豬的膳食纖維營養與應用概述

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　　在人的營養中，膳食纖維（Dietary Fiber，DF）一詞是由Trowell首先提出并定義為“食物中那些不被人體所消化吸收的植物成分”。近年來，研究發現DF 對人的心血管、糖尿病、肥胖、結腸癌等疾病具有治療作用，這引起了人們對其功能性作用的關注及研究興趣。在動物營養中， 常用“日糧纖維”來表述DF， 相似地，以往人們更關注DF 對豬的抗營養作用，同時大量研究表明粗纖維（Crude Fiber，CF）、中性洗滌纖維（Neutral Detergent Fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（Acid Detergent Fiber，ADF）等纖維組分與有效能值呈負相關。一直以來，DF 被認為是惰性的，只會對動物的生產性能產生不利影響，但是最近的研究結果表明DF 能夠緩解生長肥育豬的痢疾、仔豬的腹瀉及母豬便秘。因此，為了更全面、客觀的認識和利用DF，本文主要綜述了DF 的定義、理化性質、分析體系及其在豬營養上的應用，以期指導纖維原料的應用，拓寬配方設計思路。

1、DF概述

1.1  DF定義分類

　　“纖維”在19 世紀末期由德國的Weeden 實驗室提出并闡述了檢測方法。但是，在生理功能、植物的解剖結構或化學分析等不同領域，“纖維” 代表不同的化學實體，因此“纖維”定義也存在一定爭議。

　　Hipsley首次將DF 定義為由植物細胞壁組成的不能被消化的組分。隨后Trowell將DF 定義又擴展為“植物細胞中能抵抗人類消化酶水解作用的結構成分”。1976 年，DF 的定義進一步被擴大為“包括所有不能被人類消化道內源酶降解的多糖和木質素”。2001 年， 美國谷物化學家協會將DF 定義為“植物中可以被食用的或者類似的碳水化合物，其不能被人類小腸消化和吸收，但可以完全或者部分在大腸發酵”，這一定義包括非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSP），如纖維素、半纖維素、果膠，也包括一些不能被消化的寡聚糖，如低聚果糖、低聚半乳糖，還包括其他碳水化合物，如抗性淀粉等。

➢ 彭健指出，從動物營養學的角度來看，DF 應包括所有抵抗消化道內源酶消化的飼料組分，即DF 還應包括NSP 和木質素以外的其他成分，如細胞壁鑲嵌蛋白、阿拉伯半乳糖蛋白、半乳糖聚糖、果聚糖、抗性淀粉、與細胞壁連接的礦物質及美拉德反應產物。

　　從化學的角度，DF 可以簡單直觀地理解為NSP 以及木質素的總和。DF 作為碳水化合物，是由不同的單糖通過糖苷鍵（α 或β 鍵）、異構型連接，構成直鏈長短和類別不同的多糖。組成DF 的單糖包括五碳糖（阿拉伯糖、木糖）、六碳糖（葡萄糖、半乳糖、甘露糖）、脫氧六糖（鼠李糖、果糖）和糖醛酸（葡糖醛酸、半乳糖醛酸）。因此，DF 的結構非常復雜，是自然界中異構型最多和締合分子種類最多的物質之一，所以不同DF 的可溶性及化學特性存在差異。按照可溶性和化學結構組成分類見圖1。

1.2  DF 檢測體系

　　DF 的化學定義與測定方法密不可分， 有時定義完全是建立在分析方法的基礎上。洗滌法（非酶重量法）、酶- 重量法和酶- 化學法是目前測定DF 的代表性方法。

➢ Henneberg 等提出的測定CF 的傳統分析方案， 但CF 檢測體系回收率差， 近1/4 的原料中的NSP 和寡糖在檢測過程中流失，并不能代表真正意義上的纖維。

➢ Van Soest根據纖維在不同洗滌劑中的溶解性提出了NDF、ADF 和酸性洗滌木質素（ADL）體系，可以作為評定消化、代謝能的有效參數。但該體系與CF 體系相同，都是在檢測過程中， 會損失部分的可溶性纖維（如果膠等），尤其是在對豆類等可溶性纖維含量較高的原料進行纖維檢測時，并不能反映原料中纖維的實際含量，如大豆粕的NDF 含量為8.4%，但是其NSP 含量為20.8%。

➢ Prosky提出酶- 重量法測定總膳食纖維（TDF）、不溶性膳食纖維（IDF）和可溶性膳食纖維（SDF）， 但不能反映出所測定的纖維中具體的多糖種類。

➢ Theander 等提出了一種酶- 氣相色譜- 比色- 重量法， 簡稱為酶- 化學法，將所得纖維再分解為各種單糖進行測定， 可測定可溶性非淀粉多糖（Soluble Non-StarchPolysaccharides，SNSP）、不可溶性非淀粉多糖（Insoluble Non-Starch Polysaccharides，INSP）及木質素，該法優點在于可以檢測判斷纖維的多糖組成類型，因而可以代表飼料原料中實際的纖維含量。酶-化學法在以后飼料配方的精準計算和纖維的生理作用研究中將逐漸替代傳統的檢測方法。

　　不同DF 檢測體系形成了不同的DF 分類方法，不同的DF 發揮的生理功能也不同。現有的定義和對應的分析方法所得到的“纖維”化學組成和數量均有變異。目前植物碳水化合物及DF 分類見圖2。

1.3   DF的理化性質

　　DF 的理化性質主要包括水合作用、黏性、發酵性、吸附和陽離子交換能力，不同的DF 種類表現的理化性質不同。

　　DF 的水合作用包括水溶性、水結合力和吸水膨脹性。分子結構是影響纖維水溶性的主要因素，纖維的空間結構由主鏈骨架和支鏈構成，增加支鏈會增加聚合物的水溶性。是因為支鏈的存在削弱聚合物分子間的作用力，可以防止規則晶體結構的形成，如瓜爾膠、阿拉伯半乳聚糖。而纖維素不溶于水是因為纖維素由纖維二糖通過氧鍵連接成線性且有規則的晶體機構。

　　黏性是DF 的主要性質之一，黏性的產生起始于纖維與水發生水合作用。纖維黏性的大小取決于纖維的化學結構和與其連接的其他細胞壁化合物。隨纖維濃度的增加，多糖分子之間相互作用纏繞成網狀結構。長鏈纖維比短鏈纖維更易形成網狀結構，因此長鏈纖維的黏度大于短鏈纖維，一般來講可溶性纖維的黏性大于不溶性纖維。

　　DF 的發酵性是DF 發揮功能性營養作用的主要特征。DF 在消化道內不能被動物自身分泌的消化酶消化， 當消化道前段未被消化的纖維成分到達大腸后，微生物可以將纖維作為發酵底物。纖維被微生物降解程度的大小和速度快慢與纖維的水溶性、化學結構、顆粒大小等多種因素有關，多糖分子中單糖的種類、數量及成鍵方式等結構特性在很大程度上決定了該纖維在腸道內的發酵情況。與不溶性纖維相比，可溶性纖維更易被發酵，可溶性含量不同，發酵能力也不同，如甜菜渣比麩皮的可溶性纖維含量高，更易發酵。

　　DF 的陽離子交換特性主要與纖維物質內部單體殘基上的羧基和羥基有關。彭藝等對28 種飼料原料的陽離子交換量與其化學組成之間的相關分析表明，纖維類原料不同品種間的陽離子交換量變化較小，飼料的陽離子交換能力與其木質素含量存在極顯著的正相關關系，與其NDF、ADF 含量有極顯著的負相關。

1.4   DF的消化和吸收

　　豬的胃和小腸不分泌纖維素酶和半纖維素酶，所以飼料中的DF 不能在其中進行酶解， 而DF 的消化吸收主要是依賴于腸道微生物的發酵和非酶水解作用。降解產物主要為揮發性脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸）和二氧化碳（可經加氫作用轉變為甲烷）， 具體轉化途徑見圖3。

　　消化道中微生物最活躍的位點是盲腸和結腸，微生物的數量可高達1010~1011 CFU/g 食糜。在反芻動物瘤胃和生長豬大腸中存在纖維分解菌，其腸道內的數量為108 CFU/g 食糜，而且纖維分解細菌的數量會隨著豬群日齡增加而增加，成年母豬大腸中的纖維分解細菌的數量是生長豬的6 倍。

　　DF 可以調控腸道微生物結構。不同DF 組成的日糧可以改變豬腸道微生物的區系和代謝活性，因而也能影響微生物的代謝產物。寡糖和部分多糖可以促進產乳酸菌群如乳酸菌和雙歧桿菌等有益菌的生長。腸道微生物區系及其代謝產物不僅與纖維的類型有關，還與纖維發酵的速率以及在腸道的發酵位置有關，易發酵的纖維如寡糖和SNSP 通常在回腸就開始發酵，而ISNP 緩慢發酵可以一直為微生物提供生長基質至大腸末端。

➢ Hermes 等認為高纖維日糧提高有益菌的數量主要是由于日糧中果膠的發酵提高了揮發性脂肪酸的含量，其中丁酸可以直接為腸道細胞供能，并且短鏈脂肪酸可以降低腸道pH，抑制了一些病原菌如大腸桿菌、沙門氏菌的定植和生長。

2、飼料原料DF 成分和能值分析

　　DF 資源豐富，谷物中的NSP 在10%~30%，根據SNSP 和INSP 在谷物中的含量，谷物可以分為黏性和非黏性2 種，黏性谷物包括黑麥、小麥、大麥、黑小麥和燕麥；非黏性谷物包括玉米、高粱、大米和小米，且小麥和黑麥中以阿拉伯木聚糖為主，而大麥中則以葡聚糖為主要成分。當谷物中的淀粉、蛋白隨加工過程被提取，DF 在谷物加工副產物中濃縮，其中麥麩含有近40% 的NSP。麩皮含有大量阿拉伯木聚糖和不溶性的纖維，其中麩皮中可溶性纖維在1.5%~4.0%，不溶性纖維在35%~48%。而甜菜渣主要成分是可溶性的果膠， 且一些阿拉伯半乳聚糖和纖維素嵌在果膠的基質中，這一結構使甜菜渣具有高的持水力且易被微生物發酵。研究表明，不同飼料原料的纖維組成存在很大差異，其發酵快慢和發酵產物也不同，原料的可溶性纖維水平與纖維理化性質間存在顯著的相關關系，其中可溶性纖維含量較高的魔芋粉、甜菜渣和蘋果渣發酵后產生短鏈脂肪酸的濃度顯著高于不溶性纖維含量較高的紅棗粉、苜蓿粉和麩皮，魔芋粉發酵后產生的乙酸、丙酸和總短鏈脂肪酸均顯著高于其他纖維性原料。

　　國家飼料工程技術研究中心已完成了對玉米、小麥、小麥麩、玉米酒槽及其可溶物（DDGS）和玉米胚芽粕等十余種常用飼料原料的營養價值評定工作，其中常用和不常用原料的DF 成分分析見表1 和表2，常用纖維性原料的能值分析見表3。2016 年于藏游對發酵苧麻、燕麥麩和竹子粉等新型纖維原料在仔豬上進行了能值評價。隨著研究的不斷深入， 給予DF 更客觀全面地評價，可以擴大原料的利用范圍，提高利用效率。

3、DF對豬的營養作用

3.1 DF 對其他營養物質的消化吸收

　　DF 通常被人們定義為抗營養因子，因為纖維影響能量和蛋白的消化率， 從而影響生長性能和飼料轉化效率。DF 類物質作為植物細胞壁成分，在一定程度上影響細胞內容物中其他營養物質與消化酶的接觸，從而降低動物對它們的消化利用。其次，可溶性DF 通過增加食糜黏度等途徑，限制酶和底物的接觸，影響其他養分吸收，降低能值。而不溶性纖維會增加食糜在整個消化道的流通速度，減少營養物質在消化道前段的消化。

　　DF 對營養物質利用率的影響與DF 來源和添加量密切相關。在斷奶仔豬日糧中加入2%、4% 的燕麥殼后， 對干物質、有機物、粗蛋白質、總能、粗脂肪的表觀消化率都無影響。DF 對消化率的影響還與其在日糧中的含量有關，仔豬日糧中加入8% 菊苣對干物質、有機物和能量的表觀消化率無影響，但加入16% 菊苣會顯著降低干物質、有機物和能量的表觀消化率。因此， 甜菜、苜蓿等原料中可溶性纖維（果膠類）和谷物類可溶性纖維（可溶阿拉伯木聚糖、可溶β -葡聚糖）對單胃動物養分消化吸收的影響機制不同，可能與纖維隨食糜在腸道中能維持其物化特性所到達的腸道部位、持續時間以及發酵速率也有關。

3.2 DF 在仔豬上的應用效果

【DF 對仔豬生產性能的影響】

DF 對仔豬生長性能影響的研究結果并不一致。

➢ 喬建國等研究結果表明， 日糧中添加1% 的天然纖維素顯著提高了斷奶仔豬生長性能，但在日糧中添加2% 的天然維生素使仔豬生產性能呈下降趨勢。

➢ 在8~20 kg 仔豬日糧中分別加入10% 的玉米纖維、大豆纖維、小麥麩纖維和豌豆纖維，處理組與對照組相比，采食量和日增重差異不顯著，耗料增重比顯著降低，大豆纖維組與其他纖維處理組相比，耗料增重比更低。

➢ 而仔豬日糧中加入燕麥麩和小麥秸稈等INSP 原料，前7 d 顯著提高了仔豬的日增重和采食量。

　　可見DF 是一類營養物質的復雜混合物，對仔豬的正負兩方面營養作用的發揮程度主要受到日糧中DF 的組成和水平、來源以及添加量決定。

【 DF 對仔豬斷奶腹瀉的緩解】

　　一直以來，人們認為斷奶仔豬日糧中DF 含量的提高會增加仔豬的腹瀉率。但近些年的報道發現，日糧中含有適宜的DF 能夠促進仔豬腸道功能的發育并維持腸道健康。

➢ 李雁冰等在仔豬日糧中添加苜蓿草粉將仔豬日糧中粗纖維含量提高到5.3%，仔豬腹瀉率降低，并認為纖維會通過影響小腸水的吸收和抑制病原體的生長來減少腹瀉。

➢ Gerritsen 等研究發現，在剛斷奶仔豬日糧中加入INSP 降低了回腸和盲腸大腸埃希菌的數量，其作用機制是INSP 競爭性抑制大腸桿菌在腸道組織中的黏附作用。

　　但是日糧中提高SNSP 增加了小腸中溶血性大腸桿菌的數量，具體何種INSP 組分起作用以及其抗大腸桿菌黏附機制還不清楚，需要對纖維進行更深入的研究， 探尋一種最佳的斷奶仔豬DF 組成類型，在不影響生長性能的前提下，調控仔豬腸道健康，維持腸道微生態平衡，降低斷奶仔豬腹瀉的發生率。

3.3 DF 在生長肥育豬日糧中的應用效果

➢ 研究表明， 當飼喂生長豬高纖維日糧時，飼料容積大、吸水力強、較難消化，所以可以刺激消化道黏膜，促進胃、腸道的發育和成熟，刺激消化液的分泌同時DF 可降低生長肥育豬胃潰瘍發生率。

DF 影響生長育肥豬的肉品質和生長性能。

➢ Fischer 等在小麥- 大麥為主的日糧中加入草塊，隨著日糧中草塊比例從10% 增加到30% 時屠宰率才顯著降低，但瘦肉率顯著增加3%，背脂中的軟脂酸含量下降，表明飼喂纖維飼料能改善肉品質，但過多的DF 會稀釋飼料能量濃度，降低生長速度。

　　在適宜的飼喂范圍內（15%~20%）利用甜菜渣，不僅可以降低飼料成本， 還可以提高豬的瘦肉率。一般來說，飼喂生長肥育豬時， 粗飼料的用量以不超過日糧的20% 為宜。

3.4 DF 在母豬上的應用效果

【DF緩解妊娠母豬應激 】

　　實際生產中常用限飼來控制后備母豬和妊娠母豬的膘情，但是限飼會給母豬帶來饑餓應激，母豬會出現刻板行為。由于DF 本身的能量濃度偏低、容重小、吸水能力強，妊娠期飼喂高DF 日糧可以增加母豬采食后的飽腹感，減少應激。研究發現，當甜菜渣的添加比例由25% 增加到60% 時增強了妊娠母豬采食后的飽腹感。

　　DF 在妊娠母豬日糧中能夠延緩胃腸道排空速度， 維持血糖平衡。DF 的吸水膨脹性和黏性會延緩食糜的胃排空速度，增加食糜與胃壁的物理接觸，參與采食量的物理調節，抑制采食。隨著排空時間的延長，食糜在大腸內停留時間增加，DF 被腸道微生物發酵利用更徹底，而發酵產生的短鏈脂肪酸經腸上皮吸收入血， 在短鏈脂肪酸被腸道吸收的同時，減少了腸道對葡萄糖的吸收，節約了葡萄糖，可以穩定血液中的葡萄糖水平， 同時與血糖濃度變化相應胰島素的分泌峰值被延緩，受胰島素調控的性激素水平保持平穩，進而使得胎兒在母體內發育更穩定。

　　DF 可以緩解母豬便秘。由于胃腸道活動減少，輕微的便秘是正常的，但是懷孕后期的低DF 日糧會加重母豬便秘，導致細菌產生的內毒素被吸收使乳房發生炎癥。

➢ Oliviero 等研究發現，產前3 周飼喂高DF 日糧明顯改善了圍產期母豬便秘，母豬飲水以及產后5 d 的仔豬體重都顯著好于對照組。

➢ 譚成全報道，添加魔芋粉高纖維組母豬分娩前1 d、分娩后4 d 和5 d 的糞便評分顯著提高，便秘發生率有降低的趨勢。可能是因為DF 的吸水膨脹特性，其次是DF 可改善妊娠母豬糞便菌群組成。

【妊娠期DF對母豬泌乳期的影響】

➢  Reese 等報道， 多個繁殖周期連續添加纖維更利于增加母豬泌乳期采食量。

孫海清報道，與玉米豆粕對照組比妊娠日糧添加2.1% 魔芋粉顯著提高了母豬在泌乳期的平均日采食量。

➢  Quesnel 等在母豬妊娠日糧中添加19.5% 的甜菜渣，明顯提高母豬泌乳期采食量。

➢  Renteria-flores 等在玉米豆粕型母豬妊娠日糧中添加21.25% 大豆殼，使可溶性纖維（SF）和不可溶性纖維（ISF）均高于對照組，結果表明高DF 組母豬泌乳期采食量極顯著高于對照組；而添加13.08% 小麥稈高DF 組卻沒有提高母豬泌乳期采食量。

妊娠期采用高DF 的日糧可以提高仔豬的生長性能。

➢ Matte 等研究表明，在母豬妊娠日糧中添加不同來源的DF 在1 個繁殖周期并沒有對仔豬初生窩重產生顯著影響，而在第2 個繁殖周期卻顯著提高了仔豬初生窩重以及斷奶窩重。

➢ Veum 等持續3 個母豬妊娠期添加小麥桿顯著提高了母豬泌乳期采食量，雖然第1 個繁殖周期仔豬性能在各日糧處理間沒有差異，但隨后2 個妊娠期持續添加高纖維均提高了產活仔數、斷奶仔豬數、仔豬初生窩重和仔豬斷奶窩重。但Quesnel 等同樣發現，高纖維組仔豬泌乳期增重顯著高于低纖維組。

➢ Darroch 等在母豬妊娠日糧中分別添加20% 和40% 的豆殼沒有對斷奶前仔豬生長產生顯著影響。對各試驗結果分析后發現，提高了母豬泌乳期采食量的試驗一般會改善仔豬生長，沒有提高母豬泌乳期采食量則不會對仔豬生長性能產生顯著影響。母豬妊娠期添加日糧纖維對仔豬生長速度的影響見表4。

　　妊娠母豬飼喂合理的高DF 日糧，可以增加飽腹感和減少刻板行為，又不給母豬提供過高的能量；還可以改善母豬的繁殖性能和哺乳性能。當今，養殖業面臨著環境保護的巨大壓力，單從營養上講，應以適應豬營養需要的模式來配制日糧，以做到減少氣體和排泄物的排放量。DF 因其具有減少氨氣排放、促進腸道健康并提高動物福利的作用應受到重視，發揮DF 這一功能，對于維持和促進我國畜牧行業可持續發展具有重要意義。

4、小 結

　　總體來講，限制DF 使用的主要原因是人們以往對纖維負作用的認識，但隨著研究的不斷深入和技術發展， DF 重新回到人們的視野，而且對于解決一些營養難題， 譬如仔豬斷奶應激、母豬便秘、乳房炎以及我國飼料原料短缺等提供了方向和可能。另一原因是由于DF 大多來自于谷物加工副產物，原料中毒素含量、適口性也制約纖維的使用。DF 并非單一物質，其化學組成和結構復雜，隨著分析技術的創新和應用，未來逐漸擴大對原料中DF 的認識，可以根據DF 的溶解性、發酵性、吸水性，將DF 組合使用，以期達到最佳的飼喂效果和原料利用率。

來源： 中國畜牧雜志 作者：岳隆耀