1 丁酸梭菌的来源、形态和生理
丁酸梭菌（Clostridium butyricum）又名酪酸菌，它是梭状芽孢菌属中的一个种，是1933年由日本千叶医科大学宫入近治博士首先发现并报告的，因此又叫宫入菌。1935年，Kingi miyairi博士从人的粪便和土壤中分离出丁酸梭菌，随后发现其厌氧培养的过滤物中含有较少的脂肪酸，具有极强的整肠作用，它可抑制肠道中的致病菌，促进肠道中有益菌如双歧杆菌和乳杆菌的生长。
丁酸梭菌是一种专性厌氧的革兰氏阳性芽孢杆菌，其直径为（0.6～1.2）×（3.0～7.0）µm，两端钝圆，中间部分轻度膨胀，细菌呈直杆状或稍有弯曲，单个或成对，短链，偶见有丝状菌体，周身鞭毛，能运动。孢子卵圆，偏心或次端生。革兰氏染色初培养的菌为阳性，菌稍长可变为阴性。在琼脂平板上形成白色或奶油色的不规则圆形菌落，稍突，直径为1～3mm。不水解明胶，不消化血清蛋白，能够发酵葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖等碳水化合物产酸，一个显著的特征是产生淀粉酶，水解淀粉但不水解纤维素。水解淀粉和糖类的最终代谢产物为丁酸、醋酸和乳酸，还发现有少量的丙酸、甲酸，硝酸盐还原实验均为阴性。丁酸梭菌DNA的G＋C含量的摩尔分数为27％～28％。
2 丁酸梭菌的功效
2.1 调整肠道菌落平衡，促进肠道有益菌群增殖
肠道菌群失衡会导致各种疾病的发生，丁酸梭菌能促进有益的双歧杆菌、乳酸菌、拟杆菌的增殖和有效的抑制引起疾病的葡萄球菌、念珠菌、克雷伯菌、弯曲杆菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、痢疾杆菌和伤寒沙门菌以及腐败菌的繁殖，从而减少了胺类、吲哚类和硫化氢等有害物质。
实验表明，己知健康人的粪便菌群以厌氧菌为主，并知双歧杆菌在人和动物体为最高和最常见的正常菌群之一。张达荣等证实，肠易激综合症患者中菌群失调，表现为与粪便菌群中主要比例的总厌氧菌双歧杆菌、乳酸杆菌的量减少，而占肠道菌群比例中较少的具有潜在致病性梭菌却显著增多，经丁酸梭菌治疗后，粪便菌群中的双歧杆菌、无芽孢厌氧菌、大肠菌、肠球菌和乳酸菌与健康人无显著差异，占肠道比例多的双歧杆菌、乳酸杆菌显著上升，而具有潜在致病性的梭菌明显下降，并且临床症状相应明显改善。赵熙等研究报道，酪酸菌制剂使肠道内的双歧杆菌数量增加，差异极显著（P≤0.01），乳酸杆菌的数量增加，差异显著（P≤0.05）。傅思武等证实，服用酪酸菌制剂后，受试者的肠杆菌、肠球菌、拟杆菌的数量无明显变化。双歧杆菌、乳酸杆菌的数量增加，差异有非常显著性（P≤0.01）。张雪平等用酪酸菌制剂对肠道致病菌体外生物拮抗作用研究表明，丁酸梭菌和双歧杆菌在休外能明显抑制大肠埃希氏菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌的生长繁殖。陆俭等研究表明，酪酸菌对霍乱弧菌有拮抗作用，具有抑制霍乱弧菌的作用。吕存女等实验证明，酪酸菌和婴儿双歧杆菌能明显抑制艰难梭菌的生长，并且两菌联合比各自单独培养时显示出更强的生物拮抗作用。这一系列实验研究说明，酪酸菌制剂对调整肠道微生态具有重要意义。
2.2 增强免疫功能，预防肿瘤发生
口服丁酸梭菌能增加人和动物体内血清中免疫球蛋白IgA和IgM的含量。丁酸梭菌的细胞壁成分和它产生的胞外多糖（半乳糖：葡萄糖=13.5：86.5）能抑制肿瘤细胞的生长。用热灭活丁酸梭菌制成的疫苗有激活NK细胞和巨噬细胞的作用。
当机体摄食酪酸菌死菌体（10⁹个／克）后，从小肠上皮无菌取出派伊尔氏淋巴集结细胞，用ELISA法测定血清中免疫球蛋白IgA含量，试验组（6µg／mL）明显高于未摄食菌体的对照组（0.5µg／mL）。给鸡饲喂含酩酸菌体的饲料后，测其血清中ND-HI抗体效价的变化，结果显示，摄食1周后，ND-HI滴度迅速上升。
有人发现酪酸菌细胞具抗肿瘤活力。移植肉瘤180前和后分别对小鼠进行腹膜注射其液剂发现酪酸菌产生的胞外可溶性多聚糖完全抑制肉瘤的生长。另有人用酩酸菌治疗移植性肿瘤“ Jensen肉瘤”，热杀死酪酸菌细胞后制成菌体疫苗，对BDF.鼠的B16-F10黑素瘤进行抗转移试验。疫苗刺激自然杀伤（NK）细胞对靶细胞YAC-1的细胞毒力的抗性。处理后72h出现拮抗峰值，而最大巨噬细胞对细胞毒活力的抑制在9-11天出现。这种刺激作用证实了被激活的NK细胞和巨噬细胞在抗转移作用中的角色。
2.3 在肠道产生益生产物
在肠道内酪酸菌能产生B族维生素、维生素K等物质, 对机体具有保健作用。最近对母乳喂养婴儿脑出血的研究己集中到维生素K方面来。对维生素K缺乏具有高度敏感性的家禽进行实验证明酪酸菌能在肠道内产生必需的维生素K。
丁酸梭菌在肠道内能产生淀粉酶、蛋白酶、糖苷酶、纤维素酶。特别要指出的是，日本学者Nakajima发现肠道中丁酸一拜仁梭菌组中的菌产生内切和外切果胶的裂解酶和果胶甲基化酶，能把肠道内的果胶降解为中间产物，即寡聚半乳糖和4,5-不饱和半乳糖醛酸，最终分解为挥发性短链脂肪酸一乙酸和少量丁酸及甲酸。这些酶系显然有重要的生理功能。我们知道，人和动物每天要摄入体内大量的纤维和果胶物质，由于这些酶系的作用，其中间产物可被双歧杆菌等乳酸菌利用，从而促进了这些菌的生长繁殖，其最终产物又可被机体吸收利用。
丁酸梭菌的主要代谢产物为丁酸，而丁酸是肠道上皮组织细胞的再生和修复的主要营养物质。因此，对肠道上皮组织的再生和修复有很重要的意义。
2.4 稳定性好
丁酸梭菌产生内生芽孢，所以能耐热耐酸，在人体内不受胃酸、胆汁酸等影响，因而通过消化道不失活，在体外室温下可保存三年以上不失效。并且对青霉素、氨苄西林、链霉素、庆大霉素、妥布霉素、氯霉素等有一定的抗性，因此这种制剂可和抗生素合用，提高疗效。大量实验证明它无任何毒副作用，被广泛用于医药、功能性保健食品和动物饲料的添加剂及植物肥料。
2.5 其它功效
大量数据说明，单用丁酸梭菌或与双歧杆菌、益生元等合用，对于因菌群失调而引起的急慢性腹泻、肠易激综合症、抗生素相关性肠炎、便秘等症状有良好的疗效，对于肠炎、肝硬化和放疗、化疗造成的免疫功能下降也能起到辅助的治疗作用。不少资料还说明，该菌还能促进维生素E的吸收，降解胆酸和提高抗氧能力。
3 益生丁酸梭菌的研究进展
3.1 日本
日本是研究丁酸梭菌制剂历史最长、范围最广的国家，主要研究丁酸梭菌的安全性和临床应用，其在临床上不仅对各种原因（肠道感染、肿瘤化疗、外科手术等）所致的肠道菌群紊乱、急慢性腹泻、肠易激综合症、非溃疡性消化不良等疾病有良好的疗效，尤其对应用抗生素后所致的伪膜性肠炎有独特的效果。他们除开发用于整肠的药品外，还开发了酪酸菌液剂、粉末剂、胶囊剂等保健食品，并将其作为兽医药品用来治疗畜禽肠道菌群紊乱，提高生产力。另外，酪酸菌制剂还可以当作微生物肥料使用，不仅促进植物生长，又能防治植物病害。
3.2 我国
我国对丁酸梭菌的研究开发才刚刚起步，但发展较快，已有丁酸梭菌产品出现。自1993年起，从日本进口酪酸菌制剂一米雅BM片剂和米雅利桑爱儿A颗粒剂，先后在上海、广州、哈尔滨等十几家著名医院临床应用，治疗肠菌群紊乱引起的肠炎、腹泻、消化不良等疾患，取得了显著疗效。目前我国研究者对丁酸梭菌的研究主要是在临床应用上，但作为饲料添加剂应用的并不多见。
此外，丁酸梭菌也可做为兽药使用，由于其对链霉素等多种抗生素具有抗性，与这些抗生素配合使用时其生物作用不受影响，还能加强治疗效果。丁酸梭菌对多种抗生素的抗性，对其在目前饲料中普遍添加抗生素的情况下仍能发挥其效能有特别意义。
4 与丁酸钠的比较
丁酸钠，又名正丁酸钠盐，产品呈白色至类白色，似绒毛状，可吸湿性粉末，具有特殊的奶酪酸败样气味，易溶于水，水溶液pH呈碱性。因丁酸具有游离性和挥发性的特点，饲料生产中将其制成相对稳定的钠盐---丁酸钠。丁酸钠在我国是允许使用的饲料添加剂品种之一，于2006年被农业部列入《饲料添加剂品种目录》。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），起到肠黏膜营养剂、电解质平衡调节剂、胃肠道微生态调节剂、复合酸化剂、香味剂、诱食剂等作用。目前，国内对丁酸钠在畜牧生产中的应用研究大部分针对幼龄动物。但实际应用发现，丁酸钠产品效果并不稳定，分析其原因有以下几点：
⑴ 饲料原料对丁酸钠有一定的缓冲能力：饲料原料的缓冲能力，是影响胃内游离酸量的主要因素。缓冲能力越大，能吸附胃内的游离酸就越多，这使得采食后胃内的游离酸减少，胃内pH值升高，进而影响胃蛋白酶的活性和蛋白质的消化分解。一般来说，蛋白质、钙、磷和微量矿物质的含量越高，饲料的缓冲能力越高。
⑵ 丁酸钠用量不好掌握：丁酸钠作为有机酸，一方面它的解离度小，酸性较弱，达到同样的酸化能力添加量比无机酸要大得多，添加成本高。另一方面丁酸钠作为酸化剂，在饲料日料中的添加是直接性的，添加的酸容易被碱中和，失去酸化作用；或者在胃中吸收过快，又会反射性抑制胃酸分泌，影响胃功能的正常发育；如果无法到达小肠，则不能有效降低小肠中的pH值，无法达到抑制有害微生物生长、促进有益菌生长的目的。此外，饲料日粮的种类、动物的年龄、体重以及饲养环境都会影响丁酸钠的使用量。
⑶ 贮存运输条件受限：丁酸钠产品在常规贮存和搬运条件下，处于低温和密封状态下稳定，但不能与性质相反的物质、粉尘、过热物品、强氧化剂混合保存，贮存过程中容易发生稀释结块或造成饲料受潮。
⑷ 技术成本高：核素示踪法研究SCFA（短链脂肪酸）吸收的结果表明，机体结肠中SCFA的吸收和代谢能力很强，其中又以丁酸为最快。由于丁酸代谢速度很快，使得机体内丁酸的血清半衰期仅仅只有6分钟。在利用丁酸钠作为治疗药物时，为了使其达到有效的血药浓度，常用办法是利用缓释技术。将丁酸钠包被成片剂，从而使丁酸能够到达结肠而不会在此前被小肠吸收和代谢。
⑸ 存在不良应激：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，本想起到诱食和保持动物机体健康的作用，但是往往能引起动物粘膜灼伤，导致采食量下降，甚至拒食。此外，丁酸钠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。
5 结语
微生态学是近年来发展很快的一门生命科学，也是理论与实践结合得相当紧密的一门科学。随着微生态理论的进展，它的实践产物微生态制剂不断涌现，并引起临床医学工作者的高度重视。丁酸梭菌营养要求简单，其发酵工艺和发酵设备也相对简单。总之，它的产品不仅成本低廉，而且具有“酸化肠道、修复粘膜；对抗耐药菌、优于丁酸钠”的显著特点。作为新一代饲料添加剂的丁酸梭菌，无残留，安全性好，更符合消费者的期望，市场潜力巨大，因而是一类很有开发前途的产品，必将对整个畜牧业和饲料业产生深远的意义。