一种高可溶性纤维原料的纤维理化特性评估研究

代发文，杨瑶君，赵宝凯

（1.乐山师范学院，四川 乐山 620000；2.竹类病虫防控与资源开发四川省重点实验室，四川 乐山 620000；3.沈阳伟嘉牧业技术有限公司，辽宁 沈阳）

传统认为纤维对猪存在抗营养作用，然而近年来大量研究证实纤维营养具有调控母猪规癖行为［1］、母猪便秘［2］、妊娠母猪繁殖性能［3］、哺乳母猪繁殖性能［4］和肉猪生产性能［5］等作用，引发了广大猪营养工作者对纤维营养的关注和研究。纤维的理化特性影响其在动物中的应用效果，通过不同纤维原料对比试验发现，纤维类型对猪后肠内容物pH、挥发性脂肪酸（VFA）含量、木聚糖酶和纤维素酶活性以及后肠微生物均有一定的影响［6］。妊娠母猪日粮中的中性洗涤纤维（NDF）水平影响不同胎次母猪的产仔性能，头胎母猪所需NDF 相对较低［7］。妊娠母猪料中不可溶纤维与可溶纤维之比可能通过调控仔猪肠道形态发育和酶活性来提高仔猪日增重和断奶重［8］。

竹之纤是竹类病虫防控与资源开发四川省重点实验室以竹粉为原料进行物理改性生产的一种高可溶性纤维原料，本试验通过理化指标、形态结构、吸水膨胀特性和可发酵性等测定来评估竹之纤与普通竹粉的纤维理化特性差异，为其在饲料中的合理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验原料 高可溶性纤维原料：竹之纤，竹类病虫防控与资源开发四川省重点实验室提供。普通竹粉饲料原料：过80 目，江西某生物科技有限公司提供。

木质纤维：奥地利进口木质纤维饲料原料，粗纤维≥55%，水分≤10%，灰分≤4%。

粗麸皮：小麦麸，粗纤维≤11%，水分≤14%，灰分≤5.5%。

猪配合饲料：仔猪阶段饲料，经检测含粗蛋白16.1%，粗纤维2.8%，北京某公司提供。

1.2 竹之纤和普通竹粉的理化指标测定 采用国标法测定竹之纤和普通竹粉的水分（GB/T 6435-2006）、灰分（GB/T 6438-2007）和粗蛋白（GB/T 6432-2018）含量。采用GB/T 20806 洗涤法测定普通竹粉的中性洗涤纤维（NDF）含量，采用NY/T 1459-2007 洗涤法测定酸性洗涤纤维（ADF）含量。采用AOAC 991.43 酶重量法测定竹之纤可溶性纤维（SF）、不溶性纤维（ISF）和总膳食纤维（TF）含量。每类原料采集2个批次样品进行测定。

1.3 竹之纤和普通竹粉的形态结构测定 采用超清显微镜观测竹之纤和普通竹粉的形态结构，利用250 倍显微镜不同焦距下连续拍照10张进行合成，测定不低于20 个原料颗粒的最长长度。

1.4 不同纤维原料的吸水膨胀性测定 在相同物料基础上添加不同比例纤维原料，建立回归函数，测算该纤维原料的吸水膨胀性。在仔猪饲料基础上分别添加0、10%、20%、30%的普通竹粉、木质纤维和麸皮测定吸水膨胀性，每个处理测定2 个样品。同时采用直接法测定普通竹粉、木质纤维、麸皮的吸水膨胀性，每个原料测定2个平行样。在仔猪饲料和普通竹粉基础上分别添加0、1%、2%、3%的竹之纤测定吸水膨胀性，每个处理测定2个样品。

参考文献报道方法［9］进行微调，测定不同处理样品的吸水膨胀性。取0.5 g样品加入15 mL去离子水于15 mL离心管，室温放置24 h，观测物料体积，吸水膨胀体积＝物料体积/样品重（以mL/g表示）。取1 g样品加入30 mL去离子水于50 mL离心管，室温放置24h，将过夜溶水样品以3500r/min离心15 min，去掉多余上清液后称重，持水性＝物料离心残余重/样品重（以g/g表示）。每个样品测定2个平行样。

1.5 竹之纤对普通竹粉调控仔猪料可发酵性的影响 在普通竹粉基础上添加0.5%、1%竹之纤配制成复合纤维1 和复合纤维2，将不同纤维原料和仔猪料按比例混合后进行接种发酵。不同处理组纤维原料的添加比例见表1。

表1 纤维原料对仔猪料可发酵性影响的试验设计

将发酵菌剂（含植物乳酸菌和屎肠球菌）进行活化，最终得到活化菌液1×107CFU/mL，每50 g处理样品添加25mL菌液，即接种量为5×106CFU/g，置于37 ℃培养箱中发酵48 h。

发酵重量损失率测定：分别于发酵前、发酵24 h 和发酵48 h 测定不同处理样品的重量，计算相对于发酵前样品的重量损失率。

发酵料细菌总数测定：发酵48 h 后收集不同发酵组样品，取不同梯度发酵料稀释上清，采用PCA培养基平板于37 ℃培养箱中过夜，测定细菌总数。

1.6 统计与分析 同一处理样品两平行样的结果取平均值，采用SPSS 16.0统计同一纤维原料颗粒长度的平均值和标准差，采用线性回归分析获得不同纤维原料吸水膨胀性的相关一元函数公式，并计算出该纤维原料的吸水膨胀性预测值。

2 结果与分析

2.1 竹之纤和普通竹粉的理化指标对比 本试验所评估竹之纤和普通竹粉的理化指标见表2。

表2 竹之纤和普通竹粉的理化指标对比

由表2 可知，竹之纤和普通竹粉的灰分和粗蛋白含量差异较大，竹之纤的灰分和粗蛋白含量分别为44.0%和0.4%，普通竹粉的灰分和粗蛋白含量分别为1.2%和1.5%，竹之纤明显高于普通竹粉。由于竹之纤易溶于水，通过洗涤法测定其粗纤维（CF）、NDF 和ADF 均随洗涤液流出，结果未检出。通过酶重量法检测出SF 和ISF 分别为19.2%和59.2%，纤维组成以ISF 为主，TF 为78.2%。通过洗涤法测定普通竹粉的CF、NDF 和ADF 分别为43.0%、82.8%和75.0%。上述测定结果表明，竹之纤与普通竹粉的理化指标差异较大，主要表现在灰分含量和纤维组成方面。

2.2 竹之纤和普通竹粉的形态结构对比 本试验采用250倍超清显微镜观测了竹之纤和普通竹粉的形态结构，统计了纤维颗粒长度，结果见表3。由表3可知，竹之纤颗粒长度明显低于普通竹粉，平均长度为194 μm，而普通竹粉达到537 μm。超清显微镜下可看到两种纤维原料均为不规则形状结构，感官形态存在较大差异。普通竹粉呈竹黄色，存在单根弯曲竹原纤维丝和少量竹原纤维管束；竹之纤呈白色透明，存在较多细小颗粒。

2.3 不同纤维原料的吸水膨胀性对比 本试验通过添加不同比例纤维原料进行线性回归分析，获得了不同纤维原料的吸水膨胀性相关函数，结果见表4。由表4 可知，在仔猪料基础上添加普通竹粉、木质纤维、麸皮和竹之纤所获得的吸水膨胀体积线性回归函数R2值均在0.8 以上，表明添加上述四种纤维原料对常规仔猪料吸水膨胀体积的影响较大。以仔猪料为基础测得不同纤维原料的持水性线性回归函数的R2值存在较大差异，其中普通竹粉和竹之纤的R2值均在0.9 以上，而木质纤维和麸皮的R2值均低于0.5，表明添加木质纤维和麸皮对常规仔猪料持水性的影响较小。在普通竹粉基础上添加竹之纤，回归分析获得的吸水膨胀体积和持水性函数R2值均在0.9 以上，表明竹之纤可能对普通竹粉的吸水膨胀性存在较大的影响。

表3 竹之纤和普通竹粉的颗粒长度 μm

通过上述函数测算不同纤维原料吸水膨胀性的预测值与实测值，结果见表5。由表5可知，用两种方法测定的麸皮吸水膨胀体积差异和木质纤维持水性差异均在10%以上，相比实测值分别达到62.87%和-16.55%，而普通竹粉吸水膨胀体积和持水性的预测值与实测值差异均在10%以内，表明添加不同比例普通竹粉对仔猪料吸水膨胀性的加性效应可能比木质纤维和麸皮更明显。分别在仔猪料和普通竹粉基础上添加不同比例竹之纤，测得竹之纤的吸水膨胀体积和持水性预测值，结果差异较大，分别达到103.96%和114.89%。以仔猪料为基础测定的竹之纤的吸水膨胀体积和持水性预测值分别比普通竹粉预测值提高了25.6 倍和14.1 倍。上述结果表明，竹之纤的吸水膨胀性明显高于普通竹粉，饲料中添加纤维原料后吸水膨胀性的加性效应可能受到纤维原料品种和基础饲料特性的双重影响，不能直接以单一纤维原料的吸水膨胀性测定值来预测其在不同基础日粮中的加性效果。

表4 不同纤维原料吸水膨胀性的线性回归函数

表5 不同纤维原料的吸水膨胀性

2.4 竹之纤对普通竹粉调控仔猪料可发酵性的影响 发酵过程中碳水化合物分解会造成重量损失，竹之纤对普通竹粉调控仔猪料发酵重量损失的影响见图3。由图3 可知，添加含0.5%竹之纤复合纤维1的处理组2，发酵24 h和发酵48 h的重量损失率均比添加普通竹粉的处理组1 较大；添加1%竹之纤复合纤维2 的处理组3，发酵24 h和发酵48 h的重量损失率均比处理组1较小。表明添加不同比例竹之纤对普通竹粉调控仔猪料的发酵程度可能存在不同的影响。添加20%复合纤维的处理组4和5，其发酵48 h的重量损失率均分别低于添加10%同类纤维原料的处理组2和3，表明复合纤维原料不同添加比例对普通竹粉调控饲料发酵程度也可能存在一定影响。

图3 竹之纤对普通竹粉调控仔猪料发酵重量损失的影响

竹之纤对普通竹粉调控仔猪料发酵后细菌总数的影响见表6。

由表6 可知，添加复合纤维处理组发酵后的细菌总数均高于普通竹粉处理组1，处理组2 的细菌总数相对高于其他组。表明竹之纤可能对普通竹粉调控仔猪料发酵后的细菌总数存在一定影响，添加0.5%竹之纤组的细菌总数有高于添加1%组的趋势。增加纤维添加比例的处理组4和5发酵后的细菌总数分别低于添加同类复合纤维的处理组2 和处理组3，表明增加复合纤维添加比例有降低饲料发酵后细菌总数的趋势，这与图2增加纤维添加比例降低发酵重量损失率的结果一致。

表6 竹之纤对普通竹粉调控仔猪料发酵后细菌总数的影响 CFU/g

3 讨论

3.1 本试验评估的竹之纤是一种以竹粉为原料进行物理改性处理的高可溶性纤维原料，其灰分含量、颗粒形态和吸水膨胀性与普通竹粉相比，存在较大差异。研究发现高剂量辐照处理可使豆渣可溶性纤维（SF）的聚合度下降，表面断裂，组织结构松散，吸水膨胀性和持水力明显增加［10］。通过化学改性方法添加不同剂量改性剂处理竹粉，结果发现改性处理使竹粉纤维根部有被拉断的痕迹，改性后竹粉与基体树脂的界面结合较好，随着改性剂用量的增加，模压制备竹纤维/不饱和聚酯树脂复合材料的吸水厚度膨胀率和吸水率相应降低［11］。上述研究表明，通过物理或化学改性方法可以改变植物纤维的形态和吸水膨胀性，目前有关改性纤维在饲料中的应用研究报道较少。有研究发现，通过在日粮中添加新型纤维原料增加日粮吸水膨胀性，可以调控胃食糜的吸水膨胀性和持水力，进而增加食糜水分，降低母鼠采食量，但对日增重无明显影响［12］。本试验评估的竹之纤与普通竹粉的吸水膨胀性存在明显差异，在普通竹粉和猪配合料基础上添加竹之纤，其吸水膨胀性和持水力都会发生较大改变，这为在饲料中应用竹之纤来调控食糜吸水膨胀性和动物采食量提供了参考。

3.2 纤维营养影响动物后肠道发酵和胃肠道微生物菌群，进而调控肠道健康和生产应用效果。竹粉是一种资源十分丰富的纤维原料，本试验评估的普通竹粉的粗纤维含量为43%，竹之纤总膳食纤维含量达到78.2%，对开发作为适宜的母猪纤维原料具有较好的潜力。不同类型纤维原料对肠道微生物存在不同的影响，研究发现怀孕母猪采食甜菜纤维（高可溶性纤维组）1 h后，其胃内大肠杆菌总数显著低于对照组和麸皮组（高不可溶性纤维组）［13］。通过体外发酵试验和母猪应用试验相结合研究，发现妊娠期饲喂含快速发酵纤维的具有高发酵能力的日粮可显著提高妊娠母猪血浆中的短链脂肪酸含量，显著提高母猪哺乳期的采食量和断奶仔猪重［14］。

3.3 本试验体外评估了改性竹粉对普通竹粉调控仔猪料发酵程度的影响，结果发现添加0.5%改性竹粉有提高发酵料细菌总数的趋势，表明添加适量的复合纤维原料有可能通过调控肠道微生物菌群而发挥作用。改变发酵底物特性可改变发酵效果，研究发现在苜蓿、麸皮混合发酵底物中添加不同比例糖蜜，结果发酵后3 d 高糖蜜组的可利用糖分含量更高，青贮重量损失更大［15］。本试验添加0.5%改性竹粉有提高发酵重量损失率的趋势，表明添加适量改性竹粉有可能促进普通竹粉和仔猪料产生更多可被微生物利用的糖分，进而加速发酵进程使发酵重量损失增加。

4 结论

竹之纤是一种不同于普通竹粉的高可溶性纤维原料，在灰分、粗蛋白、纤维组成、纤维形态、吸水膨胀性方面与普通竹粉存在较大差异，吸水膨胀体积和持水性明显高于普通竹粉。在普通竹粉基础上添加一定比例竹之纤可改变竹粉的吸水膨胀性。从添加竹之纤对普通竹粉调控仔猪料的发酵重量损失和细菌总数来看，以添加0.5%竹之纤为宜。