硅膠控釋型丁酸對斷奶仔豬生長性能和腸黏膜屏障的影響

胡彩虹 朱 康 錢仲倉 欒兆雙 李衛(wèi)芬

(浙江大學動物科學學院，飼料科學研究所，杭州 310058)

仔豬斷奶應(yīng)激綜合征是養(yǎng)豬生產(chǎn)的世界性難題，給養(yǎng)豬業(yè)造成了巨大經(jīng)濟損失。斷奶應(yīng)激狀態(tài)下仔豬腸形態(tài)和腸黏膜屏障受損是造成仔豬斷奶應(yīng)激綜合征的主要原因［1］。丁酸是腸上皮細胞的首要能量來源，研究表明飼糧中添加丁酸鈉可促進腸上皮細胞的增殖和發(fā)育，有效保護腸黏膜屏障［2］。但是，由于大量丁酸鈉在腸道前段被分解吸收，難以到達腸道后段，這大大降低了其腸道保護功效［3］。如何控釋丁酸使其能在腸道各段均勻釋放，尤其是能保護后段腸道成為了國內(nèi)外研究的熱點［4］。

為了解決丁酸鈉(有效成分為丁酸)在腸道前段被分解吸收不能達到后段腸道的問題，目前主要采用包膜技術(shù)對丁酸鈉進行控釋，但這種方法工藝復雜，成本高昂［3-4］。而硅膠價格低廉，具有物理化學性質(zhì)穩(wěn)定、比表面積大、吸附性能高、可形成不同的微孔結(jié)構(gòu)、生物相容性及吸附脫附性能較好等優(yōu)點［5］，在藥物、酶、生長因子等控緩釋上已有大量應(yīng)用和研究［6-7］。因此，本試驗以硅膠為控釋載體，制備和表征了硅膠控釋型丁酸(silica gel controlled-release butyrate，SG-B)，并以丁酸鈉為對照，研究SG-B對斷奶仔豬的生長性能和腸黏膜屏障的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

粗孔硅膠(青島海洋化工廠，分析純);正丁酸(CH3CH2CH2COOH)(雙香助劑廠，分析純)。

1.2 SG-B的制備及表征

采用室溫過量浸漬法制備SG-B。將硅膠置于120℃恒溫干燥箱中，干燥6 h，至恒重。將干燥后的硅膠和正丁酸溶液按照固液比1 g∶1 mL于室溫下充分混合，并連續(xù)攪拌至吸附平衡。再將已吸附飽和的硅膠過濾，置于50℃恒溫干燥箱中，干燥20 min。

紅外光譜采用KBr壓片法，Nexus-670型傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)儀(美國Nicolet公司)表征SG-B紅外吸收特征，掃描范圍400～4 000 cm-1。ZRY-2P型綜合熱分析儀(上海精密科學儀器有限公司)對SG-B進行熱重分析(TG)，升溫速度為10℃/min。

1.3 試驗設(shè)計及飼糧

選用平均體重為(5.8±0.2)kg的54頭21日齡“杜×長×大”斷奶仔豬，按胎次一致、體重相近的原則隨機分為3組:1)對照組，飼喂基礎(chǔ)飼糧;2)丁酸鈉組，飼喂基礎(chǔ)飼糧+0.10%丁酸鈉(丁酸含量為0.078%);3)SG-B組，飼喂基礎(chǔ)飼糧 +0.19%SG-B(丁酸含量為0.078%)，每組3 個重復，每個重復6頭仔豬，公母各占1/2。試驗期為10 d。

基礎(chǔ)飼糧參照NRC(1998)斷奶仔豬的營養(yǎng)需要量配制成顆粒料，基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

1.4 飼養(yǎng)管理

試驗開始前，仔豬自由吮乳和飲水，按常規(guī)程序進行免疫，從7日齡開始誘食并哺乳至21日齡斷奶。試驗過程中，仔豬自由采食和飲水，其余飼養(yǎng)管理均按養(yǎng)殖場的常規(guī)方案進行。

1.5 測定指標與方法

1.5.1 生長性能測定

試驗開始時，記錄試豬空腹重;試驗期內(nèi)，每天記錄并統(tǒng)計采食量和腹瀉情況;試驗結(jié)束時，試豬空腹稱重。分別計算平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)、料重比(F/G)和腹瀉率。腹瀉率按如下公式計算:

腹瀉率(%)=［(腹瀉頭數(shù)×腹瀉天數(shù))/

(試驗總頭數(shù)×試驗天數(shù))］×100。

1.5.2 腸屏障通透性及腸道黏膜形態(tài)的分析

在斷奶后第10天，禁食12 h(自由飲水)，從每個重復中選取2頭試豬(公母各占1/2)，稱重后肌肉注射4%戊巴比妥鈉溶液(40 mg/kg體重)進行麻醉。待麻醉完全后前腔靜脈取血，肝素抗凝，3 000 r/min離心后制備血漿，-70℃保存。參考胡彩虹等［8］分光光度法測定血漿D-乳酸濃度和二胺氧化酶(DAO)活性，分析腸屏障通透性。

表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet(DM basis) %

試豬采血后屠宰，取十二指腸，空腸和回腸腸段進行腸道黏膜形態(tài)分析。采用RM2235型組織切片機(德國Leica公司)整套設(shè)備，將腸段樣品經(jīng)固定、修整、沖洗、脫水、切片(厚度約5 μm)和蘇木精-伊紅(HE)染色制成切片。每個樣品制作3個非連續(xù)性的縱切片和橫切片，每張縱切片測定10個絨毛高度和隱窩深度，取其平均值作為一個測定數(shù)據(jù)。利用Leica Qwin圖像分析儀(德國Leica公司)對絨毛高度、隱窩深度、絨毛高度與隱窩深度比值進行顯微測量和分析。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 6.12統(tǒng)計軟件中的一般線性模式(GLM)進行方差分析，采用Duncan氏法進行多重比較和顯著性分析，以P＜0.05作為差異顯著性判斷標準。

2 結(jié)果

2.1 SG-B傅里葉變換紅外光譜分析

從圖1中可以看出，硅膠吸附丁酸前，3 459 cm-1處的吸收峰對應(yīng)于SiO—H鍵和物理吸附水中HO—H鍵的伸縮振動;1 633 cm-1處是表面吸附水的吸收峰［9］;1 097、798 和 466 cm-1處的吸收峰分別代表Si—O—Si鍵的反對稱伸縮振動、對稱伸縮振動和彎曲振動吸收峰［10］。硅膠吸附丁酸后，在1 717和2 973 cm-1處出現(xiàn)了2個吸收峰，分別歸因于羰基的伸縮振動和飽和的C—H鍵伸縮振動［11］，說明有丁酸吸附于硅膠。

圖1 硅膠吸附丁酸前后的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.1 FT-IR image of silica gel and SG-B

2.2 SG-B 熱重分析

從圖2中可以看出，樣品在120℃以下均有一個明顯的質(zhì)量損失階段，吸附丁酸后的硅膠質(zhì)量明顯減少。這一階段的質(zhì)量損失為樣品吸附的丁酸脫附引起的，說明脫附前硅膠中存在大量的吸附丁酸。熱重分析表明，SG-B中丁酸的含量為41.1%。同時也說明有機基團被引入，這與傅里葉變換紅外光譜的分析結(jié)果相一致，推測丁酸負載在硅膠上，以表面吸附和形成氫鍵的形式存在［12］。硅膠本身的結(jié)構(gòu)和吸附后新鍵的產(chǎn)生保證了丁酸的控釋效果。

圖2 硅膠吸附丁酸前后的熱重分析圖Fig.2 TG image of silica gel and SG-B

2.3 SG-B對斷奶仔豬生長性能的影響

由表2可知，和對照組相比，SG-B組和丁酸鈉組平均日增重分別顯著提高了12.30%(P＜0.05)和14.60%(P ＜0.05)。平均日采食量 3 組之間無顯著差異(P＞0.05)。SG-B組和丁酸鈉組料重比分別比對照組顯著降低了10.83%(P＜0.05)和9.55%(P ＜0.05)。丁酸鈉和SG-B 的添加降低了腹瀉率，分別比對照組顯著降低了36.97%(P ＜0.05)和 46.17%(P ＜0.05)。

表2 控釋型丁酸對斷奶仔豬生長性能的影響Table 2 Effects of SG-B on growth performance in weaned piglets

2.4 SG-B對斷奶仔豬腸屏障通透性的影響

由表3可知，和對照組相比，SG-B組和丁酸鈉組血漿D-乳酸濃度分別顯著降低了31.01%(P ＜0.05)和 23.61%(P ＜0.05);二胺氧化酶活性分別顯著降低了34.18%(P ＜0.05)和29.10%(P＜0.05)。SG-B組和丁酸鈉組間2個指標均無顯著差異(P ＞0.05)。

表3 SG-B對斷奶仔豬腸屏障通透性的影響Table 3 Effects of SG-B on intestinal barrier permeability in weaned piglets

2.5 SG-B對斷奶仔豬腸黏膜形態(tài)的影響

由表4可知，丁酸鈉組和SG-B組的十二指腸絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度比值顯著高于對照組(P＜0.05)，隱窩深度顯著低于對照組(P＜0.05)。丁酸鈉組空腸絨毛高度高于對照組，但差異不顯著(P＞0.05);SG-B組絨毛高度顯著高于丁酸鈉組和對照組(P＜0.05)。丁酸鈉組回腸絨毛高度及絨毛高度與隱窩深度比值均高于對照組，但差異不顯著(P＞0.05);SG-B組絨毛高度及絨毛高度與隱窩深度比值均顯著高于對照組和丁酸鈉組(P＜0.05)，隱窩深度顯著低于對照組和丁酸鈉組(P ＜0.05)。

表4 SG-B對斷奶仔豬腸黏膜形態(tài)的影響Table 4 Effects of SG-B on intestinal mucosal morphology in weaned piglets

3 討論

硅膠是由硅酸凝膠mSiO2·nH2O適當脫水而成的顆粒大小不同的多孔物質(zhì)，具有開放的多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，能吸附許多物質(zhì)，常作為干燥劑、吸附劑和催化劑載體。由于具有良好的生物相容性，硅膠或者改性硅膠作為載體廣泛應(yīng)用于催化和藥物控緩釋領(lǐng)域［13］。Radin等［14］利用硅膠作為載體控釋萬古霉素，發(fā)現(xiàn)硅膠作為藥物載體無生物毒性，且脫附效果良好，6周累積脫附率為90%。陳禹銀等［15］研究了硅膠吸附丁酸的計量置換吸附模型，發(fā)現(xiàn)丁酸在硅膠上的吸附是自發(fā)的過程，隨著溫度的升高，吸附量減少。本研究發(fā)現(xiàn)，在常溫下，粗孔硅膠對丁酸的負載量為41.1%，和陳禹銀等［15］的研究結(jié)果基本一致。

D-乳酸是胃腸道內(nèi)固有菌，如大腸桿菌、乳酸桿菌等代謝、裂解的產(chǎn)物。當腸黏膜屏障受損時，D-乳酸即可透過腸黏膜進入血液中，使得血漿D-乳酸濃度升高。二胺氧化酶是小腸黏膜上皮細胞漿內(nèi)具有高度活性的細胞內(nèi)酶。斷奶應(yīng)激后，細胞受到損傷，胞內(nèi)釋放二胺氧化酶增加，進入腸細胞間隙、淋巴管和血液，使得血漿二胺氧化酶活性升高［8］。丁酸能夠為腸上皮細胞提供能量，促進腸黏膜的發(fā)育和修復，增加腸道淋巴細胞數(shù)量。有大量研究表明，飼糧中添加丁酸鈉可有效保護斷奶仔豬腸黏膜屏障［16-17］。本試驗中，SG-B組和丁酸鈉組的血漿D-乳酸濃度和二胺氧化酶活性較對照組均有顯著降低，SG-B組和丁酸鈉組相比，血漿D-乳酸濃度和二胺氧化酶活性無顯著差異，說明飼糧中添加丁酸鈉和SG-B能保護腸黏膜屏障，添加0.10%丁酸鈉和添加0.19%SG-B對腸黏膜保護作用相當。

小腸的絨毛高度和隱窩深度是衡量腸道健康的重要指標［18］。丁酸是腸道絨毛生長主要的能量來源，可在腸上皮細胞內(nèi)直接氧化供能［19］。丁酸能促進干細胞增殖，通過增加小腸絨毛高度和降低隱窩深度而擴大營養(yǎng)物質(zhì)吸收的表面積，尤其是在回腸近端與遠端［20］。Hu 等［21］試驗表明，丁酸鈉增加了雞空腸后段絨毛高度與隱窩深度比值，對十二指腸黏膜的RNA、DNA和蛋白質(zhì)有影響，而對回腸黏膜的RNA、DNA和蛋白質(zhì)沒有影響。出現(xiàn)這種情況的原因可能是由于丁酸鈉在進入回腸前大部分已被吸收利用或轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)(如乙酸)被吸收。而SG-B進入胃腸道后，丁酸在小腸的各個腸段是均勻釋放的。和普通丁酸鈉相比，SG-B通過對丁酸的控緩釋實現(xiàn)了對后段腸段(空腸和回腸)消化吸收功能的增強。沈建明等［22］研究了包被技術(shù)處理的丁酸鈉對仔豬生長性能的影響，和普通丁酸鈉組相比，包膜丁酸鈉顯著提高了仔豬的生長性能，改善了腸黏膜形態(tài)，提高了飼料利用率，這和本研究結(jié)果一致。后段腸段是丁酸發(fā)揮其功效的主要部位，硅膠具有良好的吸附和脫附性能，通過硅膠對丁酸的控釋作用解決了普通丁酸鈉(有效成分為丁酸)不能到達動物后段腸段的問題，這是SG-B顯著改善空腸和回腸腸黏膜形態(tài)，保護腸道功能的主要原因。

4 結(jié)論

①采用室溫過量浸漬法制備和表征了SG-B，熱重分析表明其丁酸負載量為41.1%。

② 添加0.19%SG-B降低了斷奶仔豬腹瀉率，提高了生長性能，改善了腸黏膜形態(tài)，且效果略優(yōu)于同劑量(丁酸根含量)的丁酸鈉，可見SG-B是一種優(yōu)良的仔豬腸道保護劑。

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