可溶性纤维对福建黄兔盲肠体外发酵的影响

王建烽, 黄鼎瑞, 刘博超, 刘庆华

(福建农林大学动物科学学院，福建 福州 350002)

日粮纤维是食物中不被人体胃肠消化酶所分解的不可消化植物成分的总称，包括纤维素、半纤维素、木质素、甲壳素、果胶、海藻多糖、树胶和黄原胶等[1]，根据水溶性的不同可分为可溶性纤维和不溶性纤维[2].不溶性纤维主要由植物细胞壁组成，如纤维素、木质素和半纤维素，存在于大部分谷物和蔬菜中，可促进肠道蠕动，减少食物在肠道中的滞留时间.可溶性纤维由半纤维素多糖组成，如存在于水果、燕麦、大麦、豆类中的果胶和凝胶等.可溶性纤维与碳水化合物、脂质的代谢有关，易被肠道液润湿，因此很容易被肠道中的微生物所利用[3].研究表明，日粮纤维的品质和来源会对家兔的生产性能、肠道发育和盲肠微生态平衡造成影响.过高的粗纤维水平会使家兔的生产性能降低，当日粮中的纤维水平过低时又会增加家兔的腹泻风险[4-7].因此，日粮中为家兔提供合适水平和高品质的纤维来源，是家兔安全高效生产的关键.目前就日粮纤维品质对家兔影响的研究大部分集中在粗纤维、中洗洗涤纤维和酸性洗涤纤维等，少有可溶性纤维对家兔影响的报道，也未见可溶性纤维对福建黄兔作用的相关报道.本试验以福建黄兔为研究对象，测定原料中可溶性纤维和不溶性纤维的含量，并以此来衡量原料的品质，筛选出6种可溶性纤维和不溶性纤维含量差距较大的粗饲料，采用体外产气法来评定这6种粗饲料制成的兔饲料对福建黄兔盲肠发酵的影响，旨在为福建黄兔日粮的配制提供参考.

1　材料与方法

1.1　材料

1.1.1试验动物12只体重相近的福建黄母兔(2～2.5 kg)由福建春龙农牧有限公司提供.

1.1.2仪器与设备P15ANKOM RFS型体外产气测量仪、ANKOM DAISYII型体外消化培养箱、ANKOM F57滤袋和ANKOM220型半自动纤维分析仪均为美国ANKOM公司产品，其他仪器与设备为SHA-C型恒温水浴摇床(常州国华电器有限公司)、PHB-4便携式pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)和Agilent 6890N型气象色谱仪(安捷伦科技公司).

1.2　试验设计

选择的6种粗饲料分别为爱博素、甜菜渣、燕麦草、三叶青、苜蓿干草和大麦糠.根据杨胜[8]的方法测定粗饲料中粗纤维、干物质、粗脂肪、粗蛋白质和粗灰分的含量，并计算无氮浸出物含量；同时测定中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和木质素的含量.采用膳食纤维试剂盒测定原料的可溶性纤维和不溶性纤维含量.6种粗饲料的营养成分见表1；兔饲料配方见表2，6种粗饲料均以25%的比例与精料混合制成日粮.根据可溶性纤维含量的高低将6种粗饲料分为高可溶性纤维组(苜蓿干草、甜菜渣、三叶青)、低可溶性纤维组(燕麦草，设为对照组)和高不溶性纤维组(大麦糠、爱博素).体外消化试验时，每组设3个重复.

表1　6种粗饲料的营养成分(风干基础)Table 1　The basic nutritional level of six roughage (dry basis)　%

1.3　盲肠发酵参数指标的测定

体外产气量：根据P15ANKOM RFS型体外产气测量仪显示的气压值换算出产气量.换算公式为：n=P×V/(R×T).式中：n为气体的摩尔数(mol)；P为气压(kPa);V=(310-培养液的体积)/1000(L)；R为产气常数，固定为8.314 472(L·kPa·K-1·mol-1)；T为产气温度(K).当标准大气压或温度为39 ℃时，1 mol的气体量为22.4 L，因此，算出气体摩尔数时可以根据公式换算出产气量，即产气量/mL=n×22.4×1000.

发酵液pH采用PHB-4便携式pH计测定；根据刘立成等[9]的方法，使用Agilent 6890N型气象色谱仪(毛细管柱型号为：19091N-133 HP-INNOWax，30 m×0.25 μm×0.25 μm) 测定乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸含量；氨态氮含量采用苯酚—次氯酸钠比色法[10]测定；体外真消化率采用体外发酵法测定[11]，体外真消化率/%=[100-(m2-m1×c1)]×100/m.式中，m1为滤袋的质量(g);m2为体外消化和中性洗涤纤维测定后滤袋+残渣的质量(g);m为样品的质量(g);c1=滤袋空白系数(最终烘干重/最初重).

表2　日粮组成及营养水平(风干基础)1)Table 2　Dietary composition and nutritional level of six kinds of roughage (dry basis)

1)总消化能由配方中各个原料的总消化能相加所得；爱博素的总消化能为5.64 MJ·kg-1.

1.4　体外产气试验

试验兔屠宰后，迅速取出盲肠内容物，用4倍生理盐水(39 ℃)稀释，恒温磁力搅拌器混匀，4层纱布过滤，得到盲肠液.采用ANKOM RFS体外产气系统，参照文献[12]的方法配制缓冲液.盲肠液按1∶2的比例加入到缓冲液中，制成混合培养液，加3滴0.1%刃天青溶液搅拌，同时通入CO2直至溶液褪为无色.每个发酵瓶中加入1 g样品、150 mL培养液，发酵瓶中通入CO230 s，于水浴摇床(转速80～90 r·min-1)中培养.

采用ANKOM RFS体外产气系统气压监控程序，设置压力信号采样时间为1 s，设置气压释放值为1PSi，记录2、4、6、8、10、12、16、20、24、36、48 h的气压读数.根据换算公式将气压换算成产气量.

1.5　数据分析

采用单因素方差分析，多重比较采用单因子方差分析中的SNK法进行统计.

2　结果与分析

2.1　可溶性纤维对福建黄兔盲肠发酵48 h产气量的影响

从表3可以看出：苜蓿干草和甜菜渣组48 h的产气量显著高于其他4组(P<0.05)，且产气过程中苜蓿干草和甜菜渣组的产气速度明显快于其他4组，燕麦草组的产气速度高于大麦糠和爱博素组；三叶青组在0～10 h的产气量低于其他组，10～48 h的产气速度逐渐超过高不溶性纤维组，36～48 h的产气量超过燕麦草组；各组间48 h的产气量存在极显著差异(P<0.01)，其中，苜蓿干草、甜菜渣和三叶青组的产气量极显著高于燕麦草和高不溶性纤维组(P<0.01)；燕麦草48 h的产气量极显著地高于大麦糠和爱博素组(P<0.01)，甜菜渣组48 h的产气量极显著高于苜蓿干草和三叶青组(P<0.01).

表3　可溶性纤维对福建黄兔盲肠发酵48 h产气量和体外真消化率的影响1)Table 3　Effect of soluble fibers on gas production of Fujian Yellow Rabbit during 48 h cecal fermentation and in vitro digestibility

1)同列数据后附相同小写字母者的表示差异不显著(P>0.05),附不同大写字母者表示差异极显著(P<0.01).

2.2　可溶性纤维对福建黄兔体外真消化率的影响

体外消化试验48 h后，取出样品测定体外真消化率.结果(表3)显示：苜蓿干草和甜菜渣组的体外真消化率极显著高于大麦糠和爱博素组(P<0.01)；燕麦草组的体外真消化率极显著高于大麦糠和爱博素组(P<0.01)；三叶青组与燕麦草组的体外真消化率差异不显著(P>0.05).

2.3　可溶性纤维对福建黄兔盲肠发酵产物的影响

体外产气试验48 h后，结束产气试验，取体外消化液测定体外发酵参数.结果(表4)显示：各组pH均在家兔盲肠纤维消化酶活性的适宜范围内；大麦糠和爱博素组的pH极显著高于燕麦草组(P<0.01)；甜菜渣组的pH极显著低于燕麦草组(P<0.01)，但苜蓿干草组的pH与燕麦草组的差异不显著(P>0.05)，三叶青组的pH极显著高于燕麦草组(P<0.01)；苜蓿干草和甜菜渣组的pH极显著低于大麦糠和爱博素组(P<0.01)；三叶青组的pH与大麦糠、爱博素组的差异不显著(P>0.05).三叶青组的氨态氮含量最高，且极显著高于其他各组(P<0.01)；大麦糠和爱博素组的氨态氮含量极显著高于苜蓿干草、甜菜渣和燕麦草组(P<0.01)；苜蓿干草和甜菜渣组的氨态氮含量极显著低于燕麦草组(P<0.01).苜蓿干草和甜菜渣组的总挥发性脂肪酸、乙酸、丙酸、戊酸的浓度极显著高于燕麦草和高不溶性纤维组(P<0.01).三叶青组的异丁酸浓度最高，但与燕麦草、大麦糠组的差异不显著(P>0.05)；苜蓿干草组、甜菜渣组与爱博素组之间的异丁酸浓度差异不显著(P>0.05)；燕麦草、大麦糠和三叶青组的异丁酸浓度显著高于苜蓿干草组(P<0.05).苜蓿干草和甜菜渣组的丁酸浓度、乙酸与丙酸的比值极显著低于燕麦草和高不溶性纤维组(P<0.01).三叶青组的异戊酸浓度极显著高于其他组(P<0.01).大麦糠和爱博素组的戊酸浓度显著低于燕麦草和高可溶性纤维组(P<0.05).

表4　可溶性纤维对福建黄兔盲肠发酵产物的影响1)Table 4　Effect of soluble fiber on cecal fermentation product of Fujian Yellow Rabbit

1)同列数据后附相同小写字母者的表示差异不显著(P>0.05),附不同大写字母者表示差异极显著(P<0.01).

3　讨论

3.1　可溶性纤维对福建黄兔盲肠发酵48 h产气量的影响

饲料营养价值评定主要针对饲料的营养成分和消化率等方面[13].1979年Menke et al[14]研究发现：体外产气量与体内的消化参数具有很高的相关性.自此体外产气法被动物营养学家们广泛应用于饲料营养价值的评定.本试验采用体外产气法研究不同来源日粮纤维对福建黄兔盲肠发酵48 h产气量的影响，体外产气系统能有效评价营养物质的利用率，饲料降解过程中的产气量能较精确地评定饲料在动物体内的消化率[15].本试验结果表明：高可溶性纤维组福建黄兔48 h的产气量极显著高于燕麦草和高不溶性纤维组，且以高可溶性纤维组中甜菜渣组的产气量最高，其体外真消化率也极显著高于其他组，这说明高可溶性纤维日粮在福建黄兔体内的消化程度很高.饲料发酵的动力学参数可以通过发酵产气量及缓冲液缓冲短链脂肪酸所释放的气体计算得到.这些参数主要与饲料中可溶、不可溶但能降解和不能降解的部分所占的比例有关[16].高可溶性纤维日粮在体外产气的过程中可以始终保持较快的产气速度，说明当福建黄兔采食高可溶性纤维日粮后，高可溶性纤维日粮在家兔盲肠中能够快速被盲肠微生物消化分解产生各种营养素，发酵过程中微生物利用营养素产生大量气体和挥发酸为福建黄兔的生长提供能量.

3.2　可溶性纤维对福建黄兔体外真消化率的影响

消化率是评定反刍动物对粗饲料利用情况的重要指标[17].体外真消化率可以体现发酵底物在发酵体系中被微生物降解的程度.本试验采用短期体外发酵技术测定各试验组福建黄兔的体外真消化率.结果显示：福建黄兔的体外真消化率随着不溶性纤维含量的提高逐渐下降.付瑶等[18]采用体外法研究不同水平中性洗涤纤维日粮对泌乳高峰期奶牛瘤胃发酵和产气量的影响时发现，体外培养的干物质消失率随着中性洗涤纤维的增加呈线性下降(P<0.05)，此结果与本试验结果一致.本试验中，高可溶性纤维组中三叶青组的体外真消化率显著低于燕麦草组，可能是因为可溶性纤维含量很可能通过调节盲肠底物的数量和种类来影响回肠，特别是盲肠微生物菌群，从而影响盲肠发酵活性[19].

3.3　可溶性纤维对福建黄兔盲肠发酵产物的影响

家兔自身不能分泌纤维素酶，日粮纤维的分解主要通过家兔盲肠微生物分泌纤维素酶，使日粮纤维分解产生酸性物质和气体[20].盲肠发酵产生的酸性物质会使家兔盲肠中的pH降低，而盲肠内容物pH在一定程度上能够反映盲肠内的发酵状况，过高或过低都会影响到粗饲料中纤维物质的正常消化[21].家兔盲肠内容物pH正常范围一般在6.4～6.6，兔年龄和品种不同会略有差异.在正常pH范围内，低pH有利于盲肠内有益菌的生长，抑制有害菌群[22].本试验中，各试验组的pH均在正常范围内，高不溶性纤维组的pH显著高于燕麦草组及高可溶性纤维组中的苜蓿干草、甜菜渣组，说明日粮可溶性纤维有利于福建黄兔盲肠内环境的稳定.高不溶性纤维日粮使得盲肠内容物pH升高，主要与其木质纤维过高不被家兔盲肠微生物消化利用所产生的总挥发性脂肪酸少有关.瘤胃氨态氮浓度在一定程度上反映了特定饲粮组成下蛋白质降解与微生物对氨氮利用之间所达到的平衡状况[23].本试验中，高不溶性纤维组的氨态氮含量显著高于高可溶性纤维组中的苜蓿干草、甜菜渣组，但高不溶性纤维组的体外真消化率和产气量都显著低于高可溶性纤维组，说明以高不溶性纤维组日粮为底物，发酵产生的营养物质少，导致微生物的增值受到影响，从而影响微生物利用氨态氮转化为蛋白的能力.从表3、4可以看出，高可溶性纤维组的三叶青组的氨态氮含量最高，但其发酵前期0～10 h的产气量一直低于其他组，后期产气速度高于其他组，主要原因是发酵过程中微生物菌群发生改变可能会导致微生物自身的分解，从而也会导致氨态氮含量的升高[24].日粮纤维通过家兔盲肠内的微生物发酵分解挥发性脂肪酸以提供能量.本试验中，高可溶性纤维日粮产生的总挥发性脂肪酸、乙酸和丙酸浓度显著高于燕麦草和高不溶性纤维组，这是因为可溶性纤维含有果胶和树胶等低聚糖能被肠道内微生物菌群较好地发酵利用[25]，而不溶性纤维主要包含纤维素、半纤维素和木质素，其中，木质素不易被家兔盲肠菌群利用，影响了总挥发性脂肪酸的产生.有研究表明，乙酸与丙酸的比值随着精粗比的提高逐渐下降[26-27]，这与本试验高可溶性纤维日粮中乙酸与丙酸的比值显著小于高不溶性纤维日粮的结果基本一致.说明在福建黄兔日粮配制的过程中，高水平的可溶性纤维能取得与增加日粮的精粗比一样的效果.

4　结论

高可溶性纤维能够促进福建黄兔盲肠微生物发酵，以甜菜渣的效果最佳，可以提高体外发酵的产气量、体外真消化率和总挥发性脂肪酸浓度，降低盲肠氨态氮含量、盲肠内容物pH，有利于维持家兔盲肠内环境的稳定；高不溶性纤维会导致福建黄兔体外真消化率、产气量下降.因此，在家兔日粮配方中不宜配制过高的不溶性日粮纤维.

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