楊木低聚木糖對肉雞生長性能、腸道消化酶活性和短鏈脂肪酸含量及血清激素水平的影響

李淑珍 劉 嬌 陳志敏 鄭愛娟 劉國華 蔡輝益 徐 勇 常文環*

(1.中國農業科學院飼料研究所，農業部生物飼料重點實驗室，北京 100081；2.南京林業大學化學工程學院，南京 210037)

低聚木糖是由2～7個木糖單元通過β-1,4糖苷鍵連接而成的低聚糖，具有顯著的益生元生物活性功能，被稱為“最強雙歧因子”。與其他益生元產品相似，低聚木糖是不可被宿主消化的碳水化合物，作為微生物發酵的底物，通過菌群發酵發揮促進畜禽生長的作用[1]。研究表明，飼糧添加2 g/kg的低聚木糖能夠優化腸道微生物群落結構，改善腸道健康；飼糧添加0.2%和0.5%的低聚木糖都能顯著提高飼料轉化率，從而顯著改善畜禽的生長性能；當低聚木糖添加量為2 mg/kg時，腸道菌群發酵低聚木糖產生的短鏈脂肪酸刺激有益菌的增殖并且抑制病原菌在腸道內的定植，最終建立穩定的腸道微生態環境，并提高畜禽免疫和抗氧化等生理功能[2-4]。

現有的低聚木糖主要是從玉米芯、甘蔗渣等富含木聚糖的原料中通過酶定向水解法制備得到的，尚存生產工藝過程復雜、生產成本高以及污水負荷大的問題，這限制了其更大規模的推廣應用[5-6]。目前，最新發展的醋酸催化法，不僅適用于農業秸稈，同時可以直接處理包括楊木屑的闊葉材原料，可實現“一步法”生產高得率低聚木糖的效果，產率較酶水解法提高1.2～1.5倍，具有顯著的原料適用性、生產成本低以及環保等優勢，對于拓展低聚木糖的生產原料也具有十分重要的現實意義[7-10]。目前，醋酸催化法催化闊葉材制得的低聚木糖產品的試驗研究尚未見報道。因此，本研究以醋酸催化法從楊木屑中制得的低聚木糖作為添加劑，評價其對肉雞生長性能、腸道消化酶活性、盲腸短鏈脂肪酸含量和血清激素水平的影響，為低聚木糖生產工藝的改進及其在飼料工業中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用低聚木糖產品來自南京林業大學，采用醋酸催化法(5%醋酸溶液)利用楊木屑(15%楊木屑提取物，170 ℃，25 min)制備而成，為液體狀態，低聚木糖含量為67.6 g/L[11]，pH為6.0，低聚木糖產品的組成見表1。

表1 低聚木糖產品的組成

1.2 試驗設計

試驗選用120只1日齡愛拔益加(AA)肉公雞，隨機分為2個組，即對照組和試驗組(低聚木糖組)，每組6個重復，每個重復10只雞。對照組飼喂基礎飼糧，試驗組以0.02%的低聚木糖(即添加2.96 mL/kg低聚木糖提取液)等量替代基礎飼糧中的沸石，試驗期為42 d。

1.3 基礎飼糧和飼養管理

基礎飼糧參照《雞飼養標準》(NY/T 33—2004)的肉雞營養需要配制并制粒，其組成及營養水平見表2。試驗在中國農業科學院飼料研究所南口試驗基地進行，采用3層立體籠養，整個試驗期內肉雞自由采食和飲水，1～3日齡每天光照24 h，4～42日齡每天光照23 h。試驗分為前期(1～21日齡)和后期(22～42日齡)2個階段。

表2 基礎飼糧組成及營養水平(風干基礎)

1.4 樣品采集和檢測

1.4.1 生長性能測定和樣品采集

分別于21和42日齡時，空腹12 h后分別以重復為單位稱量肉雞體重和剩余飼糧，記錄各日齡體重，計算各階段平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。42日齡時，每個重復隨機選取1只與平均體重接近的肉公雞，空腹12 h并稱重后，心臟采血于抗凝管中，靜置后于3 500 r/min、4 ℃離心10 min，取上清并儲存在-20 ℃條件下用于檢測血清激素水平。采集血樣后左頸靜脈放血致死，屠宰后立即取出十二指腸、空腸、回腸和盲腸，分別收集各腸段食糜于2 mL凍存管，置于液氮中保存，按食糜∶生理鹽水=1∶1(質量體積比)制備勻漿，在4 000 r/min、4 ℃下離心10 min后取上清，測定腸道食糜脂肪酶和蛋白酶活性。取盲腸食糜加入250 μL水和250 μL甲醇，制備勻漿，13 200 r/min離心取上清50 μL，加入50 μL內標、50 μL衍生試劑，常溫衍生30 min，加入50 μL保護劑，混勻，在13 200 r/min下離心10 min，取上清檢測短鏈脂肪酸含量。

1.4.2 腸道消化酶活性

腸道脂肪酶和蛋白酶活性用比色法利用A-6半自動生化儀(北京松上技術有限公司)進行檢測，按說明書操作，試劑盒由北京華英生物技術研究所提供。

1.4.3 盲腸短鏈脂肪酸含量

采用液質聯用外標法測定盲腸食糜短鏈脂肪酸含量，檢測儀器為Waters ACQUITY UPLC I-CLASS超高效液相色譜和Xevo TQ-S Micro質譜儀[沃特世科技(上海)有限公司]。

1.4.4 血清激素水平

采用放射免疫分析法，利用GC-2010型免疫計數器(安徽中科中佳科學儀器有限公司)檢測血清中生長激素(GH)、三碘甲腺原氨酸(T3)和甲狀腺素(T4)的含量，試劑盒由天津九鼎醫學生物工程有限公司提供，按說明書進行操作。

1.5 統計分析

試驗數據采用SPSS 19.0的單因素方差分析(one-way ANOVA)進行分析，采用t檢驗比較組間差異顯著性，結果以平均值和均值標準誤表示，P<0.05表示差異顯著。

2 結 果

2.1 低聚木糖對肉雞生長性能的影響

由表3可知，各組之間肉雞初始體重差異不顯著(P>0.05)。與對照組相比，1～21日齡，低聚木糖組肉雞F/G顯著降低(P<0.05)，ADG、ADFI和21日齡時的體重無顯著差異(P>0.05)；22～42日齡，低聚木糖組肉雞ADG顯著增加(P<0.05)，F/G顯著降低(P<0.05)，42日齡時的體重顯著增加(P<0.05)，ADFI無顯著差異(P>0.05)；1～42日齡，低聚木糖組肉雞ADG顯著增加(P<0.05)，F/G顯著降低(P<0.05)，ADFI無顯著差異(P>0.05)。

表3 低聚木糖對肉雞生長性能的影響

2.2 低聚木糖對肉雞腸道消化酶活性的影響

由圖1可知，與對照組相比，低聚木糖組肉雞十二指腸脂肪酶活性顯著升高(P<0.05),但空腸、回腸和盲腸脂肪酶活性無顯著差異(P>0.05)。由圖2可知，與對照組相比，低聚木糖組肉雞十二指腸蛋白酶活性有升高趨勢(P=0.056)，而空腸、回腸和盲腸蛋白酶活性無顯著差異(P>0.05)。

數據柱標注不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

圖2 低聚木糖對42日齡肉雞腸道蛋白酶活性的影響

2.3 低聚木糖對肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量的影響

由表4可知，與對照組相比，低聚木糖組肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量均有所提高，但差異不顯著(P>0.05)。

表4 低聚木糖對肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量的影響

2.4 低聚木糖對肉雞血清激素水平的影響

由表5可知，與對照組相比，低聚木糖組肉雞血清GH和T3含量顯著增加(P<0.05), 血清T4含量顯著降低(P<0.05)，從而使得T4/T3值顯著降低(P<0.05)。

表5 低聚木糖對肉雞血清激素水平的影響

3 討 論

3.1 低聚木糖對肉雞生長性能的影響

低聚木糖具有顯著的益生元活性，并且可通過腸道微生物的利用發揮一系列益生作用，從而能夠顯著改善動物的生長性能[5]。本試驗結果表明，飼糧添加低聚木糖能夠顯著提高肉雞生長后期的ADG，并且顯著降低生長期內的F/G，而ADFI無顯著變化。Chen等[12]研究表明，飼糧添加150 mg/kg低聚木糖使得肉雞ADG顯著增加，生長后期的F/G顯著降低；Liu等[13]研究表明，飼糧添加200 mg/kg低聚木糖可顯著改善斷奶仔豬腸道形態，并且通過提高營養物質的消化率顯著降低了生長后期的F/G，從而改善生長性能。在本試驗中，飼糧添加低聚木糖顯著提高了肉雞十二指腸脂肪酶活性，有提高十二指腸蛋白酶活性的趨勢，這說明低聚木糖能顯著提高肉雞腸道的消化功能，而家禽主要的消化吸收部位在十二指腸，這驗證了低聚木糖是通過促進飼料的轉化而改善肉雞生長性能的這一結論。不少研究證明，飼糧添加寡糖對腸道消化酶活性有顯著影響，通過微生物產生的短鏈脂肪酸刺激腸上皮細胞的增殖，增加有益菌的數量并改善腸道健康，增強腸道蛋白酶、淀粉酶等酶的活性，從而提高營養物質的消化[14-15]。還有研究表明，低聚木糖通過競爭結合位點阻礙致病菌在腸黏膜上的附著，增加腸絨毛的高度從而改善腸道形態，促進消化酶的分泌，提高營養物質的利用率[4]，這可以避免過多的未消化飼糧到達后腸造成異常發酵；低聚木糖也能夠增加雙歧桿菌和乳酸菌等有益菌的數量，而腸道內有益菌發酵可產生消化酶，其代謝產物也能夠促進消化酶的分泌，同時腸道上皮感知微生物群落變化的信號后可調節腸道內環境的穩態[16]，因此小腸消化酶活性變化與菌群結構的優化以及腸道形態與內環境的改善有關。研究顯示，低聚木糖對小腸消化酶活性沒有影響，但同樣促進了營養物質消化，原因可能是食糜黏度降低，消化酶能與更多的底物接觸[17]。由此可見，低聚木糖可能是促進了營養物質在腸道的消化吸收從而顯著地改善了肉雞的生長性能[12，18-19]。此外，還有研究發現，生長性能的改善可能與腸道黏膜屏障功能的增強有關，并且會隨著低聚木糖添加劑量的增加而更加顯著[20]。

3.2 低聚木糖對肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量的影響

短鏈脂肪酸是由不可被宿主消化的碳水化合物經微生物的發酵產生的，受到腸道內環境和腸道微生物的共同調控。研究發現由飼糧成分變化驅動的微生物群落多樣性的改變會導致短鏈脂肪酸含量和組成結構的變化，短鏈脂肪酸可作為遞質調節腸上皮屏障功能，以及進行宿主與微生物之間的信息交流，具有抗炎和提高免疫力的作用[21-22]，因此短鏈脂肪酸對動物體有一定的積極影響。低聚木糖經過消化道前段進入盲腸后由微生物發酵可產生短鏈脂肪酸，已有研究得出低聚木糖能顯著增加肉雞腸道脂肪酸的含量，并且發現肉雞盲腸短鏈脂肪酸的含量隨飼糧中低聚木糖添加水平的提高而呈線性增加，尤其是乙酸鹽和丁酸鹽的含量[18]。本試驗結果顯示，飼糧添加0.02%的低聚木糖對肉雞盲腸短鏈脂肪酸含量沒有顯著影響，但是低聚木糖組短鏈脂肪酸的含量高于對照組，有增加的趨勢，這與McCafferty等[23]的研究結果相似，可能與低聚木糖的添加量有關[24]。研究發現，添加量依次為0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%時，蛋雞盲腸中乙酸、丁酸等含量隨低聚木糖添加量的增加呈線性增加或者有增加的趨勢[25]；比較100、250和500 g/t 3種添加水平的飼喂效果，當添加量為100 g/t時，低聚木糖增加腸道食糜中乙酸、直鏈脂肪酸和總脂肪酸含量的效果最好[26]，因此短鏈脂肪酸含量與低聚木糖添加水平之間可能具有劑量效應。體外試驗發現，雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌通過與沙門氏菌等致病菌競爭底物和附著位點，能更好地利用低聚木糖進行生長繁殖，進而使得短鏈脂肪酸等益生菌的代謝產物大量積累[27]，而微生物利用低聚木糖的能力與自身的降解酶系統有關，也與微生物的類群有關[28]，研究發現盲腸短鏈脂肪酸含量的增加與一些特定菌屬含量的增加有線性關系，而低聚木糖對腸道微生物總體多樣性沒有顯著影響，但能夠促進一些有益菌群的增殖[29]，因此需要對腸道微生物做深入研究。短鏈脂肪酸能夠降低腸道內食糜pH，抑制病原菌的增殖，有助于營養物質的消化吸收，低聚木糖不僅能改善動物體腸道健康[30]，也能顯著增加腸道短鏈脂肪酸含量[25]，可考慮作為添加劑替代促生長類抗生素。

3.3 低聚木糖對肉雞血清激素水平的影響

甲狀腺激素通過信號的級聯反應調節物質代謝，能夠直接地反映機體的基礎代謝率，并且GH的分泌與甲狀腺激素的水平呈正相關[31]。本試驗結果表明，飼糧添加低聚木糖能夠顯著增加肉雞血清GH和T3的含量，表明低聚木糖能正向調控肉雞的生長速率，而且體重的增加與甲狀腺激素提高基礎代謝率和GH促進機體的生長有顯著關系[31]，由此可知，低聚木糖在提高甲狀腺機能的同時還能刺激GH的分泌，從而促進生長和代謝，可能是腸道菌群代謝低聚木糖后產生某種遞質經腸上皮或腸內分泌細胞向神經傳遞，從而調節甲狀腺激素和GH的分泌[32]，其影響機理還需進一步研究。Sun等[33]研究發現，5、10和20 g/kg 3種低聚木糖添加水平都能顯著增加肉雞血清甲狀腺激素和GH含量；孫鎮平等[34]研究也顯示低聚木糖添加水平為20 g/kg時，不但能顯著增加肉雞血清T3和T4含量，而且顯著增加了GH和促腎上腺皮質激素含量，進而促進了機體的生長；也有研究顯示，添加不同水平(100、150 和200 mg/kg)的低聚木糖對淮南麻雞血清GH和甲狀腺激素含量都無顯著影響，但有增加的趨勢[35]。本試驗中，低聚木糖組肉雞血清T4含量較對照組顯著降低，可能是由于在低聚木糖的作用下有一部分轉化成了作用更顯著的T3，并且總體上T3所占比例更多，Iqbal等[36]的試驗也證明了寡糖能顯著增加血清T3含量，而對血清T4含量無顯著影響；Ding等[25]研究顯示，不同添加水平的低聚木糖對血清降鈣素、甲狀旁腺素等激素水平均無顯著影響。由此可見，低聚木糖對肉雞血清激素水平影響的研究尚存在一定的差異，可能與低聚木糖的提取方法、添加水平等因素有關，需要更進一步的研究來解釋。

4 結 論

飼糧添加以楊木屑為原料、利用醋酸催化法生產的低聚木糖能夠提高肉雞腸道中消化酶的活性，促進肉雞GH與甲狀腺激素的分泌，提高營養物質利用率，從而改善肉雞的生長性能。