发酵棕榈仁粕替代麦麸对草鱼生长性能及肠道健康的改善作用及其与益生菌酶协同发酵的关系

《Aquaculture Reports》：Effects of replacing wheat bran by fermented palm kernel meal on growth performance and intestinal health of grass carp ( Ctenopharyngodon idellus)

本研究针对水产饲料成本高及对谷物原料依赖性强的问题，探讨了利用酶（蛋白酶、非淀粉多糖酶）和益生菌（酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌）协同发酵的棕榈仁粕（FPKM）替代不同比例（0%-100%）麦麸对草鱼（Ctenopharyngodon idellus）生长和肠道健康的影响。84天饲养试验表明，以20.4% FPKM（替代80%麦麸）替代时草鱼增重率（WG）最佳（+8.5%, P<0.001），并显著提升胰蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性（P<0.001），同时降低血浆二胺氧化酶（DAO）、脂多糖（LPS）等肠屏障损伤指标（P<0.05）。中肠免疫指标（溶菌酶LZM、补体C3/C4、免疫球蛋白IgM等）及紧密连接基因（zo-1, occludin）表达显著上调（P<0.05）。结果表明FPKM可替代麦麸改善草鱼生长性能与肠道健康，其作用与益生菌酶协同发酵密切相关，对开发非谷物饲料资源具有重要意义。

　　

在水产养殖业中，饲料成本占据了总成本的60%至70%，是一笔巨大的开销。同时，过度依赖谷物类植物原料不仅推高了成本，还对粮食安全构成了潜在威胁。因此，开发和利用非粮植物性饲料原料，对于提高水产养殖效益、保障国家粮食安全具有至关重要的意义。棕榈仁粕（PKM）是棕榈油提取过程中的副产品，全球年产量巨大，因其含有一定量的粗蛋白（14.50%–19.24%）和粗脂肪（1.30%–9.48%），被认为是一种有潜力的植物性饲料原料，可用于替代部分谷物成分。然而，PKM的广泛应用受到其自身缺点的限制：它含有较高的粗纤维（可达17.96%）和非淀粉多糖（主要是占78%的β-甘露聚糖），这些抗营养因子会降低饲料的适口性，影响消化酶活性，并可能损伤鱼类的肠道健康。此外，PKM还存在氨基酸不平衡、蛋白质含量相对较低等问题。为了克服这些挑战，研究人员尝试通过各种方法改善PKM的品质，例如热处理、膨化处理、酶解和微生物发酵等。其中，益生菌与酶的协同发酵被认为是一种能有效降解抗营养因子、提高营养价值的有前景的策略。尽管如此，关于酶和益生菌协同发酵棕榈仁粕（FPKM）在鱼类饲料中的应用研究仍相对缺乏。

草鱼作为中国“四大家鱼”之一，是具有重要经济价值的淡水草食性鱼类，其养殖产量在中国淡水鱼中占有显著份额。因此，研究如何通过FPKM替代传统饲料中的麦麸，以提升草鱼的生长性能和肠道健康，不仅具有重要的理论价值，也对实际生产具有指导意义。发表在《Aquaculture Reports》上的这项研究，正是为了填补这一空白，系统评估了FPKM替代麦麸对草鱼的影响。

为了开展这项研究，研究人员设计了几项关键的技术方法。他们首先通过益生菌（酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌）和酶（蛋白酶、非淀粉多糖酶）对棕榈仁粕进行协同发酵，制备出FPKM。随后，配制了六种等氮等脂的实验饲料，其中FPKM以不同比例（0%, 5.1%, 10.2%, 15.3%, 20.4%, 25.5%）替代了麦麸（0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%），分别命名为FPKM0至FPKM100组。实验选用540尾初始体重均匀（7.14±0.04克）的草鱼幼鱼，在流动网箱中进行为期84天的饲养试验，每天投喂两次。实验期间密切监测水温、溶解氧、pH值、亚硝酸盐氮和氨氮等水质指标，确保养殖环境稳定。实验结束后，采集草鱼的血液（血浆）、中肠组织以及全鱼样本，用于后续的生长指标、体成分、消化酶活性、肠道屏障功能指标（如二胺氧化酶DAO、D-乳酸D-LA、脂多糖LPS、内皮素-1 ET-1）、免疫指标（如溶菌酶LZM、补体C3/C4、免疫球蛋白IgM/sIgT/pIgR、一氧化氮NO）以及肠道紧密连接基因（如zo-1, occludin）和细胞因子（如il-10, tnf-α）表达水平的测定。数据分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey多重比较检验，并利用正交多项式比较法分析趋势。

3.1. 生长和体型指数

研究结果显示，用FPKM替代麦麸对草鱼的肥满度（CF）和脏体指数（VSI）没有显著影响。然而，随着替代比例的增加，草鱼的末重（FBW）、增重率（WG）、特定生长率（SGR）和蛋白质效率（PER）均呈现先升高后降低的趋势。通过二次多项式（SOP）模型估算，FPKM的最佳替代水平对于末重、增重率、特定生长率和蛋白质效率分别为75.10%、76.23%、76.83%和72.48%。相反，摄食率（FI）和饲料系数（FCR）则随着替代水平的增加先下降后上升，其最佳替代水平分别为76.89%和75.48%。肝体指数（HSI）随着替代水平的增加呈线性上升趋势。总体来看，以80%的替代水平（即饲料中FPKM含量为20.4%）时，草鱼的生长性能达到最佳。

3.2. 全鱼体成分分析

在体成分方面，FPKM0组的全鱼粗蛋白含量显著低于其他替代组。FPKM40组的粗脂肪含量显著高于FPKM80和FPKM100组。各组间的水分和灰分含量没有显著差异。

3.3. 消化酶活性和肠道屏障功能

消化酶活性的测定是评估鱼类营养消化吸收能力的重要指标。研究发现，随着FPKM替代比例的增加，草鱼中肠的胰蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性均显著升高，表明FPKM改善了草鱼的消化能力。在肠道屏障功能方面，中肠内容物中的D-乳酸（D-LA）含量随着替代水平的增加呈线性下降。当替代水平达到或超过40%时，血浆中的二胺氧化酶（DAO）活性、脂多糖（LPS）和内皮素-1（ET-1）含量均显著降低，这些指标的下降表明FPKM有助于增强肠道黏膜屏障的完整性，减少肠道通透性。

3.4. 肠道黏膜物理和化学屏障

对肠道物理屏障的进一步分析发现，与FPKM0组相比，所有FPKM替代组的中肠紧密连接蛋白基因zo-1和occludin的相对表达量均显著上调，这表明FPKM能够强化肠道上皮细胞间的连接结构。在化学屏障方面，当替代水平达到或超过60%时，中肠的补体C3含量显著高于对照组。溶菌酶（LZM）活性和补体C4含量则随着替代水平的增加先升高后降低，其最佳替代水平分别为81.99%和86.47%。这些结果说明FPKM能够增强肠道的化学防御能力。

3.5. 肠道黏膜免疫屏障

在免疫屏障方面，FPKM替代麦麸并未显著影响中肠促炎细胞因子il-1β、il-6、tnf-α、il-8和tgf-β的基因表达。然而，抗炎因子il-10基因的相对表达量随着FPKM替代水平的增加而显著升高。同时，中肠的免疫球蛋白M（IgM）、分泌型免疫球蛋白T（sIgT）、多聚免疫球蛋白受体（pIgR）以及一氧化氮（NO）的含量均随着替代水平的增加呈线性上升趋势。这表明FPKM主要通过增强抗炎反应和体液免疫来提升肠道的免疫屏障功能，而非通过激化炎症反应。

综上所述，本研究系统评估了发酵棕榈仁粕（FPKM）替代麦麸对草鱼生长性能和肠道健康的影响。研究结论明确指出，在草鱼饲料中使用FPKM完全替代麦麸（最高添加量25.5%）是可行的，并且能够产生积极的效果。其中，以80%的替代比例（即饲料中含20.4% FPKM）效果最佳，能显著提高草鱼的增重率和饲料利用率。这种改善作用与FPKM显著增强了草鱼的消化酶活性、强化了肠道物理屏障（通过上调zo-1和occludin表达）、化学屏障（提高溶菌酶和补体活性）和免疫屏障（增加免疫球蛋白和抗炎因子il-10）密切相关。讨论部分深入分析了其内在机制，认为益生菌与酶的协同发酵过程有效降解了PKM中的粗纤维和非淀粉多糖（如β-甘露聚糖）等抗营养因子，降低了食糜粘度，从而改善了营养物质的消化吸收。同时，发酵过程可能产生了有益的小分子肽、氨基酸和细菌代谢产物（如乳酸、B族维生素），这些物质不仅提高了饲料的营养价值，还可能直接作用于肠道，促进有益菌群生长和肠道黏膜免疫系统的成熟。该研究为棕榈仁粕这一大宗农副产物在高价值水产饲料中的高效、安全利用提供了重要的理论依据和实践指导，对推动水产养殖业的节粮、减排和可持续发展具有重要意义。未来研究可进一步聚焦于FPKM中具体起作用的活性成分及其作用通路，以便更精准地优化发酵工艺和饲料配方。