随着全球人口的迅速增长，预计2050年的肉类需求将比2010年提高58%[1]。同时，这也对畜禽饲料的需求产生一定的影响，特别是对饲料蛋白质原料的需求造成了巨大的压力[2]。因此，寻求和开发新的可持续利用的饲料蛋白质资源，缓解饲料蛋白质原料日益稀缺的问题迫在眉睫。近年来，昆虫由于蛋白质和脂肪含量高以及氨基酸均衡等优点被认为是具有潜在应用价值的饲料蛋白质原料[3]。昆虫以厨余垃圾等有机废物为食，饲养基质来源广泛，饲养成本低，生长速度快，饲料转化效率高[3-4]。因此，昆虫将有助于缓解饲料蛋白质原料紧缺的困境。其中，家蝇、黄粉虫和黑水虻是目前生产中最为常见的3种昆虫蛋白质资源，主要用于替代畜禽饲粮中的鱼粉和豆粕[4]。Biasato等[5]研究表明，黑水虻幼虫粉在断奶仔猪饲粮中部分替代豆粕，并未对断奶仔猪生长性能、养分消化率、血清生化指标和肠道形态产生负面影响。Yu等[6]研究表明，黑水虻幼虫粉作为鱼粉替代品添加于饲粮中，可增加断奶仔猪回肠和盲肠有益菌的数量，抑制有害菌的增殖，同时改善回肠免疫功能。Jin等[7]研究发现，黄粉虫幼虫粉替代豆粕添加于饲粮中，可改善断奶仔猪的生长性能，且不会对免疫功能产生负面影响。在贸易战和全球疫情的影响之下，我国的大豆供应较为紧张，大豆及其制品价格持续走高，寻找大豆替代品是猪生产中的一个关键问题。血浆蛋白粉虽是一种优质的蛋白质原料，但价格昂贵，且在非洲猪瘟肆虐的情况下，血浆蛋白粉被认为可能携带病毒而具有传播非洲猪瘟的风险，目前关于昆虫蛋白替代血浆蛋白粉的相关研究较少[8]。因此，本试验旨在研究不同蛋白质原料(大豆浓缩蛋白、昆虫蛋白KT100、血浆蛋白粉)对断奶仔猪生长性能、血清免疫和抗氧化指标及肠道形态的影响，为昆虫蛋白资源在断奶仔猪饲粮中的应用提供数据支持和科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料本试验所用昆虫蛋白KT100由广东某生物科技股份有限公司提供，主要由蝇蛆虫体加工制成；大豆浓缩蛋白由秦皇岛某食品工业有限公司提供；血浆蛋白粉购自天津某公司。大豆浓缩蛋白、血浆蛋白粉和昆虫蛋白KT100的营养水平见表 1。
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表 1 大豆浓缩蛋白、血浆蛋白粉和昆虫蛋白KT100的营养水平(干物质基础) Table 1 Nutrient levels of soybean protein concentrate, plasma protein powder and insect protein KT100 (DM basis) |
本试验在河北丰宁中国农业大学农业农村部饲料工业中心动物试验基地进行。试验共选取108头体重[(7.71±1.23) kg]接近的健康28日龄“杜×长×大”断奶仔猪，按体重和性别，采用完全随机区组设计分为3组，每组6个重复，每个重复6头猪(公母各占1/2)。试验分为前期(第1~14天)和后期(第15~28天)。Ⅰ组(对照组)前期饲喂含8%大豆浓缩蛋白的试验饲粮，后期饲喂含6%大豆浓缩蛋白的试验饲粮；Ⅱ组前期饲喂含8%昆虫蛋白KT100的试验饲粮，后期饲喂含6%昆虫蛋白KT100的试验饲粮；Ⅲ组前期饲喂含6%血浆蛋白粉的试验饲粮，后期饲喂含4%血浆蛋白粉的试验饲粮。试验期28 d。试验饲粮的制定参照NRC(2012)仔猪营养需要，其组成及营养水平见表 2。
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表 2 试验饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis) |
试验在全封闭式猪舍内进行，采用塑料漏粪地板、不锈钢可调节料槽和鸭嘴式饮水器，利用自动控制系统调整舍内温度(24~26 ℃)和相对湿度(60%~70%)。粉料饲喂，仔猪自由采食和饮水。试验期间，定期打扫猪舍，保持通风。每日观察猪的生长状态，记录健康情况，并按常规管理程序进行驱虫和免疫。
1.3 测定指标和方法 1.3.1 生长性能和腹泻率分别在试验第1、14和28天对各栏仔猪进行称重并记录数据，计算仔猪的平均日增重(ADG)。在试验过程中，以栏为单位，记录仔猪的给料量，并在各时期结束时，对剩料量进行统计，计算平均日采食量(ADFI)和饲料转化率(FCR)。试验期间，每天09:00和16:00逐头检查仔猪肛门，根据粪便评分等级记录仔猪的腹泻状况，并按照如下公式计算腹泻率[9]：
腹泻率(%)=100×试验猪腹泻头次总和/
(试验猪头数×试验天数)。
1.3.2 养分表观消化率在试验前期和后期的最后3 d，收集新鲜的粪便样品和饲粮样品，保存于-20 ℃冷库内，用于测定养分表观消化率。样品分析前，将粪便样本于65 ℃烘箱中干燥72 h，回潮24 h，并过40目筛粉碎。样品中干物质(DM)、粗灰分(Ash)、粗脂肪(EE)和粗蛋白质(CP)含量的测定分别按照GB/T 6345—2006、GB/T 6438—2007、GB/T 6433—2006和GB/T 6432—1994进行，总能(GE)使用氧弹式热量计(1281型，Parr公司，美国)进行测定，铬含量使用原子吸收光谱仪(Z-500，Hitachi公司，日本)测定。按照如下公式计算各养分表观消化率：
养分表观消化率(%)=100-100×[(饲粮铬含量/
粪便铬含量)×(粪便该养分含量/
饲粮该养分含量)]。
1.3.3 血清免疫和抗氧化指标分别在试验第14和28天，每栏内选取1头接近本栏平均体重的仔猪，于前腔静脉处采血5 mL，室温静置30 min。随后4 ℃条件下2 800×g离心15 min，吸取上层血清于-20 ℃保存。采用试剂盒测定血清总超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和丙二醛(MDA)、生长激素(GH)含量以及总抗氧化能力(T-AOC)，所用试剂盒购自南京建成生物工程研究所，依照试剂盒说明书进行操作。采用酶联免疫吸附法测定血清肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白M(IgM)含量，所用试剂盒购自南京建成生物工程研究所，依照试剂盒说明书进行操作。
1.3.4 肠道形态在试验结束时，每组屠宰3头仔猪，将肠道组织样品(十二指肠、空肠和回肠)从仔猪体内取出，生理盐水冲洗，在4%多聚甲醛溶液中固定保存。将肠道组织样品从多聚甲醛中取出后，使用酒精逐级脱水，二甲苯透明和石蜡包埋后，切成5 μm左右厚度的切片，经苏木素-伊红(hematoxylin-eosin staining，HE)染色后，用装有真彩图像分析软件的光学显微镜观察，选取至少10个典型视野(绒毛清晰完整)测量其绒毛高度和隐窝深度，并计算绒毛高度/隐窝深度(绒隐比)。
1.4 统计分析使用SAS 9.2统计软件对相关指标进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，结果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为趋于差异显著。
2 结果 2.1 不同蛋白质原料对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响由表 3可知，试验前期、后期和全期，各组之间断奶仔猪的ADG、ADFI和FCR均无显著差异(P>0.05)。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组试验前期的ADG分别为296、278和314 g，试验后期分别为370、348和368 g，试验全期分别为339、312和340 g。试验前期，各组之间断奶仔猪的腹泻率无显著差异(P>0.05)。
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表 3 不同蛋白质原料对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响 Table 3 Effects of different protein ingredients on growth performance and diarrhea rate of weaned piglets |
由表 4可知，第14天，与Ⅰ组相比，Ⅱ组的CP表观消化率有降低的趋势(P=0.07)。第28天，与Ⅰ组相比，Ⅱ和Ⅲ组的DM和有机物(OM)表观消化率显著提高(P < 0.05)，Ⅲ组的CP表观消化率显著提高(P < 0.05)。
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表 4 不同蛋白质原料对断奶仔猪养分表观消化率的影响 Table 4 Effects of different protein ingredients on nutrient apparent digestibility of weaned piglets |
由表 5可知，第14和28天，各组之间断奶仔猪的血清免疫和抗氧化指标均无显著差异(P>0.05)。
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表 5 不同蛋白质原料对断奶仔猪血清免疫和抗氧化指标的影响 Table 5 Effects of different protein ingredients on serum immune and antioxidant indexes of weaned piglets |
由表 6可知，与Ⅰ组相比，Ⅱ组的回肠隐窝深度显著提高(P < 0.05)。各组之间断奶仔猪的十二指肠和空肠绒毛高度、隐窝深度和绒毛高度/隐窝深度均无显著差异(P>0.05)。
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表 6 不同蛋白质原料对断奶仔猪肠道形态的影响 Table 6 Effects of different protein ingredients on intestinal morphology of weaned piglets |
在本试验中，3组之间断奶仔猪的生长性能和腹泻率无显著差异，且血清GH含量无显著差异，GH也常被用于预测生长性能的趋势。基于此，说明断奶仔猪对昆虫蛋白KT100表现出良好的耐受性，昆虫蛋白KT100在仔猪饲粮中可替代大豆浓缩蛋白和血浆蛋白粉，并对生长性能无负面影响。目前，部分研究结果与本试验结果相似，即用昆虫蛋白替代豆粕或鱼粉添加于断奶仔猪饲粮中，并不会显著影响断奶仔猪的生长性能[5, 10-11]。此外，有研究结果表明，昆虫蛋白以一定比例添加于断奶仔猪饲粮中替代血浆蛋白粉、鱼粉或豆粕可对仔猪的生长性能和腹泻率有一定的改善作用[7, 12-14]。其中，昆虫蛋白对于仔猪生长性能的改善主要体现于采食量，而这通常被认为与昆虫蛋白的诱食作用相关[5]。昆虫蛋白对于胃肠道激素如胆囊收缩素、饥饿素和酪酪肽等的调节作用也可在一定程度证实昆虫蛋白的诱食作用[15]。然而，也有报道称，昆虫蛋白以75%替代比例替代豆粕，相较于对照组，断奶仔猪的生长性能降低，过高的替代比例可能使得饲粮中几丁质含量过高，而高含量的几丁质可能引起畜禽的生长性能降低[13, 16]。此外，与血浆蛋白粉或鱼粉等较为优质的蛋白质原料相比，昆虫蛋白的部分必需氨基酸含量较低，而动物对于蛋白质的需求本质上是对氨基酸的需求。饲粮中添加过高水平的昆虫蛋白可导致氨基酸不均衡，从而对动物的生长性能产生不利影响[17]。在不同的研究中，昆虫蛋白对于仔猪生长性能影响的差异可能与昆虫的物种、昆虫的饲养阶段、昆虫的饲养基质和饲粮中昆虫蛋白的添加水平有关[18]。
3.2 不同蛋白质原料对断奶仔猪养分表观消化率的影响在本试验中，与对照组相比，断奶仔猪饲粮中添加昆虫蛋白KT100有降低第14天CP表观消化率的趋势，添加昆虫蛋白KT100和血浆蛋白粉可显著提高第28天DM和OM表观消化率。而Biasato等[5]研究表明，昆虫蛋白(黑水虻幼虫粉)分别以30%或60%比例替代豆粕并不会影响断奶仔猪的DM、OM、CP和EE表观消化率。Spranghers等[10]将4%和8%昆虫蛋白(黑水虻幼虫粉)替代豆粕添加于断奶仔猪饲粮中，相较于玉米-豆粕型基础饲粮，添加4%昆虫蛋白可提高断奶仔猪CP表观消化率，添加8%昆虫蛋白则可降低断奶仔猪CP表观消化率，而各组之间DM、GE、EE和CP表观消化率无显著差异。Newton等[13]报道，相较于饲喂玉米-豆粕型基础饲粮，饲喂昆虫蛋白饲粮的仔猪DM表观消化率较低，EE表观消化率较高，而CP表观消化率相近。Jin等[7]研究表明，随着断奶猪饲粮中黄粉虫添加水平的增加，DM和CP表观消化率呈线性增加。同生长性能一样，养分消化率的差异可能与昆虫的种类和生活阶段、昆虫蛋白的加工方式以及昆虫蛋白在仔猪饲粮中的添加水平有关。昆虫蛋白的纤维部分存在于几丁质中，几丁质是昆虫外骨骼的主要成分，几丁质聚合物中的氮和被几丁质包裹的蛋白质较难在猪的小肠中被消化吸收[18]。因此，当昆虫蛋白在仔猪饲粮中的添加水平过高，过高含量的几丁质可能使得CP表观消化率降低。但研究表明仔猪胃黏膜可分泌一定含量的几丁质降解酶，且随着日龄的增加，其所分泌的几丁质酶的含量增加[19]。因此，几丁质对于CP表观消化率的负面影响可能在仔猪处于断奶初期时表现得较为明显，这可在一定程度解释本试验断奶仔猪饲粮中添加昆虫蛋白KT100引起第14天CP表观消化率降低。同时，几丁质的降解产物壳寡糖已被证明可提高DM表观消化率，可在一定程度解释断奶仔猪DM表观消化率的增加[19-20]。目前，关于昆虫蛋白对于OM表观消化率影响的相关报道仍然较少，因此仍有待进一步研究。
3.3 不同蛋白质原料对断奶仔猪血清免疫指标的影响在本试验中，各组之间断奶仔猪的血清TNF-α、IgA、IgG和IgM含量均无显著差异。Jin等[7]将黄粉虫幼虫部分替代豆粕和豆油添加于断奶仔猪饲粮中，与饲喂玉米-豆粕基础饲粮相比，断奶仔猪血清IgA和IgG含量并无显著差异。研究表明，随着饲粮中黄粉虫粉添加水平的增加，断奶仔猪血清IgG、IgM和IgA含量也随之增加，免疫功能得到改善[14]。Yu等[21]研究表明，昆虫蛋白(黑水虻幼虫粉)可影响肥育猪的肠道免疫功能，下调结肠黏膜促炎细胞因子干扰素-γ的mRNA表达水平，同时上调抗炎细胞因子白细胞介素-10的mRNA表达水平。Yu等[6]研究表明，黑水虻幼虫粉替代鱼粉可下调断奶仔猪回肠TNF-α的mRNA表达水平，提高回肠分泌型免疫球蛋白A(sIgA)含量。昆虫蛋白中的甲壳素可刺激机体免疫系统，对机体免疫功能产生一定的积极影响，壳聚糖已被证明可作为抗生素替代品添加于断奶仔猪饲粮中[22-23]。同时，昆虫蛋白中含有大量月桂酸，而月桂酸及其代谢物在小肠中表现出抗炎及抗菌特性[19]。此外，昆虫体内可产生多种抗菌肽，而这些肽类可通过打开细菌膜的离子通道破坏膜结构而达到抑菌的目的，目前家蝇中提取出的蝇蛆肽已被用于治疗细菌及真菌感染[24]。本试验中，饲粮中添加昆虫蛋白KT100并未影响断奶仔猪的免疫功能，我们推测昆虫蛋白KT100对断奶仔猪免疫功能的影响与大豆浓缩蛋白和血浆蛋白粉这类优质蛋白原料类似，可以使得仔猪的免疫功能达到最佳的状态。
3.4 不同蛋白质原料对断奶仔猪血清抗氧化指标的影响在本试验中，各组之间断奶仔猪的血清GSH-Px、T-SOD活性和T-AOC及MDA含量均无显著差异。这表明不同蛋白质原料对断奶仔猪抗氧化功能无显著影响，意味着相较于血浆蛋白粉和大豆浓缩蛋白，昆虫蛋白KT100对仔猪的抗氧化功能有类似的影响。研究表明，在水产饲料中添加昆虫蛋白可提高机体总体抗氧化能力，调控幼虾和幼鱼血清、肝脏和肾脏的氧化还原酶活性[25]。黑水虻幼虫粉替代豆粕添加于肉鸡饲粮中可提高血清GSH-Px活性，GSH-Px是机体对抗氧化损伤的主要防御活性物质之一，而昆虫蛋白的抗氧化能力被认为可能与其所含有的膳食生育酚有关[26]。目前，昆虫蛋白对猪的抗氧化功能的相关研究较少，但昆虫蛋白对于家禽以及鱼的抗氧化功能的积极影响已被证明，昆虫中的中链脂肪酸以及抗菌肽等成分可调控机体抗氧化状态[25]。
3.5 不同蛋白质原料对断奶仔猪肠道形态的影响在本试验中，Ⅱ组断奶仔猪的回肠隐窝深度显著高于对照组和Ⅲ组。小肠的形态，尤其是上皮的隐窝和绒毛，在营养物质的消化和吸收的功能方面有着重要作用[27]。隐窝深度的增加可能使得涉及肠道维持所需能量的增加，随后营养物质可能主要用于肠道发育而不是生长，从而导致畜禽生长性能表现不佳[28]。目前，部分研究结果表明昆虫蛋白作为豆粕的替代品添加于断奶仔猪饲粮中，并不会影响断奶仔猪的小肠形态[5, 10]。而Yu等[6]研究表明，黑水虻幼虫粉上调了肠道发育相关基因(胰岛素样生长因子-Ⅰ、胰高血糖素样肽-Ⅱ和表皮细胞生长因子)的表达，表明昆虫蛋白可在一定程度改善肠道形态，刺激绒毛生长和隐窝增殖。与本试验结果相似，Dabbou等[26]在肉鸡饲粮中添加15%的昆虫蛋白(黑水虻幼虫粉)，与对照组(玉米-豆粕型基础饲粮)相比，肠道绒毛高度降低，隐窝深度增加。Biasato等[29]研究结果同样表明，相较于玉米-豆粕型基础饲粮，饲喂含15%黄粉虫饲粮的肉鸡小肠绒毛高度降低，隐窝深度增加。据报道，蛋白质来源和饮食结构的改变可能会降低CP表观消化率，从而对畜禽的小肠形态产生负面影响，导致绒毛高度降低和隐窝深度增加[30]。因此，我们推测与对照组相比，Ⅱ组断奶仔猪的回肠隐窝深度增加可能与CP表观消化率降低有关。
4 结论断奶仔猪饲粮添加昆虫蛋白KT100，与添加大豆浓缩蛋白和血浆蛋白粉的效果相当，对仔猪生长性能、腹泻率、血清免疫和抗氧化指标无不良影响。昆虫蛋白KT100可作为新的蛋白质来源在仔猪饲粮中应用。
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