Chinese Journal of Animal Nutrition >

2025 , Vol. 37 >Issue 6: 4026 - 4034

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.330

RESEARCH PAPER

Effects of Dietary Fiber on Diet Palatability, Serum Antioxidant Indices and Fecal Microbiota of Pet Cats

  • WANG Jianfeng , 1 ,
  • WU Jianyao , 1, 2, * ,
  • ZHUANG Pingzhen 1 ,
  • ZHANG Shizhong 2, 3
Expand
  • 1 Joinsha Pet Technology (Xiamen) Co., Ltd., Xiamen 361028, China
  • 2 Joinsha Biological Health Industry Research Institute, Xiamen 361028, China
  • 3 Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350013, China
* livestock engineer, E-mail:

Received date: 2024-11-19

  Online published: 2025-06-12

Fold

Abstract

This experiment aimed to explore the effects of dietary fiber on diet palatability, serum antioxidant indices and fecal microbiota of pet cats. Twenty healthy adult Golden British Shorthair pet cats with age of (2.63±0.73) years and weight of (3.79±0.89) kg were selected and randomly divided into 2 groups with 10 cats in each group (half male and half female). Cats in the control group were fed a basal diet, and those in the experimental group were fed the basal diet supplemented with 5% dietary fiber. The experiment lasted for 30 days. The results showed as follows: 1) compared with the control group, there were no significant differences in the final weight and average daily feed intake of pet cats in the experimental group (P>0.05). 2) Compared with the control group, the total antioxidant capacity (T-AOC) in serum of pet cats in the experimental group was significantly increased (P<0.05). 3) Compared with the control group, the fecal score of the pet cats in the experimental group was significantly decreased (P<0.05), the fecal pH was significantly increased (P<0.05), and both the fecal ammonia nitrogen concentration and the environmental ammonia concentration were significantly decreased (P<0.05). 4) There was no significant difference in the relative abundance of fecal microorganisms of pet cats at the phylum and genus levels between the experimental group and the control group (P>0.05). Compared with the control group, the Bifidobacterium relative abundance in the experimental group was increased, while the relative abundances of Solobacterium and Peptoclostridium were decreased. In conclusion, adding 5% dietary fiber to the basal diet for pet cats does not affect the diet palatability. Moreover, it can increase the serum T-AOC of pet cats, maintain the shape of feces and reduce the ammonia nitrogen concentration in feces. At the same time, it can improve the fecal microbiota and maintain intestinal health.

Key words： dietary fiber; pet cats; palatability; serum antioxidant indices; fecal microbiota

Cite this article

WANG Jianfeng , WU Jianyao , ZHUANG Pingzhen , ZHANG Shizhong . Effects of Dietary Fiber on Diet Palatability, Serum Antioxidant Indices and Fecal Microbiota of Pet Cats[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2025 , 37(6) : 4026 -4034 . DOI: 10.12418/CJAN2025.330

随着我国经济的飞速发展和人们对高质量生活的多元化追求,宠物的伴侣特性使宠物逐渐被人们视为生活的一部分,宠物健康也由此成为宠物主关注的热点[1-2]。消化道作为犬和猫营养物质消化吸收的重要场所和免疫器官,其健康程度影响到宠物的整体健康[3]。
研究表明,在宠物饲粮中添加肠道功能营养因子,如膳食纤维素,可以有效预防宠物因饮食不当、环境变化等因素引起的消化道疾病[4]。膳食纤维素被称为第七营养素,其本质是碳水化合物中不能被人体消化酶所分解的多糖类物质。膳食纤维素根据水溶性分为可溶性纤维和不可溶性纤维,其中可溶性纤维主要有果胶、植物胶和黏胶等;不可溶性纤维即不能溶解于水又不能被大肠中微生物酵解的一类纤维,主要有纤维素、半纤维素和木质素等。可溶性纤维和不可溶性纤维对动物的肠道具有不同的功能,可溶性纤维可为肠道微生物提供发酵底物,抑制有害菌,具有吸水膨胀性增加饱腹感;不可溶性纤维可以加快肠道蠕动和增加粪便体积,促进动物肠道的发育,两者通过一定比例合并构成的膳食纤维素具有收敛止泻、优化微生物群落结构、调控肠道内微生物稳态以及改善肠道形态的作用[5-8]。目前,膳食纤维素在宠物猫健康领域的研究集中在减重和糖尿病领域[9],对肠道健康的研究较少。因此,本试验旨在通过探究膳食纤维素对宠物猫饲粮适口性、血清抗氧化指标和粪便微生物区系的影响,以期为膳食纤维素在改善宠物猫肠道健康中的应用提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用膳食纤维素为市售产品,其组成及营养水平见表1。
表1 膳食纤维素组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of dietary fiber (DM basis) %

项目Items 含量Content
原料Ingredients
菊粉Inulin 20.0
纤维素(源自枫杨木)
Cellulose (extracted from
Pterocarya stenoptera)		 60.0
甜菜渣Sugar beet pulp 15.0
圆苞车前子壳粉
Plantago ovata shell powder		 5.0
合计Total 100.0
营养水平Nutrient levels
总膳食纤维Total dietary fiber 80.36
可溶性纤维Soluble fiber 26.38
不可溶性纤维Insoluble fiber 53.98
粗纤维Crude fiber 38.87

营养水平均为实测值,总膳食纤维、可溶性纤维和不溶性纤维采用酶重量法(GB 5009.88—2023)测定,粗纤维参照GB/T 6434—2022测定。

Nutrient levels were all measured values, total dietary fiber, soluble fiber and insoluble fiber were determined by enzyme gravimetric method (GB 5009.88—2023), and crude fiber was determined in accordance with GB/T 6434—2022.

1.2 试验动物及分组

本试验在福建省农业科学院畜牧兽医研究所进行,由福建省农业科学院畜牧兽医研究所实验动物伦理委员会批准,动物试验伦理批准编号为:MYLISC2024-017。试验采用单因素完全随机试验设计,选择20只健康成年英短金渐层宠物猫[年龄(2.63±0.73)岁,体重(3.79±0.89) kg],随机分成2组,每组10只(公母各占1/2)。对照组饲喂基础饲粮,试验组在基础饲粮基础上添加5%膳食纤维素。试验期30 d(2024年6月16日至2024年7月15日)。

1.3 基础饲粮

试验用基础饲粮参照AAFCO(2016)宠物营养标准[10]进行设计配制,并加工成膨化料。基础饲粮组成及营养水平见表2。
表2 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 2 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) %

原料Ingredients 含量Content 营养水平Nutrient levels2) 含量Content
玉米Corn 28.20 代谢能ME/(MJ/kg) 18.36
鸡肉粉Chicken meal 17.60 粗蛋白质CP 34.86
牛肉骨粉Beef and bone meal 14.20 粗脂肪EE 16.32
鱼粉Fish meal 11.40 粗灰分Ash 7.21
虾粉Shrimp meal 8.30 粗纤维CF 2.54
豌豆Pea 5.00 牛磺酸Taurine 0.23
马铃薯粉Potato powder 3.50 钙Ca 1.83
鸡油Chicken oil 5.50 磷P 1.17
鱼油Fish oil 4.80 水溶性氯化物Water-soluble chloride 0.34
预混料Premix1) 1.00
食盐NaCl 0.50
合计Total 100.00

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kilogram of the diet:VA 16 000 IU,VD3 1 450 IU,VE 200 mg,VB1 15 mg,VB2 16 mg,VB6 12 mg,VB12 0.5 mg,烟酸 niacin 100 mg,Cu 18 mg,Mn 14 mg,Fe 80 mg,Zn 100 mg。
2)代谢能为计算值[参考NRC《犬猫营养需要》(2006)计算],其他营养水平为实测值(粗蛋白质参照GB/T 6432—2018测定,粗脂肪参照GB/T 6433—2006测定,粗纤维参照GB/T 6434—2022测定,粗灰分参照GB/T 6438—2007测定,钙和磷参照NY/T 3318—2018测定,牛磺酸参照GB 5009.169—2016测定,水溶性氯化物参照GB/T 6439—2023测定)。ME was a calculated value referred to NRC Nutrient Requirements of Dogs and Cats (2006), and the other nutrient levels were measured values (CP was determined referred to GB/T 6432—2018, EE was determined referred to GB/T 6433—2006, CF was determined referred to GB/T 6434—2022, Ash was determined referred to GB/T 6438—2007, Ca and P were determined referred to NY/T 3318—2018, taurine was determined referred to GB 5009.169—2016, and water-soluble chloride was determined referred to GB/T 6439—2023).

1.4 饲养管理

试验前对所有宠物猫进行免疫、驱虫。试验期间,每只猫单笼饲喂,笼子大小为(1.6 m×0.8 m×0.8 m)。每天清理圈舍,保持宠物圈舍内的清洁。试验期间,每天08:30开始进行饲喂,对照组每只猫每天饲喂100 g基础饲粮,试验组每只猫每天饲喂100 g基础饲粮并补饲5 g膳食纤维素,每只猫每天喂水300 mL。试验期间记录宠物猫是否出现精神状态不佳、呕吐等不良反应。

1.5 检测指标

1.5.1 采食量

试验开始和结束时试验猫进行空腹称重,试验结束后统计每只试验猫的采食量并计算平均日采食量。

1.5.2 血清抗氧化指标

试验结束后,收集每只试验猫的静脉血,用促凝管储存,分离血清测定血清总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性以及丙二醛(MDA)含量等抗氧化指标。

1.5.3 粪便指标

1.5.3.1 粪便评分

试验期间,每天08:00前根据粪便评分标准(表3)[11]对每只试验猫的粪便进行评分。
表3 粪便评分标准

Table 3 Fecal scoring criteria[11]

评分Score 外观形态Appearance
1 坚果状,非常坚硬和干燥,捡起地面无残留
2 坚固但不坚硬,外表上是分段的捡起地面无残留
3 原木状,没有可见分割,表面潮湿,拾起保持原状
4 非常潮湿,原木形状清晰,拾起有残留变形
5 非常湿润,但有独特形状,以桩的形式存在,拾起残留变形
6 有纹理,但没有明确的形状,以堆或点的形式出现
7 水状,无质感觉,平整,像水坑一样存在

1.5.3.2 粪便氨态氮浓度和pH测定

取每只宠物猫的粪便样品2 g于15 mL离心管中,并加入10 mL蒸馏水使粪便在水中完全溶解,4层纱布过滤,取滤液上清液通过靛酚蓝-分光光度法检测粪便中氨态氮浓度。取5 g新鲜粪便样品用10 mL蒸馏水稀释混匀后,采用pH酸度计(E-301-CF,上海雷磁)测定其pH。

1.5.4 环境氨气浓度测定

环境氨气浓度采用手持式氨气浓度测定仪(H-EMC120A,北京北斗星)进行测定,每天对每只猫笼舍内猫砂盆进行氨气浓度测定。

1.5.5 粪便微生物区系

试验结束时,每组各取5只猫,采集新鲜粪便于冻存管中-80 ℃冷冻保存,样品交由北京诺禾致源科技股份有限公司进行16S rRNA基因测序。通过对宠物猫粪便进行α多样性和β多样性分析,对比组间微生物群落结构是否存在差异,并比较分析在门水平和属水平上微生物组成的差异。

1.6 数据统计分析

试验数据采用SPSS 26.0统计软件进行独立样本t检验分析,结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 膳食纤维素对宠物猫采食量的影响

由表4可知,试验组和对照组间宠物猫初重差异不显著(P>0.05);经过为期30 d的饲养试验,试验组和对照组间末重和平均日采食量均无显著差异(P>0.05)。
表4 膳食纤维素对宠物猫采食量的影响

Table 4 Effects of dietary fiber on feed intake of pet cats

项目
Items		 试验组
Experimental group		 对照组
Control group		 P值
P-value
初重Initial weight/kg 3.45±0.67 3.56±0.57 0.674
末重Final weight/kg 3.22±0.64 3.22±0.58 0.974
平均日采食量ADFI/(g/d) 86.55±9.32 81.46±6.78 0.179

同行数据肩标无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)。下表同。

Values in the same row with no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 膳食纤维素对宠物猫血清抗氧化指标的影响

由表5可知,试验组宠物猫血清T-AOC显著高于对照组(P<0.05),其他血清抗氧化指标与对照组相比均无显著差异(P>0.05)。
表5 膳食纤维素对宠物猫血清抗氧化指标的影响

Table 5 Effects of dietary fiber on serum antioxidant indices of pet cats

项目
Items		 试验组
Experimental group		 对照组
Control group		 P值
P-value
总抗氧化能力T-AOC/(mmol/mL) 0.83±0.69a 0.73±0.09b 0.014
超氧化物歧化酶SOD/(U/mL) 99.95±16.55 96.08±17.86 0.621
丙二醛MDA/(nmol/mL) 1.71±0.63 1.67±0.84 0.903
谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px/(U/mL) 8.53±4.14 9.50±4.00 0.602

2.3 膳食纤维素对宠物猫粪便指标和环境氨气浓度的影响

由表6可知,与对照组相比,试验组宠物猫粪便评分显著降低(P<0.05),粪便pH显著提高(P<0.05),粪便氨态氮浓度和环境氨气浓度均显著降低(P<0.05)。
表6 膳食纤维素对宠物猫粪便指标和环境氨气浓度的影响

Table 6 Effects of dietary fiber on fecal indices and environmental ammonia concentration of pet cats

项目
Items		 试验组
Experimental group		 对照组
Control group		 P值
P-value
粪便评分Fecal score 4.57±0.13b 4.81±0.15a 0.027
粪便pH Fecal pH 6.44±0.06a 6.30±0.09b 0.024
粪便氨态氮浓度
Fecal ammonia nitrogen concentration/(mg/g)		 720.01±109.30b 963.33±157.81a 0.022
环境氨气浓度
Environmental ammonia concentration/(ppm)		 26.34±0.88b 27.50±0.59a 0.039

2.4 膳食纤维素对宠物猫粪便微生物区系的影响

2.4.1 宠物猫粪便微生物区系韦恩图

如图1所示,在97%一致性的条件下,进行操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU)聚类,结果表明,2组宠物猫粪便微生物总共有788个OTU,其中试验组和对照组分别单独含有258和259个OTU,2组共同含有271个OTU。
图1 宠物猫粪便微生物区系韦恩图

Fig.1 Venn diagram of fecal microbiota of pet cats

2.4.2 宠物猫粪便微生物区系α多样性分析

本试验中,2组样本覆盖率均为100%,表明该次分析能够很好地代表各个样本的情况。由表7可知,试验组和对照组宠物猫粪便微生物区系α多样性各指数指标均无显著差异(P>0.05)。
表7 膳食纤维素对宠物猫粪便微生物区系α多样性的影响

Table 7 Effects of dietary fiber on α diversity of fecal microbiota of pet cats

项目
Items		 试验组
Experimental group		 对照组
Control group		 P值
P-value
Chao1指数Chao1 index 207.15±51.83 205.04±33.63 0.941
Dominance指数Dominance index 0.06±0.05 0.04±0.01 0.358
Observed_features指数Observed_features index 197.50±54.69 203.40±34.87 0.849
Pielou_e指数Pielou_e index 0.70±0.92 0.74±0.04 0.415
Shannon指数Shannon index 5.40±0.96 5.67±0.33 0.584
Simpson指数Simpson index 0.94±0.05 0.96±0.01 0.358

2.4.3 宠物猫粪便微生物区系β多样性分析

如图2所示,基于加权和非加权UniFrac距离的非度量多维尺度(NMDS)分析均表明,应力值(stress)小于0.2,表明2组宠物猫粪便微生物区系β多样性之间存在一定的差异。
图2 宠物猫粪便微生物区系非度量多维尺度分析

Fig.2 NMDS analysis of fecal microbiota of pet cats

2.4.4 膳食纤维素对宠物猫粪便微生物区系在门水平上组成的影响

由表8可知,在门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)和变形菌门(Proteobacteria)均是2组宠物猫粪便微生物相对丰度排名前3的优势菌门,三者相对丰度占试验组菌群总量的70%以上,占对照组菌群总量的80%以上。不过,2组间粪便微生物在门水平上相对丰度均无显著差异(P>0.05)。
表8 膳食纤维素对宠物猫粪便微生物区系在门水平上组成的影响

Table 8 Effects of dietary fiber on fecal microbiota composition of pet cats at phylum level %

项目
Items		 试验组
Experimental group		 对照组
Control group		 P值
P-value
厚壁菌门Firmicutes 44.33±10.88 53.04±19.47 0.408
拟杆菌门Bacteroidota 18.34±14.23 27.78±17.95 0.354
变形菌门Proteobacteria 15.12±12.93 5.88±3.58 0.162
梭杆菌门Fusobacteriota 0.66±0.99 2.55±2.12 0.110
脱硫杆菌门Desulfobacterota 0.07±0.08 0.55±0.74 0.184
弯曲菌门Campylobacterota 0.08±0.10 0.11±0.12 0.727
髌骨菌门Patescibacteria 0.00±0.00 0.00±0.00 0.347
疣微菌门Verrucomicrobiota 0.00±0.00 0.00±0.00 0.347
脱铁杆菌门Deferribacterota 0.00±0.00 0.00±0.00 0.347
其他Others 0.00±0.00 0.00±0.00 0.883

2.4.5 膳食纤维素对宠物猫粪便微生物区系在属水平上组成的影响

由表9可知,试验组和对照组间宠物猫粪便微生物在属水平上相对丰度均无显著差异(P>0.05)。与对照组相比,试验组双歧杆菌属(Bifidobacterium)相对丰度有所提高,Solobacterium和Peptoclostridium相对丰度有所降低,这表明饲粮添加膳食纤维素可以提高宠物猫肠道有益菌相对丰度,并降低有害菌相对丰度。
表9 膳食纤维素对宠物猫粪便微生物区系在属水平上组成的影响

Table 9 Effects of dietary fiber on fecal microbiota composition of pet cats at genus level %

项目
Items		 试验组
Experimental group		 对照组
Control group		 P值
P-value
代尔夫特菌属Delftia 11.18±14.52 3.11±2.14 0.253
巨型球菌属Megasphaera 7.68±6.58 13.55±13.50 0.408
普雷沃氏菌属9 Prevotella_9 12.05±8.42 12.42±7.52 0.943
拟普雷沃氏菌属Alloprevotella 0.54±1.21 4.88±9.71 0.350
拟杆菌属Bacteroides 4.23±5.95 8.29±8.02 0.389
柯林斯氏菌属Collinsella 9.08±7.73 7.34±2.24 0.642
Solobacterium 2.50±3.33 6.33±8.08 0.356
Peptoclostridium 6.91±4.26 7.02±1.42 0.959
双歧杆菌属Bifidobacterium 3.28±4.66 0.04±0.04 0.158
其他Others 35.71±12.48 36.97±5.05 0.840

2.4.6 宠物猫粪便微生物区系差异分析

如图3所示,对宠物猫粪便微生物区系进行线性判别分析(LDA)效应大小(LEfSe)分析发现,试验组粪便微生物区系中罕见小球菌属(Subdoligranulum)、放线菌纲(Actinobacteria)、双歧杆菌属、双歧杆菌目(Bifidobacteriales)、双歧杆菌科(Bifidobacteriaceae)和青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentis)显著富集(LDA得分>4,P<0.05)。
图3 宠物猫粪便微生物区系线性判别分析效应大小分析

Fig.3 LEfSe analysis of fecal microbiota of pet cats

3 讨论

3.1 膳食纤维素对宠物猫采食量和血清抗氧化指标的影响

本试验中,试验组和对照组的宠物猫采食量均在正常范围内。试验结束时,试验组和对照组间末重和平均日采食量均差异不显著,这说明饲粮添加膳食纤维素不会对宠物猫饲粮适口性造成不良影响。
T-AOC是机体清除自由基的总能力,机体与环境的接触使体内不断产生自由基,自由基攻击机体组织造成细胞损伤,T-AOC的提高使机体氧化-抗氧化动态平衡向抗氧化方向偏移,有利于减少机体损伤[12-13]。研究表明,膳食纤维素具有提高血清T-AOC和SOD活性的能力[14-16]。本研究中,宠物猫血清T-AOC的结果与上述研究结果一致,表明饲粮添加膳食纤维素使宠物猫血清T-AOC显著提高。

3.2 膳食纤维素对宠物猫粪便指标和环境氨气浓度的影响

粪便形态和理化指标的差异可以体现宠物消化道的健康状况。本试验通过粪便的外观形态进行分级评分,结果显示试验组宠物猫粪便评分优于对照组。粪便氨态氮的浓度反馈动物肠道对蛋白质和氨基酸的吸收利用情况[17],且是环境氨气浓度的主要来源[18]。Sabchuk等[19]研究表明,在犬饲粮中添加适量膳食纤维可以降低粪便氨气产量。本试验中,试验组粪便氨态氮浓度和环境氨气浓度均显著低于对照组,可能是膳食纤维素的物理特性可以延长胃排空的时间,进而增加饲粮在胃肠道中的停留时间,并减少粪便在肠道里面的停滞时间,有助于肠道对营养物质的充分吸收,减少环境污染。

3.3 膳食纤维素对宠物猫粪便微生物区系的影响

肠道菌群平衡与肠道健康息息相关。肠道微生物通过发酵和代谢活动,为宿主提供营养物质[20]。目前,犬和猫胃肠道已经发现超过10种细菌门,其中厚壁菌门、拟杆菌门、梭杆菌门、变形菌门和放线菌门为肠道主要的优势菌门[21]。本研究结果显示,试验组和对照组宠物猫粪便微生物区系的优势菌门均为厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门,且试验组和对照组间粪便菌群在门和属水平上的相对丰度均无显著差异。不过,通过粪便微生物区系的β多样性分析发现,试验组与对照组粪便菌群在结构上存在一定差异。同时,LEfSe分析结果显示,试验组宠物猫粪便中双歧杆菌等有益菌显著富集。这可能是因为本研究在宠物猫饲粮中添加的膳食纤维素富含益生元,相关研究表明,饲粮添加益生元有助于肠道双歧杆菌的增殖[22]。Song等[23]在犬饲粮中添加红参膳食纤维发现,膳食纤维可以清洁肠道,其分解产生的有机酸具有抑制有害菌,保护肠道屏障的作用。与上述研究相似,本试验中,试验组宠物猫粪便微生物在属水平上的条件致病菌属Solobacterium和Peptoclostridium相对丰度均低于对照组。综上可知,在宠物猫饲粮中添加膳食纤维素有改善宠物猫肠道菌群结构,提高有益菌相对丰度,并抑制有害菌增殖。

4 结论

在宠物猫基础饲粮中添加5%膳食纤维素未影响饲粮适口性,且具有提高宠物猫血清T-AOC、维持粪便形态和降低粪便氨态氮浓度以及改善粪便微生物区系的作用。

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