广东饲料第20卷第3蚓2011年3月 日粮纤维的营养价值及在母猪日粮中的 应用效果 王继强龙强李爱琴张宝彤 (北京桑普生物化学技术有限公司,北京100069) 摘要:在现代饲料配制中,纤维饲料在母猪日粮中的应用越来越普遍,并且越来越重要。日粮中适量添加纤维可以改 善母猪的繁殖性能,防止便秘,降低无乳症的发病率,存母猪生产中具有重要的意义。本文主要介绍 j-日粮纤维的定义、理化 特性及在母猪日粮上应用情况,为养殖者提供参考。 关键词:纤维;营养价值;母猪 [中图分类号】S816.2 【文献标识码】C [文章编N]io05—8613(2011)03—0030—04 在很长的一段时期内,人们认为日粮纤维不仅 所有非淀粉多糖和木质索。1984年,Johansson提出 本身没有营养价值,而且还会降低饲粮的营养价 把半纤维素、果胶、树胶、胶浆和木质素都属于纤 值。20世纪60年代,英国科学家推测,膳食中纤维 维,而不能消化的蛋白质和脂类、无机成分、硅酸盐 含量不足或者缺乏是导致发达国家“现代文明病” 等不应属于纤维。卢德勋(1998)认为日粮纤维的定 (肥胖症、高血脂、糖尿病、冠心病、结肠癌)发生的 义应该包括以下四层含义:①日粮纤维是Et粮内一 主要原因之一,Et粮纤维(dietary fiber,DF)的研究 种具有特殊营养生理作用的复合成分,而不是一种 和开发利用受了各国学者的重视。20世纪90年代 化学组成相当一致的饲料和日粮成分;Et粮内组成 以来,全世界范围内掀起了研究膳食纤维的热潮, 纤维的单个成分的营养作用并不等于是日粮纤维 它受到来自不同领域的科学家重视,同时也带动了 整体的营养生理作用。②应该突出日粮纤维是由结 动物营养学者对日粮纤维的研究。深入的研究发 榭l生和非结构性两部分组成。③应该反映出Et粮纤 现,日粮纤维在母猪日粮中的使用也有诸多的益 维的品质,即使用可利用指标来取代原来的粗指 处,对母猪的繁殖性能和健康有利。 标。并对单胃动物和反刍动物的可利用纤维指标应 1日粮纤维的定义 予以区分。④日粮纤维的分析方法应全面反映日粮 纤维主要存在于植物细胞壁中,由非淀粉多糖 纤维定义的上述原则,并具有简单、快速、重复性强 (NSP)及木质素、蛋白质、脂肪酸、蜡等组成。尽管, 等特点。 人们对日粮纤维进行了广泛的研究,但纤维的定义 2纤维的理化性质 仍存在争议,未达成共识。关于日粮纤维的定义有 从营养学的角度出发,纤维的理化特性主要包 多种,最早使用并延续至今的是粗纤维,由于粗纤 括阳离子交换特性、持水性、粘性、吸附特性和发酵 维本身定义过于笼统,测定方法上有缺陷,一些营 特性,其理化特性与组成细胞壁聚合物的类型及其 养学家相继提出新的定义取代粗纤维,以便更好的 分子间相互作用有关。 推进日粮纤维在营养生理的研究。1953年,Hipsley 2.1阳离子交换特性 首次使用日粮纤维这一术语,将其定义为植物细胞 纤维化学结构中所包含的羧基、羟基和氨基等 壁中不可消化成分。1976年,Trowell将纤维定义为 侧链基团,可产生类似弱酸性阳离子交换树脂作 植物细胞成分中能抵抗人类消化酶水解作用的结 用,可与阳离子,尤其是有机阳离子进行可逆的交 构成分。1981,Cumming将纤维定义为,纤维应包括 换,减少机体对离子的吸收。这种可逆的交换作用 并不是单纯的结合,而是改变离子的瞬间浓度,一 [收稿日1t1]]201 1—03—05 般是起稀释作用并延长它们的转换时间,而影响消 【作者简介】王继强,男,汉,硕士,助理研究员,技术部经理 ・30・ 广尔 iJ:l:=} 21) 3 1CtJ 21I1 1 3 Jj 化道的pH值、渗透压及氧化还原电位等,并出现 一糜。Leser等(2002)121. ̄E道,猪胃肠道中90%微生物 是以厌氧、革兰氏阳性菌为主,包括链球菌属、乳酸 杆菌属、真细菌属、梭菌属、消化链球菌属等;l0% 为革兰氏阴性菌为主,包括类杆菌属、普雷沃菌属, 种更缓冲的环境而有利于消化吸收。 2.2持水性 持水性是指每单位重量的纤维所能吸收水分 的量,反映的是纤维与水分子的结合能力。日粮纤 维化学结构中有很多亲水基团,具有很强的持水 其中普雷沃菌属为反刍动物瘤胃中常见的纤维素 分解菌。猪大肠内分解纤维素的菌主要为琥珀酸生 成纤维素菌、白瘤胃球菌、生黄瘤胃球菌、丁酸狐菌 属及反刍类菌体,其中琥珀酸生成纤维素菌和生黄 性。不同品种的日粮纤维,其化学组成、结构及物理 特性不同,持水性也不同。在常用的粗纤维饲料当 中,甜菜渣的持水力值最高为3.41 1/kg,麦麸持水 力值为2.42 1/kg,十草粉的持水力值为2.69 1/kg。许 多人的营养研究表明,纤维的持水性可增加排便的 速度和粪便的体积,减轻直肠内压力,同时也减轻 泌尿系统的压力。 2.3粘性 日粮纤维成分吸水后产生溶胀,使体积明显增 加,在食糜巾问表现一定的粘性。多糖在低浓度时, 因与水分子互作而增加了溶液的溶度。随着多糖浓 度的增加,多糖分子本身相互作用,从而缠绕成网 状结构。 2.4吸附特性 在某种意义上,Et粮纤维还有解毒功能,纤维 分子表面带有很多活性基团,可吸附螯合胆同醇、 内源性毒素(肠道内的有毒物质)、化学药品和外源 性毒素(有毒医药品)等。 2.5发酵特性 纤维不能被高等动物酶解,只能通过微生物发 酵降解,生成VFA(挥发性脂肪酸)。其降解程度和 速度与纤维的水溶性、化学结构、颗粒大小等多种 因素有关,其中糖分子中单糖和糖醛酸的种类、数 量及成键方式等结构特性在很大程度上决定了该 纤维在肠道内的发酵情况 产生的VFA可作为能 量被结肠细胞利用。 3母猪利用纤维饲料的生理基础 3.1生物学特性 猪是杂食动物,胃是肉食动物的简单胃与反刍 动物复杂胃之间的中间类型,凶而能充分利用各种 动植物饲料,并且采食量大、消化道长,因此对纤维 性饲料也有一定的消化能力。 3.2肠道的微生物区系 Jensen等(1994)i,i ̄E道,猪胃肠道巾以厌氧微 生物为主,胃和小肠中微生物的数量为107~l0s个 /g食糜;大肠内微生物的数量为10 l0“个/g食 瘤胃球菌是两个优势菌体,成猪体内纤维分解菌的 数量约为生长猪的6.7倍。汗善锋等(2003) 报道, 从猪的大肠内分离出一种新型高活性的纤维素分 解菌一草食梭状芽孢杆菌,它在猪肠道内的数量为 10 个,g食糜,降解植物细胞壁的能力相当甚至高 于反刍动物降解纤维素的微生物。与反刍动物不同 的是,猪大肠内不含有原生动物或厌氧真菌。随着 母猪日粮巾纤维水平的增加和饲喂mJl'.1的延长,母 猪肠道中的纤维素分解菌的数量也有增加的趋势。 3.3食糜在大肠停留时间 表1各种水平纤维的母猪粪中纤维素分解菌的数量10e个 /g(任巧玲,2007) 纤维素分解菌的数量 饲喂天数—— 对照 4【】%苜蓿粉 96%苜蓿粉 1().8 34 4 41 3 1(15 3 43 5 56 5 5()2 大肠是消化的最后一段,是单胃动物消化纤维 素的主要场所。猪的大肠约占肠道总长度的22%, 食糜在大肠的停留时间在20~40h。随着食糜在大 肠内停留时间的延长,纤维细菌发酵越来越活跃, 纤维素被加快分解。据报道,成年猪大肠中纤维素 的分解率可达47.2%~54.3%。大肠中纤维素消化 的终产物是挥发性脂肪酸,主要是乙酸、丙酸和丁 酸,其组成大体上与瘤胃相似。 4应用效果 4.1对母猪肠道微生态区系的影响 Awaii(2005)l 5l报道,健康动物肠道菌群中的优 势菌种受日粮组成的影响,而日粮纤维起重要的作 用。William等(2001)【(_】研究表明,结肠内3种不溶 ・31・ J 东饲料第2O卷第3划2011年3月 斗的发生,其原因为可溶性纤维13粮降低了食糜在 胃内的排空速度,延长了猪的饱感。 4.3维护母猪乳房健康,改善泌乳质量 表2日粮纤维素水平对母猪规癖行为的影响 (Ramonet,1999) 性基质(小麦麸、高直链淀粉和黏蛋白)中的主要定 殖菌属于不同的菌群。Owusu等(2006)网报道,在猪 的基础日粮中添加瓜尔豆胶或纤维素可增加猪回 肠双歧杆菌和肠细菌的数量;相反,含有高浓度可 发酵NSP和抗性淀粉的日粮可增加l临床猪痢疾发 生率。Montagne等(2003)嗣报道,纤维在肠道中发酵 可产生短链脂肪酸如乙酸、丁酸可抑制肠道病原微 生物(大肠杆菌、梭状芽孢杆菌)的生长。王九峰等 (2000)l9l研究了不同类型的日粮纤维对怀孕母猪肠 采食速度(g/min) 119.6 243 66.6 采食持续时间(n in) 51.6 道微生物状态的影响,所用的日粮纤维为麦麸纤维 (高不可溶性纤维)和甜菜纤维组(高可溶性纤维), 试验研究表明,采食1/2h后胃内大肠杆菌达到最 大值,且不受日粮类型的影响,采食1h后纤维组胃 内大肠杆菌总数明显降低,与对照组相比,麦麸组 大肠杆菌总数降低了44.43%,甜菜纤维组大肠杆 菌总数降低了92.87%,这表明可溶性纤维对降低 胃内大肠杆菌总数的效果更加明显;胃的pH值检 测表明,在采食甜菜纤维组1h后,母猪胃的pH可 由4.09降低到3,差异极显著。Wang(2003) 研究 表明,在母猪日粮中添加一定量的甜菜渣,胃肠中 乙酸含量提高了27%,蚁酸和丁酸的含量稍微增 加,并发现胃肠中大肠杆菌数量明显降低。总之,日 粮纤维会显著影响肠道内的菌群平衡,并因为日粮 纤维来源不同和猪所处的生理状态对猪的健康产 生有益或者有害的影响。 4.2增加饱感,降低母猪的规癖行为 母猪一些无目的的重复行为被称为规癖行为, 表现为咬栏、空口咀嚼及过度饮水等。Cronin等 (1986)…】报道,母猪的规癖行为会导致代谢率增 加、饲料转化率下降等,并对母猪的繁殖性能不利。 有报道认为,妊娠期间的限饲与规癖行为有一定关 系。由于限饲,妊娠期间饲喂给母猪的饲料远低于 其需要,母猪因为饥饿可能产生一些规癖行为。 Brouns等(1994)[12 ̄,Jk为,母猪的采食动机得不到满 足是导致规癖行为的重要原因之一,通过饲喂高纤 维日粮可以明显降低母猪的这种规癖行为。 Guillemet等(2006) 1研究了低纤维日粮(3.16%) 和高纤维El粮(12.42%)对初产妊娠母猪行为的影 响,妊娠期饲养结果表明,高纤维组母猪的饮水量 较低纤维组降低了6%,日采食时间和采食量均有 所提高。Vestergaard(1997)『l 4l报道,在母猪日粮中添 加可溶性的甜菜纤维可有效避免怀孕母猪之间争 ・32・ 日饮水量(L/d) 13.7 9.3 饲料咀嚼行为 25.5 34.0 其他行为 41.5 14.6 在泌乳母猪日粮中添加适宜的纤维对肠道起 刺激作用,产生间隔作用从而确保消化道的运动, 食糜在肠道中的通过速度也有了明显的提高。排空 时间与日粮纤维的降解能力成负相关,非可溶性纤 维的持水能力强,吸收水分多,形成粪便的速度较 快,刺激肠壁的机械感受器导致排便,从而加快排 空速度,使毒素迅速排出体外。另外,适宜的粗纤维 水平可防止母猪无乳综合征的发生率。便秘和肠道 食糜流通速度减慢可促使内毒素的产生和革兰氏 阳性菌的大量繁殖。内毒素可引起催乳激素分泌减 少,催乳激素分泌减少会造成母猪泌乳量降低并增 加乳房炎的发生率。 日粮纤维在肠道中产生大量的挥发性脂肪酸, 特别是乙酸(合成乳酸),可以直接进入乳汁,提高 初乳和常乳的乳脂率,有利于初生仔猪的成活和生 长。葛德军(2009) 在经产母猪日粮中添加适量纤 维,产生24h对母乳成分的分析表明,与对照组相 比,试验组乳蛋白含量提高了2.03%,乳糖的含量 提高了39.85%,乳脂的含量提高了14.68%。 4.4改善母猪的繁殖性能 Danie1sen等(2001)[171研究了3种不同纤维水 平(46g DF/kg DM、127g DF/kg DM、135g DF,kg DM)日粮对母猪生产性能的影响,妊娠期母猪采食 量分别为281.1、289.7、368.2kg;妊娠期增重分别为 58.7、61.6、67.9kg;泌乳期的失重分别为8.0、6.3、 9.6kg。该研究表明,日粮中添加适量的纤维,可提 高挥发性脂肪酸含量,为发育中的胎儿提供生酮基 质,增加胎儿体内的能量储备,并能减少泌乳期间 母猪失重。Holt等(2006)11181 ̄究了2种不同纤维水 平(2.7%、14.8%)日粮对妊娠母猪养分消化率和繁 J 力: d } A4,,-20_=[≥ 3 J {201 1{Ii 3 J J 殖性能的影响,所用纤维素来源为大豆皮,试验结 果表明,低纤维组十物质采食量为1.8kg,能量消化 率为80.1%,血清尿素氮存留量为27.8mg/dl;高纤维 组十物质采食量为2.1kg,能量消化率为74.7%,血 清尿素氮的存留量为28.1 mg/dl。对繁殖性能的统计 表明,低纤维组母猪产仔数1 1.7,初生窝重16.3kg, 断奶窝重62.5kg;高纤维组母猪产仔数10.8,初生窝 重14.8kg,断奶窝重62.7kg,生产性能基本相当。在 [4]任巧玲,马强.粗纤维在付诸饲粮【l】的应用lJI_饲料研究,2007, (10):36—38. 【5】Awati A.Effect of suhstrate adaptation on the nficrolifal fermentation and nficrobial composition of fae( al microbiota of weanling piglets studied in vitr('【J1.Journal of science food agrie,2005,85:1 765—1 772. [6]Williams B.Verstegen M,Tamminga S.Feiment'aion in the large in— testine of single—stolna( hed animals and its relationship to animal heahhlJ1.Nutr Res Rev,2001,14:207—227. [7】Owusu A,Patience J,Laarveld B et a1.Effe ̄’t of gamr gllnl and eellu- lose on digesta passage rate,ileal lnicr( ̄hial populations,euergy and 一个生产周期内添加纤维对母猪繁殖性能的影响可 能不显著,但在多个生产周期内持续使用纤维,对母 猪的繁殖性能影响明显。Evens等(1991)[・ 艮道,妊 娠母猪日粮中添加6.8%麸皮,经过5个生产周期, 发现母猪的产仔数和初生窝重有了明显的提高。 Vellm等(2009) 研究在3个妊娠一泌乳生产周期 内,在日粮中添加13.35%麸皮对母猪繁殖性能的影 响,对照组粗纤维3.12%,试验组粗纤维8.26%,经 过3个生产周期,对照组平均产仔数9.94头,死亡 0.81头,初生窝重14.92kg,母猪下一生产周期重复 怀孕的概率为74%,不发睛的概率为7%;试验组平 均产仔数10.45头,死亡0.71头,初生窝重l5.79头, 母猪下一生产周期重复怀孕的概率为79.2%,不发 情的概率为5.2%。 5小结 近年来,我同谷物和蛋白资源越来越紧缺,玉 米、大豆等常规资源供需矛盾越来越突出,饲料成 本逐年升高。而日粮纤维的运用不但可以扩大饲料 的使用范围和种类而且在改善母猪肠道健康,提高 母猪繁殖性能、改善母猪福利等方面发挥了重要作 用。随着对纤维的研究深入和系统,日粮纤维的定 义和分析方法将会得到进一步明确化,母猪不同阶 段的适宜纤维水平和适宜纤维的种类会得到进一 步验证,纤维对母猪繁殖、生理机能、肠道健康及微 生物区系影响的机制从理论上会得到进一步揭示。 纤维饲料将会存母猪养殖生产中得到广泛应用。 参考文献: 【1]JensenB,Jorgensen H.Effect ofdietaryfiber(mmicrohial activitv and nficrobial gas pr(,(1lmtion in various regions of the gastr()intestinal trae|ofpigs[JJ.Appl environ microbial,I994.60:I897一I904. 【2】I,eser T.Culture—independent analysis of lt bacteria:the pig gas— trointestinal tract nficrobiota revisited l Jj.Appl environ microbial, 2002 68:673—690. f3 J汪善峰,陈安周.日粮纤维存猪饲养中府刚的最新研究进展f_『『.粮 油食品科技 2003.(4):38—40. protein digestihility,and pe13%rlnanee of grower pigs[J].Jomnal of ant— iq'lal science.2006.84:843—852. 【8]Montagne L,Pluske J and Hampson D.A review of interactions be— tween dietaD,fibre and the intestit)al inneosa,and their consequences on digestive health in young non—rumina卅aninvals[J].Animal eI1 science and technology 2003,1 08:95—1 1 7. [91工九峰,李德发.不同类型与水平的日粮纤维对怀孕母猪胃内 pH值以及微生物状态的影响研究 饲料研究.2000,(3):5—8. 【10l Wang J,D F Li,Jensen B et a1.Effect of"type andlevel offihre on gastric mic]‘olifal activity and short——chain fatty acid concentrations in gestating SOWS[J1 AnimaJ feed science mid technology,2003, 】04:95一l10. 【l1】Cronin G,Tartwijk J,Vander el a1.The influence of degree adapta~ finn to tether—housing by SOWS in relation to behavior and energy' metaholism[J J.Aninm|prod,1986,42:257—268. 1 1 2J Brouns F,Edwards S,English R et a1.Effect of dictaD'fibre and feeding system on activity and oral behaviours on group—housed gilts[J].Apple.Anim Behav,1994,39:215-223. f13]Guillemet R,Dourmad J and Meunier M.Feeding behavior in prim— iparous lactating SOWS:in)pact of a high ifbre’diet during pr%mancy lJ1.Journal of animal science,2006,84:2474—248 1. 【14]Vestergaard E.The efthet of dietary fiher on welfare and produclivib, of sows[D].The re’yal veterinaD-and agricuhurai university.Cope ̄1一 hagen,Denmark,1 997. 【15 J Ramonet Y,Meunier M,and Dourmad J.High—fibre diets in preg— naut SOWS:digestive utilization and effects on the hehavior of the an— imals;IJi.Joumal ofanimal science,l999,71:591—599. 【16】葛德军.日粮纤维对经产母猪的营养生理作用及繁殖件能的影 响[D] 鬲建农林大学硕士学位论文,2009:40—50. f17J Danielsen V,Margrethe E.Dietary fibre pregnant SOWS:efrP on performance and behavior IJ].Animal feed seien ̄ P and technology. 2001.90:71-80. [1 8]Holt J,Johnston J,Baidoo S et a1.Effe,-ts f a bigh—fib I diet an(1 lf-equent on behavior,reproductive performance,and nutrient di— gestibility in gestating sowslJ/.Journal of anJmal science,2006,84: 946~9 [19】Evens H.The e offeeding different SOllrees ofcrtld fit (tnri pregnancy()n the reproductive performance of sowslJ1.Aniat prod. 1991.52:l75-l84. [20J Veum T,Crenshaw J,Crenshaw ’1 et a1.The ad(titi(m 0f groIlnd wheat straw as a fiber source in the gestation diet f1f sI1ws al1d}he e f t on sm and litter pefformanee fnr three Sll( ( essive pmitieslJ I Journal ofanimal science,2009,87:1003—1012. ・33・