低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬生長性能、肉品質(zhì)和糞便重金屬元素含量的影響

王志康 熊云霞 侯 磊 吳綺雯 朱 翠 楊雪芬 王 麗 蔣宗勇

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，畜禽育種國家重點實驗室，嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室茂名分中心，廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室，廣州 510640)

我國生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，每年會產(chǎn)生大量糞便污染物，其中富含的氮、磷、銅、鋅等元素會隨著雨水等沉降到地下，對養(yǎng)殖場周邊的土地和水體造成污染[1-2]。氮、磷在水體的富集往往造成水華現(xiàn)象，損害水體生態(tài)[3]。重金屬對土壤及水體的污染，造成重金屬在農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品中的富集，通過食物鏈最終損害人體健康。2018年我國21個省市豬場糞污重金屬含量的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，銅、鋅的超標(biāo)率分別高達(dá)95.2%和85.7%[4]。因此，降低生豬養(yǎng)殖糞便中氮、磷及重金屬元素的排放刻不容緩。由于育肥豬飼養(yǎng)周期長，采食量高，糞污排放量大，因此減少育肥階段豬的糞便污染物排放是控制豬場整體污染物排放的關(guān)鍵[5-6]。磷、銅、鋅等都是豬只生長發(fā)育所必須的常量或微量元素，玉米-豆粕型飼糧中大部分的磷都以植酸磷的形式存在，豬只難以利用，銅、鋅的含量也非常低，難以滿足豬只生長需要，通常需要在飼糧中額外添加無機磷、硫酸銅、硫酸鋅等進(jìn)行補充，但是豬只對無機銅、鋅的消化效率較低，因此會有大量的磷、銅、鋅會隨著糞便排放到土壤及水體中對環(huán)境造成污染[7]。過去的研究表明，在降低磷添加量的飼糧中添加植酸酶，可維持有效磷滿足豬只生長發(fā)育的同時降低飼糧總磷含量，進(jìn)而降低糞污中磷的排放[8]，同時植酸酶還可以解除植酸對于金屬元素的絡(luò)合作用，從而提高其吸收率[9]。根據(jù)NRC(2012)的推薦量，130 kg育肥豬飼糧中銅、鋅添加量分別為2.96、50 mg/kg，而目前實際生產(chǎn)中的銅、鋅元素添加量通常高于這一要求，且NRC(2012)標(biāo)準(zhǔn)未考慮植酸酶對金屬元素吸收率的提高效果，因此在飼糧中添加植酸酶之后，微量元素添加量是否可以進(jìn)一步降低?本試驗在低磷-植酸酶飼糧中降低微量元素添加量來降低糞便重金屬含量，同時探究對育肥豬生長性能、肉品質(zhì)、血清總抗氧化能力、腸道形態(tài)、營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率、血清鈣、磷含量和糞便重金屬含量的影響，以尋找一種高效經(jīng)濟(jì)的糞便重金屬減排方法。

1 材料與方法

1.1 試驗動物與飼糧

采取隨機區(qū)組試驗設(shè)計，選取60頭初始平均體重為(131.45±0.45)kg的杜×長×大育肥豬，根據(jù)性別和體重隨機分為3組，分別為對照組、試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組，每組5個重復(fù)，每個重復(fù)4頭豬，公母各占1/2，同1個重復(fù)飼養(yǎng)在同一圈欄內(nèi)。對照組飼喂標(biāo)準(zhǔn)玉米-豆粕型基礎(chǔ)飼糧，參照NRC(2012)推薦量配制，總磷含量為0.35%，微量元素添加量為0.06%。試驗Ⅰ和Ⅱ組飼喂的低微量元素低磷-植酸酶飼糧是在基礎(chǔ)飼糧中減少磷和微量元素的添加，并添加1 000 U/kg植酸酶，試驗組低磷飼糧中總磷含量為0.24%，試驗Ⅰ組添加0.03%的微量元素，試驗Ⅱ組不添加微量元素。試驗期28 d。飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1，各組飼糧銅、鋅添加量和實測含量見表2。

表1 飼糧組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))

表2 飼糧的微量元素添加量及實測含量(風(fēng)干基礎(chǔ))

1.2 飼養(yǎng)管理

本試驗在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云試驗基地展開，試驗豬每日09：00和16：00各飼喂1次，整個試驗期間試驗豬只自由采食、飲水，驅(qū)蟲、消毒及免疫均按豬場常規(guī)飼養(yǎng)管理程序進(jìn)行。

1.3 檢測指標(biāo)

1.3.1 生長性能

以個體為單位逐一稱取空腹體重，以重復(fù)為單位計算平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。

1.3.2 肌肉品質(zhì)

試驗結(jié)束當(dāng)天，每個重復(fù)挑取1頭接近平均體重的公豬進(jìn)行屠宰，稱取胴體重量，計算屠宰率。剔取左側(cè)胴體第3肋骨處至尾椎處背最長肌肉樣，待測肉品質(zhì)參數(shù)。參照《NY/T 821—2019豬肉品質(zhì)測定技術(shù)規(guī)程》測定肉色(45 min、24 h和48 h)，pH(45 min、24 h和48 h)，滴水損失，剪切力，肌內(nèi)脂肪含量。

1.3.3 肌纖維特性

取豬左側(cè)胴體胸腰椎連接部背最長肌樣品，固定、切片、蘇木精-伊紅(HE)染色后測量并計算肌肉纖維直徑及密度。分析軟件為CaseViewer 2.4.0。每張切片隨機挑選至少3個肌纖維橫截面清晰的視野，計算得到肌纖維密度(根/mm2)；每張切片隨機挑選10根邊緣清晰的肌肉纖維，測量肌纖維直徑(μm)。以重復(fù)測量數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值作為最終測量結(jié)果。

1.3.4 血清抗氧化活性及鈣、磷含量

試驗結(jié)束，耳靜脈采集血樣5 mL，4 000 r/min 4 ℃離心10 min，分離血清后分裝保存于-80 ℃冰箱中，待測血清總抗氧化能力(T-AOC)及總超氧化物歧化酶(T-SOD)、銅鋅超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)、錳超氧化物歧化酶(Mn-SOD)、銅藍(lán)蛋白(CP)活性和鈣、磷含量，以上指標(biāo)測定試劑盒均購自南京建成生物工程研究所，測定方法按照說明書要求進(jìn)行。

1.3.5 腸道形態(tài)

試驗豬屠宰后截取中段空腸、末段回腸約1 cm，經(jīng)預(yù)冷的磷酸鹽緩沖液(PBS)漂洗后浸于多聚甲醛溶液中固定保存，樣品經(jīng)由包埋、切片、HE染色后使用CaseViewer 2.4.0軟件測量腸道絨毛高度和隱窩深度。每個樣品隨機選擇5根絨毛進(jìn)行測量后取算數(shù)平均值。

1.3.6 營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率

試驗結(jié)束前連續(xù)3 d每個重復(fù)收集新鮮糞便約300 g，保存于-20 ℃冰箱中。將每個重復(fù)3 d的糞便樣品均勻混合后在65 ℃烘箱內(nèi)烘干48 h后粉碎，采用四分法取約100 g樣品，用于測定干物質(zhì)、粗灰分、粗蛋白質(zhì)和二氧化鈦(TiO2)含量，測定方法分別參考《GB/T 6432—2018 飼料中粗蛋白的測定 凱氏定氮法》、《GB/T 6435—2014 飼料中水分的測定》、《GB/T 6438—2007 飼料中粗灰分的測定》、《GB 5009.246—2016 食品中二氧化鈦的測定》。使用以下公式計算試驗豬對干物質(zhì)、粗灰分、粗蛋白質(zhì)的表觀消化率：

營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率(%)=[1-(糞便中該營養(yǎng)

物質(zhì)含量×飼糧中TiO2含量)/(飼料中該營養(yǎng)

物質(zhì)含量×糞便中TiO2含量)]×100。

1.3.7 糞便中磷和重金屬含量

樣品采集方法參考1.3.6，取樣測定磷、銅、鋅含量。磷測定法參照《GB/T 6437—2018 飼料中總磷的測定 分光光度法》，銅、鋅測定方法參照《GB 5009.268—2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測定》。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，其中生長性能數(shù)據(jù)n=20，其余測定指標(biāo)數(shù)據(jù)n=5。采用SPSS 12.0統(tǒng)計軟件中的one-way ANOVA進(jìn)行方差分析，差異顯著時使用LSD進(jìn)行多重比較，以0.05≤P<0.10表示有變化趨勢，以P<0.05表示差異顯著，以P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬生長性能的影響

由表3可知，各組之間ADG、ADFI、F/G等均無顯著差異(P>0.05)，在低磷-植酸酶飼糧中降低或不添加微量元素對育肥豬上市前的生長性能無顯著影響(P>0.05)。

表3 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬生長性能的影響

2.2 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬肌肉品質(zhì)的影響

由表4可知，各組之間背最長肌的屠宰率、肉色、滴水損失、pH、剪切力、肌內(nèi)脂肪含量均無顯著差異(P>0.05)，在低磷-植酸酶飼糧中降低或不添加微量元素對130～150 kg育肥豬肌肉品質(zhì)無顯著影響(P>0.05)。

表4 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬肌肉品質(zhì)的影響

2.3 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬肌纖維特性的影響

由表5可知，各組之間背最長肌的肌纖維密度、肌纖維直徑均無顯著差異(P>0.05)，提示在低磷-植酸酶飼糧中降低微量元素添加對育肥豬肌纖維特性無顯著影響(P>0.05)。

表5 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬肌纖維特性的影響

2.4 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬血清抗氧化及血清鈣、磷含量的影響

由表6可知，各組之間的血清T-AOC及T-SOD、CuZn-SOD、Mn-SOD、CP活性及鈣含量均無顯著差異(P>0.05)。與對照組相比，試驗Ⅰ組顯著提高了血清磷含量(P<0.05)，約12.87%，而其他各組間不存在顯著差異(P>0.05)。

表6 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬血清抗氧化及血清鈣、磷含量的影響

2.5 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬腸道形態(tài)的影響

由表7可知，與對照組比較，試驗Ⅰ和Ⅱ組對育肥豬十二指腸和回腸的絨毛高度、隱窩深度及空腸的隱窩深度均無顯著影響(P>0.05)；試驗Ⅰ組空腸絨毛高度相比對照組有上升趨勢(0.050.05)。

表7 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬腸道形態(tài)的影響

2.6 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

由表8可知，與對照組比較，試驗Ⅰ和Ⅱ組粗蛋白質(zhì)表觀消化率有上升的趨勢(P=0.074)，但干物質(zhì)和粗灰分表觀分消化率極顯著提高(P<0.01)，干物質(zhì)表觀消化率分別上升了2.88%和2.31%，粗灰分表觀消化率分別上升了50.33%和45.33%。

表8 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

2.7 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬糞便污染物含量的影響

由表9可知，與對照組比較，試驗Ⅰ和Ⅱ組糞便氮元素含量無顯著影響(P>0.05)，但糞便粗灰分、磷、銅、鋅含量極顯著降低(P<0.01)，其中粗灰分含量分別下降了12.71%和10.46%，磷含量分別下降了27.86%和19.85%，銅含量分別下降了26.08%和53.51%，鋅含量分別下降了40.21%和72.58%。與試驗Ⅰ組比較，試驗Ⅱ組糞便銅、鋅的含量顯著降低(P<0.05)。

表9 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬糞便污染物含量的影響

3 討 論

3.1 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬生長性能的影響

磷是動物生長發(fā)育所必需的常量元素，在營養(yǎng)物質(zhì)代謝、骨骼形成等方面發(fā)揮重要作用[10-11]。飼糧中缺少磷會使生長豬的ADG顯著降低，在低磷飼糧中添加植酸酶可以消除這一不良影響，將ADG恢復(fù)到正常水平[12-13]。研究發(fā)現(xiàn)，降低飼糧中磷含量并添加植酸酶不會提高斷奶仔豬[14-15]、生長豬[3,12,16]、育肥豬[13,17]的生長性能，降低飼糧中銅、鋅添加量并添加植酸酶對育肥豬的生長性能亦無顯著影響[18]。而減少磷添加量可以降低飼料成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[16]。據(jù)報道，即使不添加植酸酶，從宰前20[19]或30 d[20]起停止在飼糧中添加礦物元素，對育肥豬的生長性能也沒有顯著影響。本試驗在低磷-植酸酶飼糧中降低微量元素的添加量，并未對育肥豬上市前1個月的生長性能產(chǎn)生顯著影響，與前人的研究結(jié)果一致。本研究對照組、試驗Ⅰ組、試驗Ⅱ組的鋅含量實測值分別為76、51、20 mg/kg，NRC(2012)和《豬營養(yǎng)需要量》(GB/T 39235—2020)規(guī)定100 kg以上的育肥豬飼糧中鋅含量應(yīng)高于50 mg/kg，可以看出試驗Ⅱ組的鋅含量低于此標(biāo)準(zhǔn)，但該組的生長性能并未顯著下降，與其他研究者[21-24]的結(jié)論也與本研究結(jié)果一致。

3.2 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬肌肉品質(zhì)和肌纖維特性的影響

豬肉品質(zhì)由肉色、滴水損失、pH、肌內(nèi)脂肪、剪切力等指標(biāo)組成，主要受遺傳背景、營養(yǎng)調(diào)控、宰前與屠宰過程等影響[25]。礦物元素在肉質(zhì)調(diào)控中具有一定作用，鐵是血紅蛋白和肌紅蛋白的重要組成部分，提高添加量可以使肉色更加鮮紅[26]；銅可以促進(jìn)動物生長，但高劑量時會導(dǎo)致脂肪中不飽和脂肪酸比例上升，容易氧化酸敗[26]。同時鐵、銅、鋅、錳、硒還是多種抗氧化酶的重要組成部分，對于防止豬肉脂肪氧化產(chǎn)生異味、延長保存時間具有重要作用。剪切力對肌肉口感有很大影響，剪切力高的肉難以咀嚼，消費者的接受程度低。一般來說肌纖維直徑越高，單位密度內(nèi)的肌纖維密度越低，切斷肌纖維需要更高的剪切力[27]，本試驗各組之間的肌纖維直徑、密度和剪切力均無顯著差異，也驗證了這一結(jié)果。本試驗使用的微量元素制劑主要含鐵、銅、鋅、錳、硒、碘等，對照組和試驗組間肉品質(zhì)指標(biāo)無顯著差異，下文也會提到各組間血清總抗氧化能力沒有顯著差異，這2方面的結(jié)果可以相互印證。過去也有研究指出在宰前20 d停用礦物微量元素不會使肉品質(zhì)出現(xiàn)顯著差異[19]，在不同類型的低磷飼糧中添加植酸酶均未對肉品質(zhì)產(chǎn)生顯著影響[28]，與本研究的結(jié)果一致。

3.3 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬血清抗氧化能力和鈣、磷含量的影響

微量元素如鐵、銅、鋅、錳、硒是CAT、CuZn-SOD、Mn-SOD、CP、GSH-Px等多種抗氧化酶的重要組成部分，在提高抗氧化能力中起著重要作用。但據(jù)報道，降低銅或鋅的添加量不會對CuZn-SOD[23]、CP[18]活性造成影響，與本研究的結(jié)果一致。本試驗表明，降低飼糧磷含量并添加植酸酶會導(dǎo)致血清磷含量顯著上升，對血清T-AOC和鈣含量無顯著影響。王志恒等[29]在研究不同無機磷水平飼糧添加植酸酶對保育豬血清磷含量的影響發(fā)現(xiàn)，以無植酸酶基礎(chǔ)飼糧為對照組的無機磷添加量為100%，當(dāng)植酸酶飼糧無機磷添加量≥75%時，保育豬血清磷含量相比對照組顯著上升，此后隨著植酸酶飼糧中無機磷添加量的減少線性下降。由此推測，植酸酶可以提高磷元素的吸收率，與本研究結(jié)果一致。

3.4 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬腸道形態(tài)的影響

腸道絨毛高度和隱窩深度是判斷腸道發(fā)育的重要指標(biāo)，絨毛高度上升意味著食糜與腸黏膜的接觸面積增加，可以更好地吸收飼糧中的營養(yǎng)物質(zhì)[30]。本試驗表明，在低磷-植酸酶飼糧中降低微量元素的添加量，可以顯著提高空腸絨毛高度，但對空腸隱窩深度和其他腸段的形態(tài)沒有顯著影響，前文中提到試驗組的干物質(zhì)和粗灰分表觀消化率顯著上升，推測可能是由于空腸絨毛高度的上升提高了這些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收效率。

3.5 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

植酸酶除了提高磷的利用率之外，還可以釋放被植酸螯合的礦物元素、蛋白質(zhì)和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)[7,31]。本研究表明，在低磷-植酸酶飼糧中降低微量元素的添加量，可以極顯著提高干物質(zhì)和粗灰分表觀消化率，但是對粗蛋白質(zhì)表觀消化率無顯著影響。任善茂等[18]研究發(fā)現(xiàn)在降低育肥豬飼糧中的銅、鋅含量并添加植酸酶會使干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗灰分表觀消化率顯著下降；董其國等[17]研究發(fā)現(xiàn)降低飼糧中磷水平并添加植酸酶會使育肥豬的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗灰分表觀消化率顯著上升，本試驗和后者的研究結(jié)果一致，和前者的結(jié)果相反。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可能是添加了植酸酶的飼糧中磷元素含量對于營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響要大于微量元素含量的影響，也有可能是這些試驗的基礎(chǔ)磷、微量元素含量以及試驗豬的初始狀態(tài)有一定差異，具體影響機制有待進(jìn)一步研究。

3.6 低微量元素低磷-植酸酶飼糧對育肥豬糞便污染物含量的影響

氮、磷、微量元素都是豬只生長發(fā)育所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，但豬對于飼糧中的這些營養(yǎng)物質(zhì)并不能完全利用，有相當(dāng)一部分會隨著糞便排出體外，處理不當(dāng)極易造成環(huán)境污染。其中，氮會以氨氣的形式揮發(fā)進(jìn)入大氣，還可以在土壤中的硝化菌作用下轉(zhuǎn)變成硝酸鹽；氮、磷流入水體會造成富營養(yǎng)化，影響水體生態(tài)[3]；銅、鋅、錳、鎳、鉛、鉻、砷等重金屬元素具有難遷移、難降解、易富集以及危害大等特點，對生態(tài)環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品安全、人類健康等方面都造成了惡劣影響[32]。特別是豬糞便中的重金屬含量遠(yuǎn)高于牛、雞、鴨等其他畜禽的糞便，是目前養(yǎng)殖行業(yè)重金屬污染的最大來源[33]。大量調(diào)查顯示，我國多個省市自治區(qū)的豬場糞便重金屬普遍存在超標(biāo)現(xiàn)象，場址周邊的土壤和水體中重金屬含量也顯著高于其他地區(qū)[34-37]。本試驗飼糧中銅和鋅的主要來自于預(yù)混料中添加的微量元素制劑，試驗Ⅰ和Ⅱ組的微量元素添加量分別下降了50%和100%，糞便中銅含量分別下降了26.08%和53.51%，鋅含量分別下降了40.21%和72.58%，說明糞便和飼糧中的銅、鋅含量有明顯相關(guān)性；磷主要來源于磷酸氫鈣，試驗組飼糧中磷的含量相比對照組下調(diào)了31.43%，因此糞便中的磷含量也有了顯著下降；本研究結(jié)果表明，在低磷-植酸酶飼糧中降低微量元素的添加可以顯著減少育肥豬糞便中磷、銅、鋅等元素的含量，對于減輕豬糞造成的環(huán)境污染能起到一定的積極作用。

4 結(jié) 論

育肥豬出欄前4周，飼喂降低微量元素添加量的低磷-植酸酶飼糧，可以極顯著降低豬糞便中的磷以及銅、鋅等重金屬元素的含量，提高干物質(zhì)、粗灰分表觀消化率，改善空腸絨毛形態(tài)，且對育肥豬的生長性能和肉品質(zhì)未見負(fù)面影響。