动物营养学报 >

2025 , Vol. 37 >Issue 2: 868 - 878

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.076

研究论文

单一纤维组分对生长猪净能分配规律的影响

  • 高文君 , 1, 2 ,
  • 李哲 1, 2 ,
  • 师煌伟 1, 2 ,
  • 王璐 1, 2 ,
  • 刘世杰 3 ,
  • 董欣炜 3 ,
  • 赖长华 , 1, 2, * ,
  • 张帅 , 1, 2, *
展开
  • 1 中国农业大学动物科学技术学院,畜禽营养与饲养全国重点实验室,北京 100193
  • 2 国家生猪技术创新中心华北分中心,北京 100193
  • 3 重庆国猪高科技集团有限公司,重庆 402460
*赖长华,研究员,博士生导师,E-mail: ;
张 帅,教授,博士生导师,E-mail:

高文君(1999—),女,江西景德镇人,博士研究生,研究方向为动物营养与饲料科学。E-mail:

Copy editor: 田艳明

收稿日期: 2024-07-19

  网络出版日期: 2025-02-16

基金资助

国家自然科学基金项目(32072764)

国家生猪技术创新中心先导科技项目(NCTIP-XD/C01)

收起

Effects of Single Fiber Component on Net Energy Partition Pattern in Growing Pigs

  • GAO Wenjun , 1, 2 ,
  • LI Zhe 1, 2 ,
  • SHI Huangwei 1, 2 ,
  • WANG Lu 1, 2 ,
  • LIU Shijie 3 ,
  • DONG Xinwei 3 ,
  • LAI Changhua , 1, 2, * ,
  • ZHANG Shuai , 1, 2, *
Expand
  • 1 State Key Laboratory of Animal Nutrition and Feeding, College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China
  • 2 North China Branch of National Center of Technology Innovations for Pigs, Beijing 100193, China
  • 3 Chongqing Sinopig High-Tech Group Co., Ltd., Chongqing 402460, China
*LAI Changhua, professor, E-mail: ;
ZHANG Shuai, professor, E-mail:

Received date: 2024-07-19

  Online published: 2025-02-16

Fold

摘要

本试验旨在从单一纤维组分的层面出发,利用间接测热法和多元加权-嵌套回归模型,测定纤维素、葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶的净能值,并探究其对生长猪营养物质表观全肠道消化率、能量利用效率和净能分配规律的影响。选取36头初始体重为(27.9±0.7) kg的“杜×长×大”三元杂交健康去势公猪,随机分为6组,每组6个重复,每个重复1头猪。对照组饲喂玉米-豆粕型基础饲粮,5个试验组分别在基础饲粮中添加10%纤维素、10%葡甘露聚糖、10%木聚糖、10% β-葡聚糖和10%果胶。试验期84 d,分6期进行,每期14 d,包括7 d预试期、1 d小室适应期、5 d饲喂测热期和1 d绝食测热期。结果表明:1)与纤维素饲粮组相比,葡甘露聚糖和果胶饲粮组生长猪干物质采食量显著降低(P<0.05)。2)与对照组相比,饲粮中添加不同纤维组分显著降低生长猪总能、有机物和粗蛋白质表观全肠道消化率以及饲粮消化能、代谢能和净能值(P<0.05);饲粮中添加木聚糖显著降低中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观全肠道消化率(P<0.05);饲粮中添加葡甘露聚糖和木聚糖显著提高总产热量和绝食产热量(P<0.05),显著降低总沉积能量和脂肪沉积净能(P<0.05);饲粮中添加葡甘露聚糖、β-葡聚糖和果胶显著降低代谢能摄入量和蛋白质沉积净能(P<0.05)。3)各纤维组分代谢能转化为蛋白质沉积净能的效率均为负值;纤维素代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率较低,葡甘露聚糖和木聚糖的效率较高。基于套算法和间接测热法计算得出,纤维素、葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶在生长猪上的净能值分别为5.90、2.15、3.27、7.32和5.36 MJ/kg DM。综上所述,在10%的添加比例下,各单一纤维组分对生长猪营养物质表观全肠道消化率和饲粮有效能值均有负面影响;作为可溶性纤维的葡甘露聚糖和木聚糖在产热能力和代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率方面优于其他纤维组分。

关键词： 纤维组分; 生长猪; 净能; 能量利用效率; 净能分配规律

本文引用格式

高文君 , 李哲 , 师煌伟 , 王璐 , 刘世杰 , 董欣炜 , 赖长华 , 张帅 . 单一纤维组分对生长猪净能分配规律的影响[J]. 动物营养学报, 2025 , 37(2) : 868 -878 . DOI: 10.12418/CJAN2025.076

Abstract

This experiment was conducted to determine the net energy values of cellulose, glucomannan, xylan, β-glucan and pectin from the perspective of single fiber component by indirect calorimetry and multivariate weighted-nested regression model, and to explore their effects on nutrient apparent total tract digestibility, energy utilization efficiency and net energy partition pattern of growing pigs. Thirty-six “Duroc×Landrace×Yorkshire” three-cross healthy castrated boars with an initial body weight of (27.9±0.7) kg were randomly divided into 6 groups with 6 replicates per group and 1 pig per replicate. Pigs in the control group were fed a corn-soybean meal type basal diet, and those in the five experimental groups were fed the basal diet supplemented with 10% cellulose, 10% glucomannan, 10% xylan, 10% β-glucan and 10% pectin, respectively. The experiment lasted for 84 days and was divided into 6 periods with 14 days each, including 7 days of pre-test period, 1 day of chamber adaptation period, 5 days of feeding calorimetric period and 1 day of fasting calorimetric period. The results showed as follows: 1) compared with cellulose diet group, the dry matter intake of growing pigs in glucomannan and pectin diet groups was significantly decreased (P<0.05). 2) Compared with the control group, different dietary fiber components significantly decreased the apparent total tract digestibilities of gross energy, organic matter and crude protein as well as dietary digestible energy, metabolizable energy and net energy values of growing pigs (P<0.05); dietary xylan significantly decreased the apparent total tract digestibilities of neutral detergent fiber and acid detergent fiber (P<0.05); dietary glucomannan and xylan significantly increased the total heat production and fasting heat production (P<0.05), and significantly decreased the total retain energy and net energy as lipid deposition (P<0.05); and dietary glucomannan, β-glucan and pectin significantly decreased the metabolizable energy intake and net energy as protein deposition (P<0.05). 3) The efficiency of using metabolizable energy to net energy as protein deposition of each fiber component was minus; the efficiency of using metabolizable energy to net energy as non-protein deposition of cellulose was low, while the efficiency of glucomannan and xylan was high. The net energy values of cellulose, glucomannan, xylan, β-glucan and pectin in growing pigs were 5.90, 2.15, 3.27, 7.32 and 5.36 MJ/kg DM, respectively, based on the nested algorithm and indirect calorimetry. In conclusion, each single fiber component has negative effects on nutrient apparent total tract digestibility and dietary effective energy values of growing pigs at 10% supplemental level; glucomannan and xylan, as soluble fibers, are superior to other fiber components in terms of the heat production capacity and efficiency of using metabolizable energy to net energy as non-protein deposition.[Chinese Journal of Animal Nutrition, 2025, 37(2):868-878]

Key words： fiber component; growing pigs; net energy; energy utilization efficiency; net energy partition pattern

饲粮成本在我国养猪成本中的平均占比为60%~70%[1]。近年来,常规饲料资源供应紧张以及由此导致的价格攀升给我国生猪养殖业带来了巨大压力。因此,“就地取材”、利用好国内本土丰富的非常规饲料资源,是缓解这一局面的重要举措。另外,能量饲料成本是饲粮成本中占比最高的部分。猪生产上采用净能体系,系统性阐明代谢能转化为净能效率(用k值表示)的变异规律,是构建净能体系的关键。
纤维原料中单糖种类、数量以及连接方式的多样性决定了k值的变异性。据研究报道,杂粕类原料的k值为65.3%~84.1%,波动范围较大[2⇓-4]。所以,以纤维组分作为研究对象,是揭示纤维原料影响生长猪能量分配和代谢利用的关键。在常见纤维组分中,纤维素属于不可溶性纤维,能够抵抗消化酶的降解[5⇓-7]。葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶属于可溶性纤维,其中,葡甘露聚糖和木聚糖在体外发酵时分别展现出较强的产丁酸能力以及产乙酸和丙酸的特性[8⇓⇓-11];β-葡聚糖和果胶作为具有代表性的黏性纤维,溶于水后会形成胶状食糜,能够延长排空时间,增强饱腹感,降低动物的采食量[12⇓⇓-15]。由此可见,不同纤维组分具有各自独特的特性,但关于不同纤维组分k值的研究较少。
在净能体系的基础上,基于析因法对产热进行动态剖分,Van Milgen等[16]构建了一个多元加权-嵌套回归模型,在该模型中,净能被分为蛋白质沉积净能和非蛋白质沉积净能,其能量转化效率分别记为pj和kj;同时,非蛋白质沉积净能又由脂肪沉积净能和ATP合成能量组成,而ATP合成能量又进一步被分为体组织分解提供净能和沉积蛋白质额外消耗净能,其能量转化效率分别记为KBR和NEPD。该模型提高了对动物能量利用过程的理解,有助于精确评估动物在蛋白质和脂肪沉积方面的营养需求。
基于此,本试验从单一纤维组分的层面出发,利用间接测热法和多元加权-嵌套回归模型,通过测定5种常见单一纤维组分(纤维素、葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶)的净能值,并探究其对生长猪营养物质表观全肠道消化率、能量利用效率和净能分配规律的影响,尤其是代谢能转化为蛋白质沉积净能和非蛋白质沉积净能的效率,旨在为我国猪净能体系的完善提供基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用单一纤维组分均为市场购买,其中纤维素、葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶的纯度分别为98%、98%、98%、75%和98%。

1.2 试验设计和饲粮

本试验在农业农村部饲料工业中心/国家饲料工程技术研究中心动物试验基地(河北承德)开展,所有操作均经中国农业大学实验动物福利与动物实验伦理审查委员会批准(批准编号:AW22704202-1-1)。
试验选取36头初始体重为(27.9±0.7) kg的“杜×长×大”三元杂交健康去势公猪,随机分为6组,每组6个重复,每个重复1头猪。对照组饲喂玉米-豆粕型基础饲粮,5个试验组分别在基础饲粮中添加10%纤维素、10%葡甘露聚糖、10%木聚糖、10% β-葡聚糖和10%果胶。各组饲粮中主要供能原料玉米和豆粕的比例保持一致,其余营养水平满足《猪营养需要量》(GB/T 39235—2020)的推荐值。饲粮组成及营养水平见表1。试验期84 d,分6期进行,每期14 d,包括7 d预试期、1 d小室适应期、5 d饲喂测热期和1 d绝食测热期。
表1 饲粮组成及营养水平(饲喂基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of diets (as-fed basis) %

项目
Items		 饲粮Diets
基础
Basal		 纤维素
Cellulose		 葡甘露聚糖
Glucomannan		 木聚糖
Xylan		 β-葡聚糖
β-glucan		 果胶
Pectin
原料Ingredients
玉米Corn 72.90 64.85 64.85 64.85 64.85 64.85
豆粕Soybean meal 23.20 20.64 20.64 20.64 20.64 20.64
纤维素Cellulose 10.00
葡甘露聚糖Glucomannan 10.00
木聚糖Xylan 10.00
β-葡聚糖β-glucan 10.00
果胶Pectin 10.00
磷酸氢钙CaHPO4 0.85 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
L-赖氨酸盐酸盐L-lysine·HCl 0.50 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65
DL-蛋氨酸DL-methionine 0.09 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
L-苏氨酸L-threonine 0.10 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16
L-色氨酸L-tryptophan 0.04 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
L-缬氨酸L-valine 0.01 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09
食盐NaCl 0.21 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30
石粉Limestone 1.10 1.10 1.10 1.10 1.10 1.10
预混料Premix1) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
合计Total 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
营养水平Nutrient levels2)
总能GE/(MJ/kg) 15.75 15.94 16.04 15.86 16.01 15.72
干物质DM 87.30 87.70 87.43 86.33 87.84 87.18
粗蛋白质CP 17.47 16.02 15.19 15.66 14.99 15.37
粗脂肪EE 1.24 1.05 1.30 1.43 1.33 1.04
粗灰分Ash 4.26 4.30 4.44 3.85 4.61 5.00
中性洗涤纤维NDF 10.85 16.94 24.66 10.24 21.13 39.57
酸性洗涤纤维ADF 4.03 9.85 6.15 3.56 4.74 3.93
赖氨酸Lysine 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99
蛋氨酸+半胱氨酸Methionine+cysteine 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58
苏氨酸Threonine 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61 0.61
色氨酸Tryptophan 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18
缬氨酸Valine 0.67 0.68 0.68 0.68 0.68 0.68

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kg of diets:VA 6 000 IU,VD3 3 000 IU,VE 20 IU,VK3 1.8 mg,VB1 2.0 mg,VB2 6.0 mg,VB6 4.0 mg,胆碱 choline 3 000 mg,VB12 0.02 mg,烟酸 nicotinic acid 26.0 mg,泛酸 pantothenic acid 18.0 mg,叶酸 folic acid 3.2 mg,生物素 biotin 0.4 mg,Fe (as ferrous sulfate) 120.0 mg,Cu (as copper sulfate) 20.0 mg,Zn (as zinc sulfate) 100.0 mg,Mn (as manganese sulfate) 50.0 mg,I (as potassium iodide) 1.2 mg,Se (as sodium selenite) 0.30 mg。

2)总能、干物质、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维为实测值,其余为计算值[参照《猪营养需要量》(GB/T 39235—2020)计算]。GE, DM, CP, EE, Ash, NDF and ADF were measured values, while the others were calculated values referred to Nutrient requirements of swine (GB/T 39235—2020).

1.3 饲养管理和样品采集

试验期间,所有试验猪单独饲养在不锈钢消化代谢笼(1.40 m×0.70 m×0.60 m)中,自由饮水;开放式循环呼吸测热装置温度控制在(22±1) ℃,相对湿度控制在(70±5)%。分别于每期试验的第1、7、13和14天对试验猪进行称重,以计算饲喂量。
采用全收粪尿法对试验猪的粪样和尿样进行收集,每天2次。每期试验结束后,均匀混合各组粪样和尿样,并取总粪重的20%进行烘干,取总尿样的10%保存于-20 ℃冰箱中。利用开放式循环呼吸测热装置,每5 min记录气体数据,用于计算试验猪产热量。

1.4 检测指标及方法

饲粮和粪样干物质、粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维和粗灰分含量分别按照中华人民共和国国家标准GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006和GB/T 20806—2022和GB/T 6438—2007方法进行测定;酸性洗涤纤维含量按照中华人民共和国农业行业标准NY/T 1459—2022方法进行测定;饲粮、粪样和尿样总能按照国际标准ISO 9831:2003,采用氧弹式测热仪进行测定。其中,饲粮和粪样中的有机物含量通过干物质含量减去粗灰分含量计算得出。

1.5 相关计算公式

生长猪某营养物质表观全肠道消化率计算公式[17]如下:
某营养物质表观全肠道消化率(%)=100×(该营养物质摄入量-该营养物质粪中排出量)/该营养物质摄入量。
饲粮消化能和代谢能计算公式[17]如下:
饲粮消化能(MJ/kg)=(食入总能-粪能)/采食量;
饲粮代谢能(MJ/kg)=[食入总能-粪能-尿能-甲烷(CH4)能]/采食量。
生长猪产热量计算公式[18]如下:
产热量(kJ)=16.175 3×氧气(O2)消耗量(L)+5.020 8×二氧化碳(CO2)排出量(L)-2.1673×CH4产生量(L)-5.987 3×尿氮(g)。
饲粮净能计算公式[19]如下:
饲粮净能(MJ/kg)=(采食量×饲粮代谢能-总产热量+绝食产热量)/采食量。
生长猪呼吸熵、总沉积能量、蛋白质沉积净能和脂肪沉积净能计算公式[6]如下:
呼吸熵=CO2排出量(L/d)/O2消耗量(L/d);
总沉积能量(kJ)=采食量×饲粮代谢能-总产热量;
蛋白质沉积净能(kJ)=(摄入氮-粪氮排出量-尿氮排出量)×6.25×23.86;
脂肪沉积净能(kJ)=总沉积能量-蛋白质沉积净能。
生长猪沉积氮和净蛋白质利用率计算公式如下:
沉积氮(g/d)=摄入氮-粪氮排出量-尿氮排出量;
净蛋白质利用率(%)=100×沉积氮/摄入氮。
基于多元加权-嵌套回归模型的生长猪能量剖分如图1所示,能量利用效率和净能分配计算公式[16]如下:
dj=消化能/总能;
mj=代谢能/消化能;
pj=蛋白质沉积净能/代谢能;
kj=非蛋白质沉积净能/[代谢能×(1-pj)];
脂肪沉积净能=kj×(1-pj)×代谢能-KBR×总产热量-NEPD×蛋白质沉积净能。
式中:dj表示总能利用率;mj表示消化能利用率;pj表示代谢能转化为蛋白质沉积净能的效率;kj表示代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率;KBR表示生长猪消耗体组织提供净能的效率;NEPD表示生长猪每沉积1 kJ的蛋白质需要额外消耗的净能。
图1 基于多元加权-嵌套回归模型的生长猪能量剖分图

Fig.1 Energy partition in growing pigs based on multivariate weighted-nested regression model

1.6 数据统计分析

试验数据首先采用SPSS 26.0软件中的描述检验生成分位图(Q-Q图),以检验数据的正态性;营养物质表观全肠道消化率、氮平衡和能量平衡等指标采用单因素方差分析(one-way ANOVA)进行统计检验,并采用Tukey检验对数据进行多重比较;结果数据以平均值和均值标准误(SEM)表示,P<0.05为差异显著,0.05≤P<0.10为差异有显著趋势。
单一纤维组分能量利用效率和净能分配规律数据采用JMP Pro 14.0软件中的“专业建模”程序进行非线性拟合,所拟合模型为y=x1-x2×a-x3×b,其中变量y、x1、x2和x3分别代表脂肪沉积净能、非蛋白质沉积净能、总产热量和蛋白质沉积净能;参数a代表KBR,其初始值设为1.0;参数b代表NEPD,其初始值设为0.5;通过Newton-Raphson迭代方法进行模型参数求解,迭代停止上限设为1 000,目标更改的停止限为10-15。

2 结果

2.1 不同纤维组分对生长猪营养物质表观全肠道消化率和氮平衡的影响

由表2可知,与纤维素饲粮组相比,葡甘露聚糖和果胶饲粮组生长猪干物质采食量显著降低(P<0.05)。与对照组相比,饲粮中添加不同纤维组分显著降低生长猪总能、有机物和粗蛋白质表观全肠道消化率(P<0.05);此外,采食木聚糖饲粮的生长猪,其中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观全肠道消化率显著低于采食基础饲粮的生长猪(P<0.05)。各组间生长猪粪氮排出量、尿氮排出量和净蛋白质利用率均无显著差异(P>0.05);但与对照组相比,饲粮中添加葡甘露聚糖、β-葡聚糖和果胶显著降低生长猪摄入氮和沉积氮含量(P<0.05)。
表2 不同纤维组分对生长猪营养物质表观全肠道消化率和氮平衡的影响

Table 2 Effects of different fiber components on nutrient apparent total tract digestibility and nitrogen balance of growing pigs

项目
Items		 饲粮Diets 均值
标准误
SEM		 P值
P-value
基础
Basal		 纤维素
Cellulose		 葡甘露聚糖
Glucomannan		 木聚糖
Xylan		 β-葡聚糖
β-glucan		 果胶
Pectin
体重BW/kg 30.38 31.90 28.95 30.20 29.25 28.55 1.24 0.14
干物质摄入量
DM intake/(g/d)		 1 056ab 1 096a 891c 1 037ab 1 000abc 945bc 63.07 <0.05
表观全肠道消化率Apparent total tract digestibility/%
总能GE 84.14a 79.04b 72.00c 79.17b 76.07bc 72.50c 2.05 <0.05
有机物OM 84.58a 80.33b 79.35b 81.04b 81.51b 79.71b 0.92 <0.05
粗蛋白质CP 88.04a 83.78bc 83.40c 84.52b 85.75b 84.45b 0.93 <0.05
中性洗涤纤维NDF 46.69d 46.81d 75.52b 37.22e 68.41c 85.09a 2.48 <0.05
酸性洗涤纤维ADF 43.94b 65.17a 57.83a 18.87c 46.68b 40.32b 3.68 <0.05
氮平衡Nitrogen balance/(g/d)
摄入氮Nitrogen intake 33.80a 32.05a 24.78c 30.10ab 27.31bc 26.65bc 1.84 <0.05
粪氮Fecal nitrogen 5.40 6.71 6.93 6.27 6.53 7.40 0.81 0.27
尿氮Urinal nitrogen 6.17 5.48 3.72 4.62 4.66 4.07 1.09 0.28
沉积氮Nitrogen retention 22.24a 19.86ab 14.13c 19.21ab 16.11bc 15.19c 1.89 <0.05
净蛋白质利用率
Net protein availability/%		 65.75 61.52 57.04 63.79 59.00 56.96 4.07 0.21

同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同字母表示差异显著(P<0.05)。表3同。

In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as Table 3.

2.2 不同纤维组分对生长猪能量代谢的影响

由表3可知,与对照组相比,葡甘露聚糖和木聚糖饲粮组生长猪总产热量和绝食产热量显著提高(P<0.05),总沉积能量和脂肪沉积净能显著降低(P<0.05);葡甘露聚糖、β-葡聚糖和果胶饲粮组代谢能摄入量和蛋白质沉积净能显著降低(P<0.05);饲粮中添加不同纤维组分显著降低饲粮消化能、代谢能、净能以及消化能/总能值(P<0.05)。
表3 不同纤维组分对生长猪能量代谢的影响

Table 3 Effects of different fiber components on energy metabolism of growing pigs

项目
Items		 饲粮Diets 均值
标准误
SEM		 P值
P-value
基础
Basal		 纤维素
Cellulose		 葡甘露聚糖
Glucomannan		 木聚糖
Xylan		 β-葡聚糖
β-glucan		 果胶
Pectin
能量平衡Energy balance/[kJ/(kg BW0.6·d)]
代谢能摄入量ME intake 1 957.70a 1 890.01ab 1 644.68c 1 888.72a 1 854.45b 1 621.01c 45.17 <0.05
总产热量THP 844.01c 904.75c 1 222.19a 1 170.68ab 938.52bc 714.88c 122.23 <0.05
绝食产热量FHP 627.78c 692.01c 995.16a 930.20ab 708.74bc 534.40c 109.14 <0.05
总沉积能量
Total retained energy		 1 113.68a 985.26ab 422.49c 718.03b 915.93ab 906.14ab 139.33 <0.05
蛋白质沉积净能
NE as protein deposition		 415.55a 360.40ab 275.73c 364.76ab 310.28bc 298.44bc 29.90 <0.05
脂肪沉积净能
NE as lipid deposition		 698.13a 624.86ab 146.77c 353.28bc 605.56ab 607.70ab 131.52 <0.05
呼吸熵RQ 1.12 1.06 1.08 1.10 1.07 1.11 0.03 0.37
绝食呼吸熵Fasted RQ 0.87 0.83 0.81 0.82 0.80 0.87 0.01 0.52
能值Energy values/(MJ/kg DM)
消化能DE 15.26a 14.60bc 14.56bc 14.89b 14.85b 14.37c 0.17 <0.05
代谢能ME 14.81a 14.12bc 14.09bc 14.23bc 14.36b 13.95c 0.18 <0.05
净能NE 13.22a 12.55b 12.12c 12.43bc 12.60b 12.46bc 0.20 <0.05
能量转化效率Energy utilization/%
消化能/总能DE/GE 84.58a 80.33b 79.35b 81.04b 81.51b 79.71b 0.43 <0.05
代谢能/消化能ME/DE 97.01 96.67 96.82 96.02 96.66 97.04 0.12 0.15
净能/代谢能NE/ME 89.31 88.86 86.00 86.97 87.77 89.36 0.47 0.20

2.3 不同纤维组分的有效能值、能量利用效率和净能分配规律

由表4可知,基础饲粮的总能利用率(dj)为85%,明显高于各纤维组分。各纤维组分的消化能利用率(mj)为82%~98%,其中,果胶消化能利用率最高(98%),且高于基础饲粮。基础饲粮代谢能转化为蛋白质沉积净能(pj)以及非蛋白质沉积净能的效率(kj)分别为21%和85%,高于各纤维组分。具体而言,各纤维组分代谢能转化为蛋白质沉积净能的效率均为负值;代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率为43%~67%,其中葡甘露聚糖的kj值最高(67%),纤维素的kj值最低,仅为43%。此外,本试验计算得出,生长猪每沉积1 kJ的蛋白质需要额外消耗0.28 kJ的净能,同时生长猪消耗体组织提供净能的效率为0.96。
表4 不同纤维组分的有效能值、能量利用效率和净能分配规律

Table 4 Effective energy values, energy utilization efficiency and net energy partition pattern of different fiber components

项目
Items		 基础饲粮
Basal diet		 纤维素
Cellulose		 葡甘露聚糖
Glucomannan		 木聚糖
Xylan		 β-葡聚糖
β-glucan		 果胶
Pectin		 均值标准误
SEM
能量利用效率Energy utilization efficiency
dj 0.85 0.46 0.40 0.51 0.58 0.35 0.04
mj 0.97 0.91 0.95 0.82 0.92 0.98 0.02
pj 0.21 -0.20 -0.65 -0.16 -0.42 -0.73 0.09
kj 0.85 0.43 0.67 0.62 0.54 0.51 0.13
NEPD 0.28
KBR 0.96
有效能值Effective energy values/(MJ/kg DM)
总能GE 18.04 18.38 19.14 17.05 19.73 17.22
消化能DE 15.26 8.50 7.57 8.75 11.39 6.02
代谢能ME 14.81 7.83 7.09 7.18 10.55 5.88
净能NE 13.22 5.90 2.15 3.27 7.32 5.36

dj表示总能利用率,mj表示消化能利用率,pj表示代谢能转化为蛋白质沉积净能的效率,kj表示代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率,KBR表示生长猪消耗体组织提供净能的效率,NEPD表示生长猪每沉积1 kJ的蛋白质需要额外消耗的净能。

dj represented gross energy utilization, mj represented digestive energy utilization, pj represented efficiency of using metabolizable energy to net energy as protein deposition, kj represented efficiency of using metabolizable energy to net energy as non-protein deposition, KBR represented net energy supply efficiency of consuming body tissue of growing pigs, and NEPD represented additional net energy consumed for every 1 kJ of protein deposition in growing pigs.

各种纤维组分之间,其有效能值的变异范围较大。其中,β-葡聚糖的有效能值(总能、消化能、代谢能和净能)高于其他纤维组分,而果胶的消化能和代谢能值最低,葡甘露聚糖的净能值最低。本试验中,基于套算法和间接测热法计算得出,纤维素、葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶在生长猪上的净能值分别为5.90、2.15、3.27、7.32和5.36 MJ/kg DM。

3 讨论

3.1 不同纤维组分对生长猪营养物质表观全肠道消化率和氮平衡的影响

本研究中,与不可溶性纤维(纤维素)相比,饲粮中添加葡甘露聚糖和果胶显著降低生长猪干物质采食量。造成这种差异的原因可能归结于,可溶性纤维会增加食糜的黏度和通过时间,延迟胃排空,增强饱腹感,影响适口性,最终导致采食量的降低[20⇓⇓⇓-24]。同时,已有研究表明,饲粮中添加纤维会显著降低生长猪的营养物质消化率,这一现象一方面归因于纤维对饲粮中营养物质含量的稀释效应,另一方面也与纤维组分对营养物质在消化吸收过程中的阻碍作用密切相关[25⇓⇓-28]。本试验中,饲粮中添加不同纤维组分降低生长猪总能、有机物和粗蛋白质表观全肠道消化率,这一结果与前人研究一致。此外,饲喂木聚糖饲粮生长猪有较低的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观全肠道消化率;饲喂葡甘露聚糖、β-葡聚糖和果胶饲粮生长猪有较高的中性洗涤纤维表观全肠道消化率。这可能与饲粮中中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量有关,一般来说,生长猪饲粮中纤维含量越高,其消化率也会越高[29⇓-31]。
葡甘露聚糖、β-葡聚糖和果胶饲粮有较低的粗蛋白质含量,导致饲喂该处理饲粮的生长猪氮摄入量低于其他组。同时,本试验通过在饲粮中添加合成氨基酸,保证氨基酸的平衡,从而使得生长猪的氮沉积量主要受到氮摄入量的直接影响。研究表明,饲粮纤维会降低粗蛋白质和氮的利用率,可能是因为纤维会增加肠道内源氮的损失或阻碍氮的吸收[24]。尽管从统计学角度来看,各组生长猪的粪氮排出量、尿氮排出量和净蛋白质利用率均无显著差异,但从数值上看,饲粮中添加不同纤维组分提高了粪氮排出量,降低了尿氮排出量和净蛋白质利用率。这可能是因为猪采食高纤维饲粮后,未利用氮或内源氮会被微生物利用,从而增加了氮在后肠道的含量,进而导致粪氮排出增加,而尿氮排出减少[32]。同时,净蛋白质利用率降低的结果也与粗蛋白质表观全肠道消化率降低的结果相互印证。
值得一提的是,本试验在计算净蛋白质利用率和粗蛋白质表观全肠道消化率时未排除内源氮损失,这可能会低估生长猪对氮的实际利用程度。然而,研究表明,大多数内源氮能够被生长猪重新消化和吸收,因此内源氮损失在总氮排出量中的占比较小[33]。此外,纤维的摄入会增加内源氮损失[32],但不同纤维组分对这一过程的具体影响仍需进一步的研究来阐明。

3.2 不同纤维组分对生长猪能量代谢的影响

本试验中,饲粮中添加葡甘露聚糖和木聚糖显著提高生长猪总产热量和绝食产热量,这一研究结果与前人的研究结果[2]相吻合。这主要是因为纤维在产热方面的双重作用:一方面,纤维能够刺激生长猪的胃肠道蠕动,增加其机械活动产热量;另一方面,纤维还能促进后肠道的发酵过程,产生额外的热量[24]。本试验中,猪采食葡甘露聚糖、β-葡聚糖和果胶饲粮后有较低的蛋白质沉积净能,而采食葡甘露聚糖和木聚糖饲粮后有较低的总沉积能量和脂肪沉积净能。由此可见,生长猪体成分的沉积形式受到饲粮营养组成和纤维产热耗能的共同影响[32,34]。呼吸熵是用来评估动物机体利用营养物质类型的有效指标[35]。葡萄糖、脂肪和蛋白质作为三大供能物质,呼吸熵分别为1.000、0.707和0.813[36]。本试验中,不同纤维组分对生长猪呼吸熵没有显著影响,但是相比于采食状态,绝食状态的呼吸熵明显降低(1.09 vs. 0.83),表明动物机体在绝食条件下,脂类和蛋白质被氧化分解。本试验中,饲粮有效能值的结果与Noblet等[24]和Zhang等[37]的报道一致,即饲粮中添加纤维会显著降低饲粮消化能、代谢能和净能值。这是因为纤维主要以后肠道发酵产生短链脂肪酸的形式为动物机体提供能量,然而,这种方式提供的能量仅占生长猪可消化能量的11%~24%[38⇓-40]。因此,饲粮的有效能值会随着纤维含量的提高而降低。

3.3 不同纤维组分的有效能值、能量利用效率和净能分配规律

本试验计算得出,不同纤维组分的总能利用率为35%~58%,消化能利用率为82%~98%。各纤维组分的总能利用率明显低于消化能利用率,这一结果可能与纤维组分在肠道中的发酵程度及其发酵产物在粪便中的损失有关,表明纤维组分的能量主要以粪能的形式损失[41]。此外,本试验中果胶的消化能利用率较高,意味着果胶消化能转化为代谢能的效率高于其他纤维组分。Livesey等[42]的研究也显示,大部分的果胶都能够被微生物降解用于供能,并且其消化系数可达到0.8~0.9。与葡萄糖氧化供能相比,纤维组分的供能效率相对较低,因此,纤维组分的代谢能转化为蛋白质沉积净能的效率表现为负值。该结果还表明,在蛋白质沉积过程中,纤维组分可以提供的能量十分有限。不过,纤维组分代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率高于转化为蛋白质沉积净能的效率,这可能是因为短链脂肪酸作为纤维组分的供能物质,其用于生长猪能量沉积或维持的效率较高,为0.7~0.8[30,43]。同时,不同纤维组分代谢能转化为非蛋白质沉积净能效率的变化范围大,造成这一差异的原因可能与纤维组分的溶解性以及发酵特性有关。白宇[9]研究发现,作为可溶性纤维,葡甘露聚糖和木聚糖表现出较强的发酵能力;相比之下,纤维素作为不可溶性纤维,在动物机体的后肠道中不易被发酵,因此其供能能力相对较弱[44]。
本试验中,β-葡聚糖的有效能值高于其他纤维组分,果胶的消化能和代谢能值最低,葡甘露聚糖的净能值最低。这主要是因为β-葡聚糖在生长猪胃肠道中具有较高的降解率,并且产热量较低;果胶则由于其强大的发酵和降解能力,促进了微生物的大量繁殖,进而造成能量损失;葡甘露聚糖的净能值较低可能与其有较高的产热量和热增耗有关。本试验基于套算法计算得出,纤维素、葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶的净能值分别为5.90、2.15、3.27、7.32和5.36 MJ/kg DM,这是首次对不同单一纤维组分净能测定值的报道。不仅如此,本试验基于多元加权-嵌套回归模型,在单一纤维组分层面上还揭示了代表性纤维组分的能量利用效率和净能分配规律,将这一分析方法应用于纤维组分的分析中,不仅对富含纤维的非常规饲料原料的开发和利用具有重要的指导意义,而且为实现猪精准营养提供了全新的视角和方法论的支持。

4 结论

① 在10%的添加比例下,不同纤维组分对生长猪营养物质表观全肠道消化率和饲粮有效能值产生负面影响。
② 不同单一纤维组分在有效能值、能量利用效率和净能分配规律方面存在较大差异:葡甘露聚糖和木聚糖在产热能力方面优于其他纤维组分,但较高的热增耗导致其净能值降低;不可溶的纤维素表现出较低的代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率;而作为可溶性纤维的葡甘露聚糖和木聚糖,其代谢能转化为非蛋白质沉积净能的效率显著高于其他纤维组分。
③ 本试验条件下,纤维素、葡甘露聚糖、木聚糖、β-葡聚糖和果胶在生长猪上的净能值分别为5.90、2.15、3.27、7.32和5.36 MJ/kg DM。

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