粗纤维的营养作用及在生产中的应用研究进展张龙

粗纤维的营养作用及在生产中的应用研究进展山东农业大学动物科技学院动物科学专业 12级 5班 张龙摘要：本文综述了粗纤维的营养作用及生产中的应用研究进展，包括其应用的效果及可能的作用机理。粗纤维作为一种结构性碳水化合物，是一个粗略的概念，传统的测定粗纤维的方法是对样品经稀酸、稀碱消煮后，剩余的成分即为粗纤维。这不是精确的分析方法，因为实际上粗纤维中还包括纤维素、半纤维素和木质素等成分，这些成分营养特性是有很大差异的。根据各种家畜自身特点，又分为单胃动物和反刍动物，其中单胃动物中家禽和家畜对粗纤维的营养消化吸收方式又不一样。因此研究粗纤维的营养作用要结合生产实际，这项研究的进展对指导动物生产和合理利用粗纤维具有重大意义。关键词：粗纤维，作用机理，应用研究Crude fiber nutritional role in the production and application of research progressSummary: This paper reviews the role of nutrition research progress of crude fiber and production applications, including the effect of its application and possible mechanism of action. Crude fiber as a structural carbohydrate, is a rough concept, the traditional method is for the determination of crude fiber samples were acid, dilute alkali spreading boiled, remaining ingredients is crude fiber. This is not a precise method of analysis, because in fact, crude fiber also includes cellulose, hemicellulose and lignin and other ingredients, nutritional characteristics of these components are very different. According to various livestock own characteristics, is divided into monogastric animals and ruminants, which monogastric animals, poultry and livestock, crude fiber digestion and absorption of nutrients not the same way. Therefore, crude fiber nutrition research to actual production, the progress of the study to guide the rational use of animal production and crude fiber of great significance.Keyword: Crude fiber, mechanism of action, applied research引言粗纤维是植物细胞壁的主要组成部分。人们对日粮纤维的研究已经有相当长的时间过去人们认为日粮纤维(DF) 不能被动物消化吸收, 不仅本身无营养价值, 还会增加能量消耗, 降低饲料利用率。直至上世纪70 年代, 随着对膳食纤维在营养与生理方面的深入研究, 人们才逐渐认识到纤维对动物的生产性能和健康状况都有重要意义。大量研究表明: 纤维多糖可被后肠道内有益菌发酵降解, 抑制有害菌繁殖, 调控消化道微生物群落平衡, 提高动物生产性能, 保障人类健康。随着人们对饲料化学成分和植物学结构研究的深入, 对日粮纤维的营养作用应当给予科学的评价, 既要看到其有利方面, 又要看到其不利影响; 在实际生产中应趋利避害, 科学合理地利用纤维类饲料资源。1粗纤维的概念目前学术界对饲料粗纤维的测定和研究已经有二三百年历史。但是，营养学家对粗纤维的概念远未获得统一的看法。学术界普遍的看法是主要集中于谷类的麸皮，果蔬类的表皮及其纤维组织中，它不是一个化学实体，经典的方法测定出的粗纤维以纤维素为主，还有少量的半纤维素和木质素。Trowell（1972）对粗纤维的定义，就是将其看成一种不被哺乳动物消化酶所消化的日粮组成成分，但是有一些其他物质也不能被消化酶消化，因此这一定义具有局限性；Cummings（1981）把粗纤维看成是一种非淀粉多糖（NSP）和木质素的总和。VanSoest（1970）提出了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的概念，并根据公式计算出了纤维素和半纤维素的含量。这些方法大大推进了人们对粗纤维的认识，加速了在生产中的应用，根据其含量针对不同家畜给予其用量。2粗纤维的理化性质.2.1 黏连性粗纤维一旦在家畜体内溶解后，多糖分子之间通过相互缠绕和化学键连接成网状结构，使其消化液呈现一定黏性，且粘度和其多糖分子量，侧链分支程度有关，所以家畜食用一定量粗纤维饲料后易产生黏粪现象。2.2 发酵性粗纤维不能被单胃动物自身消化酶所降解，只有进入大肠后才能被微生物发酵利用，生成挥发性脂肪酸(VFA)。纤维多糖的可发酵性与其化学结构，纤维木质化程度和动物总类有关。对于同种豌豆纤维，鸡的消化率仅为 10%，而猪可达 68%（Jorgensen,1996）。就单胃动物而言，对粗纤维的敏感性：鸡鼠猪兔；成年动物消化率高于幼龄动物。但是总的来说，单胃动物对粗纤维的消化率较低；由于反刍动物拥有强大的瘤胃，其中瘤胃微生物消化利用纤维的基础是可以产生纤维素酶类，借助微生物产生的 B-糖苷酶，消化宿主动物不能消化的纤维性物质，将其降解为 VFA（乙酸，丙酸，丁酸），显著增加饲料总能(GE)的可利用程度。粗纤维在瘤胃内发酵产生的 VFA 是反刍动物主要能源物质。2.3 结合性纤维多糖分子通过共价键偶联作用和饲料中蛋白质，多酚和消化道中的一些小分子（如维生素 A 和 E，植酸及多种无机离子等）形成聚合物，从而影响了它们的利用率。如小麦糊粉层细胞壁中与阿拉伯木聚糖，B-葡聚糖结合的赖氨酸和矿物质分别占其在小麦中总含量的 30%和 60%。3. 粗纤维对单胃动物的营养作用3.1 供能Miller 等认为，日粮中部分纤维多糖在适宜的酸碱环境下可被后肠消化道微生物所降解，以 VFA（主要是短链脂肪酸 SCFA）的形式为动物吸收利用。其中乙酸主要氧化供能，丙酸生成酯，丁酸被大肠上皮细胞吸收后迅速转化为乙酸或被氧化分解。3.2 刺激胃肠道发育，维持肠胃正常蠕动据报道，在仔猪料中添加粗纤维，可促进仔猪肠道发育。大肠内发酵产生的 VFA 主要是丁酸，是结肠上皮细胞生长的主要能源；同时 VFA 也会促进小肠内指状绒毛的生长和发育。肠胃正常蠕动是影响养分吸收的重要因素，动物摄入适量粗纤维，通过调节胃肠道食糜排出速度进而保证肠道的畅通。3.3 增加饱感当日粮纤维水平增加时，能量水平降低，猪的采食量会增加。日粮纤维水平增加 1%，饲料采食量会增加 3%，但当日粮纤维水平过高时，采食量反而下降；造成这一现象的原因很多，其一，可能是动物消化道容积有限，而日粮纤维所占的体积又较大；其二，可能是由于日粮纤维含量过高，影响适口性。3.4 改善胴体品质适当提高日粮纤维水平，可以使动物的胴体脂肪含量下降，瘦肉率提高，从而改善胴体品质。一些研究表明，适宜的纤维水平不仅可以保持怀孕母猪的体况，而且对母猪的健康状况没有有害影响。3.5 维持肠道微生物平衡单胃动物后消化道内存在大量细菌，正常情况下，有益菌占优势，不同菌种间形成一种相对稳定的生态系统，这对宿主的生命活动是至关重要的。日粮纤维可被后肠道内有益菌发酵降解，并作为肠道内细菌代谢的能量来源，有利于微生物区系平衡的维持，防止动物消化功能紊乱。断奶仔猪日粮中添加一定量粗纤维，可预防腹泻，维持仔猪健康。其机理可能是发酵产生的 VFA 可通过大肠对水的吸收和抑制有害菌的生长来预防仔猪腹泻。3.6 解毒作用日粮纤维可吸附饲料和消化道中产生的某些有害物质，使其排出体外。适量的日粮纤维在后肠发酵，可降低后肠内容物的 PH，抑制大肠杆菌等病原菌的生长，防止仔猪腹泻。4. 粗纤维对反刍动物的营养作用4.1 维持瘤胃的正常功能淀粉和中性洗涤纤维（NDF）是瘤胃内产生挥发性脂肪酸的主要底物。淀粉在瘤胃内发酵比 NDF 快。若日粮中纤维水平过低，淀粉迅速发酵，大量产酸，降低瘤胃液 PH，抑制纤维分解菌活性，严重时可导致酸中毒。日粮纤维能结合 H+,本身就是一种缓冲剂，粗饲料的缓冲能力比籽实高 3 倍左右。此外，日粮纤维可通过刺激咀嚼和反刍，促进动物唾液分泌增加，从而间接提高瘤胃缓冲液能力。研究表明，适宜的日粮纤维水平对消除大量进食精料所引起的采食量下降，纤维消化降低，防止酸中毒，瘤胃黏膜溃疡是绝对不可缺乏的。日粮纤维低于或高于适宜范围，不利于能量利用。NRC 推荐泌乳牛饲粮至少应含 20%的酸性洗涤纤维（ADF）或 25%的 NDF，并且饲粮中 NDF 总量中的 75%必须由粗饲料提供。4.2 维持动物正常的生长性能饲粮中纤维水平过低，瘤胃液挥发性脂肪酸中乙酸减少，导致乳脂肪合成减少，所以将饲粮纤维控制在适宜的水平上，可维持动物较高的乳脂肪率和产乳量。4.3 为动物提供大量能源日粮纤维在瘤胃中发酵所产生的挥发性脂肪酸是反刍动物主要的能源物质。挥发性脂肪酸能为反刍动物提供能量需要的 75%，可见日粮纤维发酵对反刍动物能量代谢的重要意义。饲料中粗纤维对不同动物生理生产性能影响Of crude fiber on different physiological animal performance反刍动物 粗纤维对不同类型动物影响犊牛 消化系统酶发育不健全，缺少瘤胃微生 物的帮助，因此添加粗纤维量应严格控制， 这样既有利于犊牛健康发育又能增加咀嚼。羔羊 瘤胃发育不健全，还没有形成体内微 生物系，没有消化粗纤维的能力，不能采食利用草料等含粗纤维多的饲料。成年牛 消化系统发育完善，瘤胃微生物形成区系，粗纤维在瘤胃中具有缓冲作用防止酸中毒，维持较高乳脂率和产乳量所必须。成年羊 瘤胃机能基本完善，可以采食大量的牧草和青贮饲料，发酵所产生的挥发性脂 肪酸提供约 75%的能量。畜禽仔猪 采食少量粗纤维可被后肠道内有益菌有益菌发酵降解，预防腹泻，维持仔猪健康的生长。仔鸡 在饲料中添加纤维素复合酶对肉仔鸡 生产性能，改善胴体品质使动物的胴体脂 肪含量下降，瘦肉率提高。育肥猪 粗纤维可降低日粮消化能浓度，增加采食量，吸附饲料中某些有害物质，抑制大肠杆菌在后肠的生长。育成鸡 鸡没有牙齿，在嗉囊短时间浸泡，进入肌胃和腺胃，对粗纤维消化能力差，控 制用量有助于改善胴体品质。5. 粗纤维对三大营养物质的影响5.1 对蛋白质的影响由于粗纤维的摄取，动物对其饲料中蛋白质的消化也有影响。原因如下:日粮纤维在消化道内形成黏性屏障，阻止消化酶与底物的接触，从而降低蛋白质消化率；日粮纤维增加外源氮和内源氮的数量；粗纤维的发酵和微生物氮的合成，增加粪氮的排出量。Misenthin对猪的实验结果阐述为日粮纤维可通过加速肠粘膜脱落和增加消化液的分泌量来增加粪内氮的分泌。原文引用:（Dietary fiber can be increased by accelerating intestinal shedding and to increase the secretion of digestive juice secretion of manure nitrogen.）。5.2 对粗脂肪的影响Smiths（ 1996）的试验表明，食糜粘度增高，胆汁酸浓度下降，从而使乳化脂肪的能力下降导致脂肪的消化率降低；日粮纤维的增加会引起脂肪消化率的降低，可能是由于内源脂肪的含量增加和微生物脂肪含量增高所致。日粮纤维水平增高同样也会引起内源脂肪的损失增加。原文引用：Chyme viscosity increases, the bile acid concentration, so that due to the reduced ability of emulsfied fat digestibility of fat decrease;increasing dietary fiber will cause a decrese in fat digestibility may be due to increased endogenous levels of fat and microbial fat content incresed due. Increased levels of dietary fiber within the same source of fat loss can also cause increased.5.3 对碳水化合物的影响 Edwards等（1998 ）报道，日粮纤维会阻碍消化道内葡萄糖对流和扩散；Chesson(1995)的试验证明，日粮纤维对消化液的稀释作用， 酶对底物的作用受到限制，从而降低了淀粉的消化率；还有可能是通过对激素的作用而间接调控碳水化合物的代谢。原文引用：Dilution effect of dietary fiber on digestion, enzyme substrates to be limited, thus reducing the digestibility of starch; There may be through indirect effects on hormone regulation of carbohydrate metabolism. 6. 粗饲料的加工调制（对其中粗纤维的处理方法）6.1 物理方法 将秸秆切短、粉碎、水浸、蒸煮和热喷等,以增加瘤胃微生物对秸秆的接触面积, 提高通过消化道的速度, 增加采食量, 消毒灭菌。牛饲用秸秆适宜长度为 4 5cm, 羊饲用为23cm。如果过细, 消化率反而会降低。6.2 化学方法碱处理: 每 100kg 秸秆用 3 5kgNaOH 或 3 6kg 生石灰。经碱处理后的秸秆, 消化率提高 12% 15%。但牛羊采食碱化秸秆后饮水增多, 排尿量增加, 尿中 Na+ 和 Ca2+ 增加, 易造成环境污染。氨化处理: 氨化秸秆按原料干物质的 3% 4% 注入氨,Sundstol 认为，只有在较高温度条件下进行氨化处理, 才能最大限度地提高氨化秸秆的含 N 量。氨化处理可提供反刍动物非蛋白氮( NPN) , 强化 CP 的营养效果。经氨化的秸秆 , 一般需 35d 的日晒风吹, 将氨全部放掉, 才可饲喂。添加尿素: 秸秆存在脲酶, 将尿素分解成氨, 对秸秆产生氨化作用。在尿素处理中, 每 1kg 秸秆中加入 50g 尿素。6.3 生物方法主要是秸秆发酵处理和加酶处理。利用具有分解 CF 能力的细菌和霉菌, 在一定培养条件下发酵秸秆类饲草, 使植物细胞壁破坏, 产生菌体蛋白, 从而提高粗饲料的营养价值。几种饲料原料中粗纤维含量Several crude fiber content of feed ingredients 饲料原料（CFN) 粗纤维含量 （CF%) 玉米(4-07-0278) 1.2玉米（4-07-0288） 2.6 玉米（4-07-0279） 1.6玉米(4-07-0280) 1.6小麦（4-07-0270） 1.9黑麦（4-07-0281） 2.2小麦麸（4-08-0069） 6.5小麦麸（4-080070） 6.8大豆饼（5-10-0241） 4.8大豆粕（5-10-0103） 4.0 大豆粕（5-10-0102） 5.2棉籽饼（5-10-0118） 12.5棉籽粕（5-10-0119） 10.2棉籽粕（5-10-0117） 10.5菜籽饼（5-10-0183） 11.4菜籽粕（5-10-0121） 11.87 粗纤维在生产中的应用研究进展7.1 粗纤维在家禽中的应用研究研究利用全收粪法测定海兰褐蛋鸡高纤维日粮中相关养分消化率。根据日粮纤维不同水平对 08 周龄海兰褐蛋鸡体重、体尺、内脏器官发育、免疫器官发育、肠道形态结构、血清生化指标、盲肠纤维素酶活性的影响,并采用 PCR-DGGE 技术研究了日粮纤维水平对盲肠微生物定植规律的影响。选取同批孵化的健康固始鸡慢羽纯系雏鸡 1 152 只,随机分为 6 组,每组设 4 个重复,每个重复 48 只,公母各半,分别饲喂含粗纤维 2.51%（对照组） 、3.4796（试验组） 、4.58%（试验组） 、5.57%（试验组） 、6.68%（试验组） 、7.79%（试验组）的日粮,饲养期 8 周。研究了日粮不同纤维水平对 08 周龄固始鸡体重、体尺、内脏器官发育、免疫器官发育、肠道形态结构、血清生化指标、盲肠纤维素酶活性的影响,并采用 PCR-DGGE技术研究了日粮纤维水平对盲肠微生物定植规律的影响。结果表明在 6 周龄和 8 周龄时,试验组与对照组间胫围、胸宽、胸深、体斜长、骨盆宽差异不显著。肌胃、肝脏、胰脏试验组与对照组相比出现一定程度的代偿性生长,但器官重组间差异不显著试验组的十二指肠、空肠、回肠的绒毛高度均随日粮中粗纤维含量增加而增加,隐窝深度随日粮粗纤维含量增加而降低,盲肠的绒毛高度随日粮纤维含量增加而增加。7.2 粗纤维在猪生产中的应用研究不同纤维源对猪生长性能、养分消化率、胴体组成和肉品质的影响。试验选用 125 头初始体重为(7.970.22)kg 健康 DLY 断奶仔猪,随机分为 5 个处理,每个处理 5 个重复,每个重复 5 头猪,分别饲喂对照日粮以及分别添加玉米纤维(MF)、大豆纤维(SF)、小麦麸纤维(WF)和豌豆纤维(PF)的日粮。试验期分为仔猪阶段(820kg)、生长阶段(2050kg)和育肥阶段(50100kg),3 个阶段 4 种日粮纤维的添加量分别为10%、20%、30%,并于饲养试验内每个阶段中后期进行为期 4d 的消化试验。试验猪体重约100kg 时结束试验。结果表明在仔猪阶段,各处理组都不同程度的提高了仔猪末重、ADFI 和 ADG。与对照组相比,大豆纤维组和玉米纤维组仔猪腹泻率略有提高,小麦麸纤维组和豌豆纤维组仔猪腹泻率略有降低。在生长阶段,与对照组相比,处理组猪的 ADFI 和 ADG 略有下降。在育肥阶段,与对照组相比,大豆纤维组猪的末重和 ADG 显著降低；除玉米纤维组外,其余各处理组猪的 ADFI 均极显著降低；大豆纤维组和豌豆纤维组猪的料重比显著降低。8. 结论由此不难看出只要经过加工都能使单胃动物和反刍动物更好的利用，为粗纤维饲料的利用提供了很好的解决办法。然而,不同的粗饲料中粗纤维含量是不同的，因此在进行生产的时候还得认真