楊木低聚木糖對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能、腸道消化酶活性和短鏈脂肪酸含量及血清激素水平的影響

李淑珍 劉 嬌 陳志敏 鄭愛(ài)娟 劉國(guó)華 蔡輝益 徐 勇 常文環(huán)*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部生物飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，南京 210037)

低聚木糖是由2～7個(gè)木糖單元通過(guò)β-1,4糖苷鍵連接而成的低聚糖，具有顯著的益生元生物活性功能，被稱(chēng)為“最強(qiáng)雙歧因子”。與其他益生元產(chǎn)品相似，低聚木糖是不可被宿主消化的碳水化合物，作為微生物發(fā)酵的底物，通過(guò)菌群發(fā)酵發(fā)揮促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)的作用[1]。研究表明，飼糧添加2 g/kg的低聚木糖能夠優(yōu)化腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，改善腸道健康；飼糧添加0.2%和0.5%的低聚木糖都能顯著提高飼料轉(zhuǎn)化率，從而顯著改善畜禽的生長(zhǎng)性能；當(dāng)?shù)途勰咎翘砑恿繛? mg/kg時(shí)，腸道菌群發(fā)酵低聚木糖產(chǎn)生的短鏈脂肪酸刺激有益菌的增殖并且抑制病原菌在腸道內(nèi)的定植，最終建立穩(wěn)定的腸道微生態(tài)環(huán)境，并提高畜禽免疫和抗氧化等生理功能[2-4]。

現(xiàn)有的低聚木糖主要是從玉米芯、甘蔗渣等富含木聚糖的原料中通過(guò)酶定向水解法制備得到的，尚存生產(chǎn)工藝過(guò)程復(fù)雜、生產(chǎn)成本高以及污水負(fù)荷大的問(wèn)題，這限制了其更大規(guī)模的推廣應(yīng)用[5-6]。目前，最新發(fā)展的醋酸催化法，不僅適用于農(nóng)業(yè)秸稈，同時(shí)可以直接處理包括楊木屑的闊葉材原料，可實(shí)現(xiàn)“一步法”生產(chǎn)高得率低聚木糖的效果，產(chǎn)率較酶水解法提高1.2～1.5倍，具有顯著的原料適用性、生產(chǎn)成本低以及環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于拓展低聚木糖的生產(chǎn)原料也具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[7-10]。目前，醋酸催化法催化闊葉材制得的低聚木糖產(chǎn)品的試驗(yàn)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以醋酸催化法從楊木屑中制得的低聚木糖作為添加劑，評(píng)價(jià)其對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能、腸道消化酶活性、盲腸短鏈脂肪酸含量和血清激素水平的影響，為低聚木糖生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及其在飼料工業(yè)中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用低聚木糖產(chǎn)品來(lái)自南京林業(yè)大學(xué)，采用醋酸催化法(5%醋酸溶液)利用楊木屑(15%楊木屑提取物，170 ℃，25 min)制備而成，為液體狀態(tài)，低聚木糖含量為67.6 g/L[11]，pH為6.0，低聚木糖產(chǎn)品的組成見(jiàn)表1。

表1 低聚木糖產(chǎn)品的組成

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用120只1日齡愛(ài)拔益加(AA)肉公雞，隨機(jī)分為2個(gè)組，即對(duì)照組和試驗(yàn)組(低聚木糖組)，每組6個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10只雞。對(duì)照組飼喂基礎(chǔ)飼糧，試驗(yàn)組以0.02%的低聚木糖(即添加2.96 mL/kg低聚木糖提取液)等量替代基礎(chǔ)飼糧中的沸石，試驗(yàn)期為42 d。

1.3 基礎(chǔ)飼糧和飼養(yǎng)管理

基礎(chǔ)飼糧參照《雞飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T 33—2004)的肉雞營(yíng)養(yǎng)需要配制并制粒，其組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表2。試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所南口試驗(yàn)基地進(jìn)行，采用3層立體籠養(yǎng)，整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)肉雞自由采食和飲水，1～3日齡每天光照24 h，4～42日齡每天光照23 h。試驗(yàn)分為前期(1～21日齡)和后期(22～42日齡)2個(gè)階段。

表2 基礎(chǔ)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))

1.4 樣品采集和檢測(cè)

1.4.1 生長(zhǎng)性能測(cè)定和樣品采集

分別于21和42日齡時(shí)，空腹12 h后分別以重復(fù)為單位稱(chēng)量肉雞體重和剩余飼糧，記錄各日齡體重，計(jì)算各階段平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。42日齡時(shí)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取1只與平均體重接近的肉公雞，空腹12 h并稱(chēng)重后，心臟采血于抗凝管中，靜置后于3 500 r/min、4 ℃離心10 min，取上清并儲(chǔ)存在-20 ℃條件下用于檢測(cè)血清激素水平。采集血樣后左頸靜脈放血致死，屠宰后立即取出十二指腸、空腸、回腸和盲腸，分別收集各腸段食糜于2 mL凍存管，置于液氮中保存，按食糜∶生理鹽水=1∶1(質(zhì)量體積比)制備勻漿，在4 000 r/min、4 ℃下離心10 min后取上清，測(cè)定腸道食糜脂肪酶和蛋白酶活性。取盲腸食糜加入250 μL水和250 μL甲醇，制備勻漿，13 200 r/min離心取上清50 μL，加入50 μL內(nèi)標(biāo)、50 μL衍生試劑，常溫衍生30 min，加入50 μL保護(hù)劑，混勻，在13 200 r/min下離心10 min，取上清檢測(cè)短鏈脂肪酸含量。

1.4.2 腸道消化酶活性

腸道脂肪酶和蛋白酶活性用比色法利用A-6半自動(dòng)生化儀(北京松上技術(shù)有限公司)進(jìn)行檢測(cè)，按說(shuō)明書(shū)操作，試劑盒由北京華英生物技術(shù)研究所提供。

1.4.3 盲腸短鏈脂肪酸含量

采用液質(zhì)聯(lián)用外標(biāo)法測(cè)定盲腸食糜短鏈脂肪酸含量，檢測(cè)儀器為Waters ACQUITY UPLC I-CLASS超高效液相色譜和Xevo TQ-S Micro質(zhì)譜儀[沃特世科技(上海)有限公司]。

1.4.4 血清激素水平

采用放射免疫分析法，利用GC-2010型免疫計(jì)數(shù)器(安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司)檢測(cè)血清中生長(zhǎng)激素(GH)、三碘甲腺原氨酸(T3)和甲狀腺素(T4)的含量，試劑盒由天津九鼎醫(yī)學(xué)生物工程有限公司提供，按說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0的單因素方差分析(one-way ANOVA)進(jìn)行分析，采用t檢驗(yàn)比較組間差異顯著性，結(jié)果以平均值和均值標(biāo)準(zhǔn)誤表示，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié) 果

2.1 低聚木糖對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能的影響

由表3可知，各組之間肉雞初始體重差異不顯著(P>0.05)。與對(duì)照組相比，1～21日齡，低聚木糖組肉雞F/G顯著降低(P<0.05)，ADG、ADFI和21日齡時(shí)的體重?zé)o顯著差異(P>0.05)；22～42日齡，低聚木糖組肉雞ADG顯著增加(P<0.05)，F(xiàn)/G顯著降低(P<0.05)，42日齡時(shí)的體重顯著增加(P<0.05)，ADFI無(wú)顯著差異(P>0.05)；1～42日齡，低聚木糖組肉雞ADG顯著增加(P<0.05)，F(xiàn)/G顯著降低(P<0.05)，ADFI無(wú)顯著差異(P>0.05)。

表3 低聚木糖對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能的影響

2.2 低聚木糖對(duì)肉雞腸道消化酶活性的影響

由圖1可知，與對(duì)照組相比，低聚木糖組肉雞十二指腸脂肪酶活性顯著升高(P<0.05),但空腸、回腸和盲腸脂肪酶活性無(wú)顯著差異(P>0.05)。由圖2可知，與對(duì)照組相比，低聚木糖組肉雞十二指腸蛋白酶活性有升高趨勢(shì)(P=0.056)，而空腸、回腸和盲腸蛋白酶活性無(wú)顯著差異(P>0.05)。

數(shù)據(jù)柱標(biāo)注不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

圖2 低聚木糖對(duì)42日齡肉雞腸道蛋白酶活性的影響

2.3 低聚木糖對(duì)肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量的影響

由表4可知，與對(duì)照組相比，低聚木糖組肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量均有所提高，但差異不顯著(P>0.05)。

表4 低聚木糖對(duì)肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量的影響

2.4 低聚木糖對(duì)肉雞血清激素水平的影響

由表5可知，與對(duì)照組相比，低聚木糖組肉雞血清GH和T3含量顯著增加(P<0.05), 血清T4含量顯著降低(P<0.05)，從而使得T4/T3值顯著降低(P<0.05)。

表5 低聚木糖對(duì)肉雞血清激素水平的影響

3 討 論

3.1 低聚木糖對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能的影響

低聚木糖具有顯著的益生元活性，并且可通過(guò)腸道微生物的利用發(fā)揮一系列益生作用，從而能夠顯著改善動(dòng)物的生長(zhǎng)性能[5]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，飼糧添加低聚木糖能夠顯著提高肉雞生長(zhǎng)后期的ADG，并且顯著降低生長(zhǎng)期內(nèi)的F/G，而ADFI無(wú)顯著變化。Chen等[12]研究表明，飼糧添加150 mg/kg低聚木糖使得肉雞ADG顯著增加，生長(zhǎng)后期的F/G顯著降低；Liu等[13]研究表明，飼糧添加200 mg/kg低聚木糖可顯著改善斷奶仔豬腸道形態(tài)，并且通過(guò)提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率顯著降低了生長(zhǎng)后期的F/G，從而改善生長(zhǎng)性能。在本試驗(yàn)中，飼糧添加低聚木糖顯著提高了肉雞十二指腸脂肪酶活性，有提高十二指腸蛋白酶活性的趨勢(shì)，這說(shuō)明低聚木糖能顯著提高肉雞腸道的消化功能，而家禽主要的消化吸收部位在十二指腸，這驗(yàn)證了低聚木糖是通過(guò)促進(jìn)飼料的轉(zhuǎn)化而改善肉雞生長(zhǎng)性能的這一結(jié)論。不少研究證明，飼糧添加寡糖對(duì)腸道消化酶活性有顯著影響，通過(guò)微生物產(chǎn)生的短鏈脂肪酸刺激腸上皮細(xì)胞的增殖，增加有益菌的數(shù)量并改善腸道健康，增強(qiáng)腸道蛋白酶、淀粉酶等酶的活性，從而提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化[14-15]。還有研究表明，低聚木糖通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)阻礙致病菌在腸黏膜上的附著，增加腸絨毛的高度從而改善腸道形態(tài)，促進(jìn)消化酶的分泌，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率[4]，這可以避免過(guò)多的未消化飼糧到達(dá)后腸造成異常發(fā)酵；低聚木糖也能夠增加雙歧桿菌和乳酸菌等有益菌的數(shù)量，而腸道內(nèi)有益菌發(fā)酵可產(chǎn)生消化酶，其代謝產(chǎn)物也能夠促進(jìn)消化酶的分泌，同時(shí)腸道上皮感知微生物群落變化的信號(hào)后可調(diào)節(jié)腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[16]，因此小腸消化酶活性變化與菌群結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及腸道形態(tài)與內(nèi)環(huán)境的改善有關(guān)。研究顯示，低聚木糖對(duì)小腸消化酶活性沒(méi)有影響，但同樣促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化，原因可能是食糜黏度降低，消化酶能與更多的底物接觸[17]。由此可見(jiàn)，低聚木糖可能是促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在腸道的消化吸收從而顯著地改善了肉雞的生長(zhǎng)性能[12，18-19]。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)性能的改善可能與腸道黏膜屏障功能的增強(qiáng)有關(guān)，并且會(huì)隨著低聚木糖添加劑量的增加而更加顯著[20]。

3.2 低聚木糖對(duì)肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量的影響

短鏈脂肪酸是由不可被宿主消化的碳水化合物經(jīng)微生物的發(fā)酵產(chǎn)生的，受到腸道內(nèi)環(huán)境和腸道微生物的共同調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)由飼糧成分變化驅(qū)動(dòng)的微生物群落多樣性的改變會(huì)導(dǎo)致短鏈脂肪酸含量和組成結(jié)構(gòu)的變化，短鏈脂肪酸可作為遞質(zhì)調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能，以及進(jìn)行宿主與微生物之間的信息交流，具有抗炎和提高免疫力的作用[21-22]，因此短鏈脂肪酸對(duì)動(dòng)物體有一定的積極影響。低聚木糖經(jīng)過(guò)消化道前段進(jìn)入盲腸后由微生物發(fā)酵可產(chǎn)生短鏈脂肪酸，已有研究得出低聚木糖能顯著增加肉雞腸道脂肪酸的含量，并且發(fā)現(xiàn)肉雞盲腸短鏈脂肪酸的含量隨飼糧中低聚木糖添加水平的提高而呈線性增加，尤其是乙酸鹽和丁酸鹽的含量[18]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，飼糧添加0.02%的低聚木糖對(duì)肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量沒(méi)有顯著影響，但是低聚木糖組短鏈脂肪酸的含量高于對(duì)照組，有增加的趨勢(shì)，這與McCafferty等[23]的研究結(jié)果相似，可能與低聚木糖的添加量有關(guān)[24]。研究發(fā)現(xiàn)，添加量依次為0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%時(shí)，蛋雞盲腸中乙酸、丁酸等含量隨低聚木糖添加量的增加呈線性增加或者有增加的趨勢(shì)[25]；比較100、250和500 g/t 3種添加水平的飼喂效果，當(dāng)添加量為100 g/t時(shí)，低聚木糖增加腸道食糜中乙酸、直鏈脂肪酸和總脂肪酸含量的效果最好[26]，因此短鏈脂肪酸含量與低聚木糖添加水平之間可能具有劑量效應(yīng)。體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌通過(guò)與沙門(mén)氏菌等致病菌競(jìng)爭(zhēng)底物和附著位點(diǎn)，能更好地利用低聚木糖進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而使得短鏈脂肪酸等益生菌的代謝產(chǎn)物大量積累[27]，而微生物利用低聚木糖的能力與自身的降解酶系統(tǒng)有關(guān)，也與微生物的類(lèi)群有關(guān)[28]，研究發(fā)現(xiàn)盲腸短鏈脂肪酸含量的增加與一些特定菌屬含量的增加有線性關(guān)系，而低聚木糖對(duì)腸道微生物總體多樣性沒(méi)有顯著影響，但能夠促進(jìn)一些有益菌群的增殖[29]，因此需要對(duì)腸道微生物做深入研究。短鏈脂肪酸能夠降低腸道內(nèi)食糜pH，抑制病原菌的增殖，有助于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，低聚木糖不僅能改善動(dòng)物體腸道健康[30]，也能顯著增加腸道短鏈脂肪酸含量[25]，可考慮作為添加劑替代促生長(zhǎng)類(lèi)抗生素。

3.3 低聚木糖對(duì)肉雞血清激素水平的影響

甲狀腺激素通過(guò)信號(hào)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝，能夠直接地反映機(jī)體的基礎(chǔ)代謝率，并且GH的分泌與甲狀腺激素的水平呈正相關(guān)[31]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，飼糧添加低聚木糖能夠顯著增加肉雞血清GH和T3的含量，表明低聚木糖能正向調(diào)控肉雞的生長(zhǎng)速率，而且體重的增加與甲狀腺激素提高基礎(chǔ)代謝率和GH促進(jìn)機(jī)體的生長(zhǎng)有顯著關(guān)系[31]，由此可知，低聚木糖在提高甲狀腺機(jī)能的同時(shí)還能刺激GH的分泌，從而促進(jìn)生長(zhǎng)和代謝，可能是腸道菌群代謝低聚木糖后產(chǎn)生某種遞質(zhì)經(jīng)腸上皮或腸內(nèi)分泌細(xì)胞向神經(jīng)傳遞，從而調(diào)節(jié)甲狀腺激素和GH的分泌[32]，其影響機(jī)理還需進(jìn)一步研究。Sun等[33]研究發(fā)現(xiàn)，5、10和20 g/kg 3種低聚木糖添加水平都能顯著增加肉雞血清甲狀腺激素和GH含量；孫鎮(zhèn)平等[34]研究也顯示低聚木糖添加水平為20 g/kg時(shí)，不但能顯著增加肉雞血清T3和T4含量，而且顯著增加了GH和促腎上腺皮質(zhì)激素含量，進(jìn)而促進(jìn)了機(jī)體的生長(zhǎng)；也有研究顯示，添加不同水平(100、150 和200 mg/kg)的低聚木糖對(duì)淮南麻雞血清GH和甲狀腺激素含量都無(wú)顯著影響，但有增加的趨勢(shì)[35]。本試驗(yàn)中，低聚木糖組肉雞血清T4含量較對(duì)照組顯著降低，可能是由于在低聚木糖的作用下有一部分轉(zhuǎn)化成了作用更顯著的T3，并且總體上T3所占比例更多，Iqbal等[36]的試驗(yàn)也證明了寡糖能顯著增加血清T3含量，而對(duì)血清T4含量無(wú)顯著影響；Ding等[25]研究顯示，不同添加水平的低聚木糖對(duì)血清降鈣素、甲狀旁腺素等激素水平均無(wú)顯著影響。由此可見(jiàn)，低聚木糖對(duì)肉雞血清激素水平影響的研究尚存在一定的差異，可能與低聚木糖的提取方法、添加水平等因素有關(guān)，需要更進(jìn)一步的研究來(lái)解釋。

4 結(jié) 論

飼糧添加以楊木屑為原料、利用醋酸催化法生產(chǎn)的低聚木糖能夠提高肉雞腸道中消化酶的活性，促進(jìn)肉雞GH與甲狀腺激素的分泌，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率，從而改善肉雞的生長(zhǎng)性能。