发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能、养分表观消化率、免疫功能及粪便菌群的影响

方 静 石宝明 何 威 秦小童 王 亮 王富辰 孟庆维

(东北农业大学动物营养研究所,哈尔滨 150030)

小麦是我国最重要的粮食作物之一，是山东、河南等地区人民重要的主食。2020年我国小麦总产量达13 359万t，约占我国粮食总产量的20%。小麦麸是小麦谷壳，呈片状，占小麦加工副产品的45%[1-2]。小麦麸是由多个组织形成的具有3个离散层的复合饲料原料，其中糊粉层富含矿物质和B族维生素[3]。小麦麸主要由非淀粉多糖(约38%)、淀粉(约19%)、蛋白质(约18%)和木质素(约6%)组成。小麦麸中非淀粉多糖由70%的木聚糖、19%的纤维素和6%的β-(1，4)和β-(1，3)葡聚糖构成。小麦麸淀粉含量高，可产生大量的淀粉酶。小麦麸中膳食纤维的含量为45%，且绝大部分为不溶性纤维[4-6]。小麦麸产量高、营养物质也相对丰富，但由于其纤维含量高，目前在饲料市场中只能作为中低档的能量饲料。固态发酵工艺一般将农业生产的边角料或营养价值较低的原料作为发酵底物，应用具有降解非淀粉多糖功能的微生物进行发酵，提高饲料利用率。固态发酵饲料具有较高的营养价值，且抗营养因子含量降低，被认为是一种潜在的抗生素替代品[7]。与未发酵饲料相比，发酵饲料含有较多的乳酸菌、较少的大肠杆菌，较高的有机酸和较低的pH[8]。小麦麸经发酵后，可有效降解中性洗涤纤维和抗营养因子，微生物在生长过程中会产生大量的生物活性物质，如维生素等，可以提高麦麸的营养价值。李加友等[9]研究发现，添加发酵小麦麸于肥育猪饲粮中，可提高肥育猪的平均日采食量(ADFI)，降低料重比(F/G)，增加平均日增重(ADG)，提高经济效益。Kraler等[10]研究还发现发酵小麦麸可以降低仔猪结肠中甲胺的含量。发酵小麦麸具有众多优点，但在断奶仔猪生产中应用的研究较少。本试验旨在研究发酵小麦麸替代未发酵麦麸对断奶仔猪生长性能、养分表观消化率、血浆炎症因子与免疫球蛋白含量及粪便菌群的影响，为发酵饲料在养猪业中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

选取35日龄的健康杜×长×大三元杂交雄性断奶仔猪[体重为(11.58±0.27) kg]12头，随机分为2组，每组6个重复，每个重复1头猪。试验所用饲粮参考NRC(2012)猪营养需要进行配制，营养水平满足仔猪所需。基础饲粮组成及营养水平见表1。对照组饲喂基础饲粮(含有10%未发酵小麦麸)，发酵组饲喂以发酵小麦麸替代基础饲粮中全部未发酵麦麸的试验饲粮。预试期3 d，正试期28 d。试验期间，试验猪在漏缝地板式代谢笼中单栏饲养，按照常规饲养管理，自由采食和饮水，饲粮配制成粉状进行饲喂，每日饲喂3次。

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis) %

续表1项目 Items含量 Content石粉 Limestone0.88预混料 Premix1)1.00合计 Total100.00营养水平 Nutrient levels2)代谢能 ME/(MJ/kg)13.14净能 NE/(MJ/kg)10.13粗蛋白质 Crude protein18.08赖氨酸 Lysine1.26蛋氨酸 Methionine0.36苏氨酸 Threonine0.75色氨酸 Tryptophan0.20钙 Calcium0.70总磷 Total phosphorus0.60有效磷 Available phosphorus0.32

1.2 试验材料

试验用仔猪购买于黑龙江谷实农牧集团股份有限公司哈尔滨分公司。

试验用小麦麸来自某面粉集团有限公司。发酵小麦麸由实验室制备，利用枯草芽孢杆菌和产朊假丝酵母混合发酵，旨在降低小麦麸纤维含量，提高蛋白质含量，发酵条件为：接菌量5%，接菌比(枯草芽孢杆菌：产朊假丝酵母)为1∶1，发酵温度为35 ℃，含水量为40%，发酵时间为2 d。枯草芽孢杆菌和产朊假丝酵母购买于中国工业微生物菌种保藏管理中心，为标准菌株。枯草芽孢杆菌活菌数为1.8×108CFU/mL，产朊假丝酵母菌活菌数为2.8×107CFU/mL。小麦麸发酵前后的营养成分及pH如表2所示。

表2 小麦麸发酵前后的营养成分及pHTable 2 Nutritional composition and pH of wheat bran before and after fermentation

1.3 检测指标

1.3.1 生长性能

在试验的第1、28天对经过空腹过夜的仔猪称重以计算平均日增重；每周记录1次采食量，以计算平均日采食量；根据平均日采食量和平均日增重计算料重比。

1.3.2 养分表观消化率

在试验后期(第24～27天)，每组收集粪便，采用酸不溶灰分法测定养分表观消化率。根据Ren[11]的方法每天08:00和20:00分2次收集仔猪所有粪便，装于塑封袋中，称重并记录。为防止粪样氨的损失，加入10 mL H2SO4，然后将粪便储存在-20 ℃冰箱中。测定前，将粪样从冰箱中取出解冻并把每只猪4 d的粪样混合均匀，取出混合粪样约200 g，于(60±5) ℃烘箱中干燥48～72 h，然后用粉碎机将烘干后的粪样粉碎，过40目筛网，待测。根据GB/T 23742—2009内源指示剂法测定粪样和饲粮中酸不溶灰分、干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、总能(GE)、钙(Ca)和磷(P)含量。测定完后计算养分表观消化率，计算公式如下：

某养分表观消化率(%)=100-100×(粪中该养分含量×饲粮中酸不溶灰分含量)/(饲粮中某养分含量×粪中酸不溶灰分含量)。

1.3.3 血浆炎症因子和免疫球蛋白含量

在试验第28天，每组的6头仔猪空腹12 h，次日称重后对仔猪进行前腔静脉采血，置于抗凝管中，随后以3 000 r/min的条件在4 ℃低温高速离心机中离心15 min。离心后立即分装血浆于1.5 mL EP管中，做好标记并保存在-20 ℃冰箱中，待测。仔猪血浆炎症因子[白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-8(IL-8)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)]和免疫球蛋白[免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)和免疫球蛋白M(IgM)]含量的测定采用酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒测定，试剂盒购于北京华英生物技术研究所。

1.3.4 粪便菌群

试验结束后将仔猪处死，快速移除结肠肠段，挤出结肠内容物置于5 mL冻存管中并做好标记，于液氮中快速冷冻并保存于-80 ℃冰箱，用干冰邮寄至杭州联川生物科技有限公司进行16S rDNA的V3～V4区域扩增、测序及数据分析。

1.4 数据统计与分析

首先使用Excel 2019对试验数据进行整理，然后采用SPSS 19.0对试验数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)。数据分析结果以平均值±标准误表示。统计过程以发酵小麦麸为唯一变量因素。每头仔猪被认为是1个试验单位。如果P<0.05，数据被认为存在显著差异；如果0.05

2 结果与分析

2.1 发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能的影响

由表3可知，与对照组相比，发酵小麦麸对仔猪的平均日增重、平均日采食量和料重比没有显著影响(P>0.05)。

表3 发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能的影响Table 3 Effects of fermented wheat bran on growth performance of weaned piglets

2.2 发酵小麦麸对断奶仔猪养分表观消化率的影响

由表4可知，发酵小麦麸对断奶仔猪干物质、粗脂肪、粗纤维、能量和磷的表观消化率无显著影响(P>0.05)，但有提高粗蛋白质和钙的表观消化率的趋势(P=0.099)。

表4 发酵小麦麸对断奶仔猪养分表观消化率的影响Table 4 Effects of fermented wheat bran on nutrient apparent digestibility of weaned piglets %

2.3 发酵小麦麸对断奶仔猪血浆炎症因子和免疫球蛋白含量的影响

由表5可知，与对照组相比，发酵小麦麸可显著降低仔猪血浆中IL-6和TNF-α含量(P<0.05)，对血浆中IL-1β、IL-8含量无显著影响(P>0.05)；发酵小麦麸对血浆中IgA、IgM含量无显著影响(P>0.05)，但可显著提高血浆中IgG含量(P<0.05)。

表5 发酵小麦麸对断奶仔猪血浆炎症因子和免疫球蛋白含量的影响Table 5 Effects of fermented wheat bran on plasma inflammatory factor and immunoglobulin contents of weaned piglets

2.4 发酵小麦麸对断奶仔猪粪便菌群的影响

2.4.1 发酵小麦麸对断奶仔猪粪便菌群门水平的影响

发酵小麦麸对断奶仔猪粪便菌群门水平组成的影响如图1所示。由图可知，断奶仔猪粪便菌群门水平中相对丰度较高的为厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)，且发酵小麦麸对断奶仔猪粪便各菌门的相对丰度均未产生显著影响(P>0.05)。

Firmicutes：厚壁菌门；Bacteroidetes：拟杆菌门；Proteobacteria：变形菌门；Spirochaetes：螺旋菌门；Actinobacteria：放线菌门；Cyanobacteria：蓝藻门；Tenericutes：柔壁菌门；Fibrobacteres：纤维杆菌门；Planctomycetes：浮霉菌门；Chlamydiae：衣原体门；Deferribacteres：脱铁杆菌门；Unclassified：未分类。图1 粪便菌群门水平组成Fig.1 Composition of fecal microbiota at phylum level

2.4.2 发酵小麦麸对断奶仔猪粪便菌群属水平的影响

发酵小麦麸对断奶仔猪粪便菌群属水平组成的影响如图2所示。发酵组仔猪粪便中相对丰度排在前30的菌属无显著变化(P>0.05)。而对于排在30以外的菌属的相对丰度，如表6所示，发酵小麦麸显著提高了毛螺菌属(Lachnospira)、克雷白氏杆菌属(Klebsiella)、Pelomonas、Sphingopyxis、镰刀菌属(Fusicatenibacter)的相对丰度(P<0.05)，显著降低了镰孢菌属(Catenisphaera)和醋酸杆菌属(Acetitomaculum)的相对丰度(P<0.05)。

表6 粪便菌群属水平的相对丰度Table 6 Relative abundance of fecal microbiota at genus level

3 讨 论

3.1 发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能的影响

动物生长性能是评价经济效益的指标之一。发酵饲料具有芳香气味，适口性有所改善，可提高动物的食欲。发酵饲料虽具有较高的营养价值，但多项研究得出的发酵饲料对猪生长性能的影响并不一致。本研究发现发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能无显著影响。而有研究表明，在育肥猪饲粮中以发酵小麦麸替代未发酵小麦麸，可使育肥猪平均日采食量增加3.8%，料重比降低4.3%，平均日增重提高8.2%，提高了经济效益[9]。而Zhang等[12]研究则表明发酵豆粕可显著提高仔猪的平均日增重和平均日采食量，而不影响仔猪的料重比。由此可见，发酵饲料对于断奶仔猪生长性能的影响结果并不统一，发酵原料和发酵菌种的不同都可产生差异。本试验结果表明发酵小麦麸对于断奶仔猪生长性能无显著影响，试验期的长短以及试验动物的数量也会影响生长性能的结果，本实验室后续会进一步对发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能的影响进行研究。

3.2 发酵小麦麸对断奶仔猪养分表观消化率的影响

动物胃肠道适宜的酸性环境是断奶仔猪具有正常消化功能的基础，饲粮中添加发酵小麦麸可降低断奶仔猪胃肠道的pH，维持酸性环境。动物摄入的饲粮经过机械性消化进入胃肠道后，与消化系统内的消化液和消化酶充分混合分解为易吸收的小分子营养物质。本试验结果发现，发酵小麦麸虽对断奶仔猪干物质、粗脂肪、粗纤维、能量和磷的表观消化率无显著影响，但对于粗蛋白质和钙的表观消化率有提高的趋势，可能是因为益生菌发酵使小麦麸中酸溶蛋白含量提高，而酸溶蛋白分子较小更容易被动物吸收利用。因此，发酵饲料可改善饲料品质，促进动物对养分的消化吸收，提高饲粮养分消化率。

3.3 发酵小麦麸对断奶仔猪血浆炎症因子和免疫球蛋白含量的影响

IgG是血液中含量最高的免疫球蛋白，具有多种免疫学活性[13]。小麦麸中阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖是含量最高的抗营养因子，但它们被酶解后产生的小分子糖可改善机体免疫，具有免疫调节作用[14]。本试验结果表明，发酵小麦麸可显著提高血浆中IgG含量。免疫球蛋白含量的高低反映了动物抵抗疾病的能力，IgG含量的增加表明了发酵小麦麸可提高断奶仔猪机体免疫力。此外，发酵小麦麸还可显著降低断奶仔猪血浆中TNF-α和IL-6含量。这可能是由于小麦麸中含有阿拉伯木聚糖，而阿拉伯木聚糖具有可降低仔猪血液中TNF-α含量的功能[15]。因此，饲粮中添加10%发酵小麦麸替代未发酵小麦麸对提高断奶仔猪机体免疫力具有促进作用。

3.4 发酵小麦麸对断奶仔猪粪便菌群的影响

使用发酵饲料可减少肠道致病菌的定植，改善肠道健康[16]。本研究发现，断奶仔猪粪便菌群门水平中以厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度较高，且饲粮中添加10%发酵小麦麸对各菌门的相对丰度没有显著影响,但显著提高了Lachnospira、Klebsiella、Pelomonas、Sphingopyxis、Fusicatenibacter几个属的相对丰度。Lachnospira为厌氧菌属，属于厚壁菌门，是微生物区系中重要的一员，是断奶后仔猪的优势菌属，在人体微生物区系中也很常见，具有促进健康的作用。Lachnospira的相对丰度会被饮食所影响[17-20]。本试验中，发酵小麦麸的添加增加了断奶仔猪粪便中Lachnospira的相对丰度，该结果说明饲粮中添加发酵小麦麸有利于猪结肠菌群结构的平衡；同时，发酵小麦麸的添加还增加了粪便中Klebsiella的相对丰度。Klebsiella为兼性厌氧菌属，是人和动物肠道的共生菌群，对羟基苯甲酸具有高效降解作用，能降低羟基苯甲酸对环境的污染和对人体健康的威胁[21-22]。此外，发酵小麦麸的添加使粪便中Pelomonas、Sphingopyxis和Fusicatenibacter的相对丰度也显著提高。断奶仔猪饲粮中添加发酵小麦麸显著降低了粪便中Acetitomaculum和Catenisphaera的相对丰度。Acetitomaculum为好氧菌属，氧化能力较强，属于变形菌门，有研究表明变形菌门相对丰度显著增加会导致仔猪腹泻[23]。发酵小麦麸的添加降低了Acetitomaculum的相对丰度，表明发酵小麦麸对仔猪腹泻具有缓解作用。研究表明Catenisphaera中的尖锐镰孢菌对马铃薯种植有负面影响，导致马铃薯枯萎病的发生[24]。发酵小麦麸改善了粪便菌群组成，间接表明发酵小麦麸可改善肠道菌群健康[25]。研究显示，发酵饲料可显著提高断奶仔猪肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌等有益菌的数量，降低大肠杆菌等有害菌的数量，促进仔猪肠道健康[26]。综上可知，饲粮中添加10%发酵小麦麸增加了肠道有益菌的数量，调节了肠道菌群平衡，对断奶仔猪肠道健康发育具有促进作用。

Megasphaera：巨球型菌属；Anaerovibrio：厌氧弧菌属；Prevotella_9：普雷沃氏菌属9；Selenomonas：月形单胞菌属；Treponema_2：密螺旋体属2；Lactobacillus：乳杆菌属；Streptococcus：链球菌属；Prevotella：普雷沃氏菌属；Eubacterium_coprostanoligenes_group：真杆菌属；Prevotella_2：普雷沃氏菌属2；Succinivibrio：琥珀酸弧菌属；Prevotella_1：普雷沃氏菌属1；Prevotellaceae_UCG-003：普雷沃氏菌科_UCG-003；Clostridium_sensu_stricto_1：梭菌属；Ruminococcaceae_UCG-005：瘤胃球菌科UCG-005；Prevotellaceae_NK3B31_group：普雷沃氏菌科NK3B31群；Ruminococcaceae_UCG-014：瘤胃球菌科UCG-014；Ruminococcus_1：瘤胃球菌属1；Lachnospiraceae_unclassified：未分类毛螺科菌；Alloprevotella：拟普雷沃菌属；Ruminococcaceae_UCG-002：瘤胃球菌科UCG-002；Phascolarctobacterium：考拉杆菌属；Rikenellaceae_RC9_gut_group：理研菌科RC9肠道群；Agathobacter：直肠真杆菌属；Faecalibacterium：粪杆菌属；Ruminococcaceae_NK4A214_group：瘤胃球菌科NK4A214群；Oscillospira：颤螺旋菌属；Firmicutes_unclassified：未分类厚壁菌门；Christensenellaceae_R-7_group：克里斯滕森菌科R-7群；Others：其他。图2 粪便菌群属水平组成Fig.2 Composition of fecal microbiota at genus level

4 结 论

① 饲粮中添加10%发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能无显著影响，对粗蛋白质和钙的表观消化率有提高的趋势。

② 饲粮中添加10%发酵小麦麸可提高断奶仔猪机体免疫功能。

③ 饲粮中添加10%发酵小麦麸可有效调节肠道菌群结构，促进断奶仔猪肠道健康。