2021-4-9 | 营养学论文
作者：谭成全 孙海清 彭健 单位：华中农业大学动物科技学院
1日粮纤维的定义与分析方法
迄今为止，日粮纤维的定义还没有形成一致的看法。早在1972年，Trowell把日粮纤维定义为不可被哺乳动物消化酶降解的所有植物多糖和木质素（Trow－ell，1972）。这个概念从生理学的角度定义了日粮纤维的特性并得到了广泛的认可(Graham等，1991)。从化学的角度，日粮纤维则认为是非淀粉多糖和木质素的总和(Graham等，1991)。但这个定义并不包含所有纤维的成分，如存在于细胞壁中而不易被动物消化酶消化的淀粉即抗性淀粉、黏质及其他寡聚糖（彭健，1999）。最近的研究报道，日粮纤维被定义为“10个或更多的单体组成的不能被动物小肠内源酶水解的碳水化合物聚合物(CodexAlimentariusCommision,2009),从聚合度的角度定义日粮纤维能更好地为碳水化合物分类，易于理解。综合以上日粮纤维的定义，果胶、纤维素、半纤维素、β-葡聚糖、阿拉伯木聚糖、葡甘聚糖、半乳甘露聚糖、果聚糖、低聚糖和抗性淀粉都可称为日粮纤维。日粮纤维是由结构性多糖、非结构性多糖及木质素组成的混合物（Souffrant，2001）。这些混合物主要存在于植物细胞壁中，由于组成的复杂性，给日粮纤维的定义和研究带来很大的困难。因此，我们在定义日粮纤维时，很有必要把其分析方法结合起来。目前，纤维的分析方法主要有两种：一种是美国分析化学协会（theAssociationofOfficialAnalyticalChemists，AOAC）方法，另一种为Englyst方法（RichardCB等，2000）。AOAC法包括酶-重量法、酶-分光光度法、酶-HPLC、酶-GC、酶-HPAEC等方法（康琪等，2007）。AOAC法所测的日粮纤维为非淀粉多糖（NoN-starchpolysacchrides，NSP）、木质素及抗性淀粉，而En－glyst法只包含NSP。从涵盖日粮纤维的成分来说，AOAC法更具代表性（Richard等，2000）。
2日粮纤维的理化特性及其营养学功能
日粮纤维之所以成为营养界研究的热点，其独特的理化性质扮演着主要的角色。日粮纤维的理化性质主要包括：吸附作用和阳离子交换能力、溶解性、黏性、持水性及可发酵性。日粮纤维的理化特性与其营养学功能密切相关。如日粮纤维的吸附作用减少了肠腔毒物的吸收；黏性的日粮纤维增加了食糜的黏度，延缓了胃排空，影响了营养物质的消化吸收；日粮纤维的可发酵性为动物提供能量并维持肠道微生物区系，促进动物健康。
2.1吸附作用和阳离子交换能力日粮纤维表面带有活性基团能结合有机物的能力称之为吸附作用（Kritchevsky，1988；Davidson等，1998）。吸附作用和pH值、渗透压、结合物结构、日粮纤维的理化性质有关(Vahouny等，1985)。日粮纤维能吸附结肠黏膜的诱变剂(Ferguson等，1996；Harris等，1998；Karakaya等，1999），保护暴露在外的结肠黏膜免遭其他诱变因子的损害（Brownlee等，2005），这些作用与预防仔猪结肠炎，育肥猪产生胃溃疡有关。此外，日粮纤维化学结构中包含羧基和羰基侧链基团，呈现一个弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子进行可逆的交换（Kritchevsky，1988），这可能与矿物质利用率密切相关（Frolich，1990）。
2.2溶解性日粮纤维的溶解度是以水合作用的速度来度量的（MetteKristensen等，2011）。根据溶解性，日粮纤维可分为可溶性日粮纤维（Solubeldietfiber，SDF）和不可溶日粮纤维（Insolubledietfiber，IDF）。SDF指植物样品中除去淀粉、脂肪和蛋白质后溶于水但不溶于80%乙醇的多糖成分，主要包括阿拉伯木聚糖、瓜尔胶、β-葡聚糖及果胶类物质等（汪勇等，2007）。IDF是指不溶于水的那部分纤维，主要是细胞壁的组成部分，包括纤维素、一部分半纤维和木质素及壳聚糖等（Esposito等，2005）。与IDF相比，SDF可能与动物生理代谢联系更为紧密，SDF可增加小肠肠腔食糜的黏度和水结合力（Canibe等，2002），进而减慢了食糜在肠道蠕动的速度及葡萄糖被肠上皮细胞吸收的速率（Ellis等,1995）。
2.3黏性日粮纤维包含大量的多糖，而多糖溶解于水即产生黏性作用。日粮纤维黏度可以根据胃肠道内容物的pH值来度量，同时与纤维来源以及中性、酸性底物的比例关系密切。例如，瓜尔胶的黏度与水解后的中性多糖的含量有关，与酸性多糖却没有关联，相反，黄原胶以及藻酸盐与酸性多糖有关（Brownlee等，2005；Draget等，1997）。日粮纤维的黏度与其抗营养特性密切相关，一般地，日粮纤维的含量与胃肠道食糜的黏度呈正相关(Bedford等,1992)。胃肠道食糜的高黏度降低其在小肠的流动性，影响食糜与肠道黏膜接触，降低了底物和消化酶的扩散速率，从而降低了营养物质的消化吸收率(Ikegami，1990)。最近的研究报道，日粮纤维能够延缓饥饿，延长饱感的原因可能是其能提高肠道内容物的黏性调控动物的食欲（MetteKristensen等，2011）。此外，日粮纤维的黏性特征能吸收大量的水分增加了胃的充盈感并触及迷走神经产生饱感（deGraaf等，2004）。
2.4持水性日粮纤维分子中含有大量的羟基、羧基等亲水基团，它能结合大量的水分。不同来源的日粮纤维由于其化学结构、物理特性不同，持水性也有所区别。如魔芋葡甘露聚糖吸水后体积膨胀到自身的80～100倍（钟刚琼等，2005），摄取少量即有饱腹感。而不可溶性纤维如麸皮仅吸收2~3倍的水。日粮纤维的持水能力与猪的采食量呈负相关（Kyriazakis等，1995）。分析其原因可能是由于日粮纤维密度小，吸收后体积膨胀，对胃肠道有充盈感，引起饱腹感。这对于控制妊娠母猪的体况具有重要意义。此外，日粮纤维持水性通过其发酵可间接的增加动物的排便量(Davidson等，1998)，减轻直肠内压力，有利于缓解便秘。总之，纤维的持水性可影响食糜在肠道的停留时间，从而影响肠道的生理活动（Sood等，2008）。
2.5可发酵性日粮纤维不能被高等动物酶解，只能通过微生物发酵降解。日粮中可发酵的碳水化合物在动物后肠发酵产生的能量占可利用能量的7％～17%，这取决于日粮中可发酵碳水化合物的含量（Anguita等，2006）。可发酵底物产生的能量可为生长育肥猪提供15%的维持能量（Dierick等，1989），为母猪提供30%的维持能量（Varel等，1997）。日粮纤维发酵可提供能量归根结底是由于宿主细胞吸收和利用短链脂肪酸。日粮纤维的可发酵程度与其来源有关，因此为动物提供的能量也有较大的差异。另外，日粮纤维在肠道微生物发酵的作用下，改变了肠道微生物区系。进而调控了动物肠道微生物区系的平衡并影响了动物的健康（Leterme等，2006）。断奶仔猪饲喂纤维日粮可代替部分抗生素预防腹泻，促进仔猪健康（Low等，1992）。分析其原因可能是日粮纤维发酵产生的挥发性脂肪酸（Volatilefattyacids）通过大肠吸收水分并抑制有害菌的生长来预防仔猪腹泻，除此之外，NSP发酵形成的酸性环境降低了具有毒性作用的胺的形成从而减少腹泻（Aumaitre，1995）。Houdijk等（1999）添加果糖改变了后肠VFA组成（降低了乙酸的比例，提高了丙酸的比例），降低了大肠杆菌数量，增加了双歧杆菌数量，这有利于缓解母猪围产期的便秘和子宫炎-乳房炎-无乳症的发生（Tabr－ling等，2003）。日粮纤维的理化性质决定了其在动物营养学中的功能，日粮纤维的营养学功能与母猪的繁殖性能密切相关，其中日粮纤维是如何影响母猪产仔数的机制值得进一步探讨。