发酵酶解豆渣替代部分基础饲粮对生长育肥猪生产性能、肠道健康和肉品质的影响

■ 赵运韬 郑 萍 余 冰 冯莲蓉 朱 淋 陈代文*

（1.四川农业大学动物营养研究所，四川雅安 625014；2.绵阳明兴农业科技开发有限公司，四川绵阳 621102）

豆渣是一种常见的食品加工副产品，富含蛋白质等营养元素，具有一定的营养价值，适合用于动物饲料，在我国传统的散户式养殖业中一直被广泛使用。豆渣的年产量丰富，可达280 万吨[1]，但刘远等[2]的研究表明，由于豆渣水分、粗纤维含量高，又存在抗营养因子，不利于储存和鲜饲，目前仍然浪费严重，并会造成污染，因此随着饲料产业的转型升级，如何实现豆渣在猪饲料中的科学运用，成为了重要的研究方向。曹云等[3]对豆渣进行了微生物发酵的相关研究，证明了发酵可以有效降解豆渣中的抗营养物质，提高其适口性、保存时间和消化率；王雅菲等[4]的研究证明了在育肥猪饲粮中添加发酵豆渣有利于猪的生产性能。研究表明，发酵和酶解协同处理豆渣可以显著增加发酵效率，改善产物风味，提高产品质量[5]，液体发酵饲料可以提高猪的生产性能，提高健康水平，降低疾病发生[6-7]。由于发酵酶解的效果取决于发酵所用菌株、酶、发酵酶解工艺及产品类型，不同研究结果不尽一致。本试验旨在研究豆渣发酵酶解后通过液态饲喂替代基础饲粮对生长育肥猪生产性能、胴体性状、肉品质、血液指标和肠道健康的影响，为进一步实现豆渣在饲料产业中的科学运用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在绵阳明兴农业科技开发有限公司进行。采用单因素随机试验设计，选取800 头健康的DLY（杜洛克×长白×约克夏）三元杂交商品猪，平均初始体重为（23.5±5.1） kg，随机分为2 组，每组20 个重复，每个重复20 头猪。对照组饲喂不含豆渣的基础饲粮，为直接购买的商品饲料，主要由玉米、小麦粉、豆粕、大豆油、磷酸氢钙、石粉、氯化钠、氨基酸、维生素预混合饲料构成，营养成分标签值为：粗蛋白≥16.0%、粗纤维≤5.0%、粗 灰 分≤7.0%、钙0.50%～1.20%、总 磷≥0.45%、氯化钠0.30%～1.00%、赖氨酸≥1.10%、水分≤14.0%。试验组用发酵豆渣替代基础饲粮，全程平均替代比例为3.34%。全程采用液体饲喂系统，最终料水比调节到1∶3，分别于每天09：00、13：00 和17：00自动调制输送到每个圈。猪只自由采食，充足饮水，每日三次人工巡圈并辅以AI 监测系统进行环境控制。试验期为168 d，试验结束后在每个组选取7头体重与全组平均体重相近的猪耳缘静脉采血后进行屠宰采样。血样在4 ℃条件下以4 000 r/min离心10 min以分离血清，并置于-80 ℃冰箱保存。

1.2 试验材料

试验所用豆渣购于绵阳某豆制品加工厂，每天运送新鲜豆渣。发酵酶解使用的复合酶（包括木聚糖酶、纤维素酶、酸性蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶，酶活10 000～200 000 U/g）和混合发酵菌（枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、米曲霉、黑曲霉等，活菌数9.90 lg CFU/g）由青岛某生物公司提供。发酵时先将新鲜湿豆渣（干物质含量15%）倒入发酵罐内，加入其3 倍重量的水，搅拌均匀后按混合后总重量加入50 g/t 的木聚糖酶、100 g/t 的纤维素酶、100 g/t 的酸性蛋白酶、50 g/t 的碱性蛋白酶、400 g/t 的中性蛋白酶、0.2%的液体乳酸和0.1%的混合发酵菌，在37 ℃环境下保温发酵酶解12 h，期间每20 min 自动搅拌5 min。豆渣发酵酶解前后营养成分如表1。

表1 豆渣发酵酶解前后营养成分（干物质基础）

1.3 考察指标

1.3.1 生产性能

试验开始前及结束后，试验猪空腹12 h 后称重，全程记录饲料采食量情况，计算平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）和料重比（F/G）。

ADG（kg）=（末重-初重）/饲喂天数

ADFI（kg）=总投料量/（饲喂天数×猪只头数）

F/G=ADFI/ADG

记录两组死亡淘汰情况。

1.3.2 胴体性状

各组测定7 头猪的宰前活重、胴体重，计算屠宰率（胴体重/宰前活重×100%）；测定胴体长（胴体倒挂时从耻骨联合前缘至第一肋骨与胸骨联合点前缘间的长度）、背膘厚（将左边胴体倒挂，用游标卡尺测定胴体背中线肩部最厚处（第1 胸椎附近）、胸腰椎结合处和腰荐椎结合处（第6 腰椎后面）3 点背膘后的平均值；测定胴体胸腰椎结合处背最长肌横截面最大高度和宽度，计算眼肌面积（眼肌长度×眼肌宽度×0.7）。

1.3.3 肉品质

1.3.3.1 肌肉pH

取左半胴体倒数第1～2 肋间背最长肌一块，猪宰杀45～60 min内的测定值记录为pH1，放入4 ℃冰箱保存，至宰杀后24 h 取出测定pH，记录为pH24，每个肉样选取三个点测定。

1.3.3.2 肌肉颜色

在屠宰后45～60 min 内，取左半胴体胸腰椎结合处背最长肌（即眼肌）新鲜横切面用色值仪进行测定，记录L*值（亮度）、a*值（红度）、b*值（黄度）。每个值分别取三个点进行测定，取计算平均值。

1.3.3.3 大理石纹评分

取最后胸椎与第一腰椎结合处的背最长肌（眼肌）横截面，置于4 ℃冰箱中存放24 h后，对照大理石纹评分标准图，按照5级分制评定。

1.3.3.4 剪切力

将背最长肌样品置于80 ℃恒温水浴锅中，加热至肌肉中心温度达到70 ℃后取出，室温冷却，用圆孔取样器将其分割成同等厚度的长条状，并使用Warner-Bratzler肌肉剪切仪测量样品的剪切力。

1.3.3.5 滴水损失

取左半胴体倒数第3～4 肋间背最长肌一块测定滴水损失，剔除肉样外周肌膜，顺肌纤维走向取30 g肉样，用电子秤称量肉样的挂前重（W1）。然后，用吊钩挂住肉样的一端，放入编号食品袋内，肉样悬吊于中央，避免肉样与食品袋接触，用扎带将食品袋口与吊钩一起扎紧，吊于挂架上取出挂架，放入0～4 ℃内保存24 h，打开食品袋，取出肉样，用滤纸吸干肉样表面水分；然后，称量每根肉样的挂后重（W2）。计算系水力。

系水力（%）=W2/W1×100

1.3.3.6 蒸煮损失

宰后2 h 内取左半胴体倒数第3～4 肋间背最长肌约100 g 肉样，剥离外膜和附着脂肪，称蒸前重，然后置于锅篜屉上用沸水蒸30 min。蒸后取出吊挂于室内阴凉处冷却15～20 min后称重，计算熟肉率。

熟肉率（%）=（蒸后重/蒸前重）×100

1.3.3.7 肌内脂肪

取左半胴体腰椎3～4 段背最长肌，从垂直于肌纤维方向自上向下切成50 g的肌肉块，2块，装入样品袋并放入-20 ℃冰箱保存。随后用SOXTEC2055全自动索氏脂肪抽提仪提取并记录脂肪重量，计算肌内脂肪。

肌内脂肪（%）=（脂肪重量/肌肉重量）×100

1.3.4 血液指标

1.3.4.1 生化指标通过全自动生化分析仪测定样品血清的尿素氮（BUN）和白蛋白（ALB）含量。

1.3.4.2 抗氧化指标

通过南京建成生物工程研究所试剂盒测定样品血清的总抗氧化能力（T-AOC）和丙二醛（MDA）含量。

1.3.4.3 免疫指标

通过酶联免疫分析（ELISA）测定样品血清的免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白M（IgM）含量。

1.3.5 空肠形态结构和杯状细胞数量

样本经4%多聚甲醛固定，固定状态良好后，进行修剪、脱水、包埋、切片、染色、封片最后镜检合格的样片，记录绒毛高度、隐窝深度、绒毛上皮长度、杯状细胞数量，计算绒隐比和单位长度内的杯状细胞数量。

绒隐比=绒毛高度/隐窝深度

单位长度内的杯状细胞数量=杯状细胞数量/绒毛上皮长度

1.3.6 空肠、回肠黏膜的肠道屏障基因表达

通过荧光定量PCR 测定空肠、回肠中的5 类肠道屏障基因表达：Occludin、Claudin-1、Mucin-1、Mucin-2、ZO-1。采用2-ΔΔCt相对定量的方法计算每个基因的mRNA表达丰度。

1.3.7 盲肠、结肠的微生物丰度

通过微生物三代高通量测序及分析（全长扩增子测序分析）对盲肠、结肠内容物进行16S rRNA 测序，作群落组成分析并计算Alpha 多样性及Beta 多样性，以考察试猪肠道内的微生物结构与丰度情况。

1.4 数据分析

实际规模化生产条件下，由于试猪分批进入试验、全进全出，生产性能数据无法按重复分别测定，只能获得出栏时的试猪头数和总体重。因此，只能计算各组平均值，无法进行统计检验。但其他指标均以头为单位收集数据，结果用“平均值±标准差”表示，采用SPSS 25.0 软件进行Student’s T-test 统计分析，以P＜0.05表示差异显著，P＞0.05表示无显著差异。

2 结果与分析

2.1 对生产性能的影响

因体重、采食量均为群体数据的平均值，以变化比例说明差异。由表2 可知，两组采食量无明显差异，豆渣组的平均日增重高出对照组6.1%，料重比降低7.3%，每千克增重饲料成本降低9.9%，且淘汰率降低45.5%，其生产性能明显更优。

表2 饲喂豆渣对生长育肥猪生产性能的影响

2.2 对胴体性状的影响

由表3 可知，饲喂豆渣对生长育肥猪的胴体性状并无显著影响（P＞0.05）。

表3 饲喂豆渣对生长育肥猪胴体性状的影响

2.3 对猪肉品质的影响

由表4 可知，豆渣组饲粮对生长育肥猪肉品质并无显著影响（P＞0.05）。

表4 饲喂豆渣对生长育肥猪肉品质的影响

2.4 对血液指标的影响

由表5 可知，饲喂豆渣对生长育肥猪肉血液生化、抗氧化和免疫指标无显著影响（P＞0.05）。

表5 饲喂豆渣对生长育肥猪血液指标的影响

2.5 对空肠形态结构和杯状细胞数量的影响

由表6 可知，饲喂豆渣对生长育肥猪空肠形态结构及杯状细胞数量无显著影响（P＞0.05）。

表6 饲喂豆渣对生长育肥猪空肠形态结构和杯状细胞数量的影响

2.6 对肠道屏障基因表达的影响

由表7 可知，饲喂豆渣对生长育肥猪空生长育肥猪肠道屏障基因表达无显著影响（P＞0.05），但数字上可提高空肠Claudin-1、Mucin-1和Mucin-2含量。

表7 饲喂豆渣对生长育肥猪肠道屏障基因表达的影响

2.7 对微生物群落的影响

2.7.1 群落组成分析

为了直观的展示高丰度物种数据，选择在门、纲、目、科、属、种各分类水平上最大丰度排名前20 的物种，生成累积柱状图，以便直观查看和比较各样品在不同分类水平上丰度较高的物种及其所占比例。图1在属分类水平上进行柱状图的展示（M1：盲肠试验组样本；M2：盲肠对照组样本；J1：结肠试验组样本；J2：结肠对照组样本。下同），表8 对比了两组间的乳杆菌属和埃希氏菌属相对丰度，由图1、表8 可知，盲肠乳杆菌相对丰度差异不显著（P＞0.05），但数值上豆渣组大于对照组，豆渣组的结肠乳杆菌相对丰度显著高于对照组（P＜0.05），盲肠和结肠埃希氏菌属相对丰度差异均不显著（P＞0.05）。

图1 属水平相对丰度

表8 饲喂豆渣对生长育肥猪肠道乳杆菌属、埃希氏菌属相对丰度的影响

2.7.2 Alpha多样性

表9 为两组间肠道微生物群落的Alpha 多样性分析值，以若干不同的方法计算，以全面反映微生物群落的丰度、均匀性和多样性，图2 为据此绘制的可视化箱型图。由表9、图2 可知饲喂豆渣对生长育肥猪肠道微生物Alpha 多样性无显著影响（P＞0.05）。

图2 Alpha多样性可视化箱型图

表9 饲喂豆渣对生长育肥猪肠道微生物Alpha多样性的影响

2.7.3 Beta多样性

对两组的微生物群落结构进行基于Unweighted UniFrac 的主坐标分析（Principal Co-ordinates Analysis），置信椭圆代表各组95%的置信区间，以分析组间微生物群落结构的差异程度，如图3。由图3 可知，豆渣组与对照组相比，微生物群落结构无明显差异（27.1% vs 34.3%）。

图3 组间主坐标分析

3 讨论

3.1 发酵酶解可降解豆渣纤维和蛋白质

本试验表明，豆渣发酵前后化学成分发生了明显变化，表现为饲料酸性明显增加，纤维水平明显下降，还原糖和酸溶蛋白水平显著上升，表明豆渣纤维和蛋白质发生了降解，这是添加的复合酶的酶解和复合菌发酵共同作用的结果。在豆渣的发酵相关研究中，枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌是常见的微生物添加剂，可以分泌多种纤维分解酶和蛋白分解酶，对发酵底物的纤维和蛋白质进行分解，并产生大量代谢产物，进入动物消化道后有利于维持动物肠道微生态平衡，保护肠道健康，提高养分消化率[8-9]。本试验中的发酵豆渣饲料pH达到了4.44，接近实验室条件下的优质发酵饲料水平（pH为3.8～4.2）[10]。pH的降低主要是由于添加的微生物在豆渣发酵过程中利用碳水化合物等营养物质进行代谢，产生大量有机酸，其中以乳酸居多，在本试验中，检出的发酵豆渣饲料中乳酸含量在74.72～82.1 μmol/g。Hou 等[11]的研究表明，这种浓度的乳酸含量可以通过抑制饲料中病原菌的增殖，提高饲料卫生质量，同时可维持动物肠道微生态的稳定，保证消化道健康。Rashad 等[12]的研究发现，发酵豆渣的粗纤维含量较未发酵时会降低45.5%。本试验则为23.3%，而还原糖增加了2.5倍，表明纤维发生了明显降解，这也是发酵的主要作用。本试验中发酵豆渣的酸溶蛋白增加了68.9%，说明蛋白质发生了降解，这可能是添加的蛋白酶和枯草芽孢杆菌产生的蛋白酶的共同作用的结果。本试验中，发酵后豆渣粗灰分和粗蛋白水平也提高了，这可能是发酵过程中微生物的代谢利用了饲料中的部分有机物，造成了干物质总量损失的浓缩效应。

3.2 添加发酵酶解豆渣可改善生长育肥猪生产性能

本试验表明，用发酵酶解豆渣替代基础饲粮3.34%干物质，明显提高生长育肥猪全程生产性能，末重提高5.6%，平均日增重提高6.1%，料重比降低了7.3%，全程死淘率下降2.5 个百分点。其机制一方面是发酵酶解豆渣的纤维和蛋白质分子量降低，酸溶蛋白和还原糖含量大幅增加，高于基础饲粮水平，增加了可消化养分数量；另一方面，发酵酶解豆渣在制备过程中产生大量微生物代谢产物，pH 下降，有益菌数量增加，进入猪消化道后有利于改善消化道微生态环境和肠道健康，提高养分消化率，降低发病率和死淘率。Xin等[13]的研究中以植物乳杆菌、戊糖片球菌、黑曲霉菌协同蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维酶等处理饲料，通过液态饲喂生长育肥猪，平均日增重提高8.3%；孙凡勇等[14]、王雅菲等[4]在育肥猪饲粮中添加发酵豆渣（干物质计2%～15%），以干料饲喂，生产性能同样得到改善，但料重比明显高于本试验；蔡辉益等[15]在生长育肥猪饲粮中添加发酵豆渣（干物质计11.8%～18.3%），以液态饲喂，得到了更低的料重比，但因地面湿滑导致生长猪跛脚多发，全程死淘率反而上升了9.2%，这在本试验中通过环境控制得到了有效改善。本试验表明，发酵酶解协同处理可明显改善豆渣饲用价值，液态饲喂是发酵酶解豆渣的适宜使用方法。

3.3 添加发酵酶解豆渣不影响生长育肥猪胴体性状和猪肉品质

本试验是在实际生产和屠宰条件下从最后一批出栏猪中每组选取7 头猪进行检测，样本量偏小。但各项指标检测值均在正常范围，且各组间没有显著差异，表明发酵酶解豆渣对生长育肥猪胴体性状和猪肉品质没有显著影响。Fletcher[16]的研究表明，肌肉pH与滴水损失和肉色具有紧密联系；王雅菲等[4]的研究中，饲喂发酵豆渣对育肥猪的瘦肉率有显著改善；马青竹[17]用芽孢杆菌、啤酒酵母菌、米曲霉作为发酵剂，发现饲喂发酵饲料的育肥猪肉质得到了显著改善，孙建广等[18]添加发酵乳酸杆菌也发现能够提高生长育肥猪肉品质。在本试验中，两组间的生长育肥猪胴体性状和猪肉品质没有显著变化，但豆渣组红度a*值数值更大，表明了发酵酶解豆渣在改善猪肉品质方面具有一定的作用，但在本试验中不显著，这可能一是因为豆渣的全期添加量较小，没有达到显著影响胴体性状和猪肉品质的程度，二是因为试猪、饲料及饮水因地域存在某些营养特征的不同，具体原因有待进一步研究。

3.4 添加发酵酶解豆渣提高乳杆菌属丰度

毛倩等[19]的研究表明，乳酸杆菌和大肠杆菌的相对比值能够代表机体的健康水平（主要体现在防御和保护能力），徐基利等[20]的研究表明，添加乳酸杆菌可以使鸡肠道的绒隐比提高，肠壁增厚，显著提高肠道的吸收面积，促进机体消化吸收。本试验中，在组间微生物群落的整体数量、多样性和相似性均无显著差异的情况下，豆渣组盲肠、结肠内的乳杆菌属相对丰度均有明显的提高，而大肠杆菌所属的埃希氏菌属无显著变化，表明了豆渣组更好的肠道健康水平和消化吸收能力。本试验表明，饲喂经本试验所述发酵酶解工艺处理的发酵酶解豆渣对生长育肥猪的肠道微生物群落结构和有益菌相对丰度具有积极改善作用。

3.5 添加发酵酶解豆渣不影响生长育肥猪的代谢和整体健康

本试验检测了试验结束时猪的血清尿素氮和白蛋白水平、抗氧化和免疫指标、空肠形态结构及杯状细胞数量、空肠紧密连接蛋白和黏蛋白mRNA 表达量，以此反映机体代谢和健康状况。结果表明，各项指标没有显著差异，空肠紧密连接蛋白和黏蛋白mRNA 表达量数字上还有增加，说明发酵酶解豆渣对机体代谢和健康没有不良影响。未处理豆渣通常含有胰蛋白酶抑制剂、植酸、大豆凝集素、脂肪氧化酶和脲酶等，大量饲喂时会降低机体对营养物质的利用，危害健康[4,13]。本试验不但未发现发酵酶解豆渣有任何不良影响，而且可大幅降低死淘率，其原因一是添加比例降低，按干物质计算只有3.34%，二是发酵酶解可破坏抗营养因子，消除其危害；而且发酵产物和酶解小肽可能有利于改善肠道健康，调节免疫力，增强对疾病和应激的抵抗力。这也可能是试验组生产性能优于对照组的原因，但其深入机制有待进一步研究。

4 结论

豆渣经发酵酶解处理后替代3.34%基础料干物质以液态饲喂方式饲喂生长育肥猪可显著改善生产性能和生产效率，对胴体性状与猪肉品质无不良影响，对猪的代谢和整体健康也没有明显影响。