L10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2021.23.031.T004表48种酸化剂的最小杀菌浓度（MBC）种类大肠杆菌ATCC25922大肠杆菌临床分离株金色葡萄球菌ATCC6538沙门氏杆菌ATCC9120甲酸1.251.251.251.25富马酸2.501.252.502.50酒石酸2.502.502.502.50乳酸5.0010.0010.002.50柠檬酸5.005.0010.0010.00苹果酸5.005.0010.0010.00磷酸5.005.005.005.00二甲酸5.005.005.005.00g/L10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2021.23.031.T005表5部分有机酸和有机酸盐对大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌的MIC50和MBC50项目甲酸丙酸丁酸钠庚酸钠壬酸椰子脂肪酸蒸馏物钠盐甲醛大肠杆菌MIC506001 20050 0001 562.54 800＞5 000150MBC502 4009 600125 0001 562.519 200150沙门氏菌MIC506001 200125 0001 562.54 800＞5 00075MBC502 4002 400125 0001 562.519 200300产气荚膜梭菌MIC501 2002 40031 2501 562.52 4001675MBC502 4002 40062 5003 1252 40016150mg/kg10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2021.23.031.T006表6甲酸和植物精油对大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌的MIC50和MBC50项目甲酸肉桂醛百里香酚香芹酚丁香精油牛至油黑胡椒精油大肠杆菌MIC50600600600300600300＞250 000MBC502 4001 2001 200300600600沙门氏菌MIC50600600300300600600＞250 000MBC502 4002 4006006001 200600产气荚膜梭菌MIC501 2003001 200300600600＞250 000MBC502 4003001 2003001 200600mg/kg1999年，我国农业农村部将甲酸作为防腐剂、电解质平衡剂添加到饲料添加剂目录中。欧盟于2003年批准甲酸作为动物营养添加剂使用，美国于2018年批准甲酸作为家禽饲料酸化剂使用。目前，欧洲、泰国、北美等国家和地区的大型饲料和养殖企业普遍使用甲酸预防和控制饲料以及肉蛋中的沙门氏菌问题[7]。2.2苯甲酸苯甲酸分子亲脂性强，与细菌细胞接触能够干扰细胞膜结构或穿过细胞膜进入细胞内抑制细菌生长[8]。苯甲酸抑菌范围广，对多数微生物均具有抑制作用[9]，能够显著抑制大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等致病菌的生长[10]。苯甲酸能够促进肠道消化酶的产生，并通过降低肠道pH值激活消化酶[11]。2003年，欧盟允许在猪料中添加不超过1%的苯甲酸作为酸化剂，2018年批准用作肉鸡和蛋鸡饲料添加剂[12]。2014年，美国批准苯甲酸作为酸化剂在饲料和饮水中使用。我国已经将苯甲酸作为防腐剂、防霉剂添加到《饲料添加剂品种目录（2013）》中。苯甲酸具有甲醛气味，会对动物采食量有一定影响；苯甲酸水溶性差，实际应用中可使以苯甲酸钠代替。2.3甲酸钙甲酸钙是一种新型的饲料添加剂，因其含有甲酸根可作为一种酸化剂使用；因其含有31%的钙，也是一种优质的钙源。甲酸钙易溶于水，其水溶液为中性，因而不会造成饲料中氨基酸、维生素等营养成分的流失。甲酸钙稳定不易分解、无刺激、无腐蚀，可在各类动物饲料中作为酸化剂、防霉剂、抗菌剂使用[13]。我国于2013年批准将甲酸钙作为防腐剂、防霉剂添加到《饲料添加剂品种目录（2013）》中；2014年欧盟批准甲酸钙作为饲料防腐剂使用，2018年批准作为肉鸡和蛋鸡饲料添加剂；2020年美国批准甲酸钙作为猪鸡饲料酸化剂。但是，甲酸钙不具有直接杀菌和酸化的作用，必须在胃内或酸性条件下转化为甲酸分子，才能发挥杀菌和降低pH值的作用。因此，甲酸钙的杀菌和酸化效果相对较弱。2.4二甲酸钾二甲酸钾是欧盟批准的第1个用于替代抗生素的饲料添加剂。2001年，欧盟批准二甲酸钾作为替代抗生素的饲料添加剂用于猪饲料中，2005年批准用于母猪料中；2005年，我国农业农村部批准二甲酸钾用于猪饲料中。二甲酸钾作为一种非抗生素饲料添加剂，具有绿色、安全、无残留、腐蚀性低、刺激性小等优势，在动物消化道内释放缓慢，能够同时发挥甲酸和甲酸钾的功能，有效调节动物胃肠道pH值，改善肠道菌群，促进营养物质的消化吸收[14]。3甲酸和甲酸衍生物在畜牧、水产养殖中的应用3.1甲酸和甲酸衍生物在猪养殖中的应用甲酸属于短链脂肪酸，其酸性强，在饲料和胃中均具有很好的酸化作用，在动物肠道内能够发挥营养功能，对于改善生长猪，特别是断奶仔猪肠道健康和生长性能具有重要作用[4]。在仔猪日粮中添加甲酸能够提高断奶仔猪平均日增重和平均日采食量，降低料肉比[15]。甲酸与月桂酸单甘酯的联合使用能够调节仔猪肠道菌群结构，缓解由产肠毒素大肠杆菌引起的肠道炎症[16]。苯甲酸抑菌范围广，对多数真菌、细菌、霉菌生长均具有抑制效果，在仔猪日粮中应用效果显著，能够显著改善断奶仔猪养分消化率[17-18]，改善断奶仔猪肠道菌群组成和肠道形态[19]，显著降低断奶仔猪腹泻率，改善肠道健康和仔猪生长性能[20-22]，在一定阶段对仔猪生长性能的改善效果优于抗生素[23]。植物精油中的酚类物质能够改变细菌细胞膜结构，提高细菌对酸化剂，如苯甲酸的通透性，从而提高酸化剂的作用效果，因而生产应用中常以酸化剂与精油复合使用，以获得更好的协同效果[24]。苯甲酸与精油复合使用能够显著改善断奶仔猪养分消化率和肠道健康，从而改善仔猪生长性能[25-26]；能够降低断奶仔猪炎症反应，改善盲肠微生物组成，最终提高肥育猪生长性能[27]。苯甲酸与博落回提取物能够显著提高断奶仔猪平均日增重，显著降低料肉比、腹泻率，显著提高仔猪抗氧化能力，显著改善肠道绒毛结构和菌群组成[28]。苯甲酸能够显著提高生长肥育猪饲料养分消化率，改善增重，减少氨氮排放[29]。甲酸钙克服了甲酸的刺激性和腐蚀性缺点，性质更稳定、效果更明显，是目前公认的有肯定效果的酸化剂之一，效果优于其他单一酸化剂。仔猪饲料中添加甲酸钙可以提高断奶仔猪采食量、日增重和饲料转化率，改善肠道绒毛结构和粪便评分[30]，显著降低仔猪腹泻率[31]。甲酸钙抑菌能力虽然相对较弱，但作为有机酸盐，其缓冲能力强，添加到仔猪饲料中能够显著降低大肠中大肠杆菌数[32]。作为第一个替抗饲料添加剂，二甲酸钾能够有效改善动物肠道健康，提高畜禽生长性能[33-34]。在断奶仔猪日粮中添加一定水平二甲酸钾，可提高断奶仔猪平均日增重，降低料肉比[35-36]，显著降低肠道内有害菌数量[37]。二甲酸钾可以显著提高生长肥育猪平均日增重，显著降低料重比[38]。在妊娠母猪日粮中添加二甲酸钾不会对仔猪的初生数和初生体重产生负面影响[39]。3.2甲酸和甲酸衍生物在家禽养殖中的应用肉鸡日粮中添加一定水平的甲酸，能够显著降低胃肠道pH值，显著提高粗蛋白消化率[40]，提高肉鸡增重和存活率，显著降低回肠和盲肠内沙门氏菌、产气荚膜梭菌含量，降低大肠杆菌攻毒导致的料重比和死淘率的升高[41]。日粮添加甲酸和甲酸钠的混合酸化剂，能够明显抑制肉鸡肠道内伤寒沙门氏菌的定植，显著降低伤寒沙门氏菌引起的肉鸡死亡率[42]。甲酸和百里香的复合使用能够进一步改善肉鸡生长性能、屠宰性能和肠道绒毛结构[43]。在坏死性肠炎模型下，甲酸和甲酸钠混合酸化剂的添加能够改善肉鸡生长性能，显著降低死亡率[44]。甲酸可以显著降低盲肠产气荚膜梭菌、沙门氏菌数，显著提高回肠绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度比[45]。苯甲酸在家禽中的应用效果差异较大。研究表明，蛋鸡日粮中添加苯甲酸显著降低了破壳蛋率，显著提高了鸡蛋蛋白高度和哈夫单位，有提高产蛋率和平均蛋重、降低料蛋比的趋势，但高剂量添加对产蛋率和蛋重有一定负面影响[46-47]。肉鸡日粮添加苯甲酸提高了肉鸡增重，显著降低料重比[48-49]，能够缓解球虫攻毒造成的肉鸡免疫功能和生长性能的下降[50]。但Yousaf等[51]、Karami等[52]研究结果显示，日粮添加苯甲酸会降低肉鸡的生长性能。甲酸钙在家禽养殖中的应用不如在猪养殖中的应用广泛，应用效果也比在仔猪中的应用效果差。但是，肉鸡日粮中添加甲酸钙也能够显著增加十二指肠绒毛高度、胫骨强度[53]。甲酸钙与肉桂醛复合添加，提高了肉鸡采食量、增重，降低料重比，显著降低回肠和盲肠内沙门氏菌、产气荚膜梭菌含量，提高大肠杆菌攻毒模型下的肉鸡增重，显著降低料重比和死亡率[41]。研究表明，肉鸡日粮中添加二甲酸钾显著降低了肉鸡料重比[54]，显著提高肉鸡增重，改善屠宰性能[55]，显著提高回肠绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度比，显著降低盲肠产气荚膜梭菌、沙门氏菌数[45,56]。肉鸡日粮添加二甲酸钾可以显著降低坏死性肠炎引起的肉鸡死亡率[57]。对有机酸、有机酸盐应用的分析结果表明，有机酸或有机酸盐对家禽生长性能的改善可能是由于其对能量和蛋白质消化率的改善，减少了微生物与宿主的营养竞争[58]。3.3甲酸和甲酸衍生物在反刍动物养殖中的应用酸化剂是一类重要的青贮料添加剂，能够抑制青贮过程中霉菌、致病菌生长，减少青贮干物质损失，提高青贮料品质[59]。甲酸酸性强、抑菌效果好，是一种非常优秀的青贮料添加剂。作为青贮料添加剂，甲酸能够迅速降低原料pH值，抑制原料呼吸作用，减少营养物质损耗，改善青贮品质[60]。经过甲酸处理的青贮饲料，不仅很好地保存了饲料原料的特性，还能够降低青贮干物质损失，显著提高青贮料中乳酸含量[61]，显著降低梭菌、氨态氮含量[62]。在青贮稻草中添加0.2%的甲酸，显著降低了青贮料pH值，显著提高青贮料中乳酸菌含量，降低肠杆菌、酵母菌和霉菌含量，显著提高了青贮发酵后的干物质含量，降低干物质损失、氨基氮和乙醇含量，显著改善青贮饲料品质[63]。以添加甲酸的青贮饲料饲喂肉牛可提高肉牛采食量和日增重[64]；饲喂奶牛可改善奶牛产奶量和奶品质[65]；饲喂山羊可显著提高山羊的养分消化率、平均日增重、平均日采食量，显著降低料重比[66]。但是，甲酸具有强腐蚀性，安全隐患比较大。甲酸盐及甲酸衍生物克服了甲酸腐蚀性的缺点，使用更安全。苯甲酸钠作为苯甲酸盐，兼具有苯甲酸的抑菌活性。作为一种发酵抑制剂，苯甲酸钠能够有效抑制霉菌、酵母菌等不良微生物的生长，减少对青贮饲料营养物质的消耗[67-68]。玉米秸秆中添加苯甲酸钠，显著提高了青贮发酵饲料中可溶性碳水化合物含量，显著降低氨态氮与总氮比值，提高植物乳杆菌丰度[69]。甲酸钙除了作为酸化剂，还是一种优质的钙源。使用甲酸钙替换部分石粉，能够显著提高泌乳奶牛乳蛋白率，对乳脂率和乳钙含量也有提升作用，显著提高了钙、磷的表观消化率，减少了钙、磷排放量[70]。在苜蓿青贮中添加二甲酸钾，能够显著改善青贮料品质，显著降低青贮料pH值，显著降低短链脂肪酸、乙醇含量以及乳酸菌、酵母菌、梭菌等各种微生物含量，显著降低非蛋白氮含量和干物质损失，与甲酸相比效果更好[71]。3.4甲酸和甲酸衍生物在水产养殖中的应用水产养殖中，酸化剂的作用主要是净化水质、改善水体环境。酸化剂还能够发挥促进采食和消化、提高增重和饲料转化率、增强免疫和抗病力的作用。水产养殖中应用最为广泛的酸化剂是柠檬酸及其复合酸化剂，而甲酸和甲酸衍生物应用研究非常少。由于甲酸腐蚀性强，生产中多使用复合酸化剂。Adam等[72]研究表明，鱼粉中添加甲酸和丙酸的混合酸化剂，可显著降低原料储藏过程中大肠杆菌数量，防止其变质。在饵料中添加甲酸和丙酸盐的混合酸化剂，显著提高尼罗罗非鱼体增重、特定生长率和饵料转化率，显著改善红细胞数、血红蛋白含量、淋巴细胞和中性粒细胞百分比等血常规指标[73]。苯甲酸和苯甲酸盐通常是作为饲料和水产品防腐剂使用。饲料中添加苯甲酸能够促进矿物质的吸收。肖顺应等[74]研究表明，苯甲酸可提高饲料中磷的利用率，促进草鱼的生长。二甲酸钾在水产养殖中的应用较为广泛。研究表明，鲶鱼饵料中添加0.2%的二甲酸钾，能够显著提高鲶鱼的增重、饵料效率以及蛋白质效率，显著降低死亡率[75]。在尼罗罗非鱼饵料中添加二甲酸钾，能够改善其增重、特定生长率、饵料转化效率，改善其肠道绒毛结构，提高抗氧化能力[76]。饵料添加0.3%二甲酸钾，显著提高金鱼血液中红细胞数、白细胞数，显著提高嗜水气单胞菌攻毒后的金鱼存活率[77]；显著提高鲫鱼的生长速度和存活率，降低肠道pH值[78]。饵料中添加1.25%的二甲酸钾，显著提高虹鳟的增重、饵料转化率和特定生长率，并且提高消化道内消化酶活性[79]。二甲酸钾与植物提取物的复合使用能够显著提高尼罗罗非鱼的日增重、饵料转化率和特定生长率[80]。4结论作为有机酸中分子量最小、结构最简单的酸，甲酸以极强的抑菌杀菌功能成为饲料酸化剂的重要一员，在饲料抑菌防腐、动物肠道酸化、动物促生长等领域发挥重要作用。苯甲酸、甲酸钙和二甲酸钾作为主要的甲酸衍生物，弱化了甲酸的刺激性、腐蚀性缺点，同时保留了甲酸的抑菌特性。相对甲酸，甲酸衍生物的酸化效果和抑菌能力也有很大的弱化，在实际生产中的应用效果不稳定。如何使甲酸和甲酸衍生物在饲料、养殖中获得稳定、高效的应用效果，国内外学者进行了广泛研究，并通过工艺技术、组合应用方案等方面得以实现。例如通过对甲酸或甲酸衍生物的包被处理，提高其稳定性，实现在动物肠道内的定点释放，达到对甲酸及其衍生物添加量和效果的精准控制；或者通过甲酸或其衍生物与其他酸化剂、酶制剂、植物提取物或中草药等配合使用，实现二者的协同增效，提高甲酸和甲酸衍生物的应用效果。但是，如何实现甲酸及其衍生物与其他添加剂的高效组合仍需要进一步研究，如不同酸化剂成分之间的组合效应、酸化剂与其他营养物质的拮抗和相互作用、酸化剂的选择与畜禽类型及生理阶段的关联等。未来的研究应从上述问题入手，从而促进甲酸和甲酸衍生物的应用和产业的发展。