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纖維對(duì)豬的營(yíng)養(yǎng)和腸道健康的影響

【 發(fā)布時(shí)間：2018-08-18 】 【 點(diǎn)擊次數(shù)：52 】 【 所屬分類(lèi)：飼界周邊】

王志博，陸東東，倪冬姣 譯自Journal of Animal Science and Biotechnology，2014，№5：15

 
摘 要：日糧纖維會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用，降低飼料的凈能值。然而，日糧中必須加入纖維，以維持動(dòng)物消化道正常的生理學(xué)功能。此外，日糧纖維的不良作用可以根據(jù)纖維的特性進(jìn)行測(cè)定，且會(huì)因纖維源的不同而不同。多種技術(shù)可用于提高現(xiàn)有飼料資源的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用。另外，日糧纖維的利用范圍受豬的年齡和品種的影響。利用日糧纖維的潛在益生元效應(yīng)是一種有應(yīng)用前景的方法，可以提高動(dòng)物胃腸道的功能，因此可以盡量減少抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑的使用。在日糧中添加可溶性非淀粉多糖(Soluble Non-Starch Polysaccharides，NSP)能夠促進(jìn)動(dòng)物腸道共生菌的生長(zhǎng)。在日糧中添加來(lái)自菊苣的NSP，會(huì)改變豬腸道微環(huán)境和腸道形態(tài)，同時(shí)生長(zhǎng)性能保持不變，消化率僅有微小的下降。食糜中的發(fā)酵產(chǎn)物和pH會(huì)對(duì)日糧的類(lèi)型做出良好的反應(yīng)，并且會(huì)改變腸道菌群組成。有趣的是，纖維的攝入量會(huì)影響腸道上皮細(xì)胞熱應(yīng)激蛋白的表達(dá)。熱應(yīng)激蛋白在腸道中具有重要的生理學(xué)作用，能夠完成重要的家務(wù)管理功能(housekeeping function)，以維持腸道屏障的完整性。因此，越來(lái)越多的證據(jù)表明，日糧纖維因能與腸道微環(huán)境以及與免疫系統(tǒng)有關(guān)的腸道發(fā)生相互作用而可能具有益生元的作用。

在全球范圍內(nèi)玉米和豆粕是豬和家禽日糧中的主要原料，它們能夠提供動(dòng)物所需的大部分能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。雖然全球部分玉米和豆粕可獲得量不足的地區(qū)使用其他的谷物(如小麥)和副產(chǎn)物(如米糠和酒糟)作為飼料來(lái)取代全球豬業(yè)和禽業(yè)中使用的玉米和豆粕，但是人們對(duì)這種做法仍舊存在異議。這種做法可能是正確的，并可以應(yīng)用于工業(yè)化的家畜生產(chǎn)，但是其可能不適用于主要以小型農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行家畜生產(chǎn)的國(guó)家。
 
隨著人們對(duì)小型家庭農(nóng)場(chǎng)的關(guān)注度提高(為了改善食品安全以及盡可能減少對(duì)環(huán)境和氣候的影響)，人們有機(jī)會(huì)讓日糧中的飼料原料更為多樣化。在亞洲，很多國(guó)家用于動(dòng)物的潛在飼料資源主要來(lái)源于植物類(lèi)食品和農(nóng)工業(yè)副產(chǎn)品，例如木薯葉、地瓜藤、空心菜、米糠、木薯渣、啤酒糟和豆腐渣。它們代表著未被充分利用的飼料原料，大多纖維含量高，這迫使它們?cè)趩挝竸?dòng)物日糧中的使用受限，特別是在幼齡動(dòng)物中(由于這些原料體積大的特性和幼齡動(dòng)物發(fā)酵纖維的能力有限)。因此，為了更好地在日糧中利用這些可獲得的富含纖維的飼料原料，我們必須弄清它們的化學(xué)和物理特性，并考慮用于飼料配方中。
 
日糧纖維在豬和家禽飼料中具有重要作用，日糧中必需含有一定量的日糧纖維以維持動(dòng)物正常的腸道生理功能。當(dāng)在單胃動(dòng)物日糧中導(dǎo)入纖維時(shí)，主要顧慮的問(wèn)題是：高日糧纖維含量與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率低和低凈能值相關(guān)。然而，日糧纖維對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和凈能值的負(fù)面影響將按照纖維的特性進(jìn)行測(cè)定，且不同纖維源之間可能存在很大差異。而且，日糧纖維可能有其他的正面的影響，如刺激腸道健康、增加飽感、影響動(dòng)物行為以及總體上改善動(dòng)物健康。盡管動(dòng)物日糧明顯需要含有日糧纖維，但是其并沒(méi)有被包括在單胃動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要中。
 
在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，抗生素被用作為常規(guī)的生長(zhǎng)促進(jìn)劑來(lái)控制動(dòng)物腸道常見(jiàn)的疾病問(wèn)題，例如斷奶后腹瀉、豬痢疾。然而，這不是一種可持續(xù)性的生產(chǎn)體系，在飼料中經(jīng)常使用抗生素將促使細(xì)菌耐藥性的增加，這可能會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)和動(dòng)物患病時(shí)缺乏有效的抗生素用于治療。另外，在動(dòng)物生產(chǎn)中以添加劑的形式濫用抗生素能夠?qū)е聞?dòng)物產(chǎn)品中有高殘留的抗生素。2006年起，抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑(Antimicrobial Growth Promoters，AMGP)在歐洲被禁止使用，目標(biāo)是在食品生產(chǎn)中最小量地使用抗生素?？梢灶A(yù)期，世界的其他地方也會(huì)采取相似的措施。
 
為了在動(dòng)物生產(chǎn)中盡量減少AMGP的使用，重要的是以其他方式找到可以獲得良好的動(dòng)物健康的方法。可能的方法是改變?nèi)占Z組成和使用多種日糧的干預(yù)措施。這一領(lǐng)域(目的為改變腸道微生物組成)已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，例如通過(guò)益生菌、益生元、有機(jī)酸和日糧纖維來(lái)改變動(dòng)物的腸道微生物組成。人們認(rèn)為，這些日糧的干預(yù)措施具有改善腸道健康的潛力。
 
1  日糧纖維
 
根據(jù)糖苷連接糖的方式，碳水化合物組分可以分為寡聚糖和兩大類(lèi)型的多糖(淀粉和非淀粉多糖)。非淀粉多糖(Non-Starch Polysaccharides，NSP)與木質(zhì)素一起被定義為飼料和食品中的日糧纖維(Diet Fibre，DF)組分。然而，不可消化的寡糖和抗性淀粉在機(jī)體中與NSP和木質(zhì)素有相似的生理作用，不過(guò)前者不屬于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，因此該定義應(yīng)該進(jìn)行擴(kuò)展以包含這些組分。
 
在飼料原料間和同種原料內(nèi)，日糧纖維的含量和組成差異很大。結(jié)果是：由于飼料來(lái)源的不同，任何動(dòng)物的傳統(tǒng)日糧所含的日糧纖維濃度和特性在不同的生產(chǎn)體系和國(guó)家之間會(huì)存在差異。植物原料和它們的副產(chǎn)品的化學(xué)成分的改變不僅取決于該植物的植物學(xué)來(lái)源和加工處理的方法，也取決于該植物在收獲時(shí)的組織類(lèi)型和成熟度。
 
植物原料中胞間層、初級(jí)和次級(jí)細(xì)胞壁的比例連同連接細(xì)胞壁的無(wú)定形基質(zhì)的特性一起決定了纖維的利用率和特性。這些無(wú)定形基質(zhì)在植物的不同組織間和不同植物間通常顯示出很大的差異。在單子葉植物中，例如谷物，主要的細(xì)胞壁NSP是阿拉伯木聚糖、纖維素和β-葡聚糖。而雙子葉植物中的無(wú)定形基質(zhì)與單子葉植物的差別很大，這是由不同組織類(lèi)型造成的，可以以果膠物質(zhì)的含量和特性上存在的巨大差異為例證。
 
日糧纖維的物理化學(xué)特性取決于組成細(xì)胞壁的多糖以及取決于決定它們?nèi)芙舛鹊姆肿觾?nèi)部交聯(lián)作用。與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的主要物理化學(xué)特性是陽(yáng)離子交換能力、水合特性、黏性和有機(jī)化合物吸附特性等。不可溶日糧纖維的特點(diǎn)是增加食糜的流通速率和糞便的體積，而可溶性日糧纖維的特點(diǎn)是增加黏性和水合特性。飼料的水合特性對(duì)于動(dòng)物對(duì)食物有效的消化來(lái)說(shuō)非常重要，以膨脹力、溶解性、持水力(Water Holding Capacity,WHC)和水結(jié)合力(Water Binding Capacity，WBC)為特征。最近的研究表明，在越南收集的植物原料和農(nóng)工業(yè)副產(chǎn)品的可溶非纖維多糖(Soluble Non-cellulosic Polysaccharides，S-NCP)的含量與WHC存在很強(qiáng)的相關(guān)性。這可能是由于在高S-NCP含量的飼料原料中能夠保有大量水的細(xì)胞基體存在更多的縫隙。相似地，研究表明來(lái)自植物食物和農(nóng)產(chǎn)工業(yè)副產(chǎn)物的S-NCP組分與水合特性呈線(xiàn)性相關(guān)，例如膨脹性和WBC(圖1)。

2  營(yíng)養(yǎng)作用
 
2.1 改善飼料價(jià)值
 
各種技術(shù)，例如制粒、減小粒度和添加外源性酶能夠用來(lái)提高可利用飼料源的營(yíng)養(yǎng)值和利用率。這可能與克服當(dāng)?shù)乜衫蔑暳显吹臓I(yíng)養(yǎng)價(jià)值低(由于飼料含有高濃度的、會(huì)影響飼料物理化學(xué)特性的纖維和其他組分)的缺點(diǎn)緊密相關(guān)。
 
添加酶制劑的正效應(yīng)是由于酶制劑瓦解了完整細(xì)胞壁并釋放出被束縛的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，或者改變非淀粉多糖的物理特性(例如黏性、WHC),或者改變了在小腸與大腸中細(xì)菌的組成和含量。
 
已經(jīng)有報(bào)道指出，降低飼料粒度可以改善斷奶仔豬的飼料轉(zhuǎn)化率和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化。豬的年齡與飼料粒度在消化率上似乎有相互作用。這使得與較大豬比較，幼齡豬對(duì)飼料粒度有更大的反應(yīng)。這能夠解釋為什么隨著豬年齡的增加，大腸中可降解碳水化合物的微生物定植量增加，以及小腸消化和吸收能力提高。也有結(jié)果顯示，飼料粒度與酶制劑在豬日糧組分全消化道表觀(guān)消化率方面存在互作。飼料粒度的減少可增加斷奶后長(zhǎng)白×約克夏豬日糧組分全消化道表觀(guān)消化率和平均日增重。而且，添加多酶復(fù)合物(α-淀粉酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶和蛋白酶)可改善仔豬斷奶后日糧組分全消化道表觀(guān)消化率和生長(zhǎng)性能。然而，飼料粒度和多酶的添加在仔豬斷奶后全消化道蛋白質(zhì)和中性洗滌纖維的消化率上存在相互作用，如添加多酶復(fù)合物和增加更大粒度(分別為80％對(duì)75％和58％對(duì)51％)的日糧的全消化道粗蛋白(Crude Protein，CP)和中性洗滌纖維(Neutral Detergent Fiber，NDF)的消化率，而在小粒度(80％對(duì)78％和59％對(duì)55％)日糧中沒(méi)有變化。然而，在豬的育成期，除了CP和NDF，多酶復(fù)合物的添加對(duì)豬的生產(chǎn)性能和日糧組分的全消化道表觀(guān)消化率無(wú)正面影響(表1)。

 
2.2 纖維的利用
 
2.2.1 年齡的影響
 
成年豬比青年豬有更充分的腸道發(fā)育和更大體積的腸道、每千克體重更低的飼料采食量以及更慢的食糜流通速率和更高的纖維降解能力，這導(dǎo)致母豬比年輕豬消化纖維組分的能力更強(qiáng)。研究表明，在小腸段母豬比生長(zhǎng)豬能夠消化更多比例的NSP。研究還表明，母豬消化不可溶性NSP的能力更高。然而，生長(zhǎng)豬和母豬在可溶性NSP的消化率上差別非常小。因?yàn)殡S著年齡和體重的增加，豬消化纖維原料的能力會(huì)增強(qiáng)。因此，有人建議，豬日糧中的大部分飼料原料至少應(yīng)有兩個(gè)不同的能量值(一個(gè)是用于生長(zhǎng)—育肥豬，另一個(gè)用于母豬)，這一方法已經(jīng)在法國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院豬凈能體系中使用。
 
在斷奶仔豬中，年齡在影響除NDF外的所有日糧組分的全消化道表觀(guān)消化率上，斷奶后５周比斷奶后３周有更高的值。
 
2.2.2 豬品種的影響
 
消化能力和潛在的體蛋白沉積能力是與豬生產(chǎn)性能相關(guān)的兩個(gè)重要的性狀。然而，豬商業(yè)化育種研究主要關(guān)注與體脂肪和體蛋白沉積相關(guān)的因素，而較少地指向消化能力的育種差異。因此，體蛋白和體脂肪以及它們的沉積速率是用于預(yù)測(cè)隨著時(shí)間的推移胴體肌肉和脂肪組織組成變化的生長(zhǎng)模型中關(guān)鍵的變量。這種優(yōu)先性可以通過(guò)消費(fèi)者對(duì)總的肉質(zhì)和尤其是對(duì)瘦肉的越來(lái)越多的需求來(lái)解釋。這也反應(yīng)在對(duì)外來(lái)品種的越來(lái)越多地使用上，亞洲多個(gè)國(guó)家的城鎮(zhèn)和半城鎮(zhèn)化區(qū)域使用長(zhǎng)白豬、約克夏豬、杜洛克豬和漢普夏豬等與當(dāng)?shù)刎i種雜交。當(dāng)每日飼喂相同的DM和CP量時(shí)，大白豬×約克夏豬(LY)雜交豬比越南當(dāng)?shù)氐拿⒔?MC)豬顯示出更高的生長(zhǎng)速度和更好的飼料轉(zhuǎn)化率。這是由于LY豬比MC豬有更大的瘦肉組織生長(zhǎng)潛力，這反應(yīng)在更高的氮沉積上。
 
然而，當(dāng)?shù)氐钠贩N，例如MC豬，在繁殖和適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蚍矫婵赡苡懈玫奶匦?。因此，越南純繁MC母豬通常仍舊與外來(lái)品種的公豬(通常為約克夏豬或長(zhǎng)白豬)進(jìn)行人工授精配種，在小規(guī)模的半集約化和集約化生產(chǎn)系統(tǒng)中后代用于育肥。而且，研究表明，當(dāng)?shù)刎i種比遺傳上支持高生長(zhǎng)性能的外來(lái)豬種可能有更高的消化纖維的能力。當(dāng)?shù)刎i有更好的消化能力，主要原因是它們有更長(zhǎng)的食糜停留時(shí)間。由于食糜、消化酶和吸收表面之間以及食糜與腸道微生物間有更長(zhǎng)的接觸時(shí)間，所以當(dāng)?shù)刎i有更高效的消化。與LY豬比較，當(dāng)?shù)豈C豬有更長(zhǎng)的食糜停留時(shí)間，這能夠用有更大的腸道組織(在直徑方面)來(lái)解釋?zhuān)从沉烁蟮哪c道容量。同樣地，有報(bào)道指出腸道容量的差別能夠解釋伊比利亞豬比長(zhǎng)白豬有更長(zhǎng)的食糜停留時(shí)間。對(duì)當(dāng)?shù)刎i種和外來(lái)豬種的早期研究也表明，當(dāng)?shù)刎i的腸道組織更長(zhǎng)(圖2)。另外，最近的研究表明，品種和日糧與回腸內(nèi)的乳酸菌數(shù)量和丙酸濃度存在互作。與LY豬相比，增加日糧纖維水平連同提高可溶性纖維含量對(duì)MC豬回腸乳酸菌數(shù)量和丙酸濃度的影響更大。這表明MC豬和LY豬在腸道微生物活性和/或組成上存在差異。


有趣的是，不同豬品種在回腸的形態(tài)學(xué)方面也存在差異，而在十二指腸和空腸的形態(tài)學(xué)上無(wú)差異。MC豬的空腸比LY豬有更短的腸絨毛、更小的絨毛寬度和更大的隱窩密度。食糜通過(guò)消化道的時(shí)間和腸道微生物的活力能夠解釋這些腸道形態(tài)學(xué)上的差別。消化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要被近端小腸吸收。與遠(yuǎn)端小腸比較，小腸中食糜流通速率快和微生物活力低一起導(dǎo)致食糜組分更少地暴露于腸道。與LY豬相比，MC豬有更長(zhǎng)的固體食糜總消化道平均保留時(shí)間，這便利消化糜和吸收表面之間有更長(zhǎng)時(shí)間的接觸。
 
基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)，我們可以合理地假設(shè)：不同品種有不同的消化能力，對(duì)于相同日糧在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用和生產(chǎn)性能方面會(huì)表現(xiàn)出不同的反應(yīng)。
 

(待續(xù))

原題名：Fiber effects in nutrition and gut health in pigs(英文)

原作者：Jan Erik Lindberg(瑞典)

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