Effects of Medium Chain Fatty Acids on Growth Performance, Nutrient Apparent Digestibility and Serum Indexes of Weaned Piglets

JIAO Shuai; ZHAO Wei; FU Yuze; ZHANG Naifeng

doi:10.12418/CJAN2023.270

2023 , Vol. 35 >Issue 5: 2882 - 2889

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2023.270

RESEARCH PAPER

Effects of Medium Chain Fatty Acids on Growth Performance, Nutrient Apparent Digestibility and Serum Indexes of Weaned Piglets

JIAO Shuai ,
ZHAO Wei ,
FU Yuze ,
ZHANG Naifeng ^,^**

Expand

Key Laboratory of Feed Biotechnology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Feed Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

**professor, E-mail: zhangnaifeng@caas.cn

*Contributed equally

Received date: 2022-10-26

Online published: 2023-05-11

Fold

Abstract

This experiment aimed to investigate the effects of medium-chain fatty acids (MCFA) on growth performance, diarrhea, nutrient apparent digestibility and serum indexes of weaned piglets. Three hundred 29-day-old weaned piglets (Duroc×Landrace×large cross) with similar body weight [(6.83±0.44) kg] were randomly divided into 4 groups with 3 replicates per group and 25 pigs per replicate. The control group was fed a basal diet, and the experimental groups were fed the basal diets supplemented with 1, 2 or 4 g/kg MCFA, respectively. The experiment lasted for 35 days including a 5-day transition period. The results showed as follows: compared with the control group, dietary adding MCFA with different doses decreased the fecal score and diarrhea rate of piglets (P<0.05). Compared with control group, the apparent digestibility of ether extract of piglets fed 4 g/kg MCFA was higher (P<0.05). Piglets fed 4 g/kg MCFA had lower serum malondialdehyde content (P<0.05) and trended higher serum superoxide dismutase activtiy (0.05<P<0.10) compared with control group. Compared with control group, dietary adding MCFA with different doses increased serum immunoglobulin A content (P<0.05). Compared with control group, adding 1 and 2 g/kg MCFA trended to increase serum immunoglobulin M content (0.05<P<0.10). In conclusion, MCFA can enhance antioxidant capacity and immune ability, relive diarrhea and weaning stress in weaned piglets. However, this experiment find that it can not promote weight gain and improve feed utilization rate.

Key words： medium chain fatty acids; diarrhea; growth performance; antioxidation; immune

Cite this article

JIAO Shuai , ZHAO Wei , FU Yuze , ZHANG Naifeng . Effects of Medium Chain Fatty Acids on Growth Performance, Nutrient Apparent Digestibility and Serum Indexes of Weaned Piglets[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023 , 35(5) : 2882 -2889 . DOI: 10.12418/CJAN2023.270

断奶期是猪生命周期中的关键阶段之一。由于断奶仔猪消化系统和免疫系统尚未发育成熟,断奶应激使得仔猪采食量降低,肠道屏障受损,肠道微生物区系失衡^[1],极易造成腹泻甚至死亡。因此,如何缓解仔猪断奶应激一直是行业的研究热点问题。中链脂肪酸(medium chain fatty acid, MCFA)是含有6~12个碳原子的脂肪酸,包括己酸(C6)、辛酸(C8)、癸酸(C10)和月桂酸(C12)等^[2]。MCFA具有良好的抑菌或杀菌作用,体外试验已经证明,MCFA及其单甘油酯都能抑制或杀死致病菌、病毒和寄生虫^[3]。MCFA还具有维持肠道完整性、平衡肠道菌群、调节肠道免疫和缓解肠道免疫的功能特性^[4]。Hanczakowska等^[5]研究发现,饲粮中添加MCFA增加了仔猪平均日增重和饲料效率,提高了粗蛋白质和粗纤维的消化率,降低了肠道产气荚膜梭菌的数量。虽然MCFA对仔猪生长性能、肠道菌群等方面的影响已有较多报道,但其对仔猪腹泻的影响及机制仍不清楚,MCFA能否改善断奶应激带来的腹泻问题值得我们去探究。因此,本试验通过在仔猪饲粮中添加MCFA,研究其对断奶仔猪生长性能、腹泻情况、营养物质表观消化率和血清指标的影响,以期为缓解断奶仔猪应激和腹泻提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验动物及试验设计

选取29日龄的杜×长×大三元杂交断奶仔猪[体重(6.83±0.44) kg]300头,随机分为4组,每组3个重复,每个重复25头仔猪。对照组饲喂基础饲粮,试验组分别在基础饲粮中添加1、2、4 g/kg的MCFA。试验预试期5 d,正试期30 d。仔猪于24日龄从产房转入保育舍,在预试期间,在圈舍常发现液体粪便,且颜色为黄色或灰色,部分仔猪肛门潮湿且黏有粪便,表明仔猪此时存在断奶应激。试验全期2 g/kg MCFA组死亡3头仔猪,4 g/kg MCFA组死亡2头仔猪,均死于接种疫苗后出现的应激反应,在注射部位发现肿胀,伴有发烧,食欲不振。

1.2 试验饲粮及饲养管理

本试验使用的MCFA制剂为高纯度MCFA的混合物,其组成为:己酸2.2%,辛酸31.0%,癸酸22.0%,月桂酸6.8%。基础饲粮参照NRC(2012)^[6]猪营养需要量配制,基础饲粮组成及营养水平见表1。所有试验仔猪饲养于封闭式猪舍中,猪舍温度控制在25~26 ℃,相对湿度控制在50%~70%,定期对猪舍进行打扫并进行消毒,保持猪舍清洁和通风。试验期间所有仔猪自由采食和饮水,每天详细记录畜舍的温湿度以及观察试验猪的健康状况。仔猪注射疫苗、驱虫等按养殖场正常免疫程序进行。

表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) %

项目Items		含量Content
原料Ingredients
玉米Corn		46.30
进口鱼粉Imported fish meal (CP 65%)		1.45
膨化玉米Extruded corn		8.00
大麦Barley		14.00
去皮豆粕Peeling soybean meal		18.50
大豆油Soybean oil		3.00
蔗糖Sucrose		3.00
酵母Yeast		1.25
乳化剂Emulsifier		0.50
预混料Premix¹⁾		4.00
合计Total		100.00
营养水平Nutrient levels²⁾
总能GE/(MJ/kg)		18.22
干物质DM		89.65
粗蛋白质CP		19.78
粗脂肪EE		3.39
中性洗涤纤维NDF		13.26
酸性洗涤纤维ADF		4.46
粗灰分Ash		4.61
钙Ca		0.85
磷P		0.58
赖氨酸Lysine		1.15
蛋氨酸Methionine		0.53
半胱氨酸Cysteine		0.29
苏氨酸Threonine		0.92

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided per kg of the diet: VA 7 000 IU, VD₃ 2 480 IU, VE 500 mg, 烟酸 nicotinic acid 15 mg, 生物素 biotin 0.05 mg, Fe 40 mg, Cu 8 mg, Mn 20 mg,Zn 40 mg,Se 0.4 mg,I 0.4 mg,Co 0.3 mg,NaCl 3 g,Ca 4.3 g,P 2.2 g,赖氨酸 lysine 4.3 g,蛋氨酸 methionine 2.6 g,苏氨酸 threonine 3.2 g。

2)营养水平中赖氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、苏氨酸为计算值,其余皆为实测值。Lysine, methionine, cysteine and threonine in nutrient levels were calculated values, while the rest were measured values.

1.3 样品采集及指标检测

1.3.1 生长性能和腹泻情况

于正试期第1和31天晨饲前对仔猪进行称重,每日详细记录饲粮的饲喂量和剩料量,计算平均日采食量(ADFI)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)。每天观察仔猪的腹泻状况并对仔猪粪便进行0~3分的评分:0分,正常;1分,轻度;2分,中度;3分,严重^[7]。计算公式如下:

粪便评分=粪便评分总和/(总仔猪数×试验天数);

腹泻率(%)=[腹泻仔猪头次/(试验组仔猪数×试验天数)]×100。

1.3.2 营养物质表观消化率

于正试期第25~30天,每天上午和下午从各重复中收集100 g左右未被污染的粪样,采集后立刻用10%的硫酸固氮,-20 ℃保存。试验结束后将5 d收集到的粪样进行混合,65 ℃烘干后粉碎,用以营养物质含量的检测。采用盐酸不溶灰分(AIA)作为内源指示剂,参考张丽英^[8]《饲料分析及饲料质量检测技术》中的方法测定饲粮和粪样中干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、有机物(OM)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、AIA的含量,以计算营养物质表观消化率,计算公式如下:

某营养物质表观消化率(%)=[1-(粪中该营养物质含量×饲粮中AIA含量)/(饲粮中该营养物质含量×粪中AIA含量)]×100。

1.3.3 血清指标

于正试期第31天,每个重复选择2头仔猪,使用装有9号针头的一次性注射器,采用胸腔采血法采集5 mL血液,3 000 r/min离心15 min,将血清分装于1.5 mL离心管中,-20 ℃保存备用。采用生化法(KHB-1280全自动生化仪)测定血清中总蛋白(total protein, TP)、白蛋白(albumin, ALB)、球蛋白(globulin, GLB)、尿素氮(urea nitrogen, UN)、肌酐(creatinine, CRE) 含量及碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)活性;采用比色法(KHB-1280全自动生化仪)测定血清免疫球蛋白G(immunoglobulin G, IgG)、免疫球蛋白A(immunoglobulin A, IgA)、免疫球蛋白M(immunoglobulin M, IgM)含量;采用比色法(科华L-3108半自动生化分析仪)测定血清超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)与谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)活性、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量及总抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC)。

1.4 数据统计分析

试验数据采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析,差异显著时采用Duncan氏法进行多重比较,P<0.05为差异显著,0.05≤P<0.10为有变化趋势。并采用线性和二次回归分析饲粮中MCFA的剂量效应。

2 结果

2.1 MCFA对断奶仔猪生长性能的影响

由表2可知,试验仔猪初重组间无显著差异(P>0.05),符合试验设计要求。饲粮中添加MCFA对断奶仔猪末重、平均日增重、平均日采食量和料重比均无显著影响(P>0.05)。

表2 MCFA对断奶仔猪生长性能的影响

Table 2 Effects of MCFA on growth performance of weaned piglets

项目 Items	添加水平Supplemental levels/(g/kg)				SEM	P值P-value
项目 Items	0(对照 Control)	1	2	4	SEM	处理 Treatment	线性 Linear	二次 Quadratic
初重IBW/kg	6.73	6.61	7.27	6.71	0.574	0.673	0.747	0.608
末重FBW/kg	18.02	17.55	18.88	17.60	1.281	0.717	0.987	0.667
平均日增重ADG/(g/d)	389.24	377.11	394.04	370.12	25.191	0.771	0.626	0.749
平均日采食量ADFI/(g/d)	682.13	666.98	690.03	650.62	44.579	0.821	0.626	0.710
料重比F/G	1.75	1.77	1.75	1.76	0.052	0.981	1.000	0.931

	同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。
	In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 MCFA对断奶仔猪粪便评分和腹泻率的影响

由表3可知,随着MCFA添加水平的增加,粪便评分和腹泻率呈线性降低(P<0.05)。与对照组相比,添加MCFA显著降低了粪便评分和腹泻率(P<0.05);1、2、4 g/kg MCFA组组间粪便评分和腹泻率差异不显著(P>0.05)。

表3 MCFA对断奶仔猪粪便评分和腹泻率的影响

Table 3 Effects of MCFA on fecal score and diarrhea rate of weaned piglets

项目 Items	添加水平Supplemental levels/(g/kg)				SEM	P值P-value
项目 Items	0(对照 Control)	1	2	4	SEM	处理 Treatment	线性 Linear	二次 Quadratic
粪便评分Fecal score	0.038^a	0.017^b	0.015^b	0.014^b	0.008	0.042	0.017	0.093
腹泻率Diarrhea rate/%	3.273^a	1.430^b	1.187^b	1.187^b	0.564	0.016	0.007	0.050

2.3 MCFA对断奶仔猪营养物质表观消化率的影响

由表4可知,饲粮EE表观消化率随着MCFA的添加水平的增加呈线性升高(P<0.05),与对照组相比,4 g/kg MCFA组EE表观消化率显著提高(P<0.05)。各组间DM、CP、OM、NDF、ADF表观消化率均无显著差异(P>0.05)。

表4 MCFA对断奶仔猪营养物质表观消化率的影响

Table 4 Effects of MCFA on nutrient apparent digestibility of weaned piglets %

项目 Items	添加水平Supplemental levels/(g/kg)				SEM	P值P-value
项目 Items	0(对照 Control)	1	2	4	SEM	处理 Treatment	线性 Linear	二次 Quadratic
干物质DM	82.16	84.56	84.07	84.08	1.337	0.350	0.248	0.242
粗蛋白质CP	77.80	78.40	78.12	79.01	1.157	0.763	0.389	0.862
粗脂肪EE	67.46^b	72.38^ab	69.40^b	75.86^a	2.375	0.034	0.018	0.659
有机物OM	85.83	87.31	87.15	87.09	0.754	0.257	0.168	0.189
中性洗涤纤维NDF	58.52	57.51	54.86	57.35	4.767	0.884	0.693	0.617
酸洗洗涤纤维ADF	36.89	42.90	40.72	39.34	5.368	0.731	0.768	0.359

2.4 MCFA对断奶仔猪血清指标的影响

2.4.1 MCFA对断奶仔猪血清生化指标的影响

由表5可知,随着饲粮中MCFA添加水平的增加,血清总蛋白和球蛋白含量有呈线性降低的趋势(0.05<P<0.10);仔猪血清CRE的含量随饲粮中MCFA添加水平的增加呈线性降低(P<0.05),与对照组及1、2 g/kg MCFA组相比,添加4 g/kg的MCFA显著降低了血清CRE含量(P<0.05);仔猪血清ALP活性随饲粮中MCFA添加水平的增加有呈二次曲线变化趋势(0.05<P<0.10),2 g/kg MCFA组血清ALP活性显著低于对照组(P<0.05);各组之间血清UN含量无显著差异(P>0.05)。

表5 MCFA对断奶仔猪血清生化指标的影响

Table 5 Effects of MCFA on serum biochemical indexes of weaned piglets

项目 Items	添加水平Supplemental levels/(g/kg)				SEM	P值P-value
项目 Items	0(对照 Control)	1	2	4	SEM	处理 Treatment	线性 Linear	二次 Quadratic
总蛋白TP/(g/L)	66.37	64.61	64.92	63.05	1.753	0.335	0.098	0.968
白蛋白ALB/(g/L)	36.44	36.40	36.41	36.48	1.685	1.000	0.984	0.965
球蛋白GLB/(g/L)	29.93	28.20	28.51	26.58	1.608	0.256	0.070	0.928
尿素氮UN/(mmol/L)	2.86	2.71	2.84	3.00	0.259	0.743	0.521	0.405
肌酐CRE/(μmol/L)	119.90^a	122.00^a	119.68^a	103.88^b	6.518	0.041	0.024	0.066
碱性磷酸酶ALP/(U/L)	322.04^a	324.05^a	295.65^b	322.65^a	9.338	0.012	0.343	0.057

2.4.2 MCFA对断奶仔猪血清抗氧化指标的影响

由表6可知,随着饲粮中MCFA添加水平的增加,血清SOD活性呈线性升高(P<0.05),血清MDA含量呈线性降低(P<0.05);饲粮中添加2和4 g/kg MCFA显著降低了血清MDA含量(P<0.05),添加4 g/kg的MCFA有提高血清SOD活性的趋势(0.05<P<0.10);添加MCFA对血清GSH-Px活性和T-AOC无显著影响(P>0.05)。

表6 MCFA对断奶仔猪血清抗氧化指标的影响

Table 6 Effects of MCFA on serum antioxidant indexes of weaned piglets

项目 Items	添加水平Supplemental levels/(g/kg)				SEM	P值P-value
项目 Items	0(对照 Control)	1	2	4	SEM	处理 Treatment	线性 Linear	二次 Quadratic
总抗氧化能力T-AOC/(U/mL)	5.24	5.38	5.49	5.61	0.283	0.602	0.190	0.959
超氧化物歧化酶SOD/(U/mL)	182.40	183.82	189.18	197.52	5.569	0.071	0.014	0.397
谷胱甘肽过氧化物酶 GSH-Px/(U/mL)	928.54	977.45	965.66	965.15	40.757	0.663	0.462	0.408
丙二醛MDA/(nmol/mL)	5.04^a	4.74^ab	4.34^b	4.39^b	0.244	0.045	0.010	0.311

2.4.3 MCFA对断奶仔猪血清免疫指标的影响

由表7可知,随着饲粮中MCFA添加水平的增加,血清IgA和IgM含量呈二次曲线变化(P<0.05);添加1、2、4 g/kg的MCFA均显著提高了血清中IgA的含量(P<0.05),添加1和2 g/kg的MCFA有提高血清IgM含量的趋势(0.05<P<0.10),但对血清IgG含量无显著影响(P>0.05)。

表7 MCFA对断奶仔猪血清免疫指标的影响

Table 7 Effects of MCFA on serum immune indexes of weaned piglets g/L

项目 Items	添加水平Supplemental levels/(g/kg)				SEM	P值P-value
项目 Items	0(对照 Control)	1	2	4	SEM	处理 Treatment	线性 Linear	二次 Quadratic
免疫球蛋白G IgG	8.76	8.93	8.99	8.89	0.181	0.641	0.430	0.324
免疫球蛋白A IgA	1.16^b	1.26^a	1.26^a	1.24^a	0.314	0.018	0.026	0.016
免疫球蛋白M IgM	0.90	0.96	0.95	0.93	0.023	0.073	0.342	0.018

3 讨论

在养猪业中,腹泻是仔猪断奶期间常见的一种疾病,受腹泻影响,仔猪生长速度降低、饲料效率降低甚至导致死亡,给养猪业造成重大经济损失。本研究在仔猪饲粮中添加MCFA,显著提高了饲粮EE表观消化率,显著降低了断奶仔猪的粪便评分和腹泻率,通过对血清抗氧化及免疫等指标的分析,进一步发现随MCFA添加水平的增加,仔猪血清SOD活性线性升高,而MDA含量线性降低;血清IgA与IgM含量则呈二次曲线变化。这表明在饲粮中添加MCFA可提高机体免疫性能和抗氧化力,进而改善断奶仔猪的健康状况,但本试验未发现其能促进增重和提高饲料利用率。

本研究表明,饲粮中添加MCFA显著提高了EE表观消化率。与本研究结果相似,Han等^[9]及Hanczakowska等^[5]的研究表明,在仔猪饲粮中添加MCFA或者MCFA和植物精油复合物提高了能量及其他营养物质的消化率。小肠是仔猪消化吸收营养物质的主要场所,小肠黏膜形态结构的完整性是仔猪肠道吸收功能和机体生长发育的基础。之所以MCFA能够提高营养物质消化率,一方面MCFA在仔猪肠道中能够快速消化水解,给断奶期仔猪肠道提供足够的能量^[10];另一方面,MCFA可提高断奶仔猪空肠及回肠绒毛高度,降低隐窝深度,有效保证肠道完整性^[11-12]。但本研究中,4 g/kg MCFA组EE表观消化率较高,是否与MCFA本身消化率高,而且添加水平占EE的比例较大有关,这仍需我们进一步研究。

血清生化指标是判断机体生理功能的重要参数。本试验中,添加MCFA对血清总蛋白及尿素氮含量无显著影响,表明其对仔猪氮的利用效率没有影响^[13]。本试验中,饲粮CP表观消化率无显著变化也说明了这一点,同时与增重和饲料利用率没有差异相吻合。肌酐是肌酸磷酸酯在肌肉和蛋白质代谢中的分解产物,在应激条件下,血清肌酐含量会升高^[14],本试验中,添加4 g/kg的MCFA降低了血清肌酐含量,表明MCFA能够缓解仔猪的断奶应激。碱性磷酸酶是衡量肝脏损伤的一个重要指标,当肝胆系统出现病变,血清ALP活性就会升高^[15]。本试验中,添加2 g/kg的MCFA降低了血清ALP活性,说明在饲粮中添加MCFA对肝脏无害。综上所述,适宜剂量的MCFA有利于缓解仔猪断奶应激。

断奶应激时,机体产生的自由基超过抗氧化系统的清除能力,过量的自由基使机体细胞受损,最终导致机体产生疾病^[16]。本试验中,随饲粮MCFA添加水平的增加,血清SOD活性及MDA含量分别呈线性升高和降低。Sengupta等^[17]也发现富含MCFA的米糠油降低了脂质过氧化,而且肝脏、大脑和红细胞膜抗氧化酶活性随着富含MCFA米糠油的添加而升高,其中以富含辛酸的米糠油改善效果最好。这说明添加MCFA可通过提高抗氧化酶活性,抑制脂质过氧化,改善仔猪机体的抗氧化能力。另外,通过调节和增强免疫功能也能够减少断奶应激,改善仔猪的健康状况和生产性能^[18-19]。本试验中,添加MCFA显著提高了血清IgA含量,对IgM含量有提高的趋势,表明MCFA可以改善仔猪的免疫功能。与本试验结果类似,在泌乳奶牛饲粮中添加MCFA显著提高了血清IgG和IgM含量^[20],在断奶仔猪中补充有机酸,有提高血清中IgM和IgG含量的趋势^[21]。

值得注意的是,本试验中饲粮添加MCFA对断奶仔猪增重和料重比均无显著影响。其中,2 g/kg MCFA组初重较其他3组高,但组间差异不显著,表明试验仔猪选择及分组是可信的。其他研究表明,MCFA具有改善仔猪生长性能的作用,对增重和饲料效率有积极影响^[5,22-23]。MCFA可能影响生长性能的潜在机制是多样的,包括由于MCFA的水溶性,它们在小肠内被迅速吸收,并可被肠道细胞用作能量底物,或进入肝脏在肝细胞中进行β氧化。此外,MFCA能够改善肠道形态以及通过其抗菌特性改变胃肠道微生物多样性^[23]。本试验没有得到相似结果可能与MCFA的添加形式(单独或复合添加,与酸化剂组合等)、添加水平(0.2%~1.5%)等因素有关^[24]。此外,也表明MCFA作为一种能量底物、胃肠道形态的修饰剂和抗菌化合物的使用,在缓解仔猪腹泻与促进生长的作用途径等方面可能是不同的,需要更多的研究以阐明相关机制^[25]。

4 结论

本试验条件下,在断奶仔猪饲粮中添加MCFA增强了仔猪机体抗氧化和免疫能力,降低了粪便评分和腹泻率,为缓解仔猪断奶应激提供了技术支撑;但本试验未能发现其能促进增重和提高饲料利用率。

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