木質(zhì)纖維素的作用及其在單胃動物上的應(yīng)用

■談 婷 陳祥興 陳珍珍 趙敏孟 龔道清*

(1.揚州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚州225009；2.淄博市畜牧漁業(yè)服務(wù)中心，山東淄博255000)

一直以來，粗纖維由于其在動物體內(nèi)的消化和利用率低等問題而不被人們看好，其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用受到了很大限制。研究表明，粗纖維在動物飼糧中含量越高，日糧中可供動物體利用的營養(yǎng)物質(zhì)越少，且飼料的消化率也越低[1]。因此，粗纖維含量的高低一直被用來當(dāng)作飼糧原料是否優(yōu)質(zhì)的重要指標之一。然而，一些研究表明，日糧中一定的纖維含量對動物機體有積極效應(yīng)，對動物腸道健康的影響不容小覷[2]。近年來，隨著抗生素濫用帶來的問題日益增多，人們一直在尋求改善腸道健康和營養(yǎng)消化率的措施，致力于許多非抗生素類生長促進劑的開發(fā)研究，其中，木質(zhì)纖維素能調(diào)節(jié)動物腸道健康而備受關(guān)注。

1 木質(zhì)纖維素的特性

膳食纖維的主要成分是非淀粉多糖，存在于大量的植物源飼糧中。膳食纖維有可溶性和不可溶性兩種不同的形式，每種纖維在胃腸道的消化和吸收過程中具有不同的結(jié)構(gòu)和生理作用[3]。水溶性纖維是可發(fā)酵纖維，并具有黏性結(jié)構(gòu)，而不溶性纖維是不可發(fā)酵的并且具有非黏性的結(jié)構(gòu)成分?？扇苄岳w維會導(dǎo)致腸道通過率降低，脂肪和蛋白質(zhì)的消化率降低，以及消化液的黏度升高，降低家禽的生產(chǎn)性能，并可能導(dǎo)致糞便黏滯和墊料濕化問題[4]。相反，不溶性膳食纖維，例如木質(zhì)纖維素，可以通過促進有益腸道細菌的生長和消化酶的活性，對機體的胃腸道有益[5-6]。

木質(zhì)纖維素是由無樹皮、未經(jīng)處理的新鮮木材制備而成的粗纖維濃縮物產(chǎn)品，它作為結(jié)構(gòu)性非碳水化合物是自然界豐富的可再生資源。木質(zhì)纖維素以高粗纖維和高木質(zhì)含量而優(yōu)于傳統(tǒng)纖維來源，從而作為高質(zhì)量的日糧纖維添加于動物飼糧中[7]。由于其纖維含量非常高，因此極低的添加率即能夠積極影響畜禽的腸道消化過程，從而也無須更改飼料配方來維持必需營養(yǎng)成分的均衡。與傳統(tǒng)纖維來源相比，木質(zhì)纖維素還有一個特征是無霉菌毒素污染[2]。傳統(tǒng)日糧纖維質(zhì)量不穩(wěn)定，常含霉菌毒素從而危害畜禽機體健康，而木質(zhì)纖維素是一種經(jīng)過微纖維化技術(shù)處理的產(chǎn)品，能夠確保其不含霉菌毒素，且供應(yīng)不會受氣候等外在因素影響[8]。木質(zhì)纖維素作為一種新型飼料原料，可以在不顯著占用日糧營養(yǎng)空間的條件下給動物提供優(yōu)質(zhì)日糧纖維，因此現(xiàn)在被越來越多的應(yīng)用于動物營養(yǎng)中。

木質(zhì)纖維素極少能被腸道微生物降解，在腸道中主要發(fā)揮物理效應(yīng)。木質(zhì)纖維素的持水力很強，它可以迅速吸收水分膨脹，隨后被動物機體再次吸收，因此可以提高飲水量和增加飽腹感。此外，纖維的持水性和不溶性使食糜變得松散，可刺激腸胃蠕動，改善糞便質(zhì)量，使糞便有了最佳的成形度[9]。

2 木質(zhì)纖維素的作用

纖維雖然不是動物能量和蛋白質(zhì)的來源，但木質(zhì)纖維素具有刺激胃腸蠕動并促進腸道發(fā)育、維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定、改善糞便質(zhì)量、預(yù)防異食癖等作用。

2.1 刺激胃腸蠕動并促進腸道發(fā)育

腸道的運動方式對動物消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)以及糞便的形成和排出有非常重要的作用，其除了受神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)外，還與腸道內(nèi)食糜的狀態(tài)直接相關(guān)[10]。木質(zhì)纖維素中大而粗糙的表面會刺激胃腸壁進而促進胃腸蠕動，就刺激效果而言，纖維的形狀和大小很關(guān)鍵，表面粗糙的比細而光滑的效果更佳[11]。木質(zhì)纖維素除了能夠刺激胃腸蠕動外，還能誘導(dǎo)消化酶的分泌。木質(zhì)纖維素在腸道內(nèi)分解時大腦中樞受刺激，調(diào)節(jié)腸道運動并分泌相關(guān)酶，加快食糜向下移動[10]。木質(zhì)纖維素可以使食糜膨脹形成海綿樣，消化酶滲入分解，與底物的接觸面積增加，提高了內(nèi)源性酶分解其相關(guān)底物的能力[12]。不能被內(nèi)源性酶消化的成分可以被腸道微生物作為底物進行發(fā)酵形成短鏈脂肪酸，它可以刺激上皮細胞增殖從而促進消化道發(fā)育[13]。

在飼料中添加適量的木質(zhì)纖維素可以擴張肌胃尺寸，使嗉囊的重量和體積增加，從而使胃腸道得到改善[14]。木質(zhì)纖維素持水力強，吸水后膨脹可使食糜體積增加，從而擴大了消化道體積，促進了胃腸道的發(fā)育[15]。Sozcu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中添加木質(zhì)纖維素處理組的絨毛高度、絨毛表觀表面積以及絨毛高度和隱窩深度的比值都顯著高于對照組，這表明添加木質(zhì)纖維素促進了小腸絨毛的生長同時增強了小腸的消化能力。

2.2 維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定

維持腸道微生態(tài)平衡是一個復(fù)雜的過程，這依靠飼糧、共生菌群及消化道黏膜之間微妙的平衡關(guān)系[17]。木質(zhì)纖維素中纖維的分子量較大，能夠在腸道內(nèi)保持物理狀態(tài)，在腸壁形成保護層，因此減少有害病原菌和腸黏膜接觸[10]。此外，木質(zhì)纖維會磨損腸道黏膜表層，這樣的摩擦有利于清除黏附于黏膜層的致病菌，從而降低腸道中有害菌的數(shù)量[11]。在消化道內(nèi)纖維經(jīng)微生物作用分解形成揮發(fā)性脂肪酸，包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸，目前被認為是大腸黏膜代謝的主要能源。揮發(fā)性脂肪酸對于維持畜禽腸道健康起非常重要的作用，在酸性環(huán)境下，可以抑制腸道細菌病原體生長，如大腸桿菌、沙門氏菌等[18]。腸道內(nèi)的細菌會競爭營養(yǎng)物質(zhì)，有害菌的數(shù)量減少時有益菌的數(shù)量便會增加，從而保持了菌群數(shù)量的平衡。Makivic等[19]的研究也同樣證實這一點，飼糧中添加木質(zhì)纖維素處理組肉雞盲腸中的葡萄球菌、大腸桿菌和腸桿菌數(shù)量顯著低于對照組，而有益菌乳酸桿菌的數(shù)量顯著高于對照組。因此，飼糧中適量的木質(zhì)纖維可以減少有害菌的數(shù)量，從而優(yōu)化腸道微生物區(qū)系，有利于腸道健康。

2.3 改善糞便質(zhì)量

在畜禽生產(chǎn)中，糞便含水率高不僅會引起腳趾炎、胸部囊腫、壞死性腸炎等畜禽健康問題，還會增加糞污處理的成本。改善糞便質(zhì)量可以提高畜禽整體健康水平且能降低成本，從而大大提高養(yǎng)殖收益。除了疾病、墊料和畜舍管理外，飼料對糞便質(zhì)量也有著重要的影響。有證據(jù)表明，在飼料中添加適量纖維化不溶性木質(zhì)纖維素對畜禽糞便質(zhì)量有積極影響。Pietsch等[20]研究了粗纖維濃縮物對肉雞足墊皮炎的影響，結(jié)果表明肉雞飼料中添加木質(zhì)纖維素使雞糞便濕度降低，腳趾皮炎狀況得以改善。木質(zhì)纖維素具有較高的吸水能力，其可結(jié)合腸道上部的水分，通過滲透壓釋放腸道下部的水分，因此水可用于再吸收而不會出現(xiàn)在糞便中。此外，木質(zhì)纖維素加快了小腸中消化器官的轉(zhuǎn)運周期，使有害菌不能定植并產(chǎn)生內(nèi)毒素，內(nèi)毒素可使水釋放到管腔。美國貝魯特大學(xué)的Farran[21]教授在肉雞試驗中證明，飼料中添加0.8%的木質(zhì)纖維素能使糞便含水量降低10%。Okehie[22]的研究也表明，在肉雞飼料中添加0.6%、0.8%的木質(zhì)纖維素產(chǎn)品可以降低肉雞的糞便水分含量，并提高肉雞的胴體產(chǎn)量。

2.4 預(yù)防異食癖

異食癖是指家禽互相啄斗造成創(chuàng)傷甚至引起死亡的一種病態(tài)行為，常見的形式有啄羽、啄肛和啄尾等[23]。引起互啄的原因之一為飼糧中粗纖維含量過低，高纖維飼料可防止這一行為的發(fā)生。木質(zhì)纖維素吸水膨脹后，可以使消化道充盈，降低了食欲增加了飽腹感，同時減少了家禽異食癖發(fā)生的幾率[24]。

3 木質(zhì)纖維素產(chǎn)品種類

我們使用的木質(zhì)纖維素飼料添加劑是經(jīng)微纖維化技術(shù)處理后的木質(zhì)纖維素產(chǎn)品，隨著營養(yǎng)師們不斷的研究探索，越來越多的木質(zhì)纖維素產(chǎn)品作為新型飼料添加劑出現(xiàn)。

第一代木質(zhì)纖維素產(chǎn)品含有將近100%的不可發(fā)酵纖維(木質(zhì)素、細胞壁、不可發(fā)酵的半纖維素)[25]，目前使用較為廣泛的是由德國JRS 公司生產(chǎn)的愛博素?，它是不溶性纖維濃縮物，其原料來自新鮮的云杉樹，據(jù)其公司介紹該產(chǎn)品含以下基本成分：水分（7.70%）、粗蛋白質(zhì)（1.00%）、粗纖維（65.3%）、粗脂肪（0.3%）、灰分（0.5%）和無氮提取物（25.1%）[26]。愛博素?產(chǎn)品已有三種類型，包括粉末狀的愛博素?R、顆粒狀的愛博素?RC 以及精制顆粒愛博素?RC FINE，我們可以根據(jù)不同的需要選擇不同類型的產(chǎn)品。

第二代木質(zhì)纖維素產(chǎn)品為益生木質(zhì)纖維素，益生木質(zhì)纖維素同時含有不可發(fā)酵纖維和可發(fā)酵纖維兩種，并由可發(fā)酵和不可發(fā)酵纖維平衡、標準化組合而成，具有額外的益生功能，有利于生理健康[27]。益生木質(zhì)纖維素通常應(yīng)用于豬的生產(chǎn)中，可提高經(jīng)產(chǎn)母豬產(chǎn)仔數(shù)、減少便秘及應(yīng)激反應(yīng)，提高仔豬日增重、降低腹瀉及死亡率，促進豬的健康生長[28]。

4 木質(zhì)纖維素在單胃動物中的應(yīng)用

反芻動物由于其瘤胃具有很強的發(fā)酵能力，可以很好地利用纖維類成分；單胃動物消化道內(nèi)缺少日糧纖維降解酶，多數(shù)種類的日糧纖維不易被單胃動物消化利用[29]；因此反芻動物比單胃動物在消化日糧纖維時營養(yǎng)利用效率高。日糧纖維是單胃動物消化調(diào)節(jié)的必需物質(zhì)，木質(zhì)纖維素產(chǎn)品現(xiàn)已被應(yīng)用于豬和家禽的生產(chǎn)中。

4.1 在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

研究表明，木質(zhì)纖維素可提高母豬哺乳期生產(chǎn)性能和繁殖性能。通常妊娠母豬為了避免體重增加過多導(dǎo)致生殖問題，會限制飼喂，但這通常會導(dǎo)致持續(xù)不斷的應(yīng)激性饑餓感，從而導(dǎo)致死亡、仔豬出生體重低、斷奶前死亡率高和較長的斷奶至發(fā)情間隔等問題[30]。在母豬日糧中增加纖維的作用包括減少便秘、縮短產(chǎn)仔時間、增加產(chǎn)仔數(shù)和提高仔豬存活率[31]。Oliviero等[32]研究表明，飼喂較高纖維的飼料可刺激母豬飲水，從而提高了產(chǎn)奶量，這是有益的。Reyes等[27]研究發(fā)現(xiàn)，母豬補充木質(zhì)素纖維素改善母豬的繁殖性能且能顯著降低仔豬斷奶前死亡率，選取70 頭母豬分別為對照組（n=44）和添加木纖維素組（n=26，妊娠和哺乳期的補充劑量分別為25 kg/t 和10 kg/t）。試驗結(jié)果顯示，妊娠期和哺乳期補充木質(zhì)纖維素可顯著降低仔豬斷奶前死亡率。這表明通過在妊娠和哺乳階段添加木質(zhì)纖維素來增加日糧的纖維含量，可以提高仔豬的存活率，并通過縮短干燥期來間接改善母豬的繁殖性能。

早期斷奶仔豬經(jīng)常伴有胃腸道的結(jié)構(gòu)和功能改變，可以通過改善仔豬不同斷奶階段的腸道健康來促進生長性能[33]。有充分的研究表明，膳食纖維可以通過促進腸道微生物發(fā)酵來改善腸道健康，預(yù)防腹瀉和疾病[34-35]。Tingting Chen 等[36]研究了補充菊粉和木質(zhì)纖維素對斷奶仔豬生長性能，養(yǎng)分消化率，腸道微生物和屏障功能的影響。試驗將24 日齡的大仔豬（公母各半，來自長白公豬和大白母豬）分成不同處理組，即對照和分別添加1%木質(zhì)纖維素、1%菊粉以及兩者混合物。試驗為期4周后發(fā)現(xiàn)，添加木質(zhì)纖維素組的料重比顯著低于對照組，所有纖維組對干物質(zhì)、粗蛋白和有機物的表觀總道消化率均顯著高于對照組，添加木質(zhì)纖維素增加了回腸消化道中乳酸桿菌的數(shù)量，且盲腸消化道中的短鏈脂肪酸濃度顯著高于對照組。總之，在斷奶后的前兩周，添加不溶性纖維木質(zhì)纖維素比可溶性纖維菊粉更可取，可以提高養(yǎng)分的消化率。此外，同時添加兩者的飼料對改善血液生化指標，腸道微生物和腸屏障功能更有效。

4.2 在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

家禽飼糧中需要一定數(shù)量的纖維來確保消化器官正常發(fā)育并發(fā)揮一定生理功能，不同的纖維來源和纖維含量影響家禽的生長性能。補充木質(zhì)纖維素對肉雞，蛋雞的生產(chǎn)性能，消化功能和健康都有積極影響[37-38]。

Sozcu 等[16]研究了飼喂加工木質(zhì)纖維素對肉雞的生長性能、肝酶活性、免疫指標、腸道組織形態(tài)和盲腸菌群的影響，試驗選取720 只1 日齡的肉雞分為4 個處理組（對照以及分別添加0.5、1 kg/t和2 kg/t的木質(zhì)纖維素），試驗周期35 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)木質(zhì)纖維素含量為1 kg/t 處理組雞的體重和飼料轉(zhuǎn)化率顯著高于對照組，不僅增強了肝保護作用和免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)，還促進了絨毛生長發(fā)育以及增加了盲腸中有益菌的數(shù)量。Bogus?awska-Tryk等[18]研究了飼喂木質(zhì)纖維素的肉雞回腸和盲腸微生物種群和短鏈脂肪酸分布，試驗分為4個處理，添加木質(zhì)纖維素的含量分別為0%、0.25%、0.5%和1.0%。結(jié)果顯示，日糧中添加木質(zhì)纖維素對肉雞生產(chǎn)性能指標無顯著影響，但回腸中乳桿菌和雙歧桿菌及盲腸中雙歧桿菌數(shù)量顯著增加，大腸桿菌和梭狀芽孢桿菌數(shù)量顯著減少，與對照組相比，飼喂含0.5%木質(zhì)纖維素的雞的回腸和盲腸消化道中的短鏈脂肪酸和乳酸的總和要高得多。結(jié)果表明，在雞飼料中加入木質(zhì)纖維素，特別是在0.5%的劑量下，促進了乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長，且能夠提高短鏈脂肪酸和乳酸的濃度，而對回腸和盲腸消化液的pH值無顯著影響，顯示了木質(zhì)纖維素對肉雞胃腸道的益生元作用。

5 小結(jié)

綜上所述，木質(zhì)纖維素是一種高度濃縮的纖維源，在飼料中添加木纖維素能促進腸道發(fā)育，調(diào)節(jié)腸道健康，提高畜禽生產(chǎn)性能。其在飼料中添加量少，無須更改飼料配方來維持必需營養(yǎng)成分的均衡，作為纖維素類添加劑用于畜禽飼料中有著良好的前景。