酶處理豆粕替代魚粉對斷奶仔豬生長性能及腸道發(fā)育的影響

歐 洋，朱智超，曹山川，謝 強，劉靜波,4*

（1.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010；2.四川恒力通農(nóng)牧科技股份有限公司，四川綿陽621010；3.四川省金核輻照技術有限公司；四川眉山620866；4. 四川省奉獻農(nóng)業(yè)有限公司，四川德陽618000）

酶處理豆粕替代魚粉對斷奶仔豬生長性能及腸道發(fā)育的影響

歐 洋1,2，朱智超3，曹山川1，謝 強2，劉靜波1,4*

（1.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010；2.四川恒力通農(nóng)牧科技股份有限公司，四川綿陽621010；3.四川省金核輻照技術有限公司；四川眉山620866；4. 四川省奉獻農(nóng)業(yè)有限公司，四川德陽618000）

本試驗旨在研究酶處理豆粕（ESBM）替代不同比例魚粉對斷奶仔豬生長性能、腸道發(fā)育及后腸短鏈脂肪酸（SCFAs）產(chǎn)生的影響。選用21日齡杜×長×大斷奶仔豬144頭，分為4個處理，每個處理6個重復，每個重復6頭豬。在4個處理組日糧中，分別用ESBM替代0（對照組）、33.3%、66.7%、100%的魚粉。結果表明：ESBM替代不同比例魚粉對斷奶仔豬的養(yǎng)分表觀消化率影響差異不顯著（P>0.05）；與對照組相比，33.3%、66.7%替代組斷奶仔豬日采食量、日增重、空腸絨毛高度、隱窩深度無顯著差異（P>0.05），但100%替代組斷奶仔豬的日采食量及日增重顯著降低（P<0.05），導致35日齡（-4.85%；）和42日齡（-6.62%）體重顯著降低（P<0.05），空腸絨毛高度及隱窩深度顯著下降（P<0.05）；ESBM替代100%魚粉顯著降低斷奶仔豬后腸食糜中乳酸桿菌數(shù)量（P<0.05），改變后腸微生物體外發(fā)酵回腸食靡產(chǎn)生SCFAs的能力及丙酸、丁酸比例。因此，ESBM可部分替代斷奶仔豬日糧中魚粉用量，全部替代魚粉會引起腸道微生物的改變及SCFAs的產(chǎn)生，并影響斷奶仔豬的生長性能。

酶處理豆粕；魚粉；斷奶仔豬；腸道發(fā)育

營養(yǎng)性腹瀉導致斷奶仔豬采食量下降、生長停滯、甚至死亡，原因主要在于飼糧中大豆抗原等抗營養(yǎng)因子會引起腸道損傷及腸道發(fā)育受阻[1]。在實際生產(chǎn)中，通過降低斷奶仔豬飼糧中豆粕用量、增加魚粉等抗營養(yǎng)因子含量較低的動物蛋白飼料以提高斷奶仔豬的腸道健康[2]。但隨著海洋資源緊張，尋求替代魚粉的蛋白質飼料原料是當前畜牧生產(chǎn)者的重要工作之一。

通過豆粕深加工提高其營養(yǎng)價值逐漸成為替代魚粉的關鍵手段[2]。目前通過膨化、發(fā)酵、熱處理、醇溶浸提等方式可部分降低豆粕中胰蛋白酶抑制劑等抗營養(yǎng)因子的含量[3]，但由于部分抗營養(yǎng)因子（如大豆抗原）分子量大，對熱處理穩(wěn)定，一般的加工方式不能完全將其去除[4]。通過酶處理豆粕（ESBM）不僅可以徹底消除豆粕中的抗原分子，而且可以降解大豆蛋白生成小肽，對仔豬的腸道健康具有積極意義，可替代飼糧中魚粉甚至降低抗生素的用量[5]。盡管如此，魚粉中含有促進動物生長及腸道健康的未知生長因子，ESBM能否完全替代斷奶仔豬飼糧中的魚粉尚不清楚，同時ESBM替代魚粉后對腸道發(fā)育、腸道微生物組成及其代謝活動（如短鏈脂肪酸產(chǎn)生）的影響有待證實。因此，本研究重點考察ESBM替代不同比例的魚粉對斷奶仔豬生長性能、腸道發(fā)育及腸道微生物產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs）能力的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 ESBM由四川省奉獻農(nóng)業(yè)有限公司提供，其關鍵生產(chǎn)工藝如下：復合酶添加量為豆粕質量的1.0%，每克復合酶含果膠酶（10 000 IU/g）、纖維素酶（600 IU/g）、甘露聚糖酶（10 000 IU/g）、木聚糖酶（50 000 IU/g）、葡聚糖酶（50 000IU/g）、半乳聚糖酶（1 000 IU/g）、堿性蛋白酶（50 000IU/g）、中性蛋白酶（50 000 IU/g）、木瓜蛋白酶（100 000 IU/g），在溫度為50℃、pH為7.0條件下處理8 h，低溫烘干。為防止微生物在酶處理過程中發(fā)酵營養(yǎng)物質，因此對水源及豆粕實施10kGy鈷60輻照處理。試驗用豆粕與ESBM的營養(yǎng)組成見表1，其中干物質、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、鈣、磷、脲酶活性檢測參照國家標準，葡萄糖、蔗糖、水蘇糖、棉子糖、氨基酸的檢測采用高效液相色譜法（數(shù)據(jù)由四川省奉獻農(nóng)業(yè)有限公司提供），大豆球蛋白、β-伴球蛋白、胰蛋白酶抑制因子檢測采用酶聯(lián)免疫吸附法（試劑盒購于北京龍科方舟生物工程技術有限公司）。

表1 試驗用豆粕與ESBM的化學組分比例

1.2 試驗動物及日糧 選用21日齡、體重相近的杜洛克×長白×大白（DLY）斷奶仔豬144頭，隨機分為4個處理，每個處理6個重復，每個重復6頭仔豬（公、母各半）。對照組日糧中含有7.5%魚粉，使用ESBM等氮替代對照日糧中33.3%、66.7%、100%魚粉。試驗飼糧參考NRC（2012）7～11 kg仔豬營養(yǎng)需要進行配制，飼糧組成及營養(yǎng)成分見表1。為了防止抗生素干擾ESBM替代魚粉效果，本次試驗所使用配方均不添加抗生素。

1.3 飼養(yǎng)管理 試驗在西南科技大學動物試驗基地完成，試驗期21 d，飼養(yǎng)管理方案按《西南科技大學試驗基地飼養(yǎng)管理規(guī)程》進行。仔豬自由飲水及采食，斷奶后0～7、7～14、14～21 d溫度控制在26～28、24～26、22～24℃，濕度控制在50%～60%。

1.4 樣品采集及指標測定

1.4.1 樣品的收集 試驗結束前3 d（40～42日齡），每個重復選擇1頭平均體重的仔豬，然后收集糞樣（150 g/d）檢測養(yǎng)分表觀消化率。試驗至42日齡時屠宰仔豬，收集空腸組織用于形態(tài)學檢測，收集結腸食靡檢測微生物活菌數(shù)量，收集空腸和結腸中段組織進行基因檢測。

1.4.2 養(yǎng)分表觀消化率測定 收集的糞樣混勻后，加入10%鹽酸進行固氮，低溫烘干。以酸不溶灰分為內源指示劑，測定飼料粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、鈣、磷的表觀消化率。

1.4.3 生長性能的測定 根據(jù)每周體重及采食量計算平均日增重（ADG）、每欄平均日采食量（ADFI）、耗料增重比（F/G）。

1.4.4 腹瀉評分 每日07:30、12:30、17:00觀察仔豬糞便情況并評分。以圈為單位，腹瀉評分=受試仔豬糞便評分之和/3次/7d。評定標準見表3。

1.4.5 腸道形態(tài)學指標 選擇2 cm空腸中部組織經(jīng)4%多聚甲醛固定48 h，梯度酒精脫水，二甲苯透明，浸蠟包埋，切片（4 μm）處理后，再經(jīng)過蘇木精和伊紅染色制成切片。組織切片利用Nikon倒置顯微鏡觀察，并應用愛普圖像處理分析軟件測量小腸絨毛高度和隱窩深度，計算絨毛高度/隱窩深度。

1.4.6 腸道微生物活菌計數(shù) 取0.5 g 結腸食糜于無菌試管內，加4.5 mL無菌生理鹽水，振蕩5 min，4℃、800 r/min離心 15 min，取 100 μL上清液用加900 μL無菌生理鹽水按10倍稀釋，分別取10-3、10-4、10-5稀釋梯度菌液20 μL接種到大腸桿菌選擇培養(yǎng)基；同時抽取10-5、10-6、10-7稀釋菌液20μL接種到雙歧桿菌選擇性培養(yǎng)基和乳酸桿菌選擇性培養(yǎng)基上，每個梯度接種3個平板做重復。大腸桿菌37℃需氧培養(yǎng)48 h，雙歧桿菌和乳酸桿菌37℃厭氧培養(yǎng)72 h后菌落計數(shù)，計算每克食糜中所含大腸桿菌、乳酸桿菌和雙歧桿菌的活菌數(shù)量（CFU/g），結果以log（CFU/g）表示。

表2 試驗飼糧配方

表3仔豬腹瀉評分標準

1.4.7 后腸微生物 參考Iyayi等[6]的方法檢測后腸（盲腸、結腸、直腸）微生物體外發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs的能力：試驗至42日齡時，每個重復選擇1只平均體重的仔豬收集糞樣，然后安裝T-型瘺管，恢復2 d后連續(xù)3 d收集回腸末端食靡；糞樣收集后加入0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液（1:5 wt:vol）勻漿，過濾后收集濾液；然后按1%比例發(fā)酵從受試豬只回腸末端收集的食靡，發(fā)酵結束后SCFAs產(chǎn)量根據(jù)氣相色譜法檢測。

1.4.8 基因表達選擇 空腸組織和結腸組織檢測基因p53、B 細胞淋巴瘤基因-2（BCL-2）、BAX（Bcl相關 X 蛋白）、SGLT1（鈉葡萄糖共轉運載體1）、GLUT2（葡萄糖轉運載體2）、GPR41（G蛋白偶聯(lián)受體41）、GPR43的轉錄表達。p53、BCL-2、BAX、SGLT1、GLUT2、18S RNA的 引物序列參考前期研究[7]。GPR41上游引物序列為ACTACTTCTCATCCTCGGGGTT，下游序列為CTCCACTTCGCTCTTCTTCAGT；GPR43上 游序列為TCATGGGTTTCGGCTTCTACAG，下游序列為GTACTGAACGATGAACACGACG。利用Trizol法提取RNA，使用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測 RNA 的完整性，核酸蛋白儀上測定 260 nm和280 nm處的吸光度（ OD 值）鑒定RNA純度，在PCR儀（Bio-Rad，美國）上進行反轉錄，反應程序為37℃，15 min；85℃，5 s。反轉錄后得到的cDNA樣品置于-20℃保存。Real-Time PCR體系的配制按照試劑盒（TaKaRa）說明書進行，在ABI 7900HT（Applied Biosystems，美國）上運行RT-PCR程序。結果通過2-ΔΔCT法計算，以18S RNA作為內參計算待測基因的相對表達量。

1.5 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)采用SAS9.3 統(tǒng)計軟件分析均符合正態(tài)分布并進行單因素方差分析，并用 Duncan's法進行多重比較，數(shù)據(jù)結果以P<0.05 為差異顯著，P<0.10 為有趨勢，結果用平均值±標準誤表示。

2 結 果

2.1 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬生長性能影響 由表4可見，與對照組相比，33.3%、66.7%替代組對斷奶仔豬35、42日齡體重影響差異不顯著（P> 0.05），但100%替代組仔豬在35、42日齡的體重顯著降低（P< 0.05）。100%替代組仔豬在21～28、28～35日齡的ADG和ADFI均顯著低于對照組（P<0.05），但其在21～42日齡的ADG、ADFI與其他3組無顯著差異（P>0.05）。ESBM替代不同比例的魚粉對整個飼喂階段仔豬F/G影響差異不顯著（P>0.05）。

2.2 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬表觀消化率影響 由表5可見，ESBM替代不同比例的魚粉對斷奶仔豬粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、鈣、磷的表觀消化率均無顯著影響（P>0.05）。

2.3 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬糞便評分的影響 從表6可以看出，ESBM替代不同比例的魚粉對斷奶仔豬各階段的糞便評分無顯著影響（P> 0.05）。

表4 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬生長性能的影響

表5 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬養(yǎng)分表觀消化率的影響 %

2.4 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬空腸組織形態(tài)學的影響 從表7可以看出，與對照組相比，33.3%、66.7%替代組斷奶仔豬的空腸組織絨毛高度和隱窩深度無顯著差異（P>0.05），100%替代組絨毛高度及隱窩深度顯著降低（P<0.05）。ESBM替代不同比例的魚粉對斷奶仔豬絨毛高度/隱窩深度影響差異不顯著（P>0.05）。

2.5 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬腸道微生物的影響從表8可以看出，與對照組相比，100%替代組仔豬乳酸桿菌的數(shù)量顯著降低（P<0.05），但雙歧桿菌、大腸桿菌的數(shù)量與其他3組差異不顯著（P>0.05）。

2.6 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬后腸微生物體外發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs能力的影響 從表9可以看出，ESBM替代魚粉顯著影響斷奶仔豬后腸微生物體外發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs能力。100%替代組仔豬SCFAs的產(chǎn)量顯著下降（P<0.05）。ESBM全部替代魚粉提高了斷奶仔豬后腸微生物體外發(fā)酵產(chǎn)生丙酸的比例（P<0.05），同時降低斷奶仔豬后腸微生物體外發(fā)酵產(chǎn)生丁酸的比例（P<0.05），各處理組間乙酸產(chǎn)生的比例差異不顯著（P>0.05）。

2.7 ESBM替代不同比例魚粉對斷奶仔豬空腸和結腸組織基因表達的影響 通過圖1（A）可以看出，ESBM替代33.3%和66.7%魚粉對斷奶仔豬空腸組 織GLUT2、SGLT1、p53、BAX、BCL-2基 因mRNA表達影響差異不顯著（P>0.05），但100%替代組仔豬GLUT2、SGLT1、BCL-1基因mRNA表達顯著下調（P<0.05），p53基因mRNA表達顯著上調（P<0.05）。通過圖1（B）可以看出，ESBM替代不同水平的魚粉對斷奶仔豬結腸組織GPR41基因mRNA表達影響差異不顯著（P>0.05），但100%替代組斷奶仔豬結腸組織GPR43基因表達顯著下調（P<0.05）。

表6 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬糞便評分的影響

表7 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬空腸組織形態(tài)學的影響

表8 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬腸道微生物的影響 log10CFU/g

表9 ESBM替代魚粉對斷奶仔豬后腸微生物體外發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs能力的影響

圖1 ESBM替代不同比例魚粉對斷奶仔豬空腸和結腸組織基因表達的影響

3 討 論

3.1 ESBM對豆粕營養(yǎng)組成及消化率的影響 通過深加工豆制品提高其營養(yǎng)價值是斷奶仔豬飼料資源開發(fā)的研究熱點[2-3]。大豆存在的多種抗營養(yǎng)因子干擾動物對養(yǎng)分的消化和吸收，通過浸提和熱處理大豆粕的方式可部分降低豆制品中的抗營養(yǎng)因子[8-9]。大豆抗原主要包括大豆球蛋白（Glycinin）和β-伴球蛋白（β-conglycinin），是影響仔豬利用豆制品的主要抗營養(yǎng)因子，且對熱處理十分穩(wěn)定，可引起仔豬腸道組織過敏反應并誘導營養(yǎng)性腹瀉[10]。在本試驗中，通過復合ESBM之后，大豆球蛋白和β-伴球蛋白含量顯著下降，可能是外源酶處理降解了豆粕中的大豆球蛋白和β-伴球蛋白。同時，ESBM導致非淀粉多糖、胰蛋白酶抑制因子等抗營養(yǎng)因子含量下降，說明其營養(yǎng)價值提高。通過分析ESBM替代魚粉后的養(yǎng)分表觀消化率，發(fā)現(xiàn)各處理組粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、鈣、磷的表觀消化率差異不顯著，該結果與前人研究相似[5]，說明ESBM可提高豆粕消化率。由于消化率是影響斷奶仔豬采食量和生長性能的主要限制性因素，因此ESBM具有替代斷奶仔豬飼糧中魚粉的基礎。

3.2 ESBM替代不同比例魚粉對斷奶仔豬生長性能及腸道發(fā)育的影響 通過糞便評分看出，各處理組仔豬均未發(fā)生腹瀉，說明本試驗條件下ESBM不會引起仔豬營養(yǎng)性腹瀉，與前人研究結果相似[2]。盡管如此，由于基礎日糧中含有酸化劑、氧化鋅等添加物有利于抑制腸道病原微生物增殖，因此ESBM在不同營養(yǎng)結構條件下替代魚粉對斷奶仔豬生長性能及腹瀉指數(shù)的影響值得深入探討。ESBM分別替代33.3%和66.7%的魚粉時，對斷奶仔豬生長性能的影響差異不顯著；而全部替代魚粉時，仔豬的ADG顯著下降，其原因主要在于ESBM降低斷奶仔豬的采食量。對ESBM與魚粉對仔豬采食偏好影響的研究發(fā)現(xiàn)，仔豬采食魚粉的頻率顯著高于ESBM，可能原因在于魚粉中含有促進采食的未知因子[11]，這可能是ESBM完全替代魚粉之后斷奶仔豬采食量下降的原因。由于斷奶仔豬的采食量與腸道發(fā)育密切相關[7]，因此本研究進一步檢測了空腸組織的形態(tài)學。本研究結果發(fā)現(xiàn)，ESBM全部替代魚粉時，空腸組織絨毛高度和隱窩深度都顯著下降，與腸道吸收功能的關鍵基因如SGLT1、GLUT2、p53、BAX、BCL-2表達量顯著下調，說明ESBM全部替代魚粉后引起了腸道組織發(fā)育受阻。

3.3 ESBM替代不同比例魚粉對斷奶仔豬腸道微生物及SCFAs產(chǎn)生的影響 本研究進一步分析了腸道微生物及SCFAs產(chǎn)生的變化。通過細菌體外增殖試驗發(fā)現(xiàn)，100%替代組仔豬乳酸桿菌的數(shù)量顯著降低，但雙歧桿菌、大腸桿菌無顯著變化，與Jeong等[2]的研究結果不一致。Jeong等[2]的研究發(fā)現(xiàn)ESBM替代魚粉會顯著增加后腸乳酸桿菌的含量。由于豆粕中含有較高的非淀粉多糖含量，在后腸發(fā)酵可能有利于有益菌定植，因此酶處理工藝不同引起的非淀粉多糖含量差異可能是試驗結果存在不一致的緣故。后腸微生物發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs在斷奶仔豬腸道發(fā)育中扮演重要角色[1]，因此本研究進一步探究腸道微生物的改變是否會影響斷奶仔豬后腸SCFAs的產(chǎn)生。本研究結果表明，ESBM全部替代魚粉后顯著降低了后腸微生物發(fā)酵回腸末端食靡產(chǎn)生SCFAs的能力。各處理間SCFAs產(chǎn)生總量不僅發(fā)生變化，乙酸、丙酸、丁酸的產(chǎn)生比例也發(fā)生明顯改變。ESBM完全替代魚粉后，丙酸的比例增加，而丁酸的比例下降。本研究中ESBM完全替代魚粉后生長性能下降可能與后腸微生物發(fā)酵產(chǎn)生丁酸的能力下降有關[12-13]。同時，小鼠上的研究報道已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，丙酸能夠通過結腸組織GPR41或GPR43調控機體的能量代謝及采食量，而丙酸是影響采食量最明顯的SCFA[14]。通過RT-PCR的方法也發(fā)現(xiàn)GPR43表達量顯著下降，說明ESBM替代魚粉后采食量及生長性能下降的原因可能與斷奶仔豬后腸SCFAs組成及GPR43表達有關。

4 結 論

綜上研究表明，ESBM能夠部分替代斷奶仔豬飼糧中魚粉；全部替代魚粉會引起腸道微生物的改變及SCFAs的產(chǎn)生，進而抑制采食量并降低生長性能。

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Effects of Replacing Fishmeal with Enzyme-treated Soybean Meal on Growth Performance and Intestinal Development in Weanling Piglets

OU Yang1,2, ZHU Zhi-chao3, CAO Shan-chuan1, XIE Qiang2, LIU Jing-bo1,4*

(1.School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Sichuan Mianyang 621010,China; 2. Sichuan Henglitong Agricultural and Animal Husbandry Science and Technology Co., Ltd., Sichuan Mianyang 621010, China; 3.Sichuan Hinge Radiation Technical Co. Ltd., Sichuan Meishan 620866 ,China; 4.Sichuan Fengxian Agricultural Co., Ltd., Sichuan Deyang 618000, China)

The present study was conducted to investigate the effects of replacing fishmeal with enzyme-treated soybean meal (ESBM) on the growth performance, nutrient digestibility, intestinal development and production of short-chain fatty acid in weanling piglets. A total of 144 21-d-old Landrace×Yorkshire×Duroc weanling piglets were allocated into four treatment groups with 6 replicates of 6 piglets. Fish meal was replaced by ESBM at percentages of 0 (the control diet),33.3%, 66.7% and 100%, respectively, in 4 treatment groups. The apparent nutrient digestibility was not affected by replacing fishmeal with ESBM (P＞0.05). Compared with control, replacing 33.3% or 66.7% did not affect the ADFI, ADG and intestinal development of piglets (P＜0.05). But the ADFI, ADG, BW on d 35 and d 42, and the intestinal development were lower in piglets fed diet with replacing 100%(P＜0.05). Moreover, the number of lactobacillus, the in vitro production of SCFAs and the composition of SCFAs were altered in piglets fed diets replacing 100% fishmeal with ESBM.Collectively, ESBM could partially replace the usage of fishmeal in weanling piglets, but total replacement of fishmeal with EBSM would negatively affect the growth performance of piglets possibly though the alternations of microbiota composition and SCFAs production.

Enzyme-treated soybean meal; Fishmeal; Weanling piglets; Intestinal development

S828.5

A

10.19556/j.0258-7033.2017-10-055

2017-04-09；

2017-05-04

德陽市科技支撐計劃（2016NZ008）；四川省教育廳資助科研項目（17ZA0413）

歐洋（1980-），男，重慶人，碩士研究生，主要從事豬的健康養(yǎng)殖研究，E-mail：29759889@qq.com

* 通訊作者：劉靜波，博士，副研究員，E-mail：liuswust@163.com