生长猪菜籽饼与菜籽粕蛋白质及氨基酸消化率差异及其含枯草芽孢杆菌、植酸酶与多碳水化合物酶复合添加剂的影响

《Animal Feed Science and Technology》：Protein and amino acid digestibility of rapeseed cake and rapeseed meal in growing pigs and impact of a feed additive containing a Bacillus-based probiotic, microbial phytase and multi-carbohydrase

　　

为了降低猪生产的气候影响并提高饲料自给率，亟需经济可行且本地化生产的蛋白质原料。猪生产的盈利能力受饲料成本影响，饲料成本约占总生产成本的60-70%。菜籽饼（rapeseed cake, RSC）和菜籽粕（rapeseed meal, RSM）是菜籽油生产的副产品，由于生物燃料需求增长，欧洲地区RSC和RSM的可用性已增加。先前研究表明，大豆粕这一常用蛋白质原料在生长育肥猪饲料中只能被菜籽副产品部分替代，若需避免消化率和生产性能下降。育肥猪饲料中添加至多4%的RSM对生长性能无负面影响，而Choi等报道添加至多9%的RSM亦未对生长性能产生不利影响；相反，Pérez de Nanclares等观察到日粮中添加20%的RSM会导致生长性能降低。与大豆粕相比，RSC和RSM相对较低的营养物质消化率导致动物生产性能下降，这限制了菜籽副产品作为生长-育肥猪日粮主要蛋白质原料的完全应用。导致RSC和RSM消化率较低的主要因素之一是高纤维含量，与大豆粕相比，其降低了营养物质消化率。非淀粉多糖（non-starch polysaccharides, NSP）是菜籽副产品中主要的纤维成分，由于猪缺乏必要的消化酶，NSP难以被猪消化。RSC和RSM中的NSP主要含有果胶多糖、半纤维素和纤维素，其NSP结构以果胶为主，如同型半乳糖醛酸（homogalacturonan）、阿拉伯聚糖（arabinan）和阿拉伯半乳聚糖（arabinogalactan）；半纤维素如木葡聚糖（xyloglucan）和葡糖醛酸木聚糖（glucuronoxylan）；以及含有β-1,4-糖苷键的纤维素。因此，预期含有木聚糖酶、β-葡聚糖酶和纤维素酶的多碳水化合物酶（multi-carbohydrase）能够靶向RSC和RSM复杂的纤维成分。此外，菜籽副产品含有高水平的磷，其中大部分难以被猪消化，因为它主要以植酸（phytate）形式储存；植酸还可能通过与蛋白质及其他营养物质相互作用产生抗营养效应。在含RSC和RSM的日粮中通常添加植酸酶（phytase）以水解植酸并提高磷消化率。尽管植酸水解可通过减少蛋白质-植酸相互作用来提高蛋白质和氨基酸（amino acid, AA）消化率，但这些反应的大小在不同研究中并不一致，并取决于日粮组成和植酸浓度等因素。此外，基于枯草芽孢杆菌的益生菌（Bacillus-based probiotic）菌株已被发现可提高猪干物质（dry matter, DM）、粗蛋白（crude protein, CP）、AA和磷的消化率。基于枯草芽孢杆菌的微生物通过产生胞外酶支持肠道健康，这些酶可能提高营养物质消化率；益生菌还可能通过微生物酶产生的直接作用或通过调节肠道菌群的间接作用促进植酸降解，从而提高磷及其他植酸结合营养物质的可利用性。尽管多碳水化合物酶、植酸酶和基于枯草芽孢杆菌的益生菌菌株已被单独研究，但关于它们在RSC和RSM中联合应用的信息有限。这种组合尤其相关，因为这些添加剂针对菜籽副产品中不同的营养限制；多碳水化合物酶可能通过降解NSP提高进入封装营养物质的途径，植酸酶可能通过水解植酸结合营养物质提高营养物质可利用性，而基于枯草芽孢杆菌的益生菌可能通过产生胞外酶增强消化，因此它们的联合使用可能对蛋白质消化和AA利用产生互补或协同效应。然而，这些添加剂的组合在多大程度上影响生长猪菜籽副产品的蛋白质和AA消化率仍不清楚。研究人员假设，通过补充含有多碳水化合物酶（木聚糖酶、β-葡聚糖酶和纤维素酶）、微生物植酸酶和益生菌菌株Bacillus amyloliquefaciens的复合饲料添加剂，可以提高生长猪RSC和RSM的蛋白质和AA消化率；预期这些添加剂的联合作用将通过缓解RSC和RSM的营养限制产生协同效应，从而提高其作为生长猪饲料中替代大豆粕蛋白质原料的潜力。由于益生菌补充的效果可能需要数天适应期，并且可能持续到补充期之后，因此认为使用屠宰法采集末端回肠食糜是合适的，以避免日粮处理之间潜在的残留效应。因此，本研究旨在确定生长猪RSC和RSM的蛋白质和AA消化率，并评估含有多碳水化合物酶、微生物植酸酶和基于枯草芽孢杆菌的益生菌的复合饲料添加剂对使用屠宰法获得的消化率估计值的影响。

猪生产需要经济可行且本地化生产的蛋白质原料，以降低气候影响并提高饲料自给率。在猪生产总成本中，饲料成本占比约60-70%，因此开发高效替代蛋白源具有重要经济意义。菜籽饼（rapeseed cake, RSC）和菜籽粕（rapeseed meal, RSM）是菜籽油生产的主要副产品，随着生物燃料需求的持续增长，欧洲地区其产量显著增加。然而，现有研究表明，与常用蛋白质原料大豆粕相比，RSC和RSM的营养物质消化率较低，若要在生长-育肥猪饲料中完全替代大豆粕而不损害生长性能，目前仍存在较大限制。既往研究显示，生长育肥猪饲料中RSM的适宜添加量在不同研究中报道不一，较低消化率被认为是限制菜籽副产品作为单一蛋白源应用的关键因素。RSC和RSM消化率偏低的主要原因是高纤维含量，其中非淀粉多糖（non-starch polysaccharides, NSP，猪缺乏相应消化酶难以利用的纤维成分）是主要纤维成分，包括果胶多糖（例如胶中的同型半乳糖醛酸、阿拉伯聚糖和阿拉伯半乳聚糖）、半纤维素（如木葡聚糖和葡糖醛酸木聚糖）以及含β-1,4-糖苷键的纤维素。由于猪缺乏分解这些复杂纤维结构所需的消化酶，NSP难以被猪有效消化。此外，菜籽副产品含有高水平的磷，但大部分以植酸（phytate，一种猪难以利用的磷储存形式）存在；植酸还可能通过与蛋白质及其他营养物质相互作用产生抗营养效应，进一步降低营养物质的可利用性。针对上述营养限制，多碳水化合物酶（multi-carbohydrase，靶向降解复杂纤维的复合酶制剂）、植酸酶（phytase）和基于枯草芽孢杆菌的益生菌（Bacillus-based probiotic）已被单独研究用于改善营养物质消化率。尽管这些添加剂作用靶点各异，但关于三者联合应用于RSC和RSM的研究信息有限，其联合作用是否能产生协同或互补效应尚不明确。基于此，研究人员假设，通过补充含有多碳水化合物酶、微生物植酸酶和益生菌菌株Bacillus amyloliquefaciens的复合饲料添加剂，能够提高生长猪RSC和RSM的蛋白质和氨基酸（amino acid, AA）消化率。由于益生菌补充效果可能需要数天适应期且可能持续至补充期之后，为避免日粮处理间的残留效应，研究人员采用屠宰法采集末端回肠食糜。本研究旨在系统评估生长猪对RSC和RSM的蛋白质和AA消化率特征，并明确该复合添加剂的实际效果，这对推进菜籽副产品作为替代大豆粕蛋白质原料的应用潜力具有重要意义。

在具体研究实施中，研究人员采用2 × 2双因子设计，使用四十头初始体重32.2 ± 3.1 kg的（长白×大白）×杜洛克杂交生长猪，随机分为四组，每组十头。日粮处理包括RSC对照日粮（RC）、RSC加添加剂日粮（RC+）、RSM对照日粮（RM）和RSM加添加剂日粮（RM+）。日粮按等能（净能9.3 MJ/kg）等氮（粗蛋白152 g/kg）配制。每kg加添加剂饲粮含1.50 × 10⁹ CFU枯草芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）、1500 FYT植酸酶、270 IU木聚糖酶、70 IU β-葡聚糖酶和80 IU纤维素酶。饲喂十五天后，通过屠宰法采集末端回肠食糜及新鲜粪便样本，采用二氧化钛（titanium dioxide, TiO₂）作为不可消化标记，测定粗蛋白（crude protein, CP）和AA的回肠表观消化率（apparent ileal digestibility, AID）、标准化回肠消化率（standardized ileal digestibility, SID）及全肠道表观消化率（apparent total tract digestibility, ATTD）。实验样本来自丹麦奥胡斯大学（Aarhus University）饲料厂。

研究结果

Chemical composition of experimental diets
研究测定了实验原料及日粮的营养物质组成。结果显示，RSC的粗蛋白为301 g/kg，RSM为329 g/kg；RSC和RSM的多种氨基酸含量存在差异。实验日粮的营养物质组成基本符合预期，但RC+日粮的粗蛋白比RC日粮高4.0 g/kg饲粮，RM日粮的粗蛋白比RM+日粮高8.0 g/kg饲粮。

Nutrient digestibility
在回肠消化率方面，日粮类型显著影响粗蛋白AID，RSC（64.5%）高于RSM（59.1%）（P = 0.02）。RSC的总AA、总必需氨基酸（essential amino acid, EAA）和总非必需氨基酸（non-essential amino acid, NEAA）的AID均高于RSM。日粮类型对精氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的AID有显著影响。然而，复合饲料添加剂未改善粗蛋白、干物质（dry matter, DM）或AA的AID，且日粮类型与添加剂之间无交互作用。SID结果显示，日粮类型对粗蛋白、总AA、总EAA和总NEAA的SID无显著影响，但RSC中精氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的SID高于RSM；此外，添加添加剂组丙氨酸的SID倾向于降低（P = 0.07）。在全肠道消化率方面，复合饲料添加剂显著提高了DM的ATTD（P < 0.01），但未影响粗蛋白ATTD。日粮类型显著影响粗蛋白ATTD，RSC（73.4%）高于RSM（71.2%）（P = 0.03）。尽管DM的ATTD存在日粮类型与添加剂交互作用的趋势（P = 0.06），但事后比较显示RC+和RM+的DM ATTD最高，RC最低。

讨论部分总结
研究指出，复合饲料添加剂未能提高RSC和RSM的粗蛋白和AA的回肠消化率。尽管此前有研究表明多碳水化合物酶、植酸酶和枯草芽孢杆菌可单独提高菜籽副产品的营养物质消化率，但添加剂效果受原料组成、底物可利用性、酶活性及动物相关因素影响。因此，本研究中未观察到反应并不一定否定其作用机制，而是表明在所评估的条件下，该复合添加剂未能改善粗蛋白和AA消化率。此外，本研究中RSC和RSM的粗蛋白消化率低于文献通常报道值，提示方法学因素可能影响结果。由于采集的食糜来自末端回肠最后100 cm而非标准的末端20 cm，更近端的回肠食糜可能仍含有部分未完全消化的营养物质，从而导致消化率估计值偏低。同时，每头猪采集的食糜量较少，可能影响样本代表性和分析变异性；此外，食糜中基础内源性损失的相对比例在小样本中可能增大。研究采用固定的基础内源性损失估算值计算SID，该数值参考了Favero等和Park & Adeola的研究结果，便于与既往研究比较，但应结合所用方法学解释结果。研究同时指出，食糜采集对采样时间和回肠解剖部位敏感，且每头猪采集的食糜量会影响回肠消化率的估计。

研究结论部分翻译
日粮类型显著影响粗蛋白、总AA、总EAA和总NEAA的AID以及粗蛋白的ATTD，与RSM相比，RSC的消化率更高。复合饲料添加剂对生长猪饲喂RSC和RSM时的粗蛋白和AA的AID、SID或ATTD无有益影响。然而，该复合饲料添加剂提高了DM的ATTD。