纤维的概念是由Hipsley[1]在1953年首次提出,其含义是指纤维素、半纤维素和木质素等不可消化的植物细胞壁成分。1995年美国分析化学家协会定义的膳食纤维是指能抵抗人体小肠消化吸收,在大肠内能部分或全部发酵的可食用的植物性成分中碳水化合物及其类似物的总称[2]。膳食纤维在预防由于人们摄入了大量的高热量、高蛋白、高脂肪以及精细食品而造成的糖尿病、肥胖症以及肠癌等慢性疾病上具有突出作用。膳食纤维是指3个或以上单体链节的碳水化合物,具有其独特的理化特性,如水化性能、发酵作用、吸附作用、离子交换能力、溶解性和黏性[3]。动物日粮中添加膳食纤维会影响食糜的理化性质[4],改善胃肠道的形态结构和微生物生态系统[5]以及促进肠黏膜的成熟和完整性[6],改善仔猪断奶后面临的因环境和日粮改变而引起的应激反应以及消化道和免疫系统发育不成熟等问题,促进动物的健康生长。试验表明,日粮中长期或短期添加高水平豌豆纤维对断奶仔猪的平均日增重和平均日采食量无显著影响[7]。还有研究表明,随着甜菜浆膳食纤维添加量的增加,生长猪饲料采食量呈下降趋势,干物质和粗蛋白的表观消化率显著降低[8]。另一试验报道,不同淀粉类型日粮并不影响育肥猪空肠黏膜消化酶活性和血液葡萄糖含量[9]。与饲喂高脂肪日粮相比,饲喂燕麦或小麦麸膳食纤维的小鼠表现出较低的体增重与脂质沉积,且饲喂谷物膳食纤维可以消除与饲喂高脂肪小鼠肥胖相关的肝毒性和血脂异常[10]。另有研究表明,来自芒果副产品的膳食纤维降低了总淀粉消化率,芒果膳食纤维还可以延迟葡萄糖的扩散吸收,表明芒果膳食纤维具有控制血糖的作用[11]。笋壳源膳食纤维具有降血脂的辅助作用,能有效地预防心血管疾病[12]。从车前草中提取的可溶性膳食纤维具有很强的清除羟基自由基的能力[13]。低脂高膳食纤维饮食通过提高抗氧化酶活性和降低丙二醛含量对小鼠健康起到一定的改善作用[14]。可溶性玉米纤维(Fibersol-2)是由玉米淀粉经过特殊的加工工艺生成的低分子的可溶性葡聚糖,也称为抗性麦芽糊精,其物理特性具有高纤维含量、耐热耐酸、水溶性好、低甜度低热量以及低黏度等特点,作为一种低黏度低热量膳食纤维已经广泛应用于多种人类食品中。研究表明,日粮中添加Fibersol-2显著降低了雄性大白鼠血浆中葡萄糖、胆固醇和三酸甘油酯的含量,以及天冬转氨酶和丙氨酸转氨酶的活性[15]。抗性糊精能有效的调节糖尿病小鼠的血糖值[16]。Fibersol-2也可以防止结直肠癌细胞的扩散[17]。
本试验通过研究日粮中添加不同剂量可溶性玉米纤维(Fibersol-2)对仔猪生长性能、血清生化及抗氧化能力的影响,了解可溶性玉米纤维的应用效果,以期为可溶性玉米纤维对仔猪健康的影响提供试验依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料可溶性玉米纤维(Fibersol-2)由艾地盟生物科技(天津)有限公司提供。
1.2 试验动物及设计选用28日龄体重相近的杜×长×大杂交健康仔猪448头,随机分成4组,每组8个重复,每个重复14头。各组日粮分别为:基础日粮(对照组)、基础日粮+1、2与4 g·kg-1可溶性玉米纤维。基础日粮参照NRC猪饲养标准配置,基础日粮组成及营养水平见表 1。整个试验期为35 d,其中预试期为7 d,正试期为28 d。正试期平均开始体重为(9.65±0.44) kg。试验期最后1周,在各组日粮中添加0.3% Cr2O3作为外源指示剂,用于测定饲料养分表观消化率。
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表 1 基础日粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets (air-dry basis) |
试验在扬州加农畜牧科技有限公司完成。试验猪的饲养在封闭猪舍进行,自由采食、饮水,定期清粪,按常规操作规程进行防疫和消毒。
1.4 样品采集在试验结束前7 d,每天从每个重复组采集新鲜粪样,于-20 ℃冰箱保存待测,并同时采集饲料样。试验结束时,从每个重复组选择1头健康仔猪进行前腔静脉采血,以3 500 r·min-1离心10 min分离血清后于-20 ℃冰箱保存待测。采完血后对猪进行屠宰,采集肝样品用液氮处理后于-80 ℃冰箱保存待测。
1.5 测定指标及方法 1.5.1 生长性能测定在试验开始和结束的早晨对空腹12 h的仔猪称重,记录每天的饲料消耗量,计算平均日饲料采食量(ADFI)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)。
1.5.2 营养物质表观消化率测定按照张丽英[18]的方法测定粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、粗灰分、钙与磷含量。铁、铜、锰、锌与铬含量采用赛默飞iCAP-7000电感耦合等离子发射光谱仪测定。采用外源指示剂法计算养分表观消化率。
1.5.3 血清常规生化指标测定血清尿素氮(脲酶法)、葡萄糖(葡萄糖氧化酶-过氧化物酶法)、三酰甘油(GPO-PAP酶法)、总胆固醇(COD-PAP法)、白蛋白(微量酶标仪法)与总蛋白含量(BCA法)采用相应方法测定。血清球蛋白含量为血清总蛋白与血清白蛋白含量的差值,白球比(A/G)是白蛋白与球蛋白含量的比值。所有项目测定试剂盒均购自南京建成生物工程研究所,具体测定步骤按试剂盒测定要求进行。
1.5.4 抗氧化能力指标测定超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)、总抗氧化能力(T-AOC)以及丙二醛(MDA)含量均用南京建成生物工程研究所测定试剂盒测定,测定步骤按试剂盒测定要求进行。肝组织在测定抗氧化能力指标前,按照组织质量(g):体积(mL)=1:9的比例加入9倍体积的生理盐水,剪碎组织,冰水浴制备匀浆,3 000 r·min-1离心10 min后,取上清即10%匀浆上清液。肝组织的抗氧化能力单位为每毫克蛋白中丙二醛含量或抗氧化酶活性。组织中蛋白质含量采用BCA法测定。
1.6 数据处理先用Excel 2010对数据进行整理,再用SPSS 20.0统计软件对试验数据进行单因素方差分析,并用Duncan’s进行多重比较,所有结果用平均数表示,SEM表示平均标准误,P<0.05表示差异显著。
2 结果 2.1 可溶性玉米纤维对仔猪生长性能的影响由表 2可知,日粮中添加可溶性玉米纤维对仔猪的末重、平均日采食量、平均日增重和料重比均没有显著影响(P>0.05)。
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表 2 可溶性玉米纤维对仔猪生长性能的影响(n=8) Table 2 Effects of Fibersol-2 on growth performance of piglets (n=8) |
由表 3可知,日粮中添加可溶性玉米纤维对仔猪日粮中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、钙与磷等常规营养物质以及日粮中微量元素铜、铁、锰、锌的表观消化率均没有显著影响(P>0.05)。
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表 3 可溶性玉米纤维对仔猪营养物质表观消化率的影响(n=8) Table 3 Effects of Fibersol-2 on apparent digestibility of nutrients of piglets (n=8) |
由表 4可知,1、2和4 g·kg-1可溶性玉米纤维添加组的血清尿素氮含量分别比对照组提高了45.96%、41.40%和43.51%(P<0.05)。与对照组相比,随着日粮中可溶性玉米纤维添加量增加,血清中葡萄糖含量逐渐下降,其中4 g·kg-1可溶性玉米纤维添加组与对照组之间差异显著(P<0.05)。可溶性玉米纤维显著降低血清中三酰甘油含量(P<0.05)。在血清总胆固醇含量上,2与4 g·kg-1可溶性玉米纤维添加组显著低于对照组(P<0.05)。与对照组相比,可溶性玉米纤维组均显著降低血清中白蛋白含量(P<0.05),但1与4 g·kg-1可溶性玉米纤维添加组显著提高血清球蛋白含量(P<0.05)。可溶性玉米纤维添加组血清总蛋白含量显著低于对照组(P<0.05)。与对照组相比,可溶性玉米纤维添加组显著降低血清中白球比(P<0.05)。
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表 4 可溶性玉米纤维对仔猪血清生化指标的影响(n=8) Table 4 Effects of Fibersol-2 on biochemical indexes of serum in piglets (n=8) |
由表 5可知,与对照组相比,日粮中添加可溶性玉米纤维降低血清中MDA含量,且4 g·kg-1添加组达显著水平(P<0.05)。在血清SOD活性上,与对照组相比,4 g·kg-1可溶性玉米纤维添加组提高了7.18%,两者间差异显著(P<0.05)。日粮中添加可溶性玉米纤维显著提高血清中GSH-Px活性(P<0.05)以及CAT活性(P<0.05)。由血清T-AOC指标可知,2与4 g·kg-1可溶性玉米纤维添加组血清的T-AOC显著高于对照组(P<0.05)。由肝抗氧化指标可知,与对照组相比,日粮中添加可溶性玉米纤维显著地降低了肝MDA含量(P<0.05);最高剂量(4 g·kg-1)可溶性玉米纤维添加组的肝SOD以及GSH-Px活性显著高于对照组(P<0.05)。在肝CAT活性上,与对照组相比,可溶性玉米纤维添加组分别提高了6.39%、6.08%和17.68%,且差异显著(P<0.05)。4 g·kg-1可溶性玉米纤维添加组的肝T-AOC显著高于对照组(P<0.05)。
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表 5 可溶性玉米纤维对仔猪血清和肝抗氧化能力的影响(n=8) Table 5 Effects of Fibersol-2 on anti-oxidative capacity of serum and liver in piglets (n=8) |
膳食纤维对动物生长性能和营养物质消化率的作用效果存在争议。抗性麦芽糊精和氢化抗性麦芽糊精能提高大鼠对钙、镁、铁和锌的表观消化率[19]。化学改性淀粉(RS4型抗性淀粉)在一定剂量范围内能够增加齐口裂腹鱼体重,显著提高齐口裂腹鱼的特定生长率和采食量[20]。日粮中含有7.8与15.6 g·kg-1浓度的葛根膳食纤维能显著增加小鼠的摄食量和体重[21]。水溶性膳食纤维有较高的持水能力,延缓了胃排空,减缓了营养物质的消化[22]。不溶性膳食纤维能够结合有机化合物、增加粪便体积和减少肠通过时间,减少病原菌在小肠的增殖,可以缓解与仔猪断奶后采食量下降有关的肠道瘀滞效应[23-25]。Wilfart等[26]的研究结果表明,日粮中总膳食纤维含量的增加显著降低了干物质、有机物、粗蛋白和总能量的表观消化率。Devi等[27]研究表明,日粮中添加膳食纤维不影响生长猪的采食量、体增重以及干物质、蛋白质的消化率。本研究表明,日粮中添加可溶性玉米纤维并不影响仔猪的生长性能和营养物质表观消化率,但可溶性玉米纤维添加组比对照组的平均日采食量低11.25到7.50 g·d-1,在料重比方面,可溶性玉米纤维添加组比对照组降低了0.02到0.04不等。分析膳食纤维对动物的生长性能和营养物质消化率的影响不一致的原因,归结起来可能与膳食纤维的种类和理化特性、动物的品种与日龄以及基础日粮组成等不同有关。膳食纤维的种类和理化特性会影响胃肠道食糜的理化性质以及胃肠道形态和微生物菌群结构,进而影响动物体内营养物质的消化吸收及动物的生长。
3.2 可溶性玉米纤维对仔猪血清生化指标的影响血清生化指标不仅可以反映动物一些器官组织变化和动物体内物质代谢的重要特征,也可以反映动物体内营养物质的沉积[28]。膳食纤维可以很好地控制餐后血糖的升高以及提高机体耐糖量[29]。小米糠膳食纤维具有降低患糖尿病模型小鼠空腹血糖的作用[30]。大豆膳食纤维和低聚果糖均有降低糖尿病患者血糖的作用,而两者混合后作用效果更加明显[31]。由于脂类物质都需要血液运输才能在各组织细胞间运转,所以血脂的含量可以反映体内脂类的代谢情况。海藻膳食纤维能显著降低高脂血症小鼠血清的总胆固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白胆固醇水平,升高高密度脂蛋白胆固醇水平[32]。日粮中添加锦橙皮膳食纤维显著降低高血脂症大鼠的血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平,升高高密度脂蛋白胆固醇水平,并表现出剂量效应[33]。本研究表明,日粮中添加可溶性玉米纤维能显著降低仔猪血清中的葡萄糖、胆固醇和三酰甘油的含量,这一结果与前人研究结论基本一致。膳食纤维降低血糖和血脂的作用机理为膳食纤维吸水性较强、增加食糜的粘滞性、增加食物的排空频率、从而延缓或减少葡萄糖、胆固醇和三酰甘油的吸收,而且粘性膳食纤维在肠道内形成凝胶可影响葡萄糖、胆固醇和三酰甘油与小肠黏膜的接触,同时可促进肠道蠕动,缩短食糜在肠道内的停留时间[34],降低葡萄糖、胆固醇和三酰甘油的吸收速度,进而降低血清中葡萄糖、胆固醇和三酰甘油的含量。
血清尿素氮是动物机体蛋白质代谢的总产物,血清总蛋白的含量与机体蛋白质的吸收和代谢状况有关,白蛋白是营养物质运输的载体[35]。本研究发现,仔猪日粮中添加可溶性玉米纤维可提高血清中尿素氮的含量,降低血清中总蛋白和白蛋白的含量,这可能是仔猪日粮中添加可溶性玉米纤维增加了体内蛋白质的降解,降低了蛋白质的沉积,有关这一作用机制还有待进一步研究。本研究还发现,日粮中添加可溶性玉米纤维提高了断乳仔猪血清球蛋白含量,降低了血清白蛋白与球蛋白比值。球蛋白主要包括抗体分子与补体成分,有增强机体抵抗力以预防感染的作用[36],白蛋白与球蛋白的比值(白球比)可反映机体的抵抗力,该值降低说明机体免疫机能提高。本研究结果表明,日粮中添加可溶性玉米纤维能显著提高仔猪血清中球蛋白含量、降低白蛋白含量以及白球比,即可溶性玉米纤维可以提高断乳仔猪的免疫力,推测其原因可能与可溶性玉米纤维增加了仔猪的抗氧化能力,保护了仔猪氧化损伤有关。
3.3 可溶性玉米纤维对仔猪机体抗氧化能力的影响机体抗氧化防御体系有酶系抗氧化防御体系和非酶系抗氧化防御体系。酶系抗氧化防御体系是机体抵御氧化应激的第一道防线,它包括SOD、GSH-Px、CAT等。SOD是生物体内清除自由基的首要物质,反映了机体清除氧自由基的能力。T-AOC是衡量机体抗氧化防御体系的抗氧化能力综合指标,而MDA的含量间接反映了体内脂质过氧化程度,是衡量机体氧化应激程度的指标之一[37-38]。试验研究表明,在高脂饲料诱发的高脂血症的大鼠日粮中添加10%的纤维素、果胶、海藻酸钠及其两者混合物显著升高大鼠血清中SOD与GSH-Px活性,降低MDA水平[39]。小鼠日粮中添加红甜菜纤维可降低其肝和肠壁MDA水平[40]。苏珏[41]研究认为,随着膳食纤维添加量的增加抗氧化能力逐渐增强。另有研究报道,江蓠藻膳食纤维均能有效提高患糖尿病小鼠体内的SOD活性,降低机体内MDA的含量[42]。前人研究结果主要集中在高脂与高血糖大鼠或小鼠动物模型上,而对正常动物的研究相对较少。本研究表明,在正常仔猪日粮中添加可溶性玉米纤维降低了仔猪血清和肝中MDA的含量,提高了仔猪血清和肝中SOD、GSH-Px和CAT活性以及T-AOC,与前人研究结果基本一致。日粮中添加可溶性玉米纤维增加仔猪的抗氧化能力,减少仔猪氧化损伤,增加动物机体酶系抗氧化能力,提高动物免疫能力,这与本研究的推测结果一致。膳食纤维的抗氧化作用机制为熄灭自由基,终止自由基的链式反应;抑制脂质过氧化;提高抗氧化酶活性;吸附人体产生的自由基;与阳离子交换,改变阳离子的瞬间浓度,对消化道的渗透压及氧化电位产生影响,抑制氧化反应的进行[43]。
4 结论本试验条件下,日粮中添加可溶性玉米纤维未显著影响仔猪的生长性能和营养物质表观消化率;可溶性玉米纤维增强仔猪的抗氧化能力以及免疫功能,降低了血清中葡萄糖、三酰甘油的含量,有利于改善仔猪健康。
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