一種高可溶性纖維原料的纖維理化特性評估研究

代發(fā)文，楊瑤君，趙寶凱

（1.樂山師范學院，四川 樂山 620000；2.竹類病蟲防控與資源開發(fā)四川省重點實驗室，四川 樂山 620000；3.沈陽偉嘉牧業(yè)技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽）

傳統(tǒng)認為纖維對豬存在抗營養(yǎng)作用，然而近年來大量研究證實纖維營養(yǎng)具有調(diào)控母豬規(guī)癖行為［1］、母豬便秘［2］、妊娠母豬繁殖性能［3］、哺乳母豬繁殖性能［4］和肉豬生產(chǎn)性能［5］等作用，引發(fā)了廣大豬營養(yǎng)工作者對纖維營養(yǎng)的關(guān)注和研究。纖維的理化特性影響其在動物中的應用效果，通過不同纖維原料對比試驗發(fā)現(xiàn)，纖維類型對豬后腸內(nèi)容物pH、揮發(fā)性脂肪酸（VFA）含量、木聚糖酶和纖維素酶活性以及后腸微生物均有一定的影響［6］。妊娠母豬日糧中的中性洗滌纖維（NDF）水平影響不同胎次母豬的產(chǎn)仔性能，頭胎母豬所需NDF 相對較低［7］。妊娠母豬料中不可溶纖維與可溶纖維之比可能通過調(diào)控仔豬腸道形態(tài)發(fā)育和酶活性來提高仔豬日增重和斷奶重［8］。

竹之纖是竹類病蟲防控與資源開發(fā)四川省重點實驗室以竹粉為原料進行物理改性生產(chǎn)的一種高可溶性纖維原料，本試驗通過理化指標、形態(tài)結(jié)構(gòu)、吸水膨脹特性和可發(fā)酵性等測定來評估竹之纖與普通竹粉的纖維理化特性差異，為其在飼料中的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗原料 高可溶性纖維原料：竹之纖，竹類病蟲防控與資源開發(fā)四川省重點實驗室提供。普通竹粉飼料原料：過80 目，江西某生物科技有限公司提供。

木質(zhì)纖維：奧地利進口木質(zhì)纖維飼料原料，粗纖維≥55%，水分≤10%，灰分≤4%。

粗麩皮：小麥麩，粗纖維≤11%，水分≤14%，灰分≤5.5%。

豬配合飼料：仔豬階段飼料，經(jīng)檢測含粗蛋白16.1%，粗纖維2.8%，北京某公司提供。

1.2 竹之纖和普通竹粉的理化指標測定 采用國標法測定竹之纖和普通竹粉的水分（GB/T 6435-2006）、灰分（GB/T 6438-2007）和粗蛋白（GB/T 6432-2018）含量。采用GB/T 20806 洗滌法測定普通竹粉的中性洗滌纖維（NDF）含量，采用NY/T 1459-2007 洗滌法測定酸性洗滌纖維（ADF）含量。采用AOAC 991.43 酶重量法測定竹之纖可溶性纖維（SF）、不溶性纖維（ISF）和總膳食纖維（TF）含量。每類原料采集2個批次樣品進行測定。

1.3 竹之纖和普通竹粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)測定 采用超清顯微鏡觀測竹之纖和普通竹粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)，利用250 倍顯微鏡不同焦距下連續(xù)拍照10張進行合成，測定不低于20 個原料顆粒的最長長度。

1.4 不同纖維原料的吸水膨脹性測定 在相同物料基礎(chǔ)上添加不同比例纖維原料，建立回歸函數(shù)，測算該纖維原料的吸水膨脹性。在仔豬飼料基礎(chǔ)上分別添加0、10%、20%、30%的普通竹粉、木質(zhì)纖維和麩皮測定吸水膨脹性，每個處理測定2 個樣品。同時采用直接法測定普通竹粉、木質(zhì)纖維、麩皮的吸水膨脹性，每個原料測定2個平行樣。在仔豬飼料和普通竹粉基礎(chǔ)上分別添加0、1%、2%、3%的竹之纖測定吸水膨脹性，每個處理測定2個樣品。

參考文獻報道方法［9］進行微調(diào)，測定不同處理樣品的吸水膨脹性。取0.5 g樣品加入15 mL去離子水于15 mL離心管，室溫放置24 h，觀測物料體積，吸水膨脹體積＝物料體積/樣品重（以mL/g表示）。取1 g樣品加入30 mL去離子水于50 mL離心管，室溫放置24h，將過夜溶水樣品以3500r/min離心15 min，去掉多余上清液后稱重，持水性＝物料離心殘余重/樣品重（以g/g表示）。每個樣品測定2個平行樣。

1.5 竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料可發(fā)酵性的影響 在普通竹粉基礎(chǔ)上添加0.5%、1%竹之纖配制成復合纖維1 和復合纖維2，將不同纖維原料和仔豬料按比例混合后進行接種發(fā)酵。不同處理組纖維原料的添加比例見表1。

表1 纖維原料對仔豬料可發(fā)酵性影響的試驗設(shè)計

將發(fā)酵菌劑（含植物乳酸菌和屎腸球菌）進行活化，最終得到活化菌液1×107CFU/mL，每50 g處理樣品添加25mL菌液，即接種量為5×106CFU/g，置于37 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h。

發(fā)酵重量損失率測定：分別于發(fā)酵前、發(fā)酵24 h 和發(fā)酵48 h 測定不同處理樣品的重量，計算相對于發(fā)酵前樣品的重量損失率。

發(fā)酵料細菌總數(shù)測定：發(fā)酵48 h 后收集不同發(fā)酵組樣品，取不同梯度發(fā)酵料稀釋上清，采用PCA培養(yǎng)基平板于37 ℃培養(yǎng)箱中過夜，測定細菌總數(shù)。

1.6 統(tǒng)計與分析 同一處理樣品兩平行樣的結(jié)果取平均值，采用SPSS 16.0統(tǒng)計同一纖維原料顆粒長度的平均值和標準差，采用線性回歸分析獲得不同纖維原料吸水膨脹性的相關(guān)一元函數(shù)公式，并計算出該纖維原料的吸水膨脹性預測值。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹之纖和普通竹粉的理化指標對比 本試驗所評估竹之纖和普通竹粉的理化指標見表2。

表2 竹之纖和普通竹粉的理化指標對比

由表2 可知，竹之纖和普通竹粉的灰分和粗蛋白含量差異較大，竹之纖的灰分和粗蛋白含量分別為44.0%和0.4%，普通竹粉的灰分和粗蛋白含量分別為1.2%和1.5%，竹之纖明顯高于普通竹粉。由于竹之纖易溶于水，通過洗滌法測定其粗纖維（CF）、NDF 和ADF 均隨洗滌液流出，結(jié)果未檢出。通過酶重量法檢測出SF 和ISF 分別為19.2%和59.2%，纖維組成以ISF 為主，TF 為78.2%。通過洗滌法測定普通竹粉的CF、NDF 和ADF 分別為43.0%、82.8%和75.0%。上述測定結(jié)果表明，竹之纖與普通竹粉的理化指標差異較大，主要表現(xiàn)在灰分含量和纖維組成方面。

2.2 竹之纖和普通竹粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)對比 本試驗采用250倍超清顯微鏡觀測了竹之纖和普通竹粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計了纖維顆粒長度，結(jié)果見表3。由表3可知，竹之纖顆粒長度明顯低于普通竹粉，平均長度為194 μm，而普通竹粉達到537 μm。超清顯微鏡下可看到兩種纖維原料均為不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)，感官形態(tài)存在較大差異。普通竹粉呈竹黃色，存在單根彎曲竹原纖維絲和少量竹原纖維管束；竹之纖呈白色透明，存在較多細小顆粒。

2.3 不同纖維原料的吸水膨脹性對比 本試驗通過添加不同比例纖維原料進行線性回歸分析，獲得了不同纖維原料的吸水膨脹性相關(guān)函數(shù)，結(jié)果見表4。由表4 可知，在仔豬料基礎(chǔ)上添加普通竹粉、木質(zhì)纖維、麩皮和竹之纖所獲得的吸水膨脹體積線性回歸函數(shù)R2值均在0.8 以上，表明添加上述四種纖維原料對常規(guī)仔豬料吸水膨脹體積的影響較大。以仔豬料為基礎(chǔ)測得不同纖維原料的持水性線性回歸函數(shù)的R2值存在較大差異，其中普通竹粉和竹之纖的R2值均在0.9 以上，而木質(zhì)纖維和麩皮的R2值均低于0.5，表明添加木質(zhì)纖維和麩皮對常規(guī)仔豬料持水性的影響較小。在普通竹粉基礎(chǔ)上添加竹之纖，回歸分析獲得的吸水膨脹體積和持水性函數(shù)R2值均在0.9 以上，表明竹之纖可能對普通竹粉的吸水膨脹性存在較大的影響。

表3 竹之纖和普通竹粉的顆粒長度 μm

通過上述函數(shù)測算不同纖維原料吸水膨脹性的預測值與實測值，結(jié)果見表5。由表5可知，用兩種方法測定的麩皮吸水膨脹體積差異和木質(zhì)纖維持水性差異均在10%以上，相比實測值分別達到62.87%和-16.55%，而普通竹粉吸水膨脹體積和持水性的預測值與實測值差異均在10%以內(nèi)，表明添加不同比例普通竹粉對仔豬料吸水膨脹性的加性效應可能比木質(zhì)纖維和麩皮更明顯。分別在仔豬料和普通竹粉基礎(chǔ)上添加不同比例竹之纖，測得竹之纖的吸水膨脹體積和持水性預測值，結(jié)果差異較大，分別達到103.96%和114.89%。以仔豬料為基礎(chǔ)測定的竹之纖的吸水膨脹體積和持水性預測值分別比普通竹粉預測值提高了25.6 倍和14.1 倍。上述結(jié)果表明，竹之纖的吸水膨脹性明顯高于普通竹粉，飼料中添加纖維原料后吸水膨脹性的加性效應可能受到纖維原料品種和基礎(chǔ)飼料特性的雙重影響，不能直接以單一纖維原料的吸水膨脹性測定值來預測其在不同基礎(chǔ)日糧中的加性效果。

表4 不同纖維原料吸水膨脹性的線性回歸函數(shù)

表5 不同纖維原料的吸水膨脹性

2.4 竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料可發(fā)酵性的影響 發(fā)酵過程中碳水化合物分解會造成重量損失，竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料發(fā)酵重量損失的影響見圖3。由圖3 可知，添加含0.5%竹之纖復合纖維1的處理組2，發(fā)酵24 h和發(fā)酵48 h的重量損失率均比添加普通竹粉的處理組1 較大；添加1%竹之纖復合纖維2 的處理組3，發(fā)酵24 h和發(fā)酵48 h的重量損失率均比處理組1較小。表明添加不同比例竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料的發(fā)酵程度可能存在不同的影響。添加20%復合纖維的處理組4和5，其發(fā)酵48 h的重量損失率均分別低于添加10%同類纖維原料的處理組2和3，表明復合纖維原料不同添加比例對普通竹粉調(diào)控飼料發(fā)酵程度也可能存在一定影響。

圖3 竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料發(fā)酵重量損失的影響

竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料發(fā)酵后細菌總數(shù)的影響見表6。

由表6 可知，添加復合纖維處理組發(fā)酵后的細菌總數(shù)均高于普通竹粉處理組1，處理組2 的細菌總數(shù)相對高于其他組。表明竹之纖可能對普通竹粉調(diào)控仔豬料發(fā)酵后的細菌總數(shù)存在一定影響，添加0.5%竹之纖組的細菌總數(shù)有高于添加1%組的趨勢。增加纖維添加比例的處理組4和5發(fā)酵后的細菌總數(shù)分別低于添加同類復合纖維的處理組2 和處理組3，表明增加復合纖維添加比例有降低飼料發(fā)酵后細菌總數(shù)的趨勢，這與圖2增加纖維添加比例降低發(fā)酵重量損失率的結(jié)果一致。

表6 竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料發(fā)酵后細菌總數(shù)的影響 CFU/g

3 討論

3.1 本試驗評估的竹之纖是一種以竹粉為原料進行物理改性處理的高可溶性纖維原料，其灰分含量、顆粒形態(tài)和吸水膨脹性與普通竹粉相比，存在較大差異。研究發(fā)現(xiàn)高劑量輻照處理可使豆渣可溶性纖維（SF）的聚合度下降，表面斷裂，組織結(jié)構(gòu)松散，吸水膨脹性和持水力明顯增加［10］。通過化學改性方法添加不同劑量改性劑處理竹粉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性處理使竹粉纖維根部有被拉斷的痕跡，改性后竹粉與基體樹脂的界面結(jié)合較好，隨著改性劑用量的增加，模壓制備竹纖維/不飽和聚酯樹脂復合材料的吸水厚度膨脹率和吸水率相應降低［11］。上述研究表明，通過物理或化學改性方法可以改變植物纖維的形態(tài)和吸水膨脹性，目前有關(guān)改性纖維在飼料中的應用研究報道較少。有研究發(fā)現(xiàn)，通過在日糧中添加新型纖維原料增加日糧吸水膨脹性，可以調(diào)控胃食糜的吸水膨脹性和持水力，進而增加食糜水分，降低母鼠采食量，但對日增重無明顯影響［12］。本試驗評估的竹之纖與普通竹粉的吸水膨脹性存在明顯差異，在普通竹粉和豬配合料基礎(chǔ)上添加竹之纖，其吸水膨脹性和持水力都會發(fā)生較大改變，這為在飼料中應用竹之纖來調(diào)控食糜吸水膨脹性和動物采食量提供了參考。

3.2 纖維營養(yǎng)影響動物后腸道發(fā)酵和胃腸道微生物菌群，進而調(diào)控腸道健康和生產(chǎn)應用效果。竹粉是一種資源十分豐富的纖維原料，本試驗評估的普通竹粉的粗纖維含量為43%，竹之纖總膳食纖維含量達到78.2%，對開發(fā)作為適宜的母豬纖維原料具有較好的潛力。不同類型纖維原料對腸道微生物存在不同的影響，研究發(fā)現(xiàn)懷孕母豬采食甜菜纖維（高可溶性纖維組）1 h后，其胃內(nèi)大腸桿菌總數(shù)顯著低于對照組和麩皮組（高不可溶性纖維組）［13］。通過體外發(fā)酵試驗和母豬應用試驗相結(jié)合研究，發(fā)現(xiàn)妊娠期飼喂含快速發(fā)酵纖維的具有高發(fā)酵能力的日糧可顯著提高妊娠母豬血漿中的短鏈脂肪酸含量，顯著提高母豬哺乳期的采食量和斷奶仔豬重［14］。

3.3 本試驗體外評估了改性竹粉對普通竹粉調(diào)控仔豬料發(fā)酵程度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加0.5%改性竹粉有提高發(fā)酵料細菌總數(shù)的趨勢，表明添加適量的復合纖維原料有可能通過調(diào)控腸道微生物菌群而發(fā)揮作用。改變發(fā)酵底物特性可改變發(fā)酵效果，研究發(fā)現(xiàn)在苜蓿、麩皮混合發(fā)酵底物中添加不同比例糖蜜，結(jié)果發(fā)酵后3 d 高糖蜜組的可利用糖分含量更高，青貯重量損失更大［15］。本試驗添加0.5%改性竹粉有提高發(fā)酵重量損失率的趨勢，表明添加適量改性竹粉有可能促進普通竹粉和仔豬料產(chǎn)生更多可被微生物利用的糖分，進而加速發(fā)酵進程使發(fā)酵重量損失增加。

4 結(jié)論

竹之纖是一種不同于普通竹粉的高可溶性纖維原料，在灰分、粗蛋白、纖維組成、纖維形態(tài)、吸水膨脹性方面與普通竹粉存在較大差異，吸水膨脹體積和持水性明顯高于普通竹粉。在普通竹粉基礎(chǔ)上添加一定比例竹之纖可改變竹粉的吸水膨脹性。從添加竹之纖對普通竹粉調(diào)控仔豬料的發(fā)酵重量損失和細菌總數(shù)來看，以添加0.5%竹之纖為宜。