饲料加工工艺对猪肠道健康的研究进展

■张 楠 董 双 王华凯 马永喜

（中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193）

抗生素自20 世纪50 年代首次对猪使用以来，以其有效预防疾病、促生长的作用被广泛应用于生猪生产中[1]。研究表明，日粮中添加一定水平的抗生素可以使猪的日增重提高3.3%～8.0%，饲料转化效率提高2.5%～7.0%[2]。但随着抗生素的滥用，抗药性、药物残留等问题日益凸显，严重威胁了畜产品的质量和公众健康，因此2006 年开始欧盟禁止在饲料中添加促生长类抗生素，我国也自2020 年7 月起，饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中草药除外）的商品饲料[3]。然而饲料中禁用抗生素大大增加了肠道疾病的发生，因此许多营养策略已被应用于改善猪的肠道健康和最大限度地提高生长性能，其中饲料加工工艺对饲料理化性质有直接作用。粉碎、制粒、膨化等加工工艺不仅可以影响营养物质的消化率，还可以改变肠道中食糜的理化性质以及不同位置肠段菌群的活性，并可直接或通过共生菌群影响日粮营养物质与肠道黏膜之间的交流，从而影响肠道组织的功能性和肠道健康[4-5]。文章综述了饲料加工工艺对猪肠道健康的影响，以期为养猪生产中饲料加工工艺及参数的选择提供理论依据。

1 粉碎工艺对猪肠道健康的影响

粉碎是饲料加工生产过程中的重要工序之一，一般情况下饲料配方中需要粉碎的原料占配方比例的50%～80%[6]。粉碎加工工艺的评价指标有原料的粉碎粒度、粉碎粒度的均匀性、粉碎质量等。饲料粉碎粒度是指粉碎后成品物料颗粒的大小。降低饲料粉碎粒度，可以增加饲料原料在肠道中与消化酶的接触面积，并能有效破坏植物细胞壁，将其中的营养物质释放出来，提高营养物质消化率，但也不能追求过细，饲料粉碎太细，会导致加工过程中能耗的增加，还会引起畜禽胃肠不利反应[7-8]。原料的最佳粉碎粒度能够适应畜禽的生理需要，实现营养物质的最佳利用，提高生产性能，此外还有助于饲料进行进一步的加工[9]。

1.1 粉碎粒度对猪胃溃疡和肠道形态的影响

胃溃疡是集约化养猪模式中普遍存在的问题，据估计每年有1%～2%的生长育肥猪死于胃溃疡，而胃溃疡发生的主要原因之一是饲料粉碎粒度过细[10]。Morel 等[11]研究发现，相比于细粉碎大麦组[（434.00±1.70）μm]，粗粉碎组[（1 100.00±2.19）μm]和中等粉碎组[（785.00±2.23）μm]生长猪胃溃疡指数显著降低（分别为0.20 和0.25），并且在试验过程中，只有细粉碎组猪出现胃损伤和溃疡。这一研究结果与育肥猪的数据一致，当原料的粉碎粒度低于400 μm时，育肥猪胃溃疡和角质化发生率显著增加[12-14]。当饲料粉碎粒度过细时，胃腔内pH和胃蛋白酶梯度被破坏，低pH和胃蛋白酶出现在猪胃无腺区，猪胃无腺区无分泌功能、无黏液层和碳酸氢盐保护，在盐酸和蛋白酶的作用下，引起鳞状上皮细胞受损，损伤的上皮修复缓慢，从而导致溃疡[15-16]。在肠道形态方面，Brunsgaard[17]研究发现，饲料原料的粉碎粒度影响生长猪盲肠和结肠的形态特征，饲喂粗粉碎大麦组猪的隐窝深度和体积均大于细粉碎组。Hedemann 等[18]研究发现，日粮粉碎粒度对生长猪小肠绒毛高度和隐窝深度无显著影响。Morel 等[11]的研究结果与其一致，虽然大麦的粉碎粒度对生长猪小肠绒毛高度和隐窝深度无显著影响，然而，相比于细粉碎大麦组，粗粉碎组生长猪的上皮细胞层明显变薄。在断奶仔猪上，相关研究表明，饲喂粗粉碎日粮可以显著提高绒毛高度和固有层深度的比值[19]。以上研究结果表明，猪日粮中原料的粉碎粒度低于400 μm 时，会增加猪炎性胃溃疡的危险及不利于肠道形态的发展。

1.2 粉碎粒度对猪肠道菌群的影响

胃肠道中低水平的肠杆菌（即沙门氏菌和大肠杆菌）是猪肠道健康的一个主要方面，饲料原料的粉碎粒度分布对猪肠道致病菌的存在有很强的影响[20]。Bao等[21]研究表明，当小麦粉碎粒度从430 μm增加到470 μm 时，生长猪粪便中有益菌（双歧杆菌和乳酸菌）数量显著增加，有害菌（大肠杆菌）数量显著下降。Callan等[22]研究表明，与饲喂细粉碎日粮相比，饲喂粗粉碎日粮显著提高了生长育肥猪粪中乳酸菌的数量，显著降低了大肠杆菌的数量，同时还显著提高了粪中总挥发性脂肪酸、丙酸和丁酸的浓度。Mikkelsen 等[23]研究表明，饲喂粗粉碎日粮显著提高了生长猪胃中厌氧菌的数量和有机酸的浓度以及胃的pH，同时显著降低了远端小肠、盲肠和结肠中大肠杆菌的数量，此外还显著提高了盲肠和结肠中丁酸的浓度。目前，粗粉碎日粮对猪胃肠道菌群的有益作用机制还不明确，其原因可能是粗粉碎饲料诱导猪胃中促进厌氧菌生长的物理条件，伴随着有机酸，尤其是乳酸的产生和pH的降低，胃中高水平的乳酸和低pH会杀死沙门氏菌和大肠杆菌，从而阻止这些细菌进入或减少进入胃肠道正常繁殖部位的细菌数量[23]。其次，当猪饲喂粗粉碎日粮时，较高比例的淀粉将不能在小肠消化，而会到达盲肠，盲肠中现有的菌群会将淀粉降解为短链脂肪酸，从而限制大肠菌群和沙门氏菌的生长[24]。

1.3 粉碎粒度对猪肠道屏障功能的影响

肠道屏障结构和功能的完整性对猪的生长发育和肠道健康有着极其重要的作用，肠道屏障由肠黏膜机械屏障、免疫屏障、生物屏障和化学屏障组成。这些屏障相互作用和支持共同维持畜禽的肠道健康[25]。目前关于饲料加工工艺对猪肠道屏障功能影响的研究比较少见。在粉碎粒度方面，研究表明，对于生长猪而言，与细粉碎日粮相比，饲喂粗粉碎日粮更能阻止肠道感染，饲喂粗粉碎日粮组生长猪后肠道隐窝的中性黏蛋白、酸性黏蛋白和硫黏蛋白的染色量显著提高。这可能是与大肠中短链脂肪酸的产生量有关，黏液的产生和释放受短链脂肪酸的局部刺激[17]。

2 制粒工艺对猪肠道健康的影响

自1930 年首次引入颗粒饲料生产工艺后，制粒已成为饲料加工中最为常见的工艺之一。制粒就是把粉末、熔融液、水溶液等状态的物料通过机械或化学方法将其聚合成型的过程的统称。制粒工艺包括蒸汽调质和挤压成型，其方法是将一定压力的蒸汽直接喷射到调质室内饲料中，将蒸汽与饲料搅拌混合，蒸汽所具有的水分的热量连续传递给饲料，使饲料的水分增加和温度升高[26]。一般来说，制粒过程中蒸汽的添加量是饲料量的5%，调质过程中的平均时间为10～30 s，蒸汽调质旨在提升饲料的黏合效果，最终提升制粒产量及颗粒品质。调质后饲料进入压粒室，通过压模成型。

其间饲料成分发生一系列物理化学变化，改善饲料适口性，提高了营养物质消化率和饲料的流动性，减少饲料浪费，从而提高猪的生长性能和饲料转化效率[27]。在饲料调质过程中，调质温度的控制极为重要，较高的调质温度有利于消除饲料中的抗营养因子和有害微生物，多数的沙门氏菌和大肠菌群可以在80 ℃以上的温度被消除。但调质温度过高也会降低一些热敏性成分的活性，同时促进美拉德反应[28-29]。

2.1 制粒对猪胃溃疡和肠道形态的影响

许多研究表明，相比于粉料，饲喂颗粒料更能提高猪的生长性能[30-34]，但是从胃肠道健康的角度来看，颗粒料已被证明会增加猪胃角化、糜烂和溃疡的发生率和严重程度[10，15，23，35]。一方面是由于饲料流动性提高，则胃内容物就可得到更充分地混合，使胃蛋白酶和胃酸得以持续接触胃内无保护的食管区黏膜，另一方面可能是制粒过程中饲料粉碎粒度的减小。Gross-Liesner 等[36]研究发现，粗粉碎日粮（25.3%＞2 mm,28.9%＜0.4 mm）对仔猪胃壁几乎无不良影响，而细粉碎颗粒日粮（1.1%＞2 mm, 54.2%＜0.4 mm）分别使胃无腺区的宏观评分从0提高到97.9，组织学评分从5.4提高到73.9。目前，关于制粒对猪肠道形态影响的研究还比较有限。Yang等[37]研究表明，制粒对断奶仔猪胃肠道形态无显著影响，但有阻止绒毛高度变短、隐窝深度加深的趋势。在生长猪方面，Hedemann 等[18]的研究结果与其一致。

2.2 制粒对猪肠道菌群的影响

制粒加工工艺同样会对猪肠道内菌群产生影响。Longpre 等[33]研究发现，与颗粒料组相比，粉料组生长猪生长性能虽较低，但显著提高了盲肠和结肠中丁酸的浓度，并显著降低了大肠杆菌的数量，更有利于生长猪的肠道健康。Hedemann 等[18]研究表明，生长猪饲喂粉料比饲喂颗粒料更能防止沙门氏菌的感染，粉料组生长猪回肠组织对沙门氏菌的黏附显著降低了60%。

3 膨化/膨胀工艺对猪肠道健康的影响

膨化是将物料加湿、加压、加温调质处理，并挤出膜孔或突然喷出压力容器，使之因骤然降压而实现体积膨大的工艺操作[38]。膨胀加工与膨化加工具有相似的工作原理，其与膨化的主要区别在于饲料原料在膨胀器内的加工温度较低和停留时间较短[39]。膨化/膨胀工艺在饲料的预处理、饲料的消化率、适口性等方面具有传统加工方法无法比拟的优势。膨化/膨胀能够提高物料淀粉的糊化度，破坏和软化纤维结构的细胞壁，使蛋白质变性、脂肪稳定，有利于脂肪吸收，同时脂肪从颗粒内部渗透到表面，使饲料具有特殊的香味，提高适口性。其次原料经膨化腔的高温、高压处理，有害微生物被杀死，减少了饲料通过消化道对动物的感染[40-41]。以高温、高压为特征的膨化和膨胀处理多用于食品、宠物饲料和水产饲料的加工，在猪饲料生产中主要是原料的处理，典型的是膨化玉米和膨化大豆，多见于教槽料、保育料的生产。

3.1 膨化/膨胀对猪肠道形态的影响

断奶期是仔猪非常重要和关键的时期。从母乳到固体混合物的采食转换常常导致断奶综合征，改变肠道形态和功能（如绒毛萎缩、隐窝加深、肠绒毛表面由手指状变为平滑的舌状等）[42]。玉米是仔猪日粮中最常用的能量原料之一，普通玉米中含有72%～78%的淀粉，淀粉颗粒中存在大量的结晶区或无定型结构，对玉米进行膨化处理，淀粉变成更易吸收的糖类疏松多孔的结构，可提高断奶仔猪对淀粉的消化吸收，改善胃肠道发育和消化能力[43]。章红兵等[44]的研究结果表明，仔猪断奶后14 d，与普通玉米组相比，膨化玉米组显著提高了十二指肠的绒毛高度，显著降低了空肠中段的隐窝深度，显著增加了十二指肠、空肠前段和后段、回肠的黏膜厚度。断奶后28 d，与普通玉米组相比，膨化玉米组显著增加了十二指肠的黏膜厚度。有研究表明，日粮中不同比例膨化玉米对保育猪肠道形态及消化酶活性的影响，结果表明，替代30%组保育猪的十二指肠绒毛高度和黏膜厚度显著高于对照组，回肠黏膜厚度显著高于对照组，空肠隐窝深度显著低于对照组，同时胰腺、十二指肠、空肠、回肠淀粉酶活性均显著高于对照组[45]。最近的研究也表明，在玉米粉碎粒度相似的情况下，膨化玉米组仔猪十二指肠和空肠的绒毛高度和绒隐比分别显著高于普通粉碎玉米组，但隐窝深度不受玉米加工的影响[46]。除了膨化玉米外，仔猪日粮中也常常添加膨化大豆。研究表明，采食膨化全脂大豆日粮的仔猪，十二指肠、空肠中段、大肠隐窝深度显著降低，空肠中段和回肠绒毛高度显著提高，空肠中段绒毛高度与隐窝深度的比值增加[47]。

3.2 膨化/膨胀对猪肠道菌群的影响

不同的饲料原料经过膨化处理对仔猪肠道菌群的影响不一致，这取决于饲料原料本身的特性及膨化参数。Durmic等[48]研究表明，仔猪日粮中添加膨化小麦降低了大肠中乳酸菌的数量。Adebiyi 等[49]研究发现，膨化米糠可以显著降低仔猪肠道中大肠杆菌和沙门氏菌的数量。而Scalco 等[46]的研究表明，玉米的加工类型（粉碎与膨化）对仔猪结肠中大肠杆菌和乳酸菌的数量无影响。同样仔猪日粮中添加膨化豌豆对结肠菌群数量无显著影响[50]。

3.3 膨化/膨胀对猪肠道屏障功能的影响

紧密连接蛋白在维持肠道屏障完整性方面起着至关重要的作用，其可以使相邻的上皮细胞之间紧密连接在一起，从而完全封闭细胞间的间隙，形成一道致密的防护屏障以阻止外来病原菌等物质的入侵[51-52]。研究表明，仔猪饲喂膨化玉米可以显著提高十二指肠中紧密连接蛋白ZO-1 和Occludin-1 的表达[46]。其原因可能是膨化过程提高了淀粉的消化率，增加了肠道营养吸收，并减少了可能对上皮细胞有害的碳水化合物的比例，其次热加工可以减少原料中有害微生物的数量[53]。

4 蒸汽压片工艺对猪肠道健康的影响

蒸汽压片是先将谷物在蒸汽调制器中进行调制，然后将谷物输送到立式蒸汽调制器中，注入蒸汽，将谷物的温度升高到95～100 ℃，并保持30～60 min 后，谷物水分含量达到18%～20%，然后让经过蒸汽处理的谷物在两个预热的大波纹轧辊之间通过，压成片状[54]。其中，最常见的是蒸汽压片玉米。蒸汽压片处理玉米过程的主要作用因素是水分、热量、作用时间及机械作用力。水分使玉米膨胀软化，加热可破坏淀粉颗粒间氢键，促进凝胶化反应。足够的蒸汽调制时间是获得充分凝胶化过程的保证。轧辊的机械作用是一个压扁成型达到规定压片密度的过程，这一过程实现了淀粉颗粒的暴露和蛋白质空间结构的改变。只有当以上几个条件同时具备时才能使谷物的营养价值发生明显改善[55]。

目前，关于蒸汽压片加工对猪肠道健康影响的研究较少。万荣等[56]研究表明，相比于普通玉米组，饲喂蒸汽压片玉米组仔猪的腹泻率降低了18.2%。然而，在哺乳期母猪上的研究表明，日粮中添加蒸汽压片高粱显著促进了母猪的胃角质化[57]。

5 小结

粉碎粒度降低、制粒、膨化和蒸汽压片等加工工艺可以提高饲料原料的营养价值、营养物质消化率和饲料转化效率。但在肠道健康方面，粉碎粒度降低（尤其是0.4 mm 以下）会对猪胃肠道产生不利影响，如胃溃疡、肠道形态以及预防和对抗微生物感染的能力。猪日粮的最佳粉碎粒度应为0.5～1.6 mm。在制粒过程中由于饲料粉碎粒度分布发生变化，细颗粒所占比例增加，因此相比于粉料，颗粒料不利于猪的肠道健康发展。膨化加工可以改善猪的肠道形态，降低肠道有害菌的数量及增强肠道机械屏障从而促进猪的肠道健康。目前，关于饲料加工工艺对猪肠道健康影响的研究较少、不全面且作用机制还不明确。针对饲料加工工艺对不同生长阶段猪肠道健康的影响及作用机制还需进一步的研究，从而确定适宜的加工工艺及参数。