可溶性纖維對福建黃兔盲腸體外發(fā)酵的影響

王建烽, 黃鼎瑞, 劉博超, 劉慶華

(福建農(nóng)林大學動物科學學院，福建 福州 350002)

日糧纖維是食物中不被人體胃腸消化酶所分解的不可消化植物成分的總稱，包括纖維素、半纖維素、木質素、甲殼素、果膠、海藻多糖、樹膠和黃原膠等[1]，根據(jù)水溶性的不同可分為可溶性纖維和不溶性纖維[2].不溶性纖維主要由植物細胞壁組成，如纖維素、木質素和半纖維素，存在于大部分谷物和蔬菜中，可促進腸道蠕動，減少食物在腸道中的滯留時間.可溶性纖維由半纖維素多糖組成，如存在于水果、燕麥、大麥、豆類中的果膠和凝膠等.可溶性纖維與碳水化合物、脂質的代謝有關，易被腸道液潤濕，因此很容易被腸道中的微生物所利用[3].研究表明，日糧纖維的品質和來源會對家兔的生產(chǎn)性能、腸道發(fā)育和盲腸微生態(tài)平衡造成影響.過高的粗纖維水平會使家兔的生產(chǎn)性能降低，當日糧中的纖維水平過低時又會增加家兔的腹瀉風險[4-7].因此，日糧中為家兔提供合適水平和高品質的纖維來源，是家兔安全高效生產(chǎn)的關鍵.目前就日糧纖維品質對家兔影響的研究大部分集中在粗纖維、中洗洗滌纖維和酸性洗滌纖維等，少有可溶性纖維對家兔影響的報道，也未見可溶性纖維對福建黃兔作用的相關報道.本試驗以福建黃兔為研究對象，測定原料中可溶性纖維和不溶性纖維的含量，并以此來衡量原料的品質，篩選出6種可溶性纖維和不溶性纖維含量差距較大的粗飼料，采用體外產(chǎn)氣法來評定這6種粗飼料制成的兔飼料對福建黃兔盲腸發(fā)酵的影響，旨在為福建黃兔日糧的配制提供參考.

1　材料與方法

1.1　材料

1.1.1試驗動物12只體重相近的福建黃母兔(2～2.5 kg)由福建春龍農(nóng)牧有限公司提供.

1.1.2儀器與設備P15ANKOM RFS型體外產(chǎn)氣測量儀、ANKOM DAISYII型體外消化培養(yǎng)箱、ANKOM F57濾袋和ANKOM220型半自動纖維分析儀均為美國ANKOM公司產(chǎn)品，其他儀器與設備為SHA-C型恒溫水浴搖床(常州國華電器有限公司)、PHB-4便攜式pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司)和Agilent 6890N型氣象色譜儀(安捷倫科技公司).

1.2　試驗設計

選擇的6種粗飼料分別為愛博素、甜菜渣、燕麥草、三葉青、苜蓿干草和大麥糠.根據(jù)楊勝[8]的方法測定粗飼料中粗纖維、干物質、粗脂肪、粗蛋白質和粗灰分的含量，并計算無氮浸出物含量；同時測定中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和木質素的含量.采用膳食纖維試劑盒測定原料的可溶性纖維和不溶性纖維含量.6種粗飼料的營養(yǎng)成分見表1；兔飼料配方見表2，6種粗飼料均以25%的比例與精料混合制成日糧.根據(jù)可溶性纖維含量的高低將6種粗飼料分為高可溶性纖維組(苜蓿干草、甜菜渣、三葉青)、低可溶性纖維組(燕麥草，設為對照組)和高不溶性纖維組(大麥糠、愛博素).體外消化試驗時，每組設3個重復.

表1　6種粗飼料的營養(yǎng)成分(風干基礎)Table 1　The basic nutritional level of six roughage (dry basis)　%

1.3　盲腸發(fā)酵參數(shù)指標的測定

體外產(chǎn)氣量：根據(jù)P15ANKOM RFS型體外產(chǎn)氣測量儀顯示的氣壓值換算出產(chǎn)氣量.換算公式為：n=P×V/(R×T).式中：n為氣體的摩爾數(shù)(mol)；P為氣壓(kPa);V=(310-培養(yǎng)液的體積)/1000(L)；R為產(chǎn)氣常數(shù)，固定為8.314 472(L·kPa·K-1·mol-1)；T為產(chǎn)氣溫度(K).當標準大氣壓或溫度為39 ℃時，1 mol的氣體量為22.4 L，因此，算出氣體摩爾數(shù)時可以根據(jù)公式換算出產(chǎn)氣量，即產(chǎn)氣量/mL=n×22.4×1000.

發(fā)酵液pH采用PHB-4便攜式pH計測定；根據(jù)劉立成等[9]的方法，使用Agilent 6890N型氣象色譜儀(毛細管柱型號為：19091N-133 HP-INNOWax，30 m×0.25 μm×0.25 μm) 測定乙酸、丙酸和丁酸等揮發(fā)性脂肪酸含量；氨態(tài)氮含量采用苯酚—次氯酸鈉比色法[10]測定；體外真消化率采用體外發(fā)酵法測定[11]，體外真消化率/%=[100-(m2-m1×c1)]×100/m.式中，m1為濾袋的質量(g);m2為體外消化和中性洗滌纖維測定后濾袋+殘渣的質量(g);m為樣品的質量(g);c1=濾袋空白系數(shù)(最終烘干重/最初重).

表2　日糧組成及營養(yǎng)水平(風干基礎)1)Table 2　Dietary composition and nutritional level of six kinds of roughage (dry basis)

1)總消化能由配方中各個原料的總消化能相加所得；愛博素的總消化能為5.64 MJ·kg-1.

1.4　體外產(chǎn)氣試驗

試驗兔屠宰后，迅速取出盲腸內(nèi)容物，用4倍生理鹽水(39 ℃)稀釋，恒溫磁力攪拌器混勻，4層紗布過濾，得到盲腸液.采用ANKOM RFS體外產(chǎn)氣系統(tǒng)，參照文獻[12]的方法配制緩沖液.盲腸液按1∶2的比例加入到緩沖液中，制成混合培養(yǎng)液，加3滴0.1%刃天青溶液攪拌，同時通入CO2直至溶液褪為無色.每個發(fā)酵瓶中加入1 g樣品、150 mL培養(yǎng)液，發(fā)酵瓶中通入CO230 s，于水浴搖床(轉速80～90 r·min-1)中培養(yǎng).

采用ANKOM RFS體外產(chǎn)氣系統(tǒng)氣壓監(jiān)控程序，設置壓力信號采樣時間為1 s，設置氣壓釋放值為1PSi，記錄2、4、6、8、10、12、16、20、24、36、48 h的氣壓讀數(shù).根據(jù)換算公式將氣壓換算成產(chǎn)氣量.

1.5　數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析，多重比較采用單因子方差分析中的SNK法進行統(tǒng)計.

2　結果與分析

2.1　可溶性纖維對福建黃兔盲腸發(fā)酵48 h產(chǎn)氣量的影響

從表3可以看出：苜蓿干草和甜菜渣組48 h的產(chǎn)氣量顯著高于其他4組(P<0.05)，且產(chǎn)氣過程中苜蓿干草和甜菜渣組的產(chǎn)氣速度明顯快于其他4組，燕麥草組的產(chǎn)氣速度高于大麥糠和愛博素組；三葉青組在0～10 h的產(chǎn)氣量低于其他組，10～48 h的產(chǎn)氣速度逐漸超過高不溶性纖維組，36～48 h的產(chǎn)氣量超過燕麥草組；各組間48 h的產(chǎn)氣量存在極顯著差異(P<0.01)，其中，苜蓿干草、甜菜渣和三葉青組的產(chǎn)氣量極顯著高于燕麥草和高不溶性纖維組(P<0.01)；燕麥草48 h的產(chǎn)氣量極顯著地高于大麥糠和愛博素組(P<0.01)，甜菜渣組48 h的產(chǎn)氣量極顯著高于苜蓿干草和三葉青組(P<0.01).

表3　可溶性纖維對福建黃兔盲腸發(fā)酵48 h產(chǎn)氣量和體外真消化率的影響1)Table 3　Effect of soluble fibers on gas production of Fujian Yellow Rabbit during 48 h cecal fermentation and in vitro digestibility

1)同列數(shù)據(jù)后附相同小寫字母者的表示差異不顯著(P>0.05),附不同大寫字母者表示差異極顯著(P<0.01).

2.2　可溶性纖維對福建黃兔體外真消化率的影響

體外消化試驗48 h后，取出樣品測定體外真消化率.結果(表3)顯示：苜蓿干草和甜菜渣組的體外真消化率極顯著高于大麥糠和愛博素組(P<0.01)；燕麥草組的體外真消化率極顯著高于大麥糠和愛博素組(P<0.01)；三葉青組與燕麥草組的體外真消化率差異不顯著(P>0.05).

2.3　可溶性纖維對福建黃兔盲腸發(fā)酵產(chǎn)物的影響

體外產(chǎn)氣試驗48 h后，結束產(chǎn)氣試驗，取體外消化液測定體外發(fā)酵參數(shù).結果(表4)顯示：各組pH均在家兔盲腸纖維消化酶活性的適宜范圍內(nèi)；大麥糠和愛博素組的pH極顯著高于燕麥草組(P<0.01)；甜菜渣組的pH極顯著低于燕麥草組(P<0.01)，但苜蓿干草組的pH與燕麥草組的差異不顯著(P>0.05)，三葉青組的pH極顯著高于燕麥草組(P<0.01)；苜蓿干草和甜菜渣組的pH極顯著低于大麥糠和愛博素組(P<0.01)；三葉青組的pH與大麥糠、愛博素組的差異不顯著(P>0.05).三葉青組的氨態(tài)氮含量最高，且極顯著高于其他各組(P<0.01)；大麥糠和愛博素組的氨態(tài)氮含量極顯著高于苜蓿干草、甜菜渣和燕麥草組(P<0.01)；苜蓿干草和甜菜渣組的氨態(tài)氮含量極顯著低于燕麥草組(P<0.01).苜蓿干草和甜菜渣組的總揮發(fā)性脂肪酸、乙酸、丙酸、戊酸的濃度極顯著高于燕麥草和高不溶性纖維組(P<0.01).三葉青組的異丁酸濃度最高，但與燕麥草、大麥糠組的差異不顯著(P>0.05)；苜蓿干草組、甜菜渣組與愛博素組之間的異丁酸濃度差異不顯著(P>0.05)；燕麥草、大麥糠和三葉青組的異丁酸濃度顯著高于苜蓿干草組(P<0.05).苜蓿干草和甜菜渣組的丁酸濃度、乙酸與丙酸的比值極顯著低于燕麥草和高不溶性纖維組(P<0.01).三葉青組的異戊酸濃度極顯著高于其他組(P<0.01).大麥糠和愛博素組的戊酸濃度顯著低于燕麥草和高可溶性纖維組(P<0.05).

表4　可溶性纖維對福建黃兔盲腸發(fā)酵產(chǎn)物的影響1)Table 4　Effect of soluble fiber on cecal fermentation product of Fujian Yellow Rabbit

1)同列數(shù)據(jù)后附相同小寫字母者的表示差異不顯著(P>0.05),附不同大寫字母者表示差異極顯著(P<0.01).

3　討論

3.1　可溶性纖維對福建黃兔盲腸發(fā)酵48 h產(chǎn)氣量的影響

飼料營養(yǎng)價值評定主要針對飼料的營養(yǎng)成分和消化率等方面[13].1979年Menke et al[14]研究發(fā)現(xiàn)：體外產(chǎn)氣量與體內(nèi)的消化參數(shù)具有很高的相關性.自此體外產(chǎn)氣法被動物營養(yǎng)學家們廣泛應用于飼料營養(yǎng)價值的評定.本試驗采用體外產(chǎn)氣法研究不同來源日糧纖維對福建黃兔盲腸發(fā)酵48 h產(chǎn)氣量的影響，體外產(chǎn)氣系統(tǒng)能有效評價營養(yǎng)物質的利用率，飼料降解過程中的產(chǎn)氣量能較精確地評定飼料在動物體內(nèi)的消化率[15].本試驗結果表明：高可溶性纖維組福建黃兔48 h的產(chǎn)氣量極顯著高于燕麥草和高不溶性纖維組，且以高可溶性纖維組中甜菜渣組的產(chǎn)氣量最高，其體外真消化率也極顯著高于其他組，這說明高可溶性纖維日糧在福建黃兔體內(nèi)的消化程度很高.飼料發(fā)酵的動力學參數(shù)可以通過發(fā)酵產(chǎn)氣量及緩沖液緩沖短鏈脂肪酸所釋放的氣體計算得到.這些參數(shù)主要與飼料中可溶、不可溶但能降解和不能降解的部分所占的比例有關[16].高可溶性纖維日糧在體外產(chǎn)氣的過程中可以始終保持較快的產(chǎn)氣速度，說明當福建黃兔采食高可溶性纖維日糧后，高可溶性纖維日糧在家兔盲腸中能夠快速被盲腸微生物消化分解產(chǎn)生各種營養(yǎng)素，發(fā)酵過程中微生物利用營養(yǎng)素產(chǎn)生大量氣體和揮發(fā)酸為福建黃兔的生長提供能量.

3.2　可溶性纖維對福建黃兔體外真消化率的影響

消化率是評定反芻動物對粗飼料利用情況的重要指標[17].體外真消化率可以體現(xiàn)發(fā)酵底物在發(fā)酵體系中被微生物降解的程度.本試驗采用短期體外發(fā)酵技術測定各試驗組福建黃兔的體外真消化率.結果顯示：福建黃兔的體外真消化率隨著不溶性纖維含量的提高逐漸下降.付瑤等[18]采用體外法研究不同水平中性洗滌纖維日糧對泌乳高峰期奶牛瘤胃發(fā)酵和產(chǎn)氣量的影響時發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的干物質消失率隨著中性洗滌纖維的增加呈線性下降(P<0.05)，此結果與本試驗結果一致.本試驗中，高可溶性纖維組中三葉青組的體外真消化率顯著低于燕麥草組，可能是因為可溶性纖維含量很可能通過調(diào)節(jié)盲腸底物的數(shù)量和種類來影響回腸，特別是盲腸微生物菌群，從而影響盲腸發(fā)酵活性[19].

3.3　可溶性纖維對福建黃兔盲腸發(fā)酵產(chǎn)物的影響

家兔自身不能分泌纖維素酶，日糧纖維的分解主要通過家兔盲腸微生物分泌纖維素酶，使日糧纖維分解產(chǎn)生酸性物質和氣體[20].盲腸發(fā)酵產(chǎn)生的酸性物質會使家兔盲腸中的pH降低，而盲腸內(nèi)容物pH在一定程度上能夠反映盲腸內(nèi)的發(fā)酵狀況，過高或過低都會影響到粗飼料中纖維物質的正常消化[21].家兔盲腸內(nèi)容物pH正常范圍一般在6.4～6.6，兔年齡和品種不同會略有差異.在正常pH范圍內(nèi)，低pH有利于盲腸內(nèi)有益菌的生長，抑制有害菌群[22].本試驗中，各試驗組的pH均在正常范圍內(nèi)，高不溶性纖維組的pH顯著高于燕麥草組及高可溶性纖維組中的苜蓿干草、甜菜渣組，說明日糧可溶性纖維有利于福建黃兔盲腸內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定.高不溶性纖維日糧使得盲腸內(nèi)容物pH升高，主要與其木質纖維過高不被家兔盲腸微生物消化利用所產(chǎn)生的總揮發(fā)性脂肪酸少有關.瘤胃氨態(tài)氮濃度在一定程度上反映了特定飼糧組成下蛋白質降解與微生物對氨氮利用之間所達到的平衡狀況[23].本試驗中，高不溶性纖維組的氨態(tài)氮含量顯著高于高可溶性纖維組中的苜蓿干草、甜菜渣組，但高不溶性纖維組的體外真消化率和產(chǎn)氣量都顯著低于高可溶性纖維組，說明以高不溶性纖維組日糧為底物，發(fā)酵產(chǎn)生的營養(yǎng)物質少，導致微生物的增值受到影響，從而影響微生物利用氨態(tài)氮轉化為蛋白的能力.從表3、4可以看出，高可溶性纖維組的三葉青組的氨態(tài)氮含量最高，但其發(fā)酵前期0～10 h的產(chǎn)氣量一直低于其他組，后期產(chǎn)氣速度高于其他組，主要原因是發(fā)酵過程中微生物菌群發(fā)生改變可能會導致微生物自身的分解，從而也會導致氨態(tài)氮含量的升高[24].日糧纖維通過家兔盲腸內(nèi)的微生物發(fā)酵分解揮發(fā)性脂肪酸以提供能量.本試驗中，高可溶性纖維日糧產(chǎn)生的總揮發(fā)性脂肪酸、乙酸和丙酸濃度顯著高于燕麥草和高不溶性纖維組，這是因為可溶性纖維含有果膠和樹膠等低聚糖能被腸道內(nèi)微生物菌群較好地發(fā)酵利用[25]，而不溶性纖維主要包含纖維素、半纖維素和木質素，其中，木質素不易被家兔盲腸菌群利用，影響了總揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)生.有研究表明，乙酸與丙酸的比值隨著精粗比的提高逐漸下降[26-27]，這與本試驗高可溶性纖維日糧中乙酸與丙酸的比值顯著小于高不溶性纖維日糧的結果基本一致.說明在福建黃兔日糧配制的過程中，高水平的可溶性纖維能取得與增加日糧的精粗比一樣的效果.

4　結論

高可溶性纖維能夠促進福建黃兔盲腸微生物發(fā)酵，以甜菜渣的效果最佳，可以提高體外發(fā)酵的產(chǎn)氣量、體外真消化率和總揮發(fā)性脂肪酸濃度，降低盲腸氨態(tài)氮含量、盲腸內(nèi)容物pH，有利于維持家兔盲腸內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定；高不溶性纖維會導致福建黃兔體外真消化率、產(chǎn)氣量下降.因此，在家兔日糧配方中不宜配制過高的不溶性日糧纖維.

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