导读

粗纤维( CF) 作为植物细胞壁的构成成分，能在一定程度上影响植物细胞中的其他营养物质与动物消化酶的接触，导致动物对它们的消化率降低。有研究表明饲粮中粗纤维含量越高则饲料消化率就越低，同时日粮中可供动物利用的能量和营养物质，也随粗纤维含量的增高而减少。因此，一直把粗纤维含量的高低作为饲粮原料是否优质的一个重要指标。然而近年来，又有不少研究表明饲粮中一定含量的粗纤维对动物有一定的正效应，而且不同性能及来源的粗纤维对动物有着不同的影响。且最近几年兴起的动物保健理论，更是强调饲料不仅要充当营养作用，而且也要充当保健作用，通过饲料成分的配合，维持动物抵抗力的稳态，以达到“防先于治”的目的。因此饲粮中粗纤维的非营养特性又重新被人们所重视。简要综述粗纤维的分类、生理特性及其在动物日粮中的应用和作用机制，以期为动物保健饲料及高纤维原料的饲料资源化开发和应用提供指导作用。

1粗纤维的分类

粗纤维是植物细胞壁的构成成分，1970 年前在营养学上是用来描述饲粮中不能被动物消化和吸收的食物残渣，并且仅包括部分木质素和纤维素，如今粗纤维的定义仍有些争议。而当前营养学上通常是指在常规饲料分析方法中将饲料样品用稀碱和稀酸各煮沸30 min 后，所剩余的不溶解糖类。而一般来说，粗纤维可分为可溶性和不溶性2大类: 可溶性的如果胶、树胶和黏胶，它们都能溶于水，主要存在于蔬菜和水果中; 不溶性的如纤维素、木质素和半纤维素，主要存在于粗粮( 玉米、小米及小麦等) 中见表1。

从表1 可见: 粗纤维是一个相对较广泛的概念; 其中所含的成分在结构组成和功能上都有所差异。如纤维素是由β-1，4 葡萄糖聚合而成的同质多糖; 木质素则是一种苯丙基衍生物的聚合物。纤维素可被动物( 单胃草食动物) 体内的纤维素酶所利用，而木质素对动物来说非但没有营养价值，更是动物利用各种养分的主要限制因子; 因此不同粗纤维成分在动物体内的营养价值或非营养价值都是有所不同的。秦应和等( 2000) 以青干草和玉米秸作为粗纤维来源，配合不同粗纤维含量的日粮饲喂40日龄的家兔，结果发现4种日粮的粗纤维消化率差异不显著( P＞0.05) ，但是不同日粮的家兔日增质量差异显著( P＜0.05) ，说明家兔对不同饲草的纤维消化能力不同，粗纤维的品质对日粮饲料转化率有突出的影响。从表2 可见: 不同饲料原料所含的成分也不尽相同; 如谷物多含半纤维素，蔬菜和水果多含果胶和纤维素。因此粗纤维含量相同的饲料原料，其营养或非营养作用不一定相同。

2粗纤维的生理作用

生物分子的功能与结构有着直接关系。粗纤维里各组分其不同的结构，造就了其有着多种生理功能。其具体表现如下。

2.1 阳离子交换

粗纤维各组成成分的化学结构中包含有弱酸性的官能团( 羧基、羟基及氨基等侧链基团) ，这些弱酸性的官能团可与阳离子( 尤其是有机阳离子) 进行可逆的交换作用，因此其具有阳离子交换作用。而粗纤维的阳离子交换功能不是单纯的与阳离子结合，而是可以改变离子的瞬间浓度。其在动物体内具有缓冲其转换时间或稀释作用，因此影响肠道渗透压、氧化还原电位及消化道的酸碱度等，进而为动物肠道提供一种缓冲能力更强的环境以利于食物的消化吸收。

2.2 水合作用

水合能力、水溶性、持水性和膨胀能力统称水合作用特性。而粗纤维的持水性是指每单位质量的纤维所能吸收最多水分，其反映的是粗纤维与水的结合能力。而无论是水溶性纤维还是非水溶性纤维，都有较强的水合能力。非水溶性纤维( 纤维素和木质素等) 具有活性炭样的吸附功能，而可溶性纤维( 果胶等) 具有网状结构，因此它们都能从食糜中吸收大量的水，从而影响食糜的物理性质。粗纤维聚合物溶解过程中首先是遇水膨胀，直到溶胀。而在日粮粗纤维的化学结构中有很多亲水基团，具有很强的持水性。不同品种的日粮，其化学组成、结构及物理特性不同，持水性也有所差异。粗纤维的水合作用可从根本上改变消化道食糜的物理特性，进而影响肠道的生理活动。

2.3 可发酵性

能被栖居在动物消化道内的微生物发酵而降解是日粮粗纤维的一个重要特性。然而并不是所有的成分都可被发酵降解，只有具有水溶性的纤维成分才能被降解。对于体内没有降解纤维素酶的单胃动物来说，采食的日粮粗纤维成分会很快通过胃和小肠进入到大肠，最终为大肠( 主要是盲肠段) 的微生物发酵提供底物及能量。但是在所有的粗纤维成分中，几丁质和木质素基本上不能被微生物发酵，供给微生物发酵的物质主要为纤维素、半纤维素及一些可溶性物质。因此，粗纤维在单胃动物体内的发酵性主要取决于其木质化程度，木质化程度越高，可发酵性就越低。当然，发酵性与食糜的停留时间、进入后肠食糜的组成结构及发酵环境有着密切的关系。

2.4 黏性

粗纤维成分中的可溶性非淀粉多糖溶解后，会因共价或非共价链接或结构分子间的相互缠绕形成网状结构，因此具有黏性，从而增高食糜的黏度。而日粮粗纤维吸水后又会产生溶胀，使体积明显增大。如动物在饲喂大麦饲粮后可检测到明显的食糜黏度增高现象，就是因为大麦粗纤维中含有β -葡聚糖成分的原因。

3粗纤维在单胃动物饲粮中的应用及其作用机制

3.1 维持肠道微生态的稳定

单胃动物肠道缺少能降解粗纤维的粗纤维降解酶，因此不能消化利用绝大多数种类的粗纤维，但是粗纤维中的可发酵成分却是可以被肠道内细菌降解利用，充当其能量来源。而粗纤维中的有些成分仅能够被肠道有益菌分解利用，却不能被有害菌利用，从而可在一定程度上促进有益菌的生长，利于肠道微生态的平衡，防止动物消化功能出现紊乱。Jones( 2013) 详细阐述了猪日粮纤维与肠道环境、肠道微生物及宿主间的相互关系( 见图1) 。食物纤维在进入小肠后，变成多糖然后再分解成糖类和低聚糖。而低聚糖可为肠腔及肠黏膜层的有益菌提供营养物质，而肠腔及黏膜层的细菌及其代谢产物对维持肠道正常的生理功能及信号转导有着积极的作用。因此，粗纤维可在一定程度上维护肠道环境、肠道微生态及其信号转导的正常。

3.2 减少脂肪沉积，提高瘦肉沉积率

粗纤维改善单胃动物胴体品质的效果特别明显，能够降低单胃动物脂肪的沉积，提高胴体的瘦肉率。Lattimer 等( 2010) 研究表明粗纤维的量增加会使猪屠体中脂肪沉积减少，每增加1% 的粗纤维含量，就会使背脂厚度减少0.5 mm。而在肥育后期，饲粮中增加饲粮纤维，更可减少脂肪沉积，提高胴体瘦肉率。这可在一定程度上满足人们对肉质的要求。

3.3 刺激肠道蠕动

动物肠道的蠕动、分节运动、钟摆运动和大肠集团性运动这4 种方式，对于动物消化吸收营养物质、形成和排出粪便有着十分重要作用。其运动是受神经－ 体液调节的，但也与肠道内食糜的状态直接相关。如粗纤维成分中较大的片段和粗糙的表面会刺激胃肠内壁促进肠道蠕动，同时粗纤维在肠道内的分解产物会刺激大脑中枢，使其调节肠道运动和相关酶的分泌，加速食糜向下移动。阎伟( 2013) 研究发现，粗纤维的排空速度与肠道微生物对其的降解能力成负性相关，这可能与粗纤维的可发酵性和水合性有关。因为不溶性( 不可发酵) 纤维成分的水合作用较强，吸收水分较多，使食糜体积变大，粪便形成的速度加快，大量的粪便刺激了肠壁的机械感受器导致排便，从而加快粪便排空速度。而发酵后的日粮粗纤维其持水性下降，从而导致动物的粪便量较少，未能达到肠壁的机械感受器的反应阈值，致使排出速度较慢。

3.4 吸附有害物质

通常动物肠道食糜中含有一定的毒素，其可能来自饲料( 霉菌毒素) 、肠道代谢产物或有害微生物。这些毒素若不能及时清除则会淤积在肠道，破坏肠黏膜及肠道微生态的稳定。而粗纤维在降低毒素对动物肠道的毒害效果是其他物质不可比拟的。粗纤维在肠道内吸附并排出有害物质是通过结合、隔离、吸附及促排4 个作用完成的。结合作用，由于粗纤维中某些成分及其分解中间产物在肠道中具有黏性，其能与肠道内毒素结合在一起，形成纤维—毒素复合体致使毒素毒性降低甚至消失，以达到减毒或解毒的效果; 隔离作用，某些分子量较大的粗纤维成分因其不可发酵性，能在动物肠道保持物理形态，其肠道内壁起到“鳞片样”保护层，使毒素不直接接触肠黏膜，因此可将毒素和肠黏膜隔离开来; 吸附作用，由于分子空间结构不紧密的原因，不能发酵的纤维成为具有一定的像活性炭一样的吸附能力，其将毒素吸附到纤维表面，减少毒素对肠黏膜的破坏; 促排作用，粗纤维能刺激肠道蠕动加快，加速内容物( 当然也包括吸附或结合了毒素的粗纤维及其中间产物) 的排泄，减少各种毒素在肠道内的停留时间，使毒素对肠黏膜的作用时间大幅降低，以保护肠道健康。

因此虽然不同的粗纤维成分在肠道内吸附毒素的作用机制是不一样的，但其都是高效、无毒且无不良作用的肠道“解毒剂”。养殖的根本在于养肠道，在于维护肠道的正常生理状态和降低毒素对肠道的伤害，粗纤维能在一定程度上缓解甚至清除肠道内的毒素且无毒无不良反应，这对降低药物和抗生素在单胃动物体的使用有着积极的作用。

3.5 其他作用

单胃动物肠道缺少能降解粗纤维的粗纤维降解酶，因此不能消化利用绝大多数种类的粗纤维。饲粮中过多的粗纤维成分会对动物产生不良影响，如降低采食量及营养物质消化率等。这可能与粗纤维中的可溶性纤维有关。可溶性纤维因持水性强可提高食糜黏度和增大食糜体积以致肠道容积增大，使动物产生饱感，进而降低采食量。而盲肠前的肠道内食糜黏度增加，会降低内源性酶和胆汁酸的分泌量，改变肠道形态，最终降低了营养物质消化率。但饲粮中的不可溶性纤维可刺激胃酸、胆汁酸和其他消化酶的分泌，提高胃蛋白酶活性和无机物溶解吸收，降低胃肠道pH，刺激肌胃发育，改善肠道健康，有利于肠道吸收营养物质。且适量的粗纤维可保持粪便的正常状态和正常排泄，饲粮中粗纤维含量过高或过低均容易发生便秘或腹泻，可能是其某一成分造成的，但尚不明确。而不同种及不同日龄的单胃动物由于其不同的生理特点，对粗纤维中不同成分的利用程度也有所不同，因此在饲粮配方中其日粮纤维最佳占有比重也是不同的( 见表3) 。

4结论

粗纤维含量高低是评估饲粮原料是否优质的一个重要指标，含量过高对动物的采食量及营养物质的吸收有一定的限制作用，而在一定范围内却对动物维持肠道微生态、改善肠道环境和吸附毒素等有良好的作用。随着营养学的发展及动物福利和动物保健等理论的兴起，粗纤维在单胃动物中的应用已经由营养作用逐渐向非营养作用扩张。但是粗纤维对单胃动物的影响是因其成分的结构和功能造成的。其不同的成分有着不同的组成结构，因此也有着不同的生理功能，其对单胃动物的作用也不一样。而且不同来源的饲粮纤维其组成成分含量不一定相同。

当前我国可用饲料资源并不充裕，而原因之一就是因为部分饲粮资源粗纤维含量过高。如果能够深入检测粗纤维各成分的含量，不但有利于精确的提高粗纤维的正面影响，减低其负面影响，更有利于正确及合理的开发高纤维饲料原料。而且随着我国养殖业的规模发展，植物提取物、纤维素及益生菌即将也必将成为替代抗生素的主要物质。因此重新认识并合理开发粗纤维里的不同成分，对动物保健饲料及高纤维原料的饲料资源化开发将有着重要的影响。

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