不同纖維原料在生長豬的有效能和營養物質表觀全腸道消化率的測定

趙金標 宋孝明 李忠超 臧建軍 倪壽清 劉 嶺,*

(1.中國農業大學動物科學技術學院，動物營養學國家重點實驗室，北京 100193；2.北京同力興科農業科技有限公司，北京 100193；3.山東大學環境科學與工程學院，青島 266273)

近年來，隨著畜牧業的高速發展，作為能量和蛋白質來源的飼料原料的需求急劇增加，比如玉米、小麥和豆粕等[1]，進而導致飼料成本增加和飼料原料短缺。為了解決這一問題，飼料行業正在尋找可替代常規飼料原料的非常規飼料原料，以維持豬的生長性能并緩解飼料匱乏的現狀。農作物副產品的加工利用已成為一種實現畜牧業可持續發展的解決方案，但農作物副產品通常含有較高水平的膳食纖維，這直接影響其在養豬生產中的應用。一般來說，膳食纖維不能在豬的小腸被消化酶降解，但可以部分或完全被腸道微生物利用并生成揮發性脂肪酸。研究已經證實揮發性脂肪酸參與調節宿主正常的生理功能并提高機體的免疫力[2-3]。揮發性脂肪酸作為信號分子，除參與調節與宿主健康和營養供應有關的代謝反應，如刺激胃腸道運動，降低血液中膽固醇、葡萄糖和胰島素的含量[4-5]，還可以刺激腸道有益菌群的生長和活性[6]。膳食纖維還可以通過平衡腸道微生物組成、刺激微生物分泌細菌素和增強腸道屏障的完整性和功能來改善腸道健康[7-8]。

大豆是畜禽生產中蛋白質的主要來源，世界每年大豆產量近3.5億t，中國每年大豆產量為2 000萬t。豆粕是由大豆加工而成的一種重要的蛋白質原料，一直作為動物提供平衡氨基酸的優質飼料原料之一[9]。大豆油、大豆皮和豆腐渣等大豆加工副產品種類繁多。大豆皮常常作為一種纖維原料飼喂母豬和生長育肥豬，但是其他副產物如豆腐渣在養豬生產中應用較少，缺少其營養價值相關數據。另外，果渣中含有豐富的可溶性膳食纖維，如柑橘果皮、蘋果渣等。蘋果渣中的可溶性膳食纖維主要由葡聚糖和果糖組成，其常常被用來飼喂生長豬以調節腸道菌群的平衡和宿主腸道的健康[10-11]。然而，蘋果渣在生長豬的營養價值尚未明確，需要進一步研究以促進其在養豬生產中的應用。為了促進更多的農作物加工副產品在養豬生產中的應用，本試驗測定了大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣4種纖維原料在生長豬的消化能、代謝能以及能量和營養物質消化率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗中大豆皮、豆腐渣和蘋果渣從北京某牧業有限公司購買。枯草芽孢桿菌M139(菌種保藏號CGMCC No.7.5)為本實驗室從中草藥根莖中篩選分離，用來發酵蘋果渣。發酵蘋果渣制作過程如下：首先，枯草芽孢桿菌M139在37 ℃下用LB液體培養基孵化12 h；然后，每10 kg蘋果渣添加100 mL枯草芽孢桿菌M139(1.5×1010CFU/mL)進行固體有氧發酵，發酵時間為72 h，發酵溫度為30 ℃；最后，發酵后的蘋果渣在室外晾干備用。

1.2 試驗動物

試驗共選用30頭健康的“杜×長×大”三元雜交去勢公豬，平均初始體重為(45.0±2.1)kg。每個試驗豬飼喂于代謝籠(1.4 m×0.7 m×0.6 m)內。10個代謝籠放置于同一個豬舍內，共30個代謝籠放置于3個豬舍內，每個豬舍的溫度保持在(25±2)℃，相對濕度保持在(60±5)%。每個代謝籠的底部放置1個可移動的糞樣收集盤，糞樣收集盤下面放置1個尿液收集桶。所有試驗豬每天自由飲水。

1.3 試驗設計和飼糧

本試驗在農業農村部飼料工業中心豐寧動物試驗基地(河北承德九運農牧有限公司院士工作站)進行，按照農業農村部飼料效價與安全監督檢驗測試中心(北京)的豬飼料營養價值評價技術規程進行所有試驗操作。所有試驗設計及試驗操作符合中國農業大學實驗動物福利的倫理的規章制度。

根據初始體重采用完全隨機設計將試驗豬分為5組，每組6個重復，每個重復1頭豬。各組分別飼喂5種飼糧。5種飼糧為1個含97.4%玉米的基礎飼糧以及分別含29.22%大豆皮、豆腐渣、發酵蘋果渣和蘋果渣的4種纖維飼糧，額外添加含有維生素和礦物質的預混料以滿足25～50 kg生長豬的營養需要[12]。試驗飼糧的原料組成見表1。試驗飼糧能量和營養水平見表2。

表1 試驗飼糧的原料組成(飼喂基礎)Table 1 Ingredient composition of experimental diets (as-fed basis) %

表2 試驗飼糧能量和營養水平(飼喂基礎)Table 2 Energy and nutrient levels of experimental diets (as-fed basis) %

本試驗共22 d，包括7 d代謝籠適應期，10 d飼糧適應期和5 d糞尿收集期。在代謝籠適應期，生長豬采食玉米-豆粕型飼糧。試驗開始時，對豬進行稱重，確定每天采食量，采食量按照初始體重的4%計算[13]。試驗飼糧以粉料的形式進行飼喂，分別在每天09：00和17：00各飼喂1次，每次飼喂量相等。每天收集剩料量及撒料量，計算每種飼糧的實際攝食量。

1.4 樣品收集

在糞尿收集期間，將每頭試驗豬排出的糞便及時用塑料袋收集，每次收集后將塑料袋保存在-20 ℃冷藏柜中。試驗結束后，將同一頭豬的糞便樣品匯集在一起，稱重并記錄糞便樣品的重量。混合均勻后，從每頭豬的糞樣中取350 g，在65 ℃鼓風式烘箱中干燥72 h。烘干后的糞便經過粉碎過直徑為1 mm的篩子，最后放入-20 ℃的冰箱中保存。在整個收集過程中，將每頭豬的尿液收集到附在籠下漏盤上的塑料桶中。在桶中加入50 mL的6 mol/L鹽酸，以抵抗微生物的生長同時減少尿液中氨的揮發。每天收集每頭豬排泄尿液的10%，并保存在-20 ℃冷藏柜中。最后，將每天收集每頭豬的尿液樣品進行混合，留下45 mL的樣品用于分析能量。

1.5 檢測方法

飼料原料和飼糧的干物質(方法930.15)、粗蛋白質(方法984.13)、粗脂肪(方法920.39)和粗灰分含量(方法942.05)的測定方法參照AOAC(2006)[14]。總膳食纖維含量為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維含量的總和，可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維含量(方法991.43)的測定方法參考Adeola[13]。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量的測定方法參考Van Soest等[15]。總能按照國際標準ISO 9831:1998推薦的方法使用氧彈式測熱儀測定。

1.6 計算公式

豬飼糧消化能和代謝能的計算方法參照以下公式[13]：

飼糧消化能(MJ/kg)=[食入的總能(MJ)-排糞總能(MJ)]/采食量(kg)；飼糧代謝能(MJ/kg)=[食入的總能(MJ)-排糞總能(MJ)-尿能(MJ)]/采食量(kg)。

豬飼糧營養物質表觀全腸道消化率的計算方法參照以下公式[9]：

某營養物質表觀全腸道消化率(%)=100×[該營養物質攝入量(g)-該營養物質排出量(g)]/該營養物質攝入量(g)。

豬飼糧消化能和代謝能的計算方法參照以下公式[15]：

基礎飼糧校正消化能(MJ/kg)=基礎飼糧消化能(MJ/kg)/97.4%；原料消化能(MJ/kg)=[試驗飼糧消化能(MJ/kg)-基礎飼糧校正消化能(MJ/kg)×68.18%]/29.22%。基礎飼糧校正代謝能(MJ/kg)=基礎飼糧代謝能(MJ/kg)/97.40%。原料代謝能(MJ/kg，飼喂基礎)=[試驗飼糧代謝能(MJ/kg)-基礎飼糧校正代謝能(MJ/kg)×68.18%]/29.22%。

式中：97.40%為玉米在玉米基礎飼糧中的添加比例；68.18%為玉米在大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣飼糧中的添加比例；29.22%為大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣分別在其飼糧中的添加比例。

1.7 數據統計分析

通過SAS 9.2分析軟件中UNIVARIATE程序分析試驗數據的模型殘差和等方差的正態分布，從而檢測數據異常值，本次試驗未觀察到異常值。另外，采用MIXED程序模型分析不同飼糧之間的差異。每頭試驗豬作為試驗數據的重復單位。飼糧處理和動物狀況分別被作為固定效應和隨機效應。P<0.05為差異顯著，0.05≤P<0.10為有趨勢。

2 結 果

2.1 大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣的能量和營養水平

由表3可見，與大豆皮和豆腐渣相比，蘋果渣和發酵蘋果渣的粗蛋白質含量較低，酸性洗滌纖維含量較高。大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣的總膳食纖維含量(60.14%～66.70%)相近，但是與大豆皮、蘋果渣和發酵蘋果渣相比，豆腐渣的可溶性膳食纖維含量較低，不可溶性膳食纖維含量較高。

表3 大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣的能量和營養水平(飼喂基礎)Table 3 Energy and nutrient levels of soybean hull,soybean residue,fermented apple pomace and apple pomace (as-fed basis) %

2.2 不同纖維飼糧飼喂生長豬的能量和營養物質表觀全腸道消化率

由表4可見，與玉米基礎飼糧相比，飼喂大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣飼糧生長豬的總能、粗蛋白質和粗脂肪的表觀全腸道消化率顯著降低(P<0.05)，總膳食纖維、不可溶性膳食纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀全腸道消化率顯著升高(P<0.05)。與豆腐渣和大豆皮飼糧相比，飼喂蘋果渣和發酵蘋果渣飼糧生長豬的總能、粗蛋白質和酸性洗滌纖維的表觀全腸道消化率顯著降低(P<0.05)，飼喂蘋果渣飼糧生長豬的總膳食纖維、不可溶性膳食纖維和中性洗滌纖維的表觀全腸道消化率顯著降低(P<0.05)。

表4 不同纖維飼糧飼喂生長豬的能量和營養物質表觀全腸道消化率 Table 4 Energy and nutrient apparent total tract digestibility of growing pigs fed different fibrous diets %

2.3 不同纖維飼糧飼喂生長豬的能量和能量利用效率

由表5可見，與玉米基礎飼糧相比，飼喂大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣飼糧生長豬的代謝能/總能顯著降低(P<0.05)，飼喂發酵蘋果渣飼糧生長豬的消化能、代謝能、消化能/總能和代謝能/消化能顯著降低(P<0.05)。與大豆皮、豆腐渣和蘋果渣飼糧相比，飼喂發酵蘋果渣飼糧生長豬的消化能/總能和代謝能/總能顯著降低(P<0.05)。

表5 不同纖維飼糧飼喂生長豬的能量和能量利用效率Table 5 Energy and energy utilization efficiency of growing pigs fed different fibrous diets

2.4 不同纖維原料的能量和營養物質表觀全腸道消化率

由表6可見，豆腐渣的酸性洗滌纖維的表觀全腸道消化率顯著高于蘋果渣和發酵蘋果渣(P<0.05)。豆腐渣的可溶性膳食纖維的表觀全腸道消化率顯著高于大豆皮、蘋果渣和發酵蘋果渣(P<0.05)。大豆皮和豆腐渣的總能的表觀全腸道消化率顯著高于蘋果渣和發酵蘋果渣(P<0.05)。

表6 不同纖維原料的能量和營養物質表觀全腸道消化率Table 6 Energy and nutrient apparent total tract digestibility of different fibrous ingredients %

2.5 不同纖維原料的能量和能量利用效率

由表7可見，大豆皮的消化能和代謝能顯著高于豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣(P<0.05)。大豆皮和豆腐渣的消化能/總能和代謝能/總能顯著高于蘋果渣和發酵蘋果渣(P<0.05)，但代謝能/消化能顯著低于蘋果渣和發酵蘋果渣(P<0.05)。

表7 不同纖維原料的能量和能量利用效率Table 7 Energy and energy utilization efficiency of different fibrous ingredients

3 討 論

3.1 不同纖維飼糧飼喂生長豬的消化能、代謝能和營養物質表觀全腸道消化率

豬自身無法分泌內源性纖維酶來降解飼糧纖維，但飼糧纖維可被后腸內的腸道微生物分解，產生揮發性脂肪酸。揮發性脂肪酸已被證實可調節腸道內環境的穩態，并且可以被腸道上皮細胞吸收提供能量[16]。膳食纖維可分為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維。與不可溶性膳食纖維相比，可溶性膳食纖維更易被腸道微生物降解[17]。不同纖維成分對飼糧營養物質消化率、揮發性脂肪酸產量和腸道微生物群落組成的影響具有很大差異[18]。在本試驗中，與玉米基礎飼糧相比，在飼糧中添加不同纖維成分降低了飼糧中總能、粗蛋白質和粗脂肪的表觀全腸道消化率，但增加了總膳食纖維、不可溶性膳食纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀全腸道消化率。這些結果與先前報道的結果一致，隨著飼糧中甜菜粕添加水平的增加，飼糧能量和粗蛋白質消化率下降，而纖維消化率逐漸增加[19]。能量和粗蛋白質消化率下降的原因是原料提供的纖維成分抑制了消化酶活性以及消化酶與腸道食糜內營養物質的酶促反應[20-21]。飼糧中添加的富含纖維的原料增加了纖維成分的消化率，這主要是由于更多的纖維成分從小腸遠端流入大腸被腸道微生物降解[19]。在生長豬飼糧中添加富含纖維的原料降低了飼糧粗蛋白質消化率的另一個原因可能與內源氮的合成分泌有關。隨著飼糧中纖維水平的增加，來源于微生物蛋白和脫落黏膜的內源氮逐漸增多[22]。不同的纖維成分對豬內源氮的分泌存在較大差異，從而導致飼糧粗蛋白質和氨基酸消化率的不同[23]。此外，雖然蘋果渣和發酵蘋果渣的可溶性膳食纖維含量高于大豆皮和豆腐渣，但是大豆皮和豆腐渣飼糧的總能、干物質、粗蛋白質、總膳食纖維、不可溶性膳食纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀全腸道消化率高于蘋果渣和發酵蘋果渣飼糧。這一結果應該與大豆加工副產物中富含易于發酵的低聚糖有關[24]。

此外，飼喂大豆皮和豆腐渣飼糧生長豬的消化能、代謝能、消化能/總能以及代謝能/總能均高于蘋果渣和發酵蘋果渣飼糧，但是代謝能/消化能低于蘋果渣和發酵蘋果渣飼糧。飼糧中添加大豆皮和豆腐渣提高了能量的利用效率，這可能與大豆加工副產物中易發酵低聚糖含量較高有關。然而，飼喂大豆皮和豆腐渣飼糧降低了生長豬的代謝能/消化能，其原因是飼糧粗蛋白質含量較高，導致尿中氮排泄量增加[25-27]。

3.2 不同纖維原料的生長豬消化能、代謝能和營養物質表觀全腸道消化率

為了進一步推廣非常規纖維原料的應用，采用套算法測定了大豆皮、豆腐渣、蘋果渣和發酵蘋果渣的消化能、代謝能和營養物質表觀全腸道消化率。與大豆皮、蘋果渣和發酵蘋果渣相比，豆腐渣具有較高的酸性洗滌纖維和可溶性膳食纖維的表觀全腸道消化率，這是由于豆腐渣中含有較高含量的低聚半乳糖，其容易被腸道微生物降解[24]。大豆皮和豆腐渣的消化能、代謝能和總能的表觀全腸道消化率高于蘋果渣和發酵蘋果渣，這是由于大豆皮和豆腐渣含有較多含量和更高質量的粗蛋白質，被內源性蛋白酶在小腸消化生成小肽和游離氨基酸，然后被腸細胞吸收并提供能量。雖然蘋果渣和發酵蘋果渣含有較多的可溶性膳食纖維，其可被腸道菌群發酵產生揮發性脂肪酸，然后被腸上皮細胞部分吸收提供能量，但是在豬體內，通過揮發性脂肪酸提供能量的效率遠遠低于單糖和游離氨基酸[28-30]。另外，大豆皮和豆腐渣的消化能/總能和代謝能/總能均高于蘋果渣和發酵蘋果渣，但是代謝能/消化能低于蘋果渣和發酵蘋果渣，這也與大豆皮和豆腐渣具有較高能量表觀全腸道消化率和粗蛋白質含量有關。總體而言，基于能量水平、能量利用效率和營養物質表觀全腸道消化率，大豆皮和豆腐渣作為非常規纖維原料飼喂生長豬的效果優于蘋果渣和發酵蘋果渣。

4 結 論

① 使用不同纖維原料配制生長豬飼糧，即使飼糧的總膳食纖維含量一致，但是由于纖維組成和理化性質的差異，導致其消化能、代謝能、營養物質表觀全腸道消化率和能量利用效率存在很大差異。

② 與蘋果渣和發酵蘋果渣相比，大豆皮和豆腐渣的能量水平、能量利用效率和營養物質表觀全腸道消化率更高，表明大豆皮和豆腐渣對生長豬的飼喂價值優于蘋果渣和發酵蘋果渣，這與大豆皮和豆腐渣中粗蛋白質含量較高有關。