飼料加工工藝對(duì)豬腸道健康的研究進(jìn)展

■張 楠 董 雙 王華凱 馬永喜

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

抗生素自20 世紀(jì)50 年代首次對(duì)豬使用以來(lái)，以其有效預(yù)防疾病、促生長(zhǎng)的作用被廣泛應(yīng)用于生豬生產(chǎn)中[1]。研究表明，日糧中添加一定水平的抗生素可以使豬的日增重提高3.3%～8.0%，飼料轉(zhuǎn)化效率提高2.5%～7.0%[2]。但隨著抗生素的濫用，抗藥性、藥物殘留等問(wèn)題日益凸顯，嚴(yán)重威脅了畜產(chǎn)品的質(zhì)量和公眾健康，因此2006 年開(kāi)始?xì)W盟禁止在飼料中添加促生長(zhǎng)類抗生素，我國(guó)也自2020 年7 月起，飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長(zhǎng)類藥物飼料添加劑（中草藥除外）的商品飼料[3]。然而飼料中禁用抗生素大大增加了腸道疾病的發(fā)生，因此許多營(yíng)養(yǎng)策略已被應(yīng)用于改善豬的腸道健康和最大限度地提高生長(zhǎng)性能，其中飼料加工工藝對(duì)飼料理化性質(zhì)有直接作用。粉碎、制粒、膨化等加工工藝不僅可以影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率，還可以改變腸道中食糜的理化性質(zhì)以及不同位置腸段菌群的活性，并可直接或通過(guò)共生菌群影響日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與腸道黏膜之間的交流，從而影響腸道組織的功能性和腸道健康[4-5]。文章綜述了飼料加工工藝對(duì)豬腸道健康的影響，以期為養(yǎng)豬生產(chǎn)中飼料加工工藝及參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。

1 粉碎工藝對(duì)豬腸道健康的影響

粉碎是飼料加工生產(chǎn)過(guò)程中的重要工序之一，一般情況下飼料配方中需要粉碎的原料占配方比例的50%～80%[6]。粉碎加工工藝的評(píng)價(jià)指標(biāo)有原料的粉碎粒度、粉碎粒度的均勻性、粉碎質(zhì)量等。飼料粉碎粒度是指粉碎后成品物料顆粒的大小。降低飼料粉碎粒度，可以增加飼料原料在腸道中與消化酶的接觸面積，并能有效破壞植物細(xì)胞壁，將其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放出來(lái)，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，但也不能追求過(guò)細(xì)，飼料粉碎太細(xì)，會(huì)導(dǎo)致加工過(guò)程中能耗的增加，還會(huì)引起畜禽胃腸不利反應(yīng)[7-8]。原料的最佳粉碎粒度能夠適應(yīng)畜禽的生理需要，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最佳利用，提高生產(chǎn)性能，此外還有助于飼料進(jìn)行進(jìn)一步的加工[9]。

1.1 粉碎粒度對(duì)豬胃潰瘍和腸道形態(tài)的影響

胃潰瘍是集約化養(yǎng)豬模式中普遍存在的問(wèn)題，據(jù)估計(jì)每年有1%～2%的生長(zhǎng)育肥豬死于胃潰瘍，而胃潰瘍發(fā)生的主要原因之一是飼料粉碎粒度過(guò)細(xì)[10]。Morel 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，相比于細(xì)粉碎大麥組[（434.00±1.70）μm]，粗粉碎組[（1 100.00±2.19）μm]和中等粉碎組[（785.00±2.23）μm]生長(zhǎng)豬胃潰瘍指數(shù)顯著降低（分別為0.20 和0.25），并且在試驗(yàn)過(guò)程中，只有細(xì)粉碎組豬出現(xiàn)胃損傷和潰瘍。這一研究結(jié)果與育肥豬的數(shù)據(jù)一致，當(dāng)原料的粉碎粒度低于400 μm時(shí)，育肥豬胃潰瘍和角質(zhì)化發(fā)生率顯著增加[12-14]。當(dāng)飼料粉碎粒度過(guò)細(xì)時(shí)，胃腔內(nèi)pH和胃蛋白酶梯度被破壞，低pH和胃蛋白酶出現(xiàn)在豬胃無(wú)腺區(qū)，豬胃無(wú)腺區(qū)無(wú)分泌功能、無(wú)黏液層和碳酸氫鹽保護(hù)，在鹽酸和蛋白酶的作用下，引起鱗狀上皮細(xì)胞受損，損傷的上皮修復(fù)緩慢，從而導(dǎo)致潰瘍[15-16]。在腸道形態(tài)方面，Brunsgaard[17]研究發(fā)現(xiàn)，飼料原料的粉碎粒度影響生長(zhǎng)豬盲腸和結(jié)腸的形態(tài)特征，飼喂粗粉碎大麥組豬的隱窩深度和體積均大于細(xì)粉碎組。Hedemann 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，日糧粉碎粒度對(duì)生長(zhǎng)豬小腸絨毛高度和隱窩深度無(wú)顯著影響。Morel 等[11]的研究結(jié)果與其一致，雖然大麥的粉碎粒度對(duì)生長(zhǎng)豬小腸絨毛高度和隱窩深度無(wú)顯著影響，然而，相比于細(xì)粉碎大麥組，粗粉碎組生長(zhǎng)豬的上皮細(xì)胞層明顯變薄。在斷奶仔豬上，相關(guān)研究表明，飼喂粗粉碎日糧可以顯著提高絨毛高度和固有層深度的比值[19]。以上研究結(jié)果表明，豬日糧中原料的粉碎粒度低于400 μm 時(shí)，會(huì)增加豬炎性胃潰瘍的危險(xiǎn)及不利于腸道形態(tài)的發(fā)展。

1.2 粉碎粒度對(duì)豬腸道菌群的影響

胃腸道中低水平的腸桿菌（即沙門氏菌和大腸桿菌）是豬腸道健康的一個(gè)主要方面，飼料原料的粉碎粒度分布對(duì)豬腸道致病菌的存在有很強(qiáng)的影響[20]。Bao等[21]研究表明，當(dāng)小麥粉碎粒度從430 μm增加到470 μm 時(shí)，生長(zhǎng)豬糞便中有益菌（雙歧桿菌和乳酸菌）數(shù)量顯著增加，有害菌（大腸桿菌）數(shù)量顯著下降。Callan等[22]研究表明，與飼喂細(xì)粉碎日糧相比，飼喂粗粉碎日糧顯著提高了生長(zhǎng)育肥豬糞中乳酸菌的數(shù)量，顯著降低了大腸桿菌的數(shù)量，同時(shí)還顯著提高了糞中總揮發(fā)性脂肪酸、丙酸和丁酸的濃度。Mikkelsen 等[23]研究表明，飼喂粗粉碎日糧顯著提高了生長(zhǎng)豬胃中厭氧菌的數(shù)量和有機(jī)酸的濃度以及胃的pH，同時(shí)顯著降低了遠(yuǎn)端小腸、盲腸和結(jié)腸中大腸桿菌的數(shù)量，此外還顯著提高了盲腸和結(jié)腸中丁酸的濃度。目前，粗粉碎日糧對(duì)豬胃腸道菌群的有益作用機(jī)制還不明確，其原因可能是粗粉碎飼料誘導(dǎo)豬胃中促進(jìn)厭氧菌生長(zhǎng)的物理?xiàng)l件，伴隨著有機(jī)酸，尤其是乳酸的產(chǎn)生和pH的降低，胃中高水平的乳酸和低pH會(huì)殺死沙門氏菌和大腸桿菌，從而阻止這些細(xì)菌進(jìn)入或減少進(jìn)入胃腸道正常繁殖部位的細(xì)菌數(shù)量[23]。其次，當(dāng)豬飼喂粗粉碎日糧時(shí)，較高比例的淀粉將不能在小腸消化，而會(huì)到達(dá)盲腸，盲腸中現(xiàn)有的菌群會(huì)將淀粉降解為短鏈脂肪酸，從而限制大腸菌群和沙門氏菌的生長(zhǎng)[24]。

1.3 粉碎粒度對(duì)豬腸道屏障功能的影響

腸道屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性對(duì)豬的生長(zhǎng)發(fā)育和腸道健康有著極其重要的作用，腸道屏障由腸黏膜機(jī)械屏障、免疫屏障、生物屏障和化學(xué)屏障組成。這些屏障相互作用和支持共同維持畜禽的腸道健康[25]。目前關(guān)于飼料加工工藝對(duì)豬腸道屏障功能影響的研究比較少見(jiàn)。在粉碎粒度方面，研究表明，對(duì)于生長(zhǎng)豬而言，與細(xì)粉碎日糧相比，飼喂粗粉碎日糧更能阻止腸道感染，飼喂粗粉碎日糧組生長(zhǎng)豬后腸道隱窩的中性黏蛋白、酸性黏蛋白和硫黏蛋白的染色量顯著提高。這可能是與大腸中短鏈脂肪酸的產(chǎn)生量有關(guān)，黏液的產(chǎn)生和釋放受短鏈脂肪酸的局部刺激[17]。

2 制粒工藝對(duì)豬腸道健康的影響

自1930 年首次引入顆粒飼料生產(chǎn)工藝后，制粒已成為飼料加工中最為常見(jiàn)的工藝之一。制粒就是把粉末、熔融液、水溶液等狀態(tài)的物料通過(guò)機(jī)械或化學(xué)方法將其聚合成型的過(guò)程的統(tǒng)稱。制粒工藝包括蒸汽調(diào)質(zhì)和擠壓成型，其方法是將一定壓力的蒸汽直接噴射到調(diào)質(zhì)室內(nèi)飼料中，將蒸汽與飼料攪拌混合，蒸汽所具有的水分的熱量連續(xù)傳遞給飼料，使飼料的水分增加和溫度升高[26]。一般來(lái)說(shuō)，制粒過(guò)程中蒸汽的添加量是飼料量的5%，調(diào)質(zhì)過(guò)程中的平均時(shí)間為10～30 s，蒸汽調(diào)質(zhì)旨在提升飼料的黏合效果，最終提升制粒產(chǎn)量及顆粒品質(zhì)。調(diào)質(zhì)后飼料進(jìn)入壓粒室，通過(guò)壓模成型。

其間飼料成分發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，改善飼料適口性，提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率和飼料的流動(dòng)性，減少飼料浪費(fèi)，從而提高豬的生長(zhǎng)性能和飼料轉(zhuǎn)化效率[27]。在飼料調(diào)質(zhì)過(guò)程中，調(diào)質(zhì)溫度的控制極為重要，較高的調(diào)質(zhì)溫度有利于消除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子和有害微生物，多數(shù)的沙門氏菌和大腸菌群可以在80 ℃以上的溫度被消除。但調(diào)質(zhì)溫度過(guò)高也會(huì)降低一些熱敏性成分的活性，同時(shí)促進(jìn)美拉德反應(yīng)[28-29]。

2.1 制粒對(duì)豬胃潰瘍和腸道形態(tài)的影響

許多研究表明，相比于粉料，飼喂顆粒料更能提高豬的生長(zhǎng)性能[30-34]，但是從胃腸道健康的角度來(lái)看，顆粒料已被證明會(huì)增加豬胃角化、糜爛和潰瘍的發(fā)生率和嚴(yán)重程度[10，15，23，35]。一方面是由于飼料流動(dòng)性提高，則胃內(nèi)容物就可得到更充分地混合，使胃蛋白酶和胃酸得以持續(xù)接觸胃內(nèi)無(wú)保護(hù)的食管區(qū)黏膜，另一方面可能是制粒過(guò)程中飼料粉碎粒度的減小。Gross-Liesner 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，粗粉碎日糧（25.3%＞2 mm,28.9%＜0.4 mm）對(duì)仔豬胃壁幾乎無(wú)不良影響，而細(xì)粉碎顆粒日糧（1.1%＞2 mm, 54.2%＜0.4 mm）分別使胃無(wú)腺區(qū)的宏觀評(píng)分從0提高到97.9，組織學(xué)評(píng)分從5.4提高到73.9。目前，關(guān)于制粒對(duì)豬腸道形態(tài)影響的研究還比較有限。Yang等[37]研究表明，制粒對(duì)斷奶仔豬胃腸道形態(tài)無(wú)顯著影響，但有阻止絨毛高度變短、隱窩深度加深的趨勢(shì)。在生長(zhǎng)豬方面，Hedemann 等[18]的研究結(jié)果與其一致。

2.2 制粒對(duì)豬腸道菌群的影響

制粒加工工藝同樣會(huì)對(duì)豬腸道內(nèi)菌群產(chǎn)生影響。Longpre 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，與顆粒料組相比，粉料組生長(zhǎng)豬生長(zhǎng)性能雖較低，但顯著提高了盲腸和結(jié)腸中丁酸的濃度，并顯著降低了大腸桿菌的數(shù)量，更有利于生長(zhǎng)豬的腸道健康。Hedemann 等[18]研究表明，生長(zhǎng)豬飼喂粉料比飼喂顆粒料更能防止沙門氏菌的感染，粉料組生長(zhǎng)豬回腸組織對(duì)沙門氏菌的黏附顯著降低了60%。

3 膨化/膨脹工藝對(duì)豬腸道健康的影響

膨化是將物料加濕、加壓、加溫調(diào)質(zhì)處理，并擠出膜孔或突然噴出壓力容器，使之因驟然降壓而實(shí)現(xiàn)體積膨大的工藝操作[38]。膨脹加工與膨化加工具有相似的工作原理，其與膨化的主要區(qū)別在于飼料原料在膨脹器內(nèi)的加工溫度較低和停留時(shí)間較短[39]。膨化/膨脹工藝在飼料的預(yù)處理、飼料的消化率、適口性等方面具有傳統(tǒng)加工方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。膨化/膨脹能夠提高物料淀粉的糊化度，破壞和軟化纖維結(jié)構(gòu)的細(xì)胞壁，使蛋白質(zhì)變性、脂肪穩(wěn)定，有利于脂肪吸收，同時(shí)脂肪從顆粒內(nèi)部滲透到表面，使飼料具有特殊的香味，提高適口性。其次原料經(jīng)膨化腔的高溫、高壓處理，有害微生物被殺死，減少了飼料通過(guò)消化道對(duì)動(dòng)物的感染[40-41]。以高溫、高壓為特征的膨化和膨脹處理多用于食品、寵物飼料和水產(chǎn)飼料的加工，在豬飼料生產(chǎn)中主要是原料的處理，典型的是膨化玉米和膨化大豆，多見(jiàn)于教槽料、保育料的生產(chǎn)。

3.1 膨化/膨脹對(duì)豬腸道形態(tài)的影響

斷奶期是仔豬非常重要和關(guān)鍵的時(shí)期。從母乳到固體混合物的采食轉(zhuǎn)換常常導(dǎo)致斷奶綜合征，改變腸道形態(tài)和功能（如絨毛萎縮、隱窩加深、腸絨毛表面由手指狀變?yōu)槠交纳酄畹龋42]。玉米是仔豬日糧中最常用的能量原料之一，普通玉米中含有72%～78%的淀粉，淀粉顆粒中存在大量的結(jié)晶區(qū)或無(wú)定型結(jié)構(gòu)，對(duì)玉米進(jìn)行膨化處理，淀粉變成更易吸收的糖類疏松多孔的結(jié)構(gòu)，可提高斷奶仔豬對(duì)淀粉的消化吸收，改善胃腸道發(fā)育和消化能力[43]。章紅兵等[44]的研究結(jié)果表明，仔豬斷奶后14 d，與普通玉米組相比，膨化玉米組顯著提高了十二指腸的絨毛高度，顯著降低了空腸中段的隱窩深度，顯著增加了十二指腸、空腸前段和后段、回腸的黏膜厚度。斷奶后28 d，與普通玉米組相比，膨化玉米組顯著增加了十二指腸的黏膜厚度。有研究表明，日糧中不同比例膨化玉米對(duì)保育豬腸道形態(tài)及消化酶活性的影響，結(jié)果表明，替代30%組保育豬的十二指腸絨毛高度和黏膜厚度顯著高于對(duì)照組，回腸黏膜厚度顯著高于對(duì)照組，空腸隱窩深度顯著低于對(duì)照組，同時(shí)胰腺、十二指腸、空腸、回腸淀粉酶活性均顯著高于對(duì)照組[45]。最近的研究也表明，在玉米粉碎粒度相似的情況下，膨化玉米組仔豬十二指腸和空腸的絨毛高度和絨隱比分別顯著高于普通粉碎玉米組，但隱窩深度不受玉米加工的影響[46]。除了膨化玉米外，仔豬日糧中也常常添加膨化大豆。研究表明，采食膨化全脂大豆日糧的仔豬，十二指腸、空腸中段、大腸隱窩深度顯著降低，空腸中段和回腸絨毛高度顯著提高，空腸中段絨毛高度與隱窩深度的比值增加[47]。

3.2 膨化/膨脹對(duì)豬腸道菌群的影響

不同的飼料原料經(jīng)過(guò)膨化處理對(duì)仔豬腸道菌群的影響不一致，這取決于飼料原料本身的特性及膨化參數(shù)。Durmic等[48]研究表明，仔豬日糧中添加膨化小麥降低了大腸中乳酸菌的數(shù)量。Adebiyi 等[49]研究發(fā)現(xiàn)，膨化米糠可以顯著降低仔豬腸道中大腸桿菌和沙門氏菌的數(shù)量。而Scalco 等[46]的研究表明，玉米的加工類型（粉碎與膨化）對(duì)仔豬結(jié)腸中大腸桿菌和乳酸菌的數(shù)量無(wú)影響。同樣仔豬日糧中添加膨化豌豆對(duì)結(jié)腸菌群數(shù)量無(wú)顯著影響[50]。

3.3 膨化/膨脹對(duì)豬腸道屏障功能的影響

緊密連接蛋白在維持腸道屏障完整性方面起著至關(guān)重要的作用，其可以使相鄰的上皮細(xì)胞之間緊密連接在一起，從而完全封閉細(xì)胞間的間隙，形成一道致密的防護(hù)屏障以阻止外來(lái)病原菌等物質(zhì)的入侵[51-52]。研究表明，仔豬飼喂膨化玉米可以顯著提高十二指腸中緊密連接蛋白ZO-1 和Occludin-1 的表達(dá)[46]。其原因可能是膨化過(guò)程提高了淀粉的消化率，增加了腸道營(yíng)養(yǎng)吸收，并減少了可能對(duì)上皮細(xì)胞有害的碳水化合物的比例，其次熱加工可以減少原料中有害微生物的數(shù)量[53]。

4 蒸汽壓片工藝對(duì)豬腸道健康的影響

蒸汽壓片是先將谷物在蒸汽調(diào)制器中進(jìn)行調(diào)制，然后將谷物輸送到立式蒸汽調(diào)制器中，注入蒸汽，將谷物的溫度升高到95～100 ℃，并保持30～60 min 后，谷物水分含量達(dá)到18%～20%，然后讓經(jīng)過(guò)蒸汽處理的谷物在兩個(gè)預(yù)熱的大波紋軋輥之間通過(guò)，壓成片狀[54]。其中，最常見(jiàn)的是蒸汽壓片玉米。蒸汽壓片處理玉米過(guò)程的主要作用因素是水分、熱量、作用時(shí)間及機(jī)械作用力。水分使玉米膨脹軟化，加熱可破壞淀粉顆粒間氫鍵，促進(jìn)凝膠化反應(yīng)。足夠的蒸汽調(diào)制時(shí)間是獲得充分凝膠化過(guò)程的保證。軋輥的機(jī)械作用是一個(gè)壓扁成型達(dá)到規(guī)定壓片密度的過(guò)程，這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了淀粉顆粒的暴露和蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變。只有當(dāng)以上幾個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)才能使谷物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值發(fā)生明顯改善[55]。

目前，關(guān)于蒸汽壓片加工對(duì)豬腸道健康影響的研究較少。萬(wàn)榮等[56]研究表明，相比于普通玉米組，飼喂蒸汽壓片玉米組仔豬的腹瀉率降低了18.2%。然而，在哺乳期母豬上的研究表明，日糧中添加蒸汽壓片高粱顯著促進(jìn)了母豬的胃角質(zhì)化[57]。

5 小結(jié)

粉碎粒度降低、制粒、膨化和蒸汽壓片等加工工藝可以提高飼料原料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率和飼料轉(zhuǎn)化效率。但在腸道健康方面，粉碎粒度降低（尤其是0.4 mm 以下）會(huì)對(duì)豬胃腸道產(chǎn)生不利影響，如胃潰瘍、腸道形態(tài)以及預(yù)防和對(duì)抗微生物感染的能力。豬日糧的最佳粉碎粒度應(yīng)為0.5～1.6 mm。在制粒過(guò)程中由于飼料粉碎粒度分布發(fā)生變化，細(xì)顆粒所占比例增加，因此相比于粉料，顆粒料不利于豬的腸道健康發(fā)展。膨化加工可以改善豬的腸道形態(tài)，降低腸道有害菌的數(shù)量及增強(qiáng)腸道機(jī)械屏障從而促進(jìn)豬的腸道健康。目前，關(guān)于飼料加工工藝對(duì)豬腸道健康影響的研究較少、不全面且作用機(jī)制還不明確。針對(duì)飼料加工工藝對(duì)不同生長(zhǎng)階段豬腸道健康的影響及作用機(jī)制還需進(jìn)一步的研究，從而確定適宜的加工工藝及參數(shù)。