日粮纤维营养及米糠在猪饲料中的应用潜力

2019-08-20张吉鹍吴樟强

猪业科学 2019年7期

张吉鹍，吴樟强

（福建中农牧生物药业有限公司，福建厦门 361022）

1 日粮纤维及其定义

1.1 对日粮纤维价值的重新认识

日粮纤维（Dietary Fibre, DF）是由多种天然成分组成的化合物，存在于包括谷类（如大麦、小麦、燕麦等）、块茎以及麸皮、米糠、酒糟、饼粕类等工农业副产品在内的所有植物性饲料原料中。DF 是猪日粮中的一个普遍存在的日粮营养组分，随着日粮中非粮饲料如米糠、牧草等的增加而成比例增加。DF 在猪日粮中通过直接提供能量和间接改善肠道健康与提高免疫功能而发挥其正面的营养作用，但由于其对养分利用的负面影响（Annison, 1993），一直被认为是一种抗营养因子。近年来由于DF 在改善猪只等单胃动物肠道健康方面的功能价值而受到特别关注。

1.2 日粮纤维定义的复杂性

DF 的定义复杂、多样，有基于化学成分进行定义的，有基于生理功能进行定义的，也有从营养学家的观点进行定义的。例如，基于化学成分，DF可概括为非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides, NSP）与木质素（ Lignin）的总和；基于营养学家的观点，DF 可以简单地定义为内源性消化酶（Endogenous Dig estive Enzymes, EDE）所不能消化的碳水化合物（Carbohydrate）。一般来说，DF 应包括构成细胞壁组分的纤维素（ Cellulose）、半纤维素（Hemicellulose）等结构性碳水化合物（Structural Carbohydrates,SC）以及其他如菊粉（Inulin）、β- 葡聚糖（Beta Glucan）、果胶（Pectin）、几丁质（Chitin）、低聚糖（Oligosaccharide）、抗性淀粉（Resistant Starch, RS）等非结构碳水化合物（Nonstructural Carbohydr ate, NSC）。总之，关于DF 的定义比较复杂，各种定义都不很准确，张吉鹍[1-2]对各种定义进行了比较分析。不管如何定义DF，为更好地阐述其营养功能，要突出其组成。有关DF 成分的细分，国内外2 位著名动物营养学家的划分具有典型意义。

1.2.1 国外学者对日粮纤维化学组成成分的细分

Annison（1993）从营养学观点详细划分了日粮纤维的化学成分，见表1。

1.2.2 国内学者对日粮纤维组成的划分

卢德勋教授（1998）认为，日粮纤维的定义应该包括以下四层含义：第一，日粮纤维是日粮内一种具有特殊营养生理作用的复合成分，而不是一种化学组成相当一致的饲料或日粮成分，日粮内组成纤维的单个成分的营养作用并不等于是日粮纤维整体的营养生理作用。第二，应该突出日粮纤维的组成，即由结构性成分和非结构性成分两部分构成。其具体成分如表2 所示。第三，应该反映出日粮纤维的品质，即使用可利用指标来取代原来的粗指标。并且对于单胃动物和反刍家畜的可利用纤维指标应予以区分。第四，日粮纤维的分析方法应以全面反映日粮纤维定义的上述三层含义为原则，并具有操作简便、易行、快速、重复性强的特点。

1.3 日粮纤维的发酵特征

1.3.1 不同类型、不同品质的日粮纤维在猪肠道中的发酵特性不同

猪近端小肠分泌的内源消化酶不能消化日粮中的DF，但寄居在远端小肠，尤其是大肠中的微生物，却能以这些DF 为发酵基质进行发酵。所发酵的代谢产物就包括能够促进肠道益生菌增殖、维持肠道上皮完整、提高肠道免疫功能的短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acids, SCFA）[3-4]。由于DF 的类型、形式、理化性质及其所含的组分不同，其发酵特性及其对肠道健康的有益影响亦存在着较大的差异，这就为营养学家运用DF，调控猪只生产提供了操作空间。因此，查明不同类型、不同品质的DF 及其在优化猪只肠道健康中的功能与作用机制就显得尤为重要。

表1 从营养学观点划分的日粮纤维的化学成分

表2 日粮纤维的化学组成成分

1.3.2 运用DF 调控肠道健康时，必须充分了解日粮纤维的组成特点及其营养、生理作用

猪对DF 的利用取决于日粮中DF 的品质与含量、大肠微生物发酵程度、SCFA 等代谢产物的吸收程度以及其他因素[5]。猪肠道微生物能够快速发酵猪日粮中的可溶性纤维（Soluble Fibre, SF），增加食糜的黏度，降低食糜通过肠道的速率，从而增加猪只的饱腹感，降低采食量，这对妊娠母猪的限饲具有特别重要的意义[6-7]。然而，由于猪等单胃动物不像牛、羊等反刍动物那样具有较强的发酵不溶性纤维（Insoluble Fiber, IF）的能力，使得IF 未经消化而基本完整地通过肠道，从而增加了肠道的通过速率与粪便的膨胀度，这对解决妊娠母猪便秘同样具有重要意义[6-7]。故在运用DF 调控肠道健康时，必须充分了解DF 的组成特点及其在猪体内的营养、生理作用，特别是要掌控好日粮中SF 与IF 的比例。

2 肠道健康及日粮纤维维持肠道健康的意义

2.1 有关肠道健康须把握的要点

胃肠道（Gastrointestinal Tract, GIT）不仅是猪日粮营养物质消化吸收的重要场所，而且是为猪只提供保护，使其免受病原与毒素侵害的免疫器官。这是因为GIT 内不仅含有大量微生物菌群，而且是猪只体内拥有强大肠道黏膜免疫系统（GIT含有约70%的全身免疫细胞）的最大器官群。因此，肠道健康对猪只整体健康及其遗传潜力的充分发挥至关重要。尽管肠道健康已经成为最近20 年来的研究热点与猪只健康养殖的关注焦点，然而迄今为止，尚无有关肠道健康的确切定义。就作者的理解，肠道健康至少应该涉及能够提供足够且均衡营养的日粮、肠黏膜与免疫系统完整性的维持以及GIT 内微生物菌群的平衡等4 个方面的内容[8]，并从整体上把握其间的互作。如：1）先天性、获得性免疫系统与GIT 微生物菌群的互作与动态平衡，而这种免疫系统或微生物菌群的任何失衡都会导致生物失调，从而增加猪只对各种疾病的易感性。2）肠黏膜由上皮、肠相关淋巴组织（Gut-Associated Lymphoid Tissue, GALT）与覆盖上皮的黏液组成。肠黏膜通过上皮细胞、细胞间的紧密连接、黏液组成的物理屏障与肠道的酸性环境、蛋白水解酶、溶菌酶、抗菌蛋白组成的化学屏障共同维持肠道的整体屏障功能[9]，再加上皮细胞分泌的细胞因子（Cytokine）与趋化因子（Chemotactic Factor, CF）所调节的免疫细胞趋化性在防止肠道微生物菌群失调、活化肠道系统免疫方面所发挥的重要作用。黏膜中的上皮细胞、GALT、黏液同微生物菌群的互作，在GIT 内形成脆弱的动态平衡，这种动态平衡对维持猪只的消化系统的正常消化吸收功能极为重要，一旦被打破，同样会增加猪只对各种疾病的易感性。

2.2 日粮纤维在改善猪只肠道健康方面，是抗生素促生长剂的有效替代方案之一

在猪日粮中应用已逾60 年之久的抗生素（Antibiotics），作为生长促进剂（Antibiotic Growth Promo ters, AGP）曾在维持、促进猪只肠道健康与提高生产性能方面，发挥过极其重要的作用。由于其潜在的公共卫生风险（超级耐药细菌的产生、药物残留引发的食品安全等），我国将于2020 年全面禁止其在包括猪饲料在内的所有饲料中添加使用。随着无抗日粮（Antibiotic Free Diet, AFD）在猪饲料中的实施，为克服禁抗（Ban AGP）对猪只健康与生产力的负面影响，营养学家们从营养管理方面，提出并试验了多种替代方案，典型的就是在猪日粮中添加营养活性物质（Nutricines）。目前，在生产中应用较多的营养活性物质主要有：一是有植物源抗生素之称的植物提取物[10]（Plant Extracts），如植物精油（Plant Essential Oils, PEO）、糖萜素（Saccharicterpenin, SI）；二是中草药（Chinese Herbal Medicine, CHM）[11]；三是微生物培养物及发酵产品（Microbial Cultures & Fermented Product,MCFP）。由于DF 在改善猪只肠道健康方面的功能价值，被认为是AGP的有效替代方案之一。

3 米糠饲料及其猪饲料中的应用

3.1 米糠饲料及其营养特点

稻谷外壳（砻糠）占稻谷总重量的约20%，米糠约占10%，出米率约为70%。米糠（Rice Bran, RB）是稻谷加工的副产品，是稻谷脱壳精加工后由果皮层、种皮层及胚芽组成的混合物，只能用作饲料。RB 的组成因加工RB 的原料及所采用的加工技术的不同而异。通常干物质（ Dry Matter, DM）为87% 的米糠，含粗蛋白（Crude Protein, CP）13% ～15%，含粗脂肪（Ether Extract, EE）10% ～22%。能值在糠麸类饲料（Bran Fodder, BF）中也是较高的，约为12.51 MJ/kg，是很好的猪用饲料原料。RB 的营养特点：1）RB 中的脂肪多为不饱和脂肪酸（Unsaturated Fatty Acid, UFA）。优点是易为猪只吸收、利用，缺点是易氧化酸败变质、贮藏性差，保质期短，以致生产中只能使用新鲜RB，从而限制了RB 在猪饲料中的广泛使用。2）RB 中的植酸盐（Phytate）与胰蛋白酶抑制因子（Trypsin Inhibitor, TI）含量较高，会影响到猪只对粗蛋白的吸收、利用，降低猪只的生长速度，从而限制了其在猪饲料的用量。例如，仔猪日粮中添加过多RB，会引起仔猪腹泻。因此，开始用的时候，量宜少，待猪只适应后逐渐增加用量。此外，尽管RB 在育肥猪的用量，最大可占到日粮的35%，虽未对猪的生长速度造成影响，但会因形成软脂而影响到猪的肉质。

3.2 过去使用米糠饲料的错误观点

由于RB 含有较多不稳定的UFA，易分解，导致RB 酸败变质。所以RB 的存贮时间不宜过长，室温下，最好不要超过两周，水分含量高的更不能久放，最好现购现配现用。为延长存贮时间，经浸提或压榨脱脂处理的RB，存贮时间大大延长。过去使用RB，主要是以降低成本为目的，而非以利用其潜在的营养价值为目的。例如，过去常参照次粉（Wheat Middling, WM）的价格决定是否在猪只日粮中添加RB。

3.3 对米糠营养价值的重新认识

经膨化工艺处理后的RB，更加稳定，不易变质，容易保存和利用，故称为稳定化米糠（Stabilized Rice Bran, SRB）。SRB的酸价在10 以内，存贮时间高达半年。其显著特点是1）抗氧化性强，适口性好，适合在猪的预混料与浓缩料中使用；2）素有“天赐营养源”之称的SRB，不仅含有大量的营养活性物质与适量的纤维，而且所含蛋白的抗原性低（ Low Antigenicity, LA），适合在母猪与仔猪饲料中增量使用。SRB 是一种未充分利用，具有极高营养价值的猪用非粮饲料。

3.3.1 营养价值丰富

S R B 的营养价值较普通R B的高：水分（Water）10%也就是干物质（ Dry Matter, DM）90%，碳水化合物（Carbohydrate）51%，脂肪（Lipid）18%，蛋白质（ Protein）13%，灰分（Ash）8%。每100 g DM含量90%的SRB，其所含的总日粮纤维（Total Dietary Fiber, TDF）2 9 . 0 g 、可溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fiber, SDF）4.0 g、肌醇（Inositol）1.5 g、谷维素（Oryzanol） 245.15 mg、植物甾醇（Phytosterol）302.00 mg、维生素 E （Vitamin E）25.61 mg、维生素B（Vitamin B）56.95 mg。

3.3.2 米糠蛋白质氨基酸的组成及其与鱼粉蛋白氨基酸含量的比较

RB 蛋白是一种低过敏性（Hypoallergenic）、生物效价（Protein Efficiency Ratio, PER）高的优质植物蛋白质（Vegetable Protein, VP）。其质量主要取决于其氨基酸的组成与比例，尤其是必需氨基酸（Essential Amino Acid, EAA）的组成与比例。

3.3.2.1 米糠蛋白的氨基酸组成与营养特点

1）EAA 齐全，接近大米蛋白EAA 的组成模式； 2）RB 蛋白的氨基酸组成更接近 FAO /WHO 的推荐模式；3）米糠的PER 高，在2.0 ～2.5之间，接近牛奶中酪蛋白的PER（2.5）；4）RB 蛋白质的营养价值与鸡蛋蛋白质的营养价值相似，消化率均在90%以上；5）RB 蛋白的过敏性低，这是其他VP 所不具备的，是RB 蛋白的一个显著特点。

3.3.2.2 米糠蛋白氨基酸含量及其与鱼粉蛋白相应氨基酸含量的比较

RB 蛋白的EAA 含量及其与鱼粉蛋白相应EAA 含量的比较（%）：蛋氨酸（Methionine, Met）1.51 vs 2.53 ；异亮氨酸（Isoleucine, Ile）3.65 vs 4.17；苏氨酸（Threonine, Thr）4.36 vs 4.20；苯丙氨酸（Phenylalanine, Phe）4.75 vs 3.96；缬氨酸（Valine, Val）5.78 vs 5.62；赖氨酸（Lysine, Lys）6.58 vs 7.78；亮氨酸（Leucine, Leu）7.37 vs 7.68。RB 蛋白总EAA 含量较鱼粉蛋白总EAA 含量略低，少1.94 个百分点（34 vs 35.94）。

RB 蛋白的非必需氨基酸（Nonessential Amino Acid, NEAA）含量及其与鱼粉蛋白相应NEAA含量的比较（%）：半胱氨酸（ Cysteine, Cys）1.51 vs 6.67；酪氨酸（Tyrosine, Tyr）3.01 vs 3.84；组氨酸（Histidine, His）3.25 vs 2.88；脯氨酸（Proline, Pro）4.83 vs 5.18；丝氨酸（Serine, Ser）4.99 vs 5.01；甘氨酸（Glycine, Gly）6.26 vs 7.09；丙氨酸（Alanine, Ala）7.13 vs 6.11；精氨酸（Arginine, Arg）9.03 vs 5.89；天冬氨酸（ Aspartic acid, Asp）1 0.3 0 v s 8.8 4 ；谷氨酸（Glutamic acid, Glu）15.69 vs 12.54。RB 蛋白总NEAA 含量较鱼粉蛋白的高1.94 个百分点（66.00 vs 64.06）。

3.3.2.3 米糠蛋白的呈味氨基酸含量高

蛋白质的鲜味与适口性取决于其所含呈味氨基酸（Delicious Amino Acid, DAA）所占氨基酸总量的百分比。RB 蛋白的DAA 含量高，表现在：1）对甜味有着显著贡献、对鲜味具有影响的Asp，RB 蛋白的含量较鱼粉蛋白的高1.46 个百分点（10.30 vs 8.84）。2）对酸味有着显著贡献、对鲜味具有明显影响的Glu，RB 蛋白的含量较鱼粉蛋白的高3.15 个百分点（15.69 vs 12.54）。3）对苦味有着显著贡献的Arg，RB 蛋白的含量较鱼粉蛋白的高3.14 个百分点（9.03 vs 5.89）。4）对甜味有着显著贡献的Ala，RB 蛋白的含量较鱼粉蛋白的高1.02 个百分点（7.13 vs 6.11）。RB 蛋白只有一个DAA 即对甜味有着显著贡献的Gly，其含量较鱼粉蛋白的含量少0.83 个百分点（6.26 vs 7.09）。就DAA 总量而言，RB 蛋白较鱼粉蛋白高7.93 个百分点（48.41 vs 40.48）。

3.3.2.4 米糠蛋白的酸性氨基酸含量高

酸性氨基酸（Acidic Amino Acid, AAA）是Glu 与Asp 的统称。BR 蛋白AAA 的含量较鱼粉蛋白的要高4.61个百分点（25.99 vs 21.38）。AAA具有重要的营养调控功能。第一，AAA 是小肠上皮细胞的重要供能物质之一。小肠吸收代谢过程中，是Glu 与Asp 而不是葡萄糖产生能量，释放出二氧化碳，表明Glu 与Asp 可作为功能性氨基酸（Functional Amino Acids, FAA），用于改善猪肠道健康。第二，AAA 可通过脱羧基或转氨基反应转化为其他营养物质，从而在维持肠道正常功能、营养物质的消化吸收与代谢、激素的分泌、抗氧化、神经调节以及免疫力等方面发挥重要的作用。第三，AAA 通过多种途径全面提高母猪的泌乳繁殖性能，不但可以改变肠道微生物组成，增加肠道有益菌群的数量，促进胃肠道发育，提高其功能，从而改善母猪的健康，而且可以改善卵母细胞质量，还能提高早期胚胎的存活率；提高新生仔猪的活力与均匀度；提高泌乳力与断奶重。第四，AAA 能够螯合金属离子，从而可以显著降低金属离子对脂质过氧化的促进作用，抑制脂质的氧化。

3.3.3 米糠油及其所含的（兼性）营养活性物质

RB油的必需脂肪酸（ Essential Fatty Acid, EFA）含量高达 80%以上。其中油酸（Oleinic Acid, OA）含量 4 0 % ～5 2 %，亚油酸（Linoleic Acid, LOA）含量29%～42%，亚麻酸（Linolenic Acid, LA）为0.5%～1.8%。且R B 油富含维生素E（Vitamin E, VE）、谷维素（Oryzanol）、植物甾醇（Phytosterin）、角鲨烯（Squalene）等物质。VE是一种脂溶性维生素，其水解产物为生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。谷维素系阿魏酸与植物甾醇的结合脂，有特异香味，具有改善植物神经功能、调节内分泌与抗氧化作用。植物甾醇具有良好的抗氧性，可用作猪只的生长促进剂，用于增进猪只健康、促进猪只生长。角鲨烯是一种脂质不皂化物（Unsaponifiables），易为动物机体所吸收，具有生物氧化还原作用（Biological Redox），能够提高体内超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）的活性、增强机体免疫力、提高能量的利用率、改善性功能，同时还具有渗透、扩散、杀菌作用，以及促进新陈代谢，发挥抗肿瘤、抗衰老的作用。

3.3.4 米糠多糖的生物学功能

米糠多糖（Rice Bran Polysaccharide,RBP）主要是葡萄糖（ Glucose）、半乳糖（Galactose）、木糖（Xylose）与阿拉伯糖（Arabinose）。多糖作为生命物质的组成成分之一，广泛参与细胞的各种生命活动及其生理活性的调节，具有多种生物学功能，体现在：1）抗炎、抗氧化、提高免疫力；2）降脂、降血糖；3）抗菌、抗病毒、抗肿瘤。

3.3.5 米糠中植酸盐的正面作用

RB 中的植酸盐等物质对猪只营养不完全是负面的，还具有正面作用。体现在能有效降低尿钙，减少尿结石的发生。经稳定化处理后的SRB，其植酸盐有所降低，可溶性纤维则有所提高，容重增加。