濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬生長性能、免疫功能及氨基酸消化率的影響

張相雷,金靈紅,楊金玉,陶生祥,卓儒浩,許夢慧,吳嘉敏,柳清揚,鐘翔*

(1.南京農業大學動物科技學院,江蘇 南京 210095;2.蘇州帝凱維動物營養有限公司,江蘇 蘇州 215105;3.天津帝凱維動物營養有限公司,天津 300462)

近年來,由于非洲豬瘟[1]和新冠病毒疫情的發生以及國際貿易摩擦,導致飼料原料緊缺進一步加劇[2],價格不斷攀升,嚴重阻礙了我國畜牧業和養殖業的發展。豆粕作為一種應用廣泛的植物性蛋白質飼料,是畜禽飼料極佳的蛋白質來源[3],但豆粕中含有多種阻礙畜禽生長發育的抗營養因子[4],如大豆抗原蛋白、大豆低聚糖、胰蛋白酶抑制因子等[5]。采用適當加工處理消除抗營養因子,提高豆粕蛋白利用率,實現降本增效是應對我國蛋白飼料資源緊缺和飼料價格高漲的重要方法。微生物發酵是消除抗營養因子理想的方式之一,同時豆粕中的蛋白質在微生物的作用下會被降解為小肽和氨基酸,提高豆粕營養物質利用率。目前,關于濕法膨化豆粕(wet extruded soybean meal,WeSM)在仔豬上的應用鮮有報道。因此,本試驗研究濕法膨化和發酵豆粕(fermented soybean meal,FSM)對斷奶仔豬生長性能、養分及氨基酸消化率、免疫功能的影響,為提高仔豬生長性能及保障我國養豬業的健康發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

發酵豆粕為市場上的商品化產品,發酵方式為枯草芽胞桿菌固態有氧發酵。濕法膨化豆粕(以下簡稱膨化豆粕)的加工方式為100 ℃蒸汽調制30 s后進入膨化機,通過螺桿擠壓進行膨化處理。試驗的基礎日糧由蘇州帝凱維動物營養有限公司提供。

1.2 試驗動物、試驗設計和飼養管理

試驗選取288頭21日齡、體重(6.38±0.30)kg的斷奶仔豬隨機分為4組,每組6個重復,每個重復12只且公母各半。試驗期共49 d。試驗基礎日糧為玉米-豆粕型,參照NRC(2012)推薦營養水平配制。試驗日糧中添加0.25%三氧化二鉻,用于測定養分消化率。試驗用濕法膨化豆粕和發酵豆粕取代常規豆粕,分為以下4種日糧處理分組：常規組：0～14 d飼喂含16.76%常規豆粕的基礎日糧,15～49 d飼喂含 19.65%常規豆粕的基礎日糧;濕法膨化1組：0～14 d飼喂含15.42%濕法膨化豆粕的基礎日糧,15～49 d飼喂含5%常規豆粕+13.5%濕法膨化豆粕的基礎日糧;濕法膨化2組：0～14 d飼喂含6%常規豆粕+9.9%濕法膨化豆粕的基礎日糧,15～49 d飼喂含10%常規豆粕+8.8%濕法膨化豆粕的基礎日糧;發酵組：0～14 d飼喂含6%常規豆粕+9%發酵豆粕的基礎日糧,15～49 d飼喂含10%常規豆粕+8%發酵豆粕的基礎日糧。試驗的基礎日糧組成及營養水平見表1。各組試驗飼料具有相同的能量水平和粗蛋白水平,且均為直徑、長度、硬度相近的顆粒料。

試驗開始前對豬舍消毒并對料槽進行清洗,試驗期間讓仔豬自由采食和飲水,每日08：00、14：00和18：00定時飼喂3次。每日清糞保持欄內清潔衛生,監控舍內溫度采用自然通風與風機并用,保持舍內的通風換氣。觀察豬群精神、采食及糞便情況。所有試驗仔豬按照場內設定的免疫程序進行疫苗接種。

1.3 樣品采集

在試驗14、49 d,斷奶仔豬空腹12 h后稱重,從每個重復中隨機選取1只健康狀況良好的斷奶仔豬進行前腔靜脈采血。室溫靜置30 min后在4 ℃條件下3 500 r·min-1離心10 min,分離血清,置于-80 ℃冰箱凍存。

采用外源性指示劑法,在試驗日糧中添加0.25%三氧化二鉻。于試驗47～49 d連續收集3 d的糞便。采用部分收糞法收集仔豬排出的新鮮糞便,裝入自封袋,每份采集欄內3個不同的位點,每份約100 g,另加10 mL 10%鹽酸用于氮的固定,放入-20 ℃冰柜保存待測。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 生長性能測定于試驗0、14和49 d對每個重復的仔豬進行空腹稱重,計算每個階段的平均日增重。記錄采食量,計算平均日采食量。

1.4.2 養分消化率測定參照張麗英[6]的方法測定干物質、粗灰分、粗蛋白、能量、粗脂肪表觀消化率;三氧化二鉻的含量采用原子吸收光譜法(AAS)測定。氨基酸的測定參照《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定：GB 5009.124—2016》的方法。

1.4.3 血清游離氨基酸濃度測定采用日立L-8900型自動氨基酸分析儀測定血清游離氨基酸濃度。測定方法：取100 μL血清加300 μL10%的磺基水楊酸,放入4 ℃冰箱靜置10 min沉淀蛋白,使用高速離心機12 000 r·min-1、4 ℃離心30 min,然后用1 mL注射器吸取上清液,使用0.22 μm水相濾頭過濾至2 mL氨基酸測定瓶的襯管中用于游離氨基酸分析。

1.4.4 血清生化指標測定血清中總蛋白(TP)、肌酐(Cr)、白蛋白(ALB,)、尿素氮(BUN)、葡萄糖(GLU)檢測試劑盒均購自南京建成生物工程研究所。采用泉州市睿信生物科技有限公司試劑盒檢測血清中免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)以及免疫球蛋白M(IgM)的含量。

1.4.5 血清抗氧化功能指標測定總超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性、總抗氧化能力(T-AOC),丙二醛(MDA)、總巰基(T-SH)的含量均采用南京建成生物工程研究所試劑盒檢測。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2019軟件進行初步統計處理后,使用SPSS 25.0分析軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)。各試驗組的差異顯著性檢驗采用Duncan’] s多重比較法。結果均以平均值±標準誤表示。

2 結果與分析

2.1 濕法膨化及發酵豆粕對斷奶仔豬生長性能的影響

由表2可知：試驗開始時,各組仔豬的平均體重無顯著差異(P>0.05);試驗14 d時,與常規組相比,濕法膨化2組與發酵組仔豬體重顯著提高(P<0.05)。在試驗15～49 d,與發酵組相比,濕法膨化1組的平均日增重有增加的趨勢(P=0.061);與發酵組相比,常規組、濕法膨化1組、濕法膨化2組的料重比分別降低6.17%、7.41%、4.94%,差異均顯著(P<0.05)。在試驗0～49 d,與發酵組相比,常規組、濕法膨化1組、濕法膨化2組的料重比分別顯著降低5.39%、5.99%、5.99%(P<0.05)。對于各個階段的平均日采食量,4組之間均無顯著差異(P>0.05)。

表2 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬生長性能的影響Table 2 Effects of wet extruded and fermented soybean meal on the growth performance in weaned piglets

2.2 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬養分表觀消化率的影響

由表3、4可知：與發酵組相比,常規組、濕法膨化1組及2組總能的表觀消化率顯著提高(P<0.05);與常規組相比,濕法膨化1組、濕法膨化2組及發酵組粗灰分的表觀消化率顯著提高(P<0.05);各組間粗蛋白、干物質及粗脂肪表觀消化率均無顯著差異(P>0.05);與常規組相比,濕法膨化1組蛋氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸的表觀消化率顯著提高(P<0.05),膨化豆粕2組半胱氨酸表觀消化率顯著提高(P<0.05),膨化豆粕1組、發酵組異亮氨酸、亮氨酸、組氨酸表觀消化率顯著提高(P<0.05),其余3組賴氨酸、精氨酸、絲氨酸和天冬氨酸表觀消化率顯著提高(P<0.05)。

2.3 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬血清游離氨基酸含量的影響

由表5可知：與常規組、濕法膨化1組相比,濕法膨化2組斷奶仔豬血清蘇氨酸含量顯著上升(P<0.05);與常規組、濕法膨化1組、濕法膨化2組相比,發酵組血清中游離異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、精氨酸、賴氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、絲氨酸含量顯著上升(P<0.05)。

表5 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬血清游離氨基酸含量的影響Table 5 Effects of wet extruded and fermented soybean meal on content of free amino acids in serum of weaned piglets μg·mL-1

2.4 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬血清生化指標及抗氧化指標的影響

由表6、7可知：試驗14 d時,與常規組相比,發酵組血清球蛋白含量顯著提高(P<0.05);與常規組及濕法膨化2組相比,發酵組血清白球比顯著降低(P<0.05);與濕法膨化1組相比,發酵組血清IgA含量顯著提高(P<0.05);與常規組相比,濕法膨化2組和發酵組血清IgM含量顯著提高(P<0.05)。與常規組相比,濕法膨化1組、濕法膨化2組及發酵組血清MDA含量分別降低23.67%(P<0.05)、15.55%(P<0.05)、13.43%(P<0.05)。試驗49 d時,與常規組相比,發酵組血清MDA含量降低29.35%(P<0.05);與濕法膨化1組及濕法膨化2組相比,發酵組血清GSH-Px活性顯著提高(P<0.05)。

表7 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬血清抗氧化功能指標的影響Table 7 Effect of wet extruded and fermented soybean meal on the indexes of anti-oxidation function of weaned piglet serum

3 討論

3.1 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬生長性能的影響

在動物飼養試驗中,生長性能是反映試驗日糧優劣的重要指標之一。研究表明,豆粕經膨化、加熱處理,可以提高畜禽平均日增重、平均日采食量,降低料肉比[7-9]。常規豆粕經過適合的微生物發酵處理,也可以起到提高采食量、日增重的作用[10-11]。在本試驗中,飼喂濕法膨化豆粕可以達到提高斷奶仔豬平均日增重的效果,且隨著試驗日齡的增加,生長性能提高的效果愈加明顯,這與之前的研究結果[12-13]一致,可能的原因是高溫使豆粕中部分抗營養因子失活,提高了養分表觀消化率。在試驗14 d,與常規組對比,發酵組顯著提高了仔豬的體重,可能的原因是豆粕經微生物發酵可以產生一些對機體有利的有機酸[14-15],不僅可以增強胃蛋白酶等消化酶的活性,促進養分的消化吸收,同時可以殺滅消化道內的病原菌,促進仔豬腸道健康。然而,隨著試驗日齡的增加,發酵組的飼喂效果越來越差,從試驗15～49 d及試驗全期看,與常規組相比,平均日增重和平均日采食量均無顯著變化,但料重比顯著上升,其中可能的原因是隨著斷奶仔豬日齡的增加,消化系統的功能日趨完善,微生物發酵產生的有益物質發揮的作用越來越小,而發酵過程中不僅有能量耗損,同時消耗了豆粕中優質的蛋白質,本試驗結果與之前研究結果一致,發酵處理顯著提高料重比,未顯著提高仔豬生長性能[16]。

3.2 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬養分表觀消化率的影響

消化率是一項既可以反映日糧可消化性的能力,同時可以反映出動物消化系統對營養物質消化吸收能力的指標[17]。仔豬生長發育離不開日糧中的蛋白質、能量、礦物質等養分,消化率數值的高低可以反映仔豬對該養分的消化吸收水平。本試驗結果表明濕法膨化1組、2組的能量和粗灰分表觀消化率顯著提高,且濕法膨化2組的飼喂效果更好。其中,發酵組較其他3組,能量表觀消化率顯著降低,可能的原因是豆粕在發酵的過程中,微生物會利用豆粕中的蛋白合成菌體蛋白,而這一過程會消耗能量。相關研究發現,經擠壓膨化處理可以提高飼糧的適口性,并會提高能量的表觀消化率[18]。在本試驗中,與常規組相比,濕法膨化豆粕組并沒有顯著提高粗蛋白的表觀消化率,這可能是由于濕法處理過程中,會導致部分蛋白質發生變性,使得原本向內疏水性的氨基酸向外反轉,從而降低了蛋白質的溶解度[19-20],而蛋白質的溶解程度是胃腸道消化吸收蛋白質的前提[21]。

氨基酸表觀消化率可以反映出日糧氨基酸可消化性的程度,也可以表現出仔豬對飼糧中氨基酸的消化能力。賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸等是斷奶仔豬主要的限制性氨基酸。在本試驗中,濕法膨化1組賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸表觀消化率最高,這可能是該組生長性能提高的原因之一。與常規組相比,濕法膨化1組和2組及發酵組對所有氨基酸表觀消化率均有一定程度的提高,其原因可能是豆粕經過濕法膨化或發酵處理后,抗營養因子含量減少,尤其是脲酶、胰蛋白酶抑制因子含量大大降低[22],相關研究發現胰蛋白酶抑制劑是影響豬氨基酸消化率的重要因素[23]。濕法膨化1組氨基酸消化率優于濕法膨化2組,表明濕法膨化豆粕替代常規豆粕的比例越高,氨基酸消化率提高的效果越明顯。

3.3 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬血清游離氨基酸含量的影響

氨基酸是構成動物營養所需蛋白質的基本物質,血清中游離氨基酸水平是一項可以體現動物生長可利用性的指標,該指標可以反映機體腸道消化吸收和細胞攝取氨基酸兩者平衡的關系[24-25]。其濃度受可消化氨基酸含量、日糧中氨基酸的存在形式以及禁食時間長短等因素的影響。動物進食后,血清中游離氨基酸的含量先上升后下降,日糧中的不同蛋白來源會使得血清中各種氨基酸的濃度達到峰值的時間產生差異。仔豬禁食2～3 h血清游離氨基酸含量可以反映出氨基酸的消化、吸收與代謝水平。而禁食6 h以上血清氨基酸濃度反映細胞吸收氨基酸的水平。Yen等[26]研究發現,結晶狀態的賴氨酸和蘇氨酸的吸收比蛋白質結合的賴氨酸和蘇氨酸更快。與發酵組相比,濕法膨化1組和濕法膨化2組仔豬血清游離氨基酸含量降低的可能的原因是濕法膨化豆粕較發酵豆粕,其氨基酸更容易被機體利用,腸黏膜細胞加快了對血清游離氨基酸的攝取,導致血清中游離氨基酸濃度下降,具體原因仍需進一步探索。Gao等[27]研究發現,豆粕經發酵處理后,可以改善豆粕蛋白的氨基酸組成。發酵過程中微生物產生的菌體蛋白是重要的蛋白質來源,另外豆粕在微生物作用下,大分子蛋白質被降解為小肽、游離氨基酸,大豆抗原蛋白含量顯著降低[28-29]。而大豆抗原蛋白會導致仔豬消化道結構損傷,吸收障礙,降低蛋白質的利用率。這可能是發酵組仔豬血清游離氨基酸含量較其他3組顯著提高的原因。

3.4 濕法膨化和發酵豆粕對斷奶仔豬血清生化及抗氧化指標的影響

仔豬在斷奶前期免疫力低下,機體很容易受環境和食物改變的影響產生斷奶應激[30]。血清球蛋白可以協助機體防御各類病原體的侵害,對維持機體正常免疫力具有重要作用。血清中尿素氮的水平是評判動物日糧中氨基酸能否滿足動物營養需求的一項生化指標[31]。血清中免疫球蛋白含量表示血清免疫功能的強弱。IgM在對抗血液病原體入侵發揮著“先鋒隊”的作用,其含量可以反映出機體免疫系統快速識別、迅速出擊的能力。IgA是一類可以抵御攝入食物中抗原的入侵、減弱炎癥反應和緩解食物過敏癥狀等方面發揮重要作用的免疫球蛋白[32]。有研究表明豆粕經過發酵處理可以調節機體的免疫功能[33-34],這與本試驗結果一致。本研究中,試驗14 d發酵豆粕可以提高血清中球蛋白、IgA、IgM的含量,降低白球比,表明發酵組仔豬的血清免疫功能有所提高,可能的原因是豆粕在發酵過程中,微生物會產生有機酸、益生素、B族維生素等對機體有益的物質[35],有利于維持仔豬腸道健康狀態,從而達到提高血清免疫功能的效果。經過益生菌發酵后的豆粕具有潛在的有效調控腸道菌群及其代謝物的能力[36-37],從而提高斷奶仔豬的免疫功能[38],這可能也是試驗14 d仔豬體重顯著提高的原因。研究發現,機體免疫反應的增強會消耗自身用于生長的養分,從而降低生長性能[39],這可能是濕法膨化1組具有良好生長性能的原因之一。本試驗的結果表明,飼喂濕法膨化豆粕和發酵豆粕與常規豆粕相比,仔豬血清免疫功能均有一定程度的提高,從試驗結果上看,發酵豆粕優于濕法膨化豆粕。

人類和畜禽體內無時無刻都在發生氧化與抗氧化反應。當機體內發生的氧化過程和抗氧化過程達不到平衡時則可能導致氧化應激的發生[40]。仔豬在斷奶前期,由于心理、環境、營養等因素的共同作用,機體不斷遭受脂質過氧化及氧化損傷的威脅。有研究表明仔豬在斷奶時的抗氧化狀態可以很好反映斷奶仔豬的健康狀態[41]。MDA是一種很好的評判機體氧化損傷程度的指標。谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)作為谷胱甘肽氧化還原系統的一種相關酶,具有有效緩解機體發生不良氧化還原反應的作用。本研究中,試驗14 d時,與常規組相比,濕法膨化1組、濕法膨化2組及發酵組的斷奶仔豬血清中MDA含量均顯著降低;試驗49 d時,與濕法膨化1組、濕法膨化2組相比,發酵組仔豬血清GSH-Px活性顯著上升。這意味著飼喂濕法膨化豆粕及商品化發酵豆粕可以在一定程度上減輕仔豬在斷奶早期氧化損傷的程度,對提高斷奶仔豬的抗氧化功能起著積極作用,飼喂發酵豆粕提高仔豬抗氧化的效果要優于濕法膨化豆粕。

總之,基于本試驗條件下,在斷奶仔豬日糧中添加濕法膨化處理豆粕可提高仔豬平均日增重、采食量和氨基酸表觀消化率,在提高生長性能方面,其效果優于發酵豆粕。濕法膨化豆粕和商品化發酵豆粕均可提高斷奶仔豬血清抗氧化和免疫功能。