发酵山楂渣对仔猪生长性能、后肠道菌群和粪便臭味物质的影响

■魏秀莲 韩绍良 娄迎霞 贾勇杰 张景齐 李亚新 陈亚军 石 径*

（1.北京市饲料监察所，北京 100107；2.北京大北农科技集团股份有限公司，饲用微生物工程国家重点实验室，北京 100192；3.北京市平谷区农业农村局，北京 101200；4.北京市通州区动物疫病预防控制中心，北京 101100；5.北京市大兴区畜牧水产技术推广站，北京 102600）

随着我国畜牧业的高速发展，针对玉米、大豆等常规饲料原料出现的人畜争粮现象越来越紧迫。另一方面，我国水果资源丰富，每年产生大量的果渣，是良好的饲料资源[1-2]。果渣富含糖类、矿物质、维生素和膳食纤维等营养物质，还含有黄酮和多酚等活性物质，但因水分含量高和营养丰富而不易保存，将果渣合理利用开发作为饲料，不仅能解决果渣废弃造成的资源浪费和环境污染，还能缓解我国常规饲料资源紧缺的问题，降低养殖成本[3-5]。果渣作为一种环保廉价型的饲料资源，不同果渣具有其特定的营养特点和生物活性成分，在畜牧养殖中具有广阔的应用前景和综合利用价值[6]。山楂（Crataegus pinnatifida Bunge）是人们喜爱的一种果品，含有丰富的氨基酸，具有开胃消食、健脾助消化和提升免疫力等功效，山楂产品加工过程中产生大量的山楂渣，开发为饲料原料具有巨大的潜力[7]。张玲[8]报道，在日粮中添加苹果渣、山楂渣和梨渣的混合果渣饲料饲喂育肥猪，对育肥猪的采食量、平均日增重和饲料利用率均无不良影响，能够有效降低饲料成本，提高养猪经济效益。陈玉河[9]研究发现在育肥猪饲料中添加山楂渣和苹果渣后日采食量提高6.3%，平均日增重提高16.98%，60 d的试验期内每头猪增加效益22.35元。

然而，山楂渣中纤维素含量高，并且含有果胶和鞣酸等不易消化的抗营养成分，直接饲喂或添加量大会影响动物的营养吸收和生长增重[10]。随着生物发酵技术和加工技术的发展，大量研究显示利用益生菌对果渣饲料原料进行发酵处理，可有效消除大部分抗营养因子，具有更高的营养价值和功能活性[11-12]。程玉鑫[13]研究发现发酵蓝莓果渣具备较高的抗氧化活性并能够有效改善高脂膳食小鼠的肠道免疫屏障功能。阳林芳等[14]研究报道，在日粮中添加5%～20%发酵果渣能够提高育肥猪的屠宰性能和酮体品质。发酵后的果渣饲料营养更加丰富，适口性好，能够有效提高果渣的饲用价值和饲料转化率，改善动物肠道菌群平衡和生长性能[3，15]。因此，应用发酵技术开发果渣生物饲料对促进果渣饲料的推广具有重要意义，也为绿色环保、减抗替抗的养殖方案提供了新方向。文章以山楂渣为主要原料，利用菌酶结合的发酵工艺制备山楂渣发酵饲料，并以不同添加方式替代部分仔猪基础日粮，研究其对仔猪生长性能、养分表观消化率、后肠道微生物菌群以及粪便臭味物质的影响，为开发果渣发酵饲料在仔猪养殖中的应用提供理论依据，为减抗替抗的仔猪健康养殖提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

发酵山楂渣饲料按山楂果渣50%、稻壳粉16%、豆粕5%、发酵剂（乳酸菌和酵母菌，活菌数5.0×108CFU/g）2.5%和复合酶制剂0.5%、水26%的比例混合均匀，30 ℃发酵4 d。此方法制备的发酵山楂果渣饲料的水分含量为48%，干物质中的营养成分含量为：粗蛋白8.27%、粗脂肪2.60%、粗纤维33.70%、粗灰分9.80%、钙0.24%、总磷0.15%。

1.2 试验设计与饲粮

试验在北京大北农科技集团股份有限公司的猪场进行，预试期7 d，正试期33 d。选取体况良好、初始体重相近的三元（杜×长×大）保育后期仔猪160头，随机分为4组，每组4个重复，每个重复10头猪。其中对照组（D组）饲喂基础饲粮，发酵山楂渣饲料组（S1、S2组和S3 组）用10%的发酵山楂渣饲料等量替代基础饲粮，不同组设置发酵山楂渣饲料的不同添加方式，试验分组设计见表1，基础饲粮组成及营养水平见表2。

表1 试验动物分组设计

表2 基础饲粮组成及营养水平（风干基础）

1.3 饲养管理

试验仔猪饲养于漏缝式地板的栏内，每个重复的猪在同一栏中饲养，每日定点进行饲喂，自由采食和饮水。每日定时打扫猪舍两次，保证日常卫生环境。每日定时对猪舍通风换气，温度为15～20 ℃。所有试验猪按照猪场日常管理进行免疫和驱虫，试验期间观察试验猪的采食量和健康状况。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生长性能

以每个重复为单位，准确记录每日的投料量和剩料量，计算仔猪在饲喂期间的平均日采食量（ADFI）。分别在正式饲喂试验开始和结束的清晨，称重并记录试验仔猪的空腹（12 h）体重，计算平均日增重（ADG）和料重比（F/G）。

1.4.2 养分表观消化率

正式试验第30～32天采集饲料样品，采集每个重复栏刚排出的未被地面污染的新鲜粪便样品，-20 ℃保存待测。饲粮中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、干物质和磷等养分表观消化率使用盐酸不溶灰分（AIA）法测定。

1.4.3 后肠道菌群的测定

饲喂第32天，以重复为单位，每组随机选择4头仔猪，采集新鲜无污染粪便，保持冷冻状态将粪便样品送至检测机构进行16S rRNA 的V3～V4 区域扩增、测序及数据分析，进行后肠道微生物菌群多样性分析。

1.4.4 粪便臭味物质的测定

粪便中挥发性臭味物质的测定采用顶空-气相色谱法，称取粪便样品2 g至10 mL顶空瓶中，80 ℃水浴萃取30 min，将顶空微萃取进样针扎入顶空瓶中继续加热30 min 后上机。进样口温度250 ℃，进样量1.0 mL，流速1.0 mL/min，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，传输线280 ℃。根据全扫描图中的母离子信息，利用Thermo NIST MS Search 2.3本地数据库进行物质鉴定。

1.5 数据处理

试验数据使用Excel 软件进行整理，采用SPSS 16.0 软件进行单因素方差分析（ANOVA），采用Duncan’s法进行多组间的差异显著性分析，数据均以“平均值±标准误”表示，以P＜0.05为差异显著水平。

2 结果与分析

2.1 发酵山楂渣饲料对仔猪生长性能的影响（见表3）

表3 发酵山楂渣饲料对仔猪生长性能的影响

由表3可知，各组仔猪的初始体重无显著性差异（P＞0.05），与D 组相比，3 个试验组的末重均有所增加，其中S1 组和S3 组差异显著（P＜0.05）。与D 组相比，S1、S2 组和S3 组仔猪的平均日增重分别增加了8.36%、1.84%和5.29%，其中S1 组的平均日增重最高且具有显著性差异（P＜0.05）。与D 组的平均日采食量相比，S2 组和S3 组分别增加了3.32%和8.26%，而S1组的平均日采食量降低了7.87%。S2组和S3组仔猪的料重比与对照组D组无显著性差异（P＞0.05），S1组料重比与D组相比显著降低15.04%（P＜0.05）。

2.2 发酵山楂渣饲料对仔猪养分表观消化率的影响（见表4）

表4 发酵山楂渣饲料对仔猪养分表观消化率的影响（%）

如表4所示，与D组相比，S1组的粗蛋白表观消化率提高了1.56%，S2组和S3组粗蛋白的表观消化率分别降低了24.43%和19.72%。S1、S2组和S3组的粗脂肪表观消化率相比D 组分别降低了10.82%、37.87%和16.53%。对粗纤维的表观消化率，与D组相比，S1组降低26.09%，S2 组和S3 组分别显著提高了31.11%和6.59%（P＜0.05）。S1、S2组和S3组的干物质、磷和能量的消化率都低于D组，3个试验组中S1组的干物质和能量消化率最高，磷的表观消化率最低（P＜0.05）。

2.3 发酵山楂渣饲料对仔猪后肠道微生物菌群的影响（见图1～图4）

图1 基于门（Phylum）水平的仔猪后肠道菌群结构分析

图4 各组间仔猪后肠道微生物菌群结构的PCA分析

在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、螺旋体门（Spirochaetes）和变形菌门（Proteobacteria）为仔猪肠后肠道微生物中的优势菌门（见图1）。与D组相比，S1组仔猪后肠道中厚壁菌门的相对丰度有所降低，S2 组和S3 组后肠道中厚壁菌门的占比增大。S1 组仔猪后肠道中拟杆菌门的相对丰度与D 组无显著差异，S2 组和S3 组拟杆菌门的占比相比D 组显著降低（P＜0.05）。S1 组和S2 组螺旋体门的相对丰度相比D组大幅提高，S3组螺旋体门的占比有所降低。3个S组仔猪后肠道中变形菌门的相对丰度相比D组都显著提高（P＜0.05）。

各组仔猪后肠道微生物共有和特有物种的韦恩图和花瓣图分析如图2所示，与D组相比，S1、S2组和S3组仔猪的后肠道微生物物种数量（OTU）增加，其中S1组仔猪后肠道微生物种类和特有物种数量最多，S1组OTU 总数和特有OTU 数量相比D 组分别增加17.30%和120.90%，微生物多样性显著提升（P＜0.05）。

图2 仔猪后肠道微生物共有与特有物种（OTU）的韦恩图（a）和花瓣图（b）分析

对各组仔猪后肠道在属水平上的微生物物种丰度进行聚类分析（见图3），图中纵向为样品间的聚类，横向为微生物物种的聚类，聚类枝越短代表相似性越高。结果显示，S1 组与D 组仔猪的后肠道菌群结构最相近，S2组仔猪后肠道菌群结构与D组的差异最大。对各组仔猪后肠道微生物菌群结构的PCA分析结果显示（见图4），同一组别的样品之间菌群结构具有较高的相似性，能够明显地聚类在一起。与对照组D组相比，S1组和S3组与D组仔猪后肠道微生物菌群结构相似性较高，S2组仔猪后肠道微生物菌群结构与D组的差异最大。

图3 基于属（Genus）水平的各组仔猪后肠道菌群组成丰度聚类图

2.4 发酵山楂渣饲料对仔猪粪便臭味物质的影响（见表5）

如表5 所示，粪臭素、吲哚和对甲苯酚在仔猪粪便挥发性臭味物质中的占比较大。与D组相比，S1组和S2 组粪臭素含量显著降低（P＜0.05），分别下降67.55%和38.03%，S3 组粪臭素含量有所升高。S2 组和S3组吲哚含量相比D组显著下降（P＜0.05），分别降低了42.69%和57.65%，S1 组吲哚含量相比D 组显著增加（P＜0.05）。S3 组的对甲苯酚含量低于D 组但无显著性差异（P＞0.05），S1 组和S2 组对甲苯酚含量显著高于D组（P＜0.05）。相比D组，S1组仔猪粪便中苯酚、乙酸和苯甲醛的含量显著降低（P＜0.05），S2 组仔猪粪便中乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸的含量显著减少（P＜0.05），S3组的苯酚、乙酸、戊酸和苯甲醛含量显著降低（P＜0.05）。

表5 发酵山楂渣饲料对仔猪粪便中臭味物质含量的影响(%)

3 讨论

3.1 发酵山楂渣饲料对仔猪生长性能的影响

山楂渣饲料在发酵过程中产生大量乳酸和特殊的风味物质，动物进食时会促进唾液和消化液的分泌，提高适口性，增强食欲。本研究中，发酵山楂渣饲料代替10%基础日粮能够有效提高仔猪的平均日增重，其中发酵山楂渣饲料与基础日粮一同制粒后饲喂的添加方式平均日增重最高。发酵山楂渣饲料单独料槽饲喂和与基础日粮混合后饲喂的添加方式能显著改善仔猪的食欲，平均日采食量增加，但导致料重比增加。结果显示，发酵山楂渣饲料的最佳添加方式为和基础日粮一同制粒，与对照组相比显著降低料重比，提高平均日增重。发酵山楂渣饲料含有大量益生菌，对肠道健康、提升免疫力和降低腹泻率具有有益的作用。胡虹等[16]研究发现乳酸菌发酵饲料可明显增加仔猪平均日增重和日采食量，降低发病率，改善肠道微生物菌群。果渣的营养丰富，富含糖类、有机酸、膳食纤维和维生素等营养物质及多酚和黄酮等活性物质，开发做饲料对饲喂动物的生长发育有促进作用[3]。吕思潼[1]报道将发酵柑橘渣饲料添加到断奶仔猪饲料中可提高平均日采食量，降低腹泻率，降低生产成本；发酵果渣饲喂成年猪能够改善猪肉品质、促进生长、提高免疫力、增加养殖收益。发酵山楂渣饲料对促进猪生长增重、提高饲料利用率和经济效益都具有很好的效果，这与山楂渣中的酒石酸、枸橼酸、山楂酸和酶类等活性物质成分有关，这些成分能增加猪自身消化酶的分泌，提高酶活性，发挥健胃和增重的作用[17]。

3.2 发酵山楂渣饲料对仔猪养分表观消化率的影响

山楂渣等果渣中粗纤维含量较高，含有鞣酸等抗营养因子，即使经过发酵，依旧可能影响养分的消化吸收。邓铭等[18]发现用发酵构树饲料3%、6%和9%的比例替代基础日粮饲喂断奶仔猪，粗蛋白、磷和钙的表观消化率显著低于对照组，这可能是因为发酵构树饲料中的抗营养成分抵消了有益菌群对养分吸收率的增益作用，导致表观消化率的下降。本研究中发现，发酵山楂渣饲料代替10%基础日粮饲喂仔猪，其对养分的表观消化率有不同程度的降低，但发酵山楂渣饲料与基础日粮一同制粒的添加方式中，仔猪对粗蛋白的表观消化率高于对照组，这与该添加方式组仔猪的平均日增重最大和料重比最低具有一定的相关性。孙铁虎等[19]的研究也显示，日粮中添加发酵饲料有助于提高育肥猪对饲料中粗蛋白的消化率。本试验结果表明，发酵山楂渣饲料替代10%基础日粮对仔猪的养分消化率无促进作用，但仍能显著提高仔猪的平均日增重，其中发酵山楂渣饲料与基础日粮一同制粒的添加方式对仔猪养分消化率的影响程度最小。

3.3 发酵山楂渣饲料对仔猪后肠道微生物菌群的影响

发酵饲料富含丰富的乳酸菌及其代谢产物、小分子活性肽、维生素等有益成分，具有酸香气味，适口性好，饲喂后促进有益菌群在肠道中大量定植，抑制有害菌的生长，调节肠道菌群平衡。有益菌群进一步帮助食物的消化和代谢，促进营养物质的吸收利用，在提升免疫力、改善动物肠道健康和预防腹泻等方面发挥重要的作用[19-20]。本研究发现，基础日粮中添加发酵山楂渣饲料能够提升仔猪后肠道的微生物多样性，调节菌群结构。果渣中富含的膳食纤维为肠道微生物提供消耗的底物，促进肠道内有益菌的生长，是影响肠道微生物组成的重要因素[21]。新鲜粪便的菌群组成在一定程度上可以反映猪后肠道菌群组成的特征，高印[22]发现，在早期断奶仔猪日粮中添加4%～8%发酵苹果渣能够调节仔猪肠道的微生态平衡，降低大肠杆菌数量和腹泻率。Kafantaris 等[23]和Wang 等[24]的研究显示，饲喂青贮葡萄渣显著增加了仔猪肠道中益生菌和乳酸菌的数量，降低了肠杆菌和空肠弯曲杆菌等病原菌的数量，有利于提高断奶仔猪的抗病能力。

3.4 发酵山楂渣饲料对仔猪粪便臭味物质的影响

猪粪便中的臭味物质主要有挥发性脂肪酸（VFA）、吲哚类、酚类、醛类和硫醇类等，其中对甲苯酚、吲哚和粪臭素是猪粪便臭味物质中相对含量较高且不易去除的物质，挥发性脂肪酸与猪粪的臭味强度之间存在相关性，碳链越长其除臭难度越大[25-26]。本研究结果显示，发酵山楂渣饲料代替10%基础日粮饲喂能够不同程度地降低猪粪便中臭味物质的含量，其中发酵山楂渣饲料与基础日粮一同制粒的添加方式降低粪臭素的效果显著，单独料槽饲喂的添加方式对吲哚和所有VFA的降低效果十分显著，与基础日粮混合后饲喂的添加方式对吲哚含量有显著的降低作用。有研究报道降低饲料中粗蛋白水平是减少粪臭源的方法[27-28]，Cho等[29]研究发现降低猪日粮中粗蛋白的水平到15%能够降低猪粪中酚类、吲哚类和短链脂肪酸等臭味物质的含量，这可能与猪肠道菌群的变化及其在蛋白质代谢中发挥的作用有关。本研究中发酵山楂渣饲料替代10%基础日粮降低了饲料的粗蛋白水平，减少营养过剩而消化不完全导致的粪臭。另外发酵饲料中的益生菌与酶制剂进一步改善仔猪的肠道菌群，提高对营养物质的消化吸收，最终改变粪便中挥发性臭味物质的含量[30]。

4 结论

发酵山楂渣饲料替代10%基础日粮能够显著改善仔猪的生长性能、提升仔猪后肠道微生物多样性、降低猪粪便中的挥发性臭味物质。发酵山楂渣饲料与基础日粮一同制粒的添加方式效果最佳，对养分消化率影响最小且提高了仔猪对粗蛋白的表观消化率，显著提高仔猪平均日增重，降低料重比，有效降低仔猪粪便中粪臭素等臭味物质的含量。发酵山楂渣饲料替代10%基础日粮在仔猪饲养中具有降低饲养成本、改善猪舍气味、提高饲喂效果和经济效益等优势。