非淀粉多糖(non-starch polysaccharides, NSP)是谷物饲粮中常见的抗营养因子,主要以阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖和其他聚合物的形式存在于谷物的糊粉、胚乳和果皮或种皮中[1]。前人的研究已经证明NSP的高黏度和系水能力会干扰其他营养物质的消化和吸收,减少消化酶与底物的接触时间,影响肠道内菌群结构,进而导致畜禽生长性能的下降[2-4]。豆粕是猪饲粮中最为常用的植物性蛋白质原料,其质量优良且稳定[5]。但豆粕中同样含有抗营养因子,包括蛋白酶抑制因子、凝集素、大豆抗原蛋白和低聚糖(棉籽糖和水苏糖)等[6]。蛋白酶抑制因子、凝集素可以通过热加工降低到动物可耐受的程度,而NSP、低聚糖与大豆抗原蛋白则具有热稳定性[7]。此外,木聚糖通常与细胞壁蛋白结合,因此有理由认为在饲粮中添加由NSP酶与蛋白酶组成的复合酶可以取得较好的降解效果。
目前,酶制剂在实际生产中已取得良好的应用效果。Tiwari等[8]在含玉米干酒糟及其可溶物(DDGS)的育肥猪饲粮中补充木聚糖酶及甘露聚糖酶后,提高了总NSP及总能的回肠表观消化率,并降低了空肠食糜黏度;Pan等[9]发现,猪饲粮中补充蛋白酶可以提高能量的利用效率,减少氮素损失,并显著提高干物质(DM)、有机物(OM)和粗蛋白质(CP)的全消化道表观消化率以及氨基酸的回肠表观消化率;Liu等[10]分别在含麦麸和大豆皮的生长猪饲粮中补充复合NSP酶,发现OM和CP的表观消化率均得到提高。
目前大多数研究主要探索不同酶制剂对大麦、燕麦或DDGS等农副产品作为基础饲粮的作用,对于酶制剂是否能够提高玉米-豆粕型饲粮利用效率的研究较少。玉米和豆粕是猪饲粮中占比较高的饲料原料,其NSP的含量分别为9.5%和19.2%,且主要为纤维素和阿拉伯木聚糖[11-12],远低于大麦、高粱或小麦等。因此,通过添加酶制剂以提高豆粕和玉米的利用效率更具挑战性。因此,本试验通过在玉米-豆粕型饲粮中添加一种由NSP酶与蛋白酶组成的复合酶制剂,评估其对断奶仔猪生长性能、营养物质表观消化率、血清抗氧化指标及内源消化酶活性的影响,为复合酶在实际生产中的应用提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验所用复合酶制剂由杜邦公司(美国)提供,主要成分为纤维素酶(4 000 U/g)、α-淀粉酶(1 500 U/g)、β-葡聚糖酶(150 U/g)和中性蛋白酶(3 000 U/g)。根据体外试验结果及生产公司建议,添加量为1 000 mg/kg。
1.2 试验动物及设计试验选取84头28日龄断奶、初始体重为(7.22±0.22) kg的“杜×长×大”三元杂交仔猪,按照随机完全区组设计,将仔猪按照性别和体重随机分配到2个组中,每组7个重复,每个重复6头猪(公母各占1/2)。对照组仔猪饲喂玉米-豆粕型基础饲粮,复合酶组仔猪饲喂在基础饲粮基础上添加1 000 mg/kg复合酶制剂的试验饲粮。饲养期为35 d,分为前期(1~14 d)和后期(15~35 d)2个阶段。
1.3 基础饲粮试验用基础饲粮根据NRC(2012)推荐的断奶仔猪营养需求配制,为粉末状配合饲料。基础饲粮组成及营养水平见表 1。
饲养试验在中国农业大学丰宁动物试验基地开展,仔猪饲养在全漏缝地板网床上,自由采食和饮水,按常规程序进行驱虫和免疫,并定期对猪舍进行清洁消毒。舍内环境温度由恒温控制仪自动调节,定时开窗通风。
1.5 样品采集 1.5.1 血清样品在试验第14和35天清晨进行采血,仔猪采血前需空腹8 h。每个重复内各选取1头健康仔猪于前腔静脉处采血约5 mL,静置1 h,随后3 500 r/min(约2 800×g)离心10 min,吸取上层血清于-20 ℃保存。
1.5.2 肠道黏膜及胰脏样品饲养试验结束后,每组各选4头(公母各占1/2)体重接近该组平均体重的健康仔猪进行屠宰。取胰脏、空肠及回肠后段肠段约15 cm,以无菌载玻片小心刮取肠道表面黏膜,储存在1.5 mL冻存管内,并用液氮速冻后于-80 ℃储存。
1.6 检测指标 1.6.1 生长性能试验第1、14和35天早晨对仔猪进行空腹称重,计算仔猪的平均日增重(ADG),并统计采食量以计算平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。
1.6.2 营养物质表观消化率配制饲粮时,额外添加三氧化二铬(Cr2O3)作为外源指示剂,每种饲粮取500 g样品用于测定各营养物质含量。在每个试验阶段最后3 d收集粪便样品,每栏收集约200 g,混匀后放入无菌自封袋内中并暂时储存在-20 ℃冷库内。收粪结束后,所有样品于65 ℃烘箱中干燥72 h,粉碎过40目筛。
营养物质表观消化率的计算公式如下:
血清总超氧化物歧化酶(T-SOD)与谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性、总抗氧化能力(T-AOC)及丙二醛(MDA)含量均采用比色法测定,所用试剂盒均购自南京建成生物工程研究所,操作步骤按试剂盒说明书进行。
1.6.4 内源消化酶活性空肠、回肠黏膜中麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶和以及胰脏中胰淀粉酶、胰脂肪酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶活性采用南京建成生物工程研究所生产的试剂,使用UV-VIS分光光度计(UV1100,MAPADA,上海)进行测定。
1.7 数据处理及统计分析所有原始数据通过Excel 2010整理后,使用SAS 9.2统计软件对相关指标进行单因素方差分析,并进行t检验。所有结果以P < 0.01为差异极显著,P < 0.05为差异显著,0.05≤P < 0.10为有变化趋势。
2 结果 2.1 复合酶制剂对断奶仔猪生长性能的影响复合酶制剂对断奶仔猪生长性能的影响见表 2。与对照组相比,饲粮中添加复合酶制剂可以显著降低试验全期的F/G(P < 0.05),同时试验前期(P=0.09)及后期的F/G(P=0.05)有降低趋势;饲粮中添加复合酶制剂对断奶仔猪各阶段的ADG、ADFI无显著影响(P > 0.05)。
复合酶对断奶仔猪营养物质表观消化率的影响见表 3。与对照组相比,饲粮中添加复合酶制剂能显著或极显著提高断奶仔猪前期及后期中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和粗脂肪(EE)的表观消化率(P < 0.05或P < 0.01),有提高前期OM(P=0.07)、CP(P=0.09)和GE的表观消化率(P=0.08)以及后期CP(P=0.07)和GE的表观消化率(P=0.09)的趋势,对其余指标无显著影响(P>0.05)。
复合酶制剂对断奶仔猪血清抗氧化指标的影响见表 4。在试验第14天时,与对照组相比,饲粮添加复合酶分别极显著和显著提高断奶仔猪血清T-AOC活性(P < 0.01)和血清T-SOD活性(P < 0.05),同时显著降低了血清MDA含量(P < 0.05),血清GSH-Px活性也有增高的趋势(P=0.06);在试验第35天,复合酶组显著提高了血清GSH-Px活性(P < 0.05),其余指标无显著差异(P > 0.05)。
复合酶制剂对断奶仔猪内源消化酶活性的影响见表 5。与对照组相比,饲粮中添加复合酶制剂可以显著提高空肠黏膜中蔗糖酶、回肠黏膜中蔗糖酶与乳糖酶以及胰脏中胰脂肪酶活性(P < 0.05),有提高空肠黏膜中麦芽糖酶活性的趋势(P=0.07),对其余指标无显著影响(P > 0.05)。
在饲粮中补充外源性的NSP酶及蛋白酶,可以降低NSP、大豆球蛋白和蛋白酶抑制因子等的抗营养作用,提高饲粮营养物质的消化率,从而提高仔猪的生长性能和饲料利用效率。Papadopoulos等[13]研究表明,在饲粮中添加0.5 g/kg的复合NSP酶可以显著降低试验后期的F/G。Prandini等[14]在2种不同的去壳大麦饲粮中添加NSP酶,发现能够显著提高仔猪的全期ADG,并降低全期的F/G。Owusu-Asiedu等[15]通过添加不同剂量的木聚糖酶与β-葡聚糖酶的复合酶,发现复合酶不仅能够显著降低全期F/G,还可以提高NSP与部分单糖的表观消化率。另外,李洪龙等[16]发现添加0.1%的金属蛋白酶制剂可以显著地降低F/G,并显著提高了CP与EE的表观消化率。叶慧等[17]研究发现,玉米-豆粕型饲粮中添加20 000 U/kg的酸性蛋白酶后,断奶仔猪的ADG显著提高5.71%,F/G显著降低6.71%。本试验发现,在玉米-豆粕型饲粮中添加含有NSP酶与中性蛋白酶的复合酶制剂,可显著降低全期F/G,提高前期及后期仔猪对NDF、ADF和EE的表观消化率,同时仔猪在试验第14与35天的体重分别提高了3.5%和3.9%,仔猪前期和后期ADG分别提高了2.73%和4.36%。可见,虽然玉米-豆粕型饲粮相较于麦类饲粮抗营养因子含量要低,但该复合酶制剂对断奶仔猪仍具有一定的改善生长性能的效果。这是因为,NSP酶将更多的营养物质从谷物细胞壁内释放出来,中性蛋白酶则将豆粕中哺乳动物难以分解的大豆抗原蛋白等分解成易吸收的小肽和氨基酸[18-19],增加了营养物质的浓度,并能够增强断奶仔猪的抗氧化能力与消化酶活性[20],从而提高断奶仔猪的生长性能和营养物质消化率。
3.2 复合酶制剂对断奶仔猪血清抗氧化指标的影响正常情况下,动物机体内的自由基代谢处于动态平衡,从而维持动物机体的健康状态。由病理或应激引起的过量氧自由基生成,会对动物机体产生损伤[21]。机体自身的酶促抗氧化系统包括超氧化物歧化酶(SOD)和GSH-Px等。SOD能清除超氧阴离子自由基,消除其对细胞膜的损伤作用;GSH-Px则针对机体内的过氧化氢(H2O2)及一些脂类的过氧化自由基,抑制其生成,从而达到抗氧化的目的[22];T-AOC作为评价机体抗氧化能力的综合指标,包括酶类和非酶类抗氧化物(如维生素C)的共同作用。MDA是脂质过氧化物降解的主要产物,其含量越高,则表明机体的抗氧化能力越弱[23-24]。目前有关复合酶制剂对断奶仔猪血清抗氧化指标影响的研究相对较少,其具体的机制也尚不清晰。杨丽娜[25]研究发现,饲粮中添加0.05%和0.15%的复合酶(主要成分为酸性蛋白酶、真菌淀粉酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、葡萄糖氧化酶、酸性纤维素酶和半乳糖苷酶)均能显著提高断奶仔猪血清T-AOC、GSH-Px与SOD活性,降低MDA含量。Han等[26]研究发现,抗生素组仔猪饲粮中添加NSP酶及酸性蛋白酶的复合酶,可以显著提高血清GSH-Px活性,并显著降低MDA含量;无抗生素组仔猪饲粮中添加该复合酶,与抗生素+复合酶组相比,血清MDA含量显著降低。本试验研究得出的结论与前人研究相似,表明该复合酶制剂有提高仔猪血清抗氧化能力的效果,其原因可能是复合酶制剂中的NSP酶将NSP分解为寡糖,寡糖的益生作用调节了肠道内菌群结构,使有益菌的数量提高,有害菌的数量降低,并减少了肠道后段的异常发酵[27-29],同时复合酶制剂中的中性蛋白酶降低了豆粕抗营养因子的作用,促进了仔猪肠道的发育及健康,从而提高了机体的抗氧化能力和健康状况。
3.3 复合酶制剂对断奶仔猪内源消化酶活性的影响内源消化酶的活性是评价胃肠道消化功能强弱的重要指标之一。同一肠段内某消化酶活性的升高表明该酶的分泌量增加,同时还反映出该酶相应底物浓度的升高。二糖酶能够将二糖分解为动物可吸收利用的单糖,其活性的高低直接反映了动物肠道对饲粮中糖类的消化利用能力[30-31]。胰脏作为重要的消化器官,饲粮中的蛋白质、糖类和脂肪等营养物质需要经过胰腺分泌的消化酶处理,才能被小肠上皮细胞吸收利用[32]。许梓荣等[33]研究发现,在大麦-豆粕型饲粮补充NSP酶可以显著提高空肠黏膜中麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶和γ-谷氨酰转移酶的活性。Zuo等[34]研究了蛋白酶对断奶仔猪内源消化酶活性的影响,结果表明,添加200和300 mg/kg蛋白酶的试验组胰蛋白酶、胰淀粉酶和胃蛋白酶的活性均显著高于对照组。但Li等[35]研究表明,在大麦饲粮中添加1.5 g/L的NSP酶对胰腺中消化酶和空肠黏膜中二糖酶活性无显著影响,回肠黏膜中γ-谷氨酰转移酶活性显著提高了118.75%。上述2篇文献研究结果不同,可能与酶制剂的种类和使用剂量有关。Zuo等[34]添加的蛋白酶剂量较低,可能促进了3种内源性蛋白酶的合成,从而提高了对饲粮中CP的消化率;Li等[35]添加的NSP酶剂量较高,对于饲粮中的NSP水解更彻底,消除了NSP的营养屏障作用,增加了内源性消化酶与底物的接触,使其能更好地发挥消化功能。本试验表明,饲粮中添加复合酶制剂能够显著提高空肠黏膜中蔗糖酶、回肠黏膜中蔗糖酶与乳糖酶及胰脏中胰脂肪酶活性,说明肠道食糜中二糖酶所对应的寡糖类底物浓度升高,从而证明玉米-豆粕型饲粮中添加由NSP酶与蛋白酶组成的复合酶制剂可以有效降解饲粮中多糖类成分。可见,在饲粮中补充外源性的消化酶,可以将更多的营养物质从细胞内释放出来[36-37],提高消化底物的浓度,增强内源性消化酶的活性和消化作用,从而改善断奶仔猪的生长性能。
4 结论在玉米-豆粕型饲粮中添加1 000 mg/kg由NSP酶与蛋白酶组成的复合酶制剂可以降低断奶仔猪的F/G,提高营养物质的消化率,增强的血清抗氧化能力,降低氧化应激对断奶仔猪健康的损害,并提高内源消化酶活性,对于改善断奶仔猪的生长性能具有一定的效果。
致谢: 感谢中国大学动物科技学院尚庆辉博士对文稿所提的宝贵意见。[1] |
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