植物细胞壁组分在猪消化道内的变化规律与其营养特性间的关系研究

本项目从"日粮纤维的营养特性是其组成成分与消化道环境互作的结果"这一假设出发，选择细胞壁组成成分差别大、植物种属不同的4种常用饲料原料（小麦麸皮、米糠、菜籽壳和大豆皮）为单一细胞壁来源，通过观测半纯合日粮、纤维梯度日粮和加酶日粮在安装十二指肠和回肠末端双瘘管生长猪体内的消化利用过程，研究非淀粉多糖、木质素、矿物质、酚酸和植酸等细胞壁组分在胃-小肠前段、小肠后段和大肠-粪便区段的溶解量、离子结合量和微生物降解量，全面认识细胞壁主要成分在消化道中的动态变化。并将其与食糜粘度、持水力和酸碱性，以及养分消化率和肠道微生物活动状况进行相关分析，试图揭示细胞壁组分在消化道内的变化规律与其生理活性间的内在联系，尝试建立适用于日粮纤维生理活性研究的方法体系。预期结果可为高纤维饲料资源的开发与利用、饲料营养价值评定和日粮纤维营养生理活性等相关研究提供新的认识和方法参考。

细胞壁组分通过物理刺激、离子交换、溶解和微生物降解对动物消化过程、消化道发育和健康产生多种影响，其构效关系是饲料资源开发与利用、饲料营养价值评定和动物营养调控等研究长期关注的重点。本项目围绕"日粮纤维营养特性是其组成成分与消化道环境互作的结果"这一假设，设计分别由小麦麸、大豆皮、西兰花茎叶粉和米糠组成的单一天然纤维半纯合日粮，在国内首次采用十二指肠-回肠末端双瘘管生长猪模型进行3批试验，全面分析了4种纤维细胞壁多糖(NSP)和矿物元素在猪胃、小肠和大肠中的溶解、降解和结合动态，及其对各段消化道日粮养分消化率、食糜理化性状、肠道微生物多样性和发酵活性的影响，以及细胞壁降解酶(CWE)对上述指标的影响。研究了CWE组合对米糠的体外降解率，筛选优化组合，并进行动物试验验证。利用二维核磁共振技术分析了4种纤维NSP在二甲亚砜-吡啶胶态体系中碳氢相关图谱(HSQC)随猪消化过程的变化，计算各种糖残基的相对比例，并与酸水解—气相色谱法测定结果对比，探索研究NSP构效关系的新方法。.结果表明：NSP在猪消化道前段溶解率较高，但真实降解较少，中性洗涤纤维表观消化率高估了猪对NSP的利用能力。现有方法不能准确估测NSP在猪消化道内的真实溶解性。猪回肠末端之前对果胶和β-葡聚糖等NSP有较高降解能力，其余主要依靠后肠发酵利用。猪对西兰花茎叶粉纤维的降解率高于其它3种纤维。胃和大肠酸性环境有利于纤维日粮中矿物元素的溶解，但程度受纤维来源和元素种类影响，米糠日粮的矿物质结合能力强。CWE和植酸酶能促进4种纤维日粮NSP和矿物元素在消化道前段的溶解，有利于结合态矿物质吸收，提高NSP的微生物降解率和短链脂肪酸产量。纤维来源和酶制剂对猪肠道微生物多样性均有明显影响，但具体菌种(门或属水平)的相对丰度变化趋势因纤维来源而异。CWE、阿魏酸酯酶(FAE)和植酸酶联合使用可有效提高米糠细胞壁组分的体外降解率和米糠日粮养分的体内代谢率，FAE和木聚糖酶之间有显著的正协同作用。与现有NSP分析方法比，NMR法不但可以对大多数糖残基进行定量，而且可获得糖残基的连接方式和糖苷键连接位置等重要结构信息，在多糖构效关系研究中有很高的应用潜力。.本项目所得结果对饲料营养价值评定和饲料资源开发利用等相关研究具有重要的指导意义，筛选出的酶优化组合有助于提高我国米糠资源的饲用效率，具有较高的实用价值。