高粱-豆粕型日粮添加复合蛋白酶对仔猪生长性能、养分利用率及粪中细菌组分的影响

陈 静,单柳跃,戴 劲

(湖南农业大学商学院,湖南长沙 410010)

高粱作为饲料原料在欧美国家应用较为广泛，具有替代玉米的潜能。但由于国内种植的高粱多为褐高粱，其单宁含量在1%～2%，适口性差，限制了其在饲料中的应用（唐茂妍和陈旭东，2013）。有研究报道显示，低单宁含量的高粱作为饲料原料对猪和鸡生长的影响与玉米相当（李玉清和邹丽娟，2009），而高单宁含量的高粱对肉鸡生长具有负面作用，单宁也是影响高粱能量利用率的主要抗营养因子（Pan等，2017；Pour-Reza和Edriss，1997）。此外，高粱中另一种抗营养因子为醇溶蛋白，其缺乏必需氨基酸，会降低氨基酸的消化率。高粱的营养成分与玉米相似，但由于蛋白和能量消化率较低，在单胃动物中使用比较受限。高粱蛋白消化率的降低会导致粪氮排泄量增加，从而加大畜禽养殖对环境污染的负担。最近的研究表明，日粮中添加外源蛋白酶可以提高氮的利用率，降低氮的排放（Pan等，2017；Xu等，2017）。猪对高粱-豆粕型日粮蛋白的利用率较低，但添加外源型蛋白酶后可以提高豆粕型日粮中氮的沉积率。因此，本试验在高粱-豆粕型基础日粮中添加外源复合蛋白酶，考察其对仔猪生长性能、养分利用率、氮利用率及粪中细菌组分的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料 本试验所用复合蛋白酶（八宝威酶，Kemzyme）购自建民工业（珠海）有限公司。

1.2 试验动物与日粮设计 选取健康、体重一致[（23.12±1.05）kg]的杜×长×大断奶仔猪120头，采用完全随机设计分为2组，每组6个重复，每个重复10头。试验日粮参考NRC（2012）猪饲养标准，对照组饲喂50%高粱替代玉米-豆粕型基础日粮，复合蛋白酶组饲喂高粱-豆粕型日粮+200 mg/kg复合蛋白酶。整个试验期间分两阶段饲养（1～35 d和35～70 d），两阶段试验日粮及营养水平见表1，玉米、高粱营养成分含量见表2。两组日粮中均添加2.5 g/kg三氧化二铬作为指示剂。

表1 基础日粮组成及营养水平（风干基础）

1.3 饲养管理 仔猪自由饮水和采食，室温控制在26 ℃左右，采用自然光照和人工光照相结合，光照时间为16 h（30 lx）。试验时间为10周。

1.4 测定指标

1.4.1 生长性能 试验期间每天观察仔猪的健康状态，记录死亡和淘汰猪只数，每周按重复统计采食量，在试验35、70 d清晨对试验猪只按重复进行称重，记录期末体重，计算断奶后1～35 d、36～70 d和全期1～70 d各组猪只平均日采食量、平均日增重和增重耗料比。

1.4.2 样品采集 在试验第32～34 天和第67～69天移去料槽，各组分别选择5头猪进行3 d代谢试验，分别收集每头猪的粪便200 g，加入10 mg 6 mol/L 盐酸进行固氮，-20 ℃保存，之后在烘箱中65℃烘干72 h，粉碎后过40目筛。

表2 玉米和高粱营养成分含量（以风干为基础）

1.4.3 营养物质消化率和氮利用率 在试验第35和70天分别收集各重复猪只粪便，营养物质消化率的测定参考Landero等（2011）的研究方法，氮利用率的测定参考Pan等（2017）的研究方法。计算公式为：

营养物质消化率/%=1-（日粮Cr3+含量×粪中养分含量）/（粪中Cr3+含量×日粮养分含量）×100；

粪氮排泄量/（g/kg）=氮摄入量×（1-氮消化率）/平均日增重。

1.4.4 微生物含量 试验第70天收集各重复猪只粪便，-80 ℃保存。采用RT-PCR检测粪中乳酸杆菌、双歧杆菌、粪肠球菌和梭状芽胞杆菌的含量，引物设计及PCR程序参考Bartosch等（2004）、Karlsson等（2011）的研究结果。

1.5 数据统计与分析 试验数据使用Excel（2013）处理，采用SPSS（19.0版）进行单因子方差分析，采用T检验进行差异显著性检验，以P＜0.05作为差异显著的标准。

2 结果与分析

2.1 高粱-豆粕型日粮添加复合蛋白酶对仔猪生长性能的影响 本试验中所有猪只在整个试验期间均无死亡。由表3可知，日粮添加复合蛋白酶对仔猪各阶段平均日增重、平均日采食量和末重均无显著影响（P＞0.05）。与对照组相比，复合蛋白酶组显著降低了1～35 d仔猪料重比（P＜0.05），较对照组显著降低了1.84%（P＜0.05）；对照组与复合蛋白酶组对仔猪35～70 d和全期1～70 d料重比无显著影响（P＞ 0.05）。

表3 复合蛋白酶对仔猪生长性能的影响

2.2 高粱-豆粕型日粮添加蛋白酶对仔猪养分利用率的影响 由表4可知，日粮添加复合蛋白酶对仔猪生长前期1～35 d干物质、有机物、总能及粗蛋白质利用率无显著影响（P＞0.05）。与对照组相比，复合蛋白酶组显著提高仔猪生长后期36～70 d营养物质利用率，其中干物质利用率提高了6.25%（P＜0.05），有机物利用率提高了2.35%（P＜0.05），总能利用率提高了5.00%（P＜0.05），粗蛋白质利用率提高了11.94%（P＜ 0.05）。

表4 复合蛋白酶对仔猪养分利用率的影响 %

2.3 高粱-豆粕型日粮添加蛋白酶对仔猪氮利用率的影响 由表5可知，日粮添加复合蛋白酶对仔猪氮摄入量的影响无显著差异（P＞0.05），但粪氮和尿氮的排泄量显著降低了25.65%（P＜0.05）和46.22%（P＜0.05）。与对照组相比，复合蛋白酶组显著提高了氮的消化率、沉积率及氮沉积量，分别提高了13.16%（P＜0.05）、28.57%（P＜0.05）和25.43%（P＜0.05）。

表5 复合蛋白酶对仔猪氮利用率的影响

2.4 高粱-豆粕型日粮添加蛋白酶对仔猪粪中细菌组分的影响 由表6可知，各处理组对仔猪粪中双歧杆菌和梭状芽胞杆菌的数量影响不显著（P＞0.05）。复合蛋白酶组粪中乳酸杆菌和粪肠球菌的数量显著高于对照组（P＜0.05）。

表6 复合蛋白酶对仔猪粪中细菌数量的影响107 cfu/g

3 讨论

3.1 高粱-豆粕型日粮添加复合蛋白酶对仔猪生长性能和养分利用率的影响 动物饲料中过多的养分会随粪尿排泄到环境中，这也是引起环境污染的一个重要因素。近几年，研究者们一直在努力寻求环境友好型、资源节约型的养殖策略，其中有研究报道，蛋白酶能提高单胃动物氮的利用率（Xu等，2017；Yu等，2016）。本研究发现，虽然日粮添加蛋白酶对仔猪生长性能无显著影响（除了降低生长前期料重比），但对70 d仔猪粗蛋白质的利用率显著提高了11.94%。同时，日粮添加复合蛋白酶显著提高了70 d仔猪干物质、有机物和总能的利用率，这与Pan等（2017）采用玉米-豆粕型日粮添加复合酶对仔猪养分利用率的试验结果一致。Xu等（2017）研究结果发现，高粱型日粮中添加复合蛋白酶可以显著提高肉鸡总能和干物质的利用率。此外，有研究报道，高粱型日粮中添加外源型蛋白酶可以显著提高蛋白和能量的利用率（Liu等，2013a），这与本试验研究结果一致。这可能与高粱醇溶蛋白（高粱中主要的蛋白质）的结构有关，其特有的疏水结构及β和γ型醇溶蛋白之间的二硫键阻碍蛋白质和能量的消化率（Salinas等，2006；Duodu等，2003），而蛋白酶可以水解β和γ型醇溶蛋白之间的二硫键，从而提高蛋白质的利用率（Liu等，2013b）。此外，也与高粱中植酸水平较高及植酸酶活性低有关（Liu等，2013b）。高粱中总磷含量为 2.92 g/kg，其中82.7%的磷为植酸磷，而高粱中植酸酶的活性显著低于小麦和大麦（Selle等，2010）。日粮添加复合蛋白酶提高了养分利用率，这也是促进仔猪生长前期料重比降低的原因。

3.2 高粱-豆粕型日粮添加复合蛋白酶对仔猪氮利用率的影响 随着国家对环保要求力度的加大，养殖业急需寻求办法降低粪尿中氮的排放量。氮排泄量主要来源于尿液和粪便中氮的含量（Dong等，2014）。有研究报道，通过设计低蛋白日粮可以降低动物生产中氮的排泄量（O’Connel等，2006），但用于满足猪生长氨基酸需求的氮源必不可少。因此，充分提高日粮中氮的利用率具有重要意义，其中，在日粮中添加外源性蛋白酶用于提高豆粕型日粮中氮的利用率是有效手段（Kong等，2015）。Jo等（2012）研究发现，猪日粮中添加外源型酶可提高养分利用率，同时降低抗营养因子对生长性能的影响。Rooke等（1998）在断奶仔猪豆粕型日粮中添加蛋白酶显著提高了早期断奶仔猪的生长性能。本研究发现，日粮中添加复合蛋白酶显著降低了粪氮和尿氮的排泄量，同时提高了氮的利用率和沉积率，这与提高粗蛋白质利用率的结果一致。本试验所用复合蛋白酶主要含酸性、中性和碱性蛋白酶，其能适应胃肠道中的各种pH环境，然而关于复合蛋白酶对氮利用率的影响也有不同报道，这可能与日粮类型、试验动物的日龄和复合酶成分有关（Ji等，2008）。猪生长早期，组织器官发育较快，但内源性酶分泌较少，可能导致总能和氮的利用率降低（Kaczmarek等，2014）。Yu等（2016）研究发现，添加外源型蛋白酶能提高断奶仔猪蛋白质和氨基酸的消化率，包被蛋白酶在胃和小肠中的存留率分别是90%、85%，蛋白酶包被后可以降低其活力损失，由此增加养分利用率，这与本试验日粮添加包被蛋白酶的研究结果一致。

3.3 高粱-豆粕型日粮添加复合蛋白酶对仔猪粪中细菌含量的影响 动物肠道的微生物菌群数量及优势微生物的比例各不相同，其影响机体代谢，营养物质吸收及机体的健康状态（Richards等，2005）。目前，关于猪肠道微生物菌群的研究并不完善，许多优势菌群的种类还尚未阐明。日粮组成能改变仔猪肠道微生物菌群组成，从而影响营养物质的消化吸收（Awati等，2005）。本研究发现，在高粱-豆粕型日粮中添加复合蛋白酶可显著提高粪中乳酸杆菌和粪肠球菌的含量。乳酸杆菌、粪肠球菌是肠道中的有益菌，肠道中的数量与动物肠道健康、饲料利用率和生长有密切联系。

4 结论

高粱-豆粕型日粮中添加复合蛋白酶可以提高仔猪生长前期的饲料利用率，同时显著提高氮的利用率和沉积率，降低粪氮和尿氮的排泄量。

参考文献

[1]李玉清，邹丽娟.饲用高粱的特性及生产管理[J].养殖技术顾问，2009，2：46～47.

[2]唐茂妍，陈旭东.高粱在饲料中的应用[J].中国饲料，2013，4：39～41.

[3]Awati A，Konstantinov S R，Williams B A，et al. Effect of substrate adaptation on the microbial fermentation and microbial composition of faecal microbiota of weaning piglets studied in vitro [J].Sci Food Agric，2005，85：1765～ 1772.

[4]Bartosch S，Fite A，Macfarlane GT，et al. Characterization of bacteria communities in feces from healthy elderly volunteers and hospitalized elderly patients by using Real-Time PCR and effects of antibiotic treatment on the fecal microbiota [J].Appl Environ Microbiol，2004，70：3575～ 3581.

[5]Dong R L，Zhao G Y，Chai L L，et al. Prediction of urinary and fecal nitrogen excretion by beef cattle [J]. Anim Sci，2014，92 ：4669～4681.

[6]Duodu K G，Taylor J R N，Belton P S，et al. Factors affecting sorghum protein digestibility [J]. Cereal Sci，2003，38：117～ 131.

[7]Ji F，Casper D P，Brown P K，et al. Effects of dietary supplementation of an enzyme blend on the ileal and fecal digestibility of nutrients in growing pigs [J].Anim Sci，2008，86：1533～ 1543.

[8]Jo J K，Ingale S I，Kim J S，et al. Effects of exogenous enzyme supplementation to corn-and soybean meal-based or complex diets on growth performance，nutrient digestibility，and blood metabolites in growing pigs [J]. Anim Sci，2012，90 ：3041～ 3048.

[9]Kaczmarek S A，Rogiewicz A，Mogielnicka M，et al. The effect of protease，amylase，and non-starch polysaccharide-degrading enzyme supplementation on nutrient utilization and growth performance of broiler chickens fed corn-soybean meal-based diets [J].Poult Sci，2014，93：1745～ 1753.

[10]Karlsson C L，Molin J G，Cilio C M，et al. The pioneer gut microbiota in human neonates vaginally born at term-a pilot study [J].Pediatr Res，2011，70：282 ～ 286.

[11]Kong C，Park C S Kim B G. Effects of an enzyme complex on in vitro dry matter digestibility of feed ingredients for pigs [J].Springerplus，2015，4 ：261.

[12]Landero J L，Beltranena E，Cervantes M，et al. The effect of feeding solvent-extracted canola meal on growth performance and diet nutrient digestibility in weaned pigs [J].Anim Feed Sci Technol，2011，170：136～140.

[13]Liu S Y，Selle P H，Cowieson A J. Influence of white-and redsorghum varieties and hydrothermal component of steam-pelleting on digestibility coefficients of amino acids and kinetics of amino acids nitrogen and starch digestion in diets for broiler chickens [J].Anim Feed Sci Technol，2013a，186 ：53 ～ 63.

[14]Liu S Y，Selle P H，Court S G，et al. Protease supplementation of sorghum-based broiler diets enhances amino acid digestibility coefficients in four small intestinal sites and accelerates their rates of digestion [J]. Anim Feed Sci Technol，2013b，183：175 ～ 183.

[15]O’Connell J M，Callan J J，O’Doherty J V. The effect of dietary crude protein level，cereal type and exogenous enzyme supplementation on nutrient digestibility，nitrogen excretion，faecal volatile fatty acid concentrations and ammonia emission from pigs [J].Anim Feed Sci Technol，2006，127：73 ～ 88.

[16]Pan L，Zhao P F，Yang Z Y，et al. Effects of coated compound proteases on apparent total tract digestibility of nutrients and apparent ileal digestibility of amino acids for pigs [J].Asian-Aust J Anim Sci，2016，29：1761～1767.

[17]Pan L，Zhao P F，Ma X K，et al. Probiotic supplementation protects weaned pigs against enterotoxigenic Escherichia coli K88 challenge and improves the performance in similar to antibiotics [J].Anim Sci，2017，95：1 ～ 13.

[18]Pour-Reza J，Edriss M A. Effects of dietary sorghum of different tannin concentration and tallow supplementation on the performance of broiler chicks [J].Br Poult Sci，1997，38：512 ～ 517.

[19]Richards J D，Gong J，de Lange C F. The gastrointestinal microbiota and its role in monogastric nutrition and health with an emphasis on pigs：current understanding，possible modulations，and new technologies for ecological studies [J].Can J Anim Sci，2005，85：421～435.

[20]Rooke J A，Slessor M，Fraser H，et al. Growth performance and gut function of piglets weaned at four weeks of age and fed proteasetreated soya-bean meal [J].Anim Feed Sci Technol，1998，70 ：75～190.

[21]Salinas I，Pro A，Salinas Y，et al. Compositional variation amongst sorghum hybrids：effect of kafirin concentration on metabolizable energy [J].Cereal Sci，2006，44 ：342 ～ 346.

[22]Selle P H，Liu S Y，Cai J，et al. Steam-pelleting temperatures，grain variety，feed form and protease supplementation of mediumlyground sorghum based broiler diets：influences on growth performance，relative gizzard weights，nutrient utilisation，starch and nitrogen digestibility [J]. Anim Prod Sci，2013，53 ：378 ～ 387.

[23]Xu X，Wang H L，Pan L，et al. Effects of coated proteases on the performance，nutrient retention，gut morphology and carcass traits of broilers fed corn or sorghum based diets supplemented with soybean meal [J].Anim Feed Sci Technol，2017，223 ：119～ 127.

[24]Yu G X，Chen D W，Yu B，et al. Coated protease increases ileal digestibility of protein and amino acids in weaned piglets [J].Anim Feed Sci Technol，2016，214：142 ～ 147.