木质纤维素的作用及其在单胃动物上的应用

2020-12-30陈祥兴陈珍珍赵敏孟龚道清

饲料工业 2020年19期

■谈婷陈祥兴陈珍珍赵敏孟龚道清*

(1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州225009；2.淄博市畜牧渔业服务中心，山东淄博255000)

一直以来，粗纤维由于其在动物体内的消化和利用率低等问题而不被人们看好，其在畜禽生产中的应用受到了很大限制。研究表明，粗纤维在动物饲粮中含量越高，日粮中可供动物体利用的营养物质越少，且饲料的消化率也越低[1]。因此，粗纤维含量的高低一直被用来当作饲粮原料是否优质的重要指标之一。然而，一些研究表明，日粮中一定的纤维含量对动物机体有积极效应，对动物肠道健康的影响不容小觑[2]。近年来，随着抗生素滥用带来的问题日益增多，人们一直在寻求改善肠道健康和营养消化率的措施，致力于许多非抗生素类生长促进剂的开发研究，其中，木质纤维素能调节动物肠道健康而备受关注。

1 木质纤维素的特性

膳食纤维的主要成分是非淀粉多糖，存在于大量的植物源饲粮中。膳食纤维有可溶性和不可溶性两种不同的形式，每种纤维在胃肠道的消化和吸收过程中具有不同的结构和生理作用[3]。水溶性纤维是可发酵纤维，并具有黏性结构，而不溶性纤维是不可发酵的并且具有非黏性的结构成分。可溶性纤维会导致肠道通过率降低，脂肪和蛋白质的消化率降低，以及消化液的黏度升高，降低家禽的生产性能，并可能导致粪便黏滞和垫料湿化问题[4]。相反，不溶性膳食纤维，例如木质纤维素，可以通过促进有益肠道细菌的生长和消化酶的活性，对机体的胃肠道有益[5-6]。

木质纤维素是由无树皮、未经处理的新鲜木材制备而成的粗纤维浓缩物产品，它作为结构性非碳水化合物是自然界丰富的可再生资源。木质纤维素以高粗纤维和高木质含量而优于传统纤维来源，从而作为高质量的日粮纤维添加于动物饲粮中[7]。由于其纤维含量非常高，因此极低的添加率即能够积极影响畜禽的肠道消化过程，从而也无须更改饲料配方来维持必需营养成分的均衡。与传统纤维来源相比，木质纤维素还有一个特征是无霉菌毒素污染[2]。传统日粮纤维质量不稳定，常含霉菌毒素从而危害畜禽机体健康，而木质纤维素是一种经过微纤维化技术处理的产品，能够确保其不含霉菌毒素，且供应不会受气候等外在因素影响[8]。木质纤维素作为一种新型饲料原料，可以在不显著占用日粮营养空间的条件下给动物提供优质日粮纤维，因此现在被越来越多的应用于动物营养中。

木质纤维素极少能被肠道微生物降解，在肠道中主要发挥物理效应。木质纤维素的持水力很强，它可以迅速吸收水分膨胀，随后被动物机体再次吸收，因此可以提高饮水量和增加饱腹感。此外，纤维的持水性和不溶性使食糜变得松散，可刺激肠胃蠕动，改善粪便质量，使粪便有了最佳的成形度[9]。

2 木质纤维素的作用

纤维虽然不是动物能量和蛋白质的来源，但木质纤维素具有刺激胃肠蠕动并促进肠道发育、维持肠道微生态稳定、改善粪便质量、预防异食癖等作用。

2.1 刺激胃肠蠕动并促进肠道发育

肠道的运动方式对动物消化吸收营养物质以及粪便的形成和排出有非常重要的作用，其除了受神经-体液调节外，还与肠道内食糜的状态直接相关[10]。木质纤维素中大而粗糙的表面会刺激胃肠壁进而促进胃肠蠕动，就刺激效果而言，纤维的形状和大小很关键，表面粗糙的比细而光滑的效果更佳[11]。木质纤维素除了能够刺激胃肠蠕动外，还能诱导消化酶的分泌。木质纤维素在肠道内分解时大脑中枢受刺激，调节肠道运动并分泌相关酶，加快食糜向下移动[10]。木质纤维素可以使食糜膨胀形成海绵样，消化酶渗入分解，与底物的接触面积增加，提高了内源性酶分解其相关底物的能力[12]。不能被内源性酶消化的成分可以被肠道微生物作为底物进行发酵形成短链脂肪酸，它可以刺激上皮细胞增殖从而促进消化道发育[13]。

在饲料中添加适量的木质纤维素可以扩张肌胃尺寸，使嗉囊的重量和体积增加，从而使胃肠道得到改善[14]。木质纤维素持水力强，吸水后膨胀可使食糜体积增加，从而扩大了消化道体积，促进了胃肠道的发育[15]。Sozcu等[16]研究发现，在肉鸡日粮中添加木质纤维素处理组的绒毛高度、绒毛表观表面积以及绒毛高度和隐窝深度的比值都显著高于对照组，这表明添加木质纤维素促进了小肠绒毛的生长同时增强了小肠的消化能力。

2.2 维持肠道微生态稳定

维持肠道微生态平衡是一个复杂的过程，这依靠饲粮、共生菌群及消化道黏膜之间微妙的平衡关系[17]。木质纤维素中纤维的分子量较大，能够在肠道内保持物理状态，在肠壁形成保护层，因此减少有害病原菌和肠黏膜接触[10]。此外，木质纤维会磨损肠道黏膜表层，这样的摩擦有利于清除黏附于黏膜层的致病菌，从而降低肠道中有害菌的数量[11]。在消化道内纤维经微生物作用分解形成挥发性脂肪酸，包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸，目前被认为是大肠黏膜代谢的主要能源。挥发性脂肪酸对于维持畜禽肠道健康起非常重要的作用，在酸性环境下，可以抑制肠道细菌病原体生长，如大肠杆菌、沙门氏菌等[18]。肠道内的细菌会竞争营养物质，有害菌的数量减少时有益菌的数量便会增加，从而保持了菌群数量的平衡。Makivic等[19]的研究也同样证实这一点，饲粮中添加木质纤维素处理组肉鸡盲肠中的葡萄球菌、大肠杆菌和肠杆菌数量显著低于对照组，而有益菌乳酸杆菌的数量显著高于对照组。因此，饲粮中适量的木质纤维可以减少有害菌的数量，从而优化肠道微生物区系，有利于肠道健康。

2.3 改善粪便质量

在畜禽生产中，粪便含水率高不仅会引起脚趾炎、胸部囊肿、坏死性肠炎等畜禽健康问题，还会增加粪污处理的成本。改善粪便质量可以提高畜禽整体健康水平且能降低成本，从而大大提高养殖收益。除了疾病、垫料和畜舍管理外，饲料对粪便质量也有着重要的影响。有证据表明，在饲料中添加适量纤维化不溶性木质纤维素对畜禽粪便质量有积极影响。Pietsch等[20]研究了粗纤维浓缩物对肉鸡足垫皮炎的影响，结果表明肉鸡饲料中添加木质纤维素使鸡粪便湿度降低，脚趾皮炎状况得以改善。木质纤维素具有较高的吸水能力，其可结合肠道上部的水分，通过渗透压释放肠道下部的水分，因此水可用于再吸收而不会出现在粪便中。此外，木质纤维素加快了小肠中消化器官的转运周期，使有害菌不能定植并产生内毒素，内毒素可使水释放到管腔。美国贝鲁特大学的Farran[21]教授在肉鸡试验中证明，饲料中添加0.8%的木质纤维素能使粪便含水量降低10%。Okehie[22]的研究也表明，在肉鸡饲料中添加0.6%、0.8%的木质纤维素产品可以降低肉鸡的粪便水分含量，并提高肉鸡的胴体产量。

2.4 预防异食癖

异食癖是指家禽互相啄斗造成创伤甚至引起死亡的一种病态行为，常见的形式有啄羽、啄肛和啄尾等[23]。引起互啄的原因之一为饲粮中粗纤维含量过低，高纤维饲料可防止这一行为的发生。木质纤维素吸水膨胀后，可以使消化道充盈，降低了食欲增加了饱腹感，同时减少了家禽异食癖发生的几率[24]。

3 木质纤维素产品种类

我们使用的木质纤维素饲料添加剂是经微纤维化技术处理后的木质纤维素产品，随着营养师们不断的研究探索，越来越多的木质纤维素产品作为新型饲料添加剂出现。

第一代木质纤维素产品含有将近100%的不可发酵纤维(木质素、细胞壁、不可发酵的半纤维素)[25]，目前使用较为广泛的是由德国JRS 公司生产的爱博素®，它是不溶性纤维浓缩物，其原料来自新鲜的云杉树，据其公司介绍该产品含以下基本成分：水分（7.70%）、粗蛋白质（1.00%）、粗纤维（65.3%）、粗脂肪（0.3%）、灰分（0.5%）和无氮提取物（25.1%）[26]。爱博素®产品已有三种类型，包括粉末状的爱博素®R、颗粒状的爱博素®RC 以及精制颗粒爱博素®RC FINE，我们可以根据不同的需要选择不同类型的产品。

第二代木质纤维素产品为益生木质纤维素，益生木质纤维素同时含有不可发酵纤维和可发酵纤维两种，并由可发酵和不可发酵纤维平衡、标准化组合而成，具有额外的益生功能，有利于生理健康[27]。益生木质纤维素通常应用于猪的生产中，可提高经产母猪产仔数、减少便秘及应激反应，提高仔猪日增重、降低腹泻及死亡率，促进猪的健康生长[28]。

4 木质纤维素在单胃动物中的应用

反刍动物由于其瘤胃具有很强的发酵能力，可以很好地利用纤维类成分；单胃动物消化道内缺少日粮纤维降解酶，多数种类的日粮纤维不易被单胃动物消化利用[29]；因此反刍动物比单胃动物在消化日粮纤维时营养利用效率高。日粮纤维是单胃动物消化调节的必需物质，木质纤维素产品现已被应用于猪和家禽的生产中。

4.1 在猪生产中的应用

研究表明，木质纤维素可提高母猪哺乳期生产性能和繁殖性能。通常妊娠母猪为了避免体重增加过多导致生殖问题，会限制饲喂，但这通常会导致持续不断的应激性饥饿感，从而导致死亡、仔猪出生体重低、断奶前死亡率高和较长的断奶至发情间隔等问题[30]。在母猪日粮中增加纤维的作用包括减少便秘、缩短产仔时间、增加产仔数和提高仔猪存活率[31]。Oliviero等[32]研究表明，饲喂较高纤维的饲料可刺激母猪饮水，从而提高了产奶量，这是有益的。Reyes等[27]研究发现，母猪补充木质素纤维素改善母猪的繁殖性能且能显著降低仔猪断奶前死亡率，选取70 头母猪分别为对照组（n=44）和添加木纤维素组（n=26，妊娠和哺乳期的补充剂量分别为25 kg/t 和10 kg/t）。试验结果显示，妊娠期和哺乳期补充木质纤维素可显著降低仔猪断奶前死亡率。这表明通过在妊娠和哺乳阶段添加木质纤维素来增加日粮的纤维含量，可以提高仔猪的存活率，并通过缩短干燥期来间接改善母猪的繁殖性能。

早期断奶仔猪经常伴有胃肠道的结构和功能改变，可以通过改善仔猪不同断奶阶段的肠道健康来促进生长性能[33]。有充分的研究表明，膳食纤维可以通过促进肠道微生物发酵来改善肠道健康，预防腹泻和疾病[34-35]。Tingting Chen 等[36]研究了补充菊粉和木质纤维素对断奶仔猪生长性能，养分消化率，肠道微生物和屏障功能的影响。试验将24 日龄的大仔猪（公母各半，来自长白公猪和大白母猪）分成不同处理组，即对照和分别添加1%木质纤维素、1%菊粉以及两者混合物。试验为期4周后发现，添加木质纤维素组的料重比显著低于对照组，所有纤维组对干物质、粗蛋白和有机物的表观总道消化率均显著高于对照组，添加木质纤维素增加了回肠消化道中乳酸杆菌的数量，且盲肠消化道中的短链脂肪酸浓度显著高于对照组。总之，在断奶后的前两周，添加不溶性纤维木质纤维素比可溶性纤维菊粉更可取，可以提高养分的消化率。此外，同时添加两者的饲料对改善血液生化指标，肠道微生物和肠屏障功能更有效。

4.2 在家禽生产中的应用

家禽饲粮中需要一定数量的纤维来确保消化器官正常发育并发挥一定生理功能，不同的纤维来源和纤维含量影响家禽的生长性能。补充木质纤维素对肉鸡，蛋鸡的生产性能，消化功能和健康都有积极影响[37-38]。

Sozcu 等[16]研究了饲喂加工木质纤维素对肉鸡的生长性能、肝酶活性、免疫指标、肠道组织形态和盲肠菌群的影响，试验选取720 只1 日龄的肉鸡分为4 个处理组（对照以及分别添加0.5、1 kg/t和2 kg/t的木质纤维素），试验周期35 d，结果发现木质纤维素含量为1 kg/t 处理组鸡的体重和饲料转化率显著高于对照组，不仅增强了肝保护作用和免疫调节反应，还促进了绒毛生长发育以及增加了盲肠中有益菌的数量。Bogusławska-Tryk等[18]研究了饲喂木质纤维素的肉鸡回肠和盲肠微生物种群和短链脂肪酸分布，试验分为4个处理，添加木质纤维素的含量分别为0%、0.25%、0.5%和1.0%。结果显示，日粮中添加木质纤维素对肉鸡生产性能指标无显著影响，但回肠中乳杆菌和双歧杆菌及盲肠中双歧杆菌数量显著增加，大肠杆菌和梭状芽孢杆菌数量显著减少，与对照组相比，饲喂含0.5%木质纤维素的鸡的回肠和盲肠消化道中的短链脂肪酸和乳酸的总和要高得多。结果表明，在鸡饲料中加入木质纤维素，特别是在0.5%的剂量下，促进了乳酸杆菌和双歧杆菌的生长，且能够提高短链脂肪酸和乳酸的浓度，而对回肠和盲肠消化液的pH值无显著影响，显示了木质纤维素对肉鸡胃肠道的益生元作用。