粗纖維對肉豬的影響

一、簡介

        粗纖維是由許多碳水化物所組成的統稱，因此隨著過去學者認定的方法不同而產生範圍大小不一的界定，然而依照不同的分析方法也會產生不同的定義方式。相反的有些碳水化物因為其生化結構與粗纖維的生化結構相似，雖然不能被消化卻也被認為是屬於粗纖維的一種。

        (一)粗纖維的定義

        由於植物細胞壁的生化組成有複雜與多變的性質以及代謝上所產生的影響不同，因此一直不容易下一個較完整的定義。所以就廣義而言"粗纖維是由木質素及不能被消化道內泌素所分解的多醣體的總稱"(Trowell, 1976)。而就實際應用於飼料而言，我們可以定義"粗纖維是木質素及非澱粉類多醣體的總稱"(Cummings, 1981；Low, 1985)。因此如纖維素、半纖維素、果膠、樹膠及木質素都可以列為粗纖維之一類，相反的如表皮素蠟狀質、蠟質、不可消化蛋白、脂質、不可溶性澱粉、矽酸鹽、線形胺基及石炭酸類就不包含在粗纖維的範圍中(Asp and Johansson, 1984)。表一為常見高纖維飼料中各多醣體的含量。

表一、飼料中粗纖維的多醣體含量(乾基％)

(Englyst et al., 1983)

        (二)粗纖維的組成：

        植物細胞中纖維素及半纖維的含量分別介於25％-38％及13％-38％之間(乾基)，視細胞部位及成熟度而定。當細胞成熟度增加時，纖維素及木質素的含量就會增加而其他物質的含量減少。在成熟穀類中，其中殼含有32％纖維素及35％半纖維素、糊粉粒層中含有56％纖維素及9％半纖維素。

        (三)粗纖維的性質

        (1)保水性：

        由於粗纖維中受植物細胞的生化結構、消化液中的酸鹼度及電解質濃度的影響，造成粗纖維的膨脹程度不一(Low，1985)。而粗纖維的保水性愈高會增加糞便中水份含量(Cherbut，1988)並會影響腸道中的發酵及細菌的作用(Eastwood，1983)。

        (2)黏著度：

        在粗纖維中果膠、半纖維素等在腸道中易形成膠狀的黏稠物，會影響消化酵素與飼料的接觸，同時也會減少養份由腸絨毛的吸收，因而降低飼料效率(陳，1994)。

        (3)陽離子交換力：

        陽離子交換力會影響腸道中酸鹼程度及腸道中電解質的含量，增加保水性，促進細菌發酵作用，產生揮發性脂肪酸。而粗纖維的陽離子交換能力的大小受粗纖維來源影響(Eastwood, 1983)。

        (4)膽酸的代謝：

        粗纖維對於膽酸的吸附特別是在空腸中是可以確定的(圖)，但吸收的程度隨粗纖維種類的不同而有所變異(Low，1985)。粗纖維對膽酸的吸附在酸性的環境下達最高值，在鹼性的環境下會降低吸附作用(Eastwood，1983)。

       (四)Van Soert's法對粗纖維的分類

        將粗纖維分別以中性洗滌液及酸性洗滌液處理，可以區分為中洗纖維、酸洗纖維、木質素、纖維素、及半纖維素(圖)，其於常用飼料中的含量見表二。

表二、常用豬飼糧中粗纖維的成分與含量

                                                                                                       (Graham，1988)

        (五)常用飼料中粗纖維的含量(表三)

表三、常用飼料中粗纖維的含量(％)

二、添加粗纖維對消化道及消化作用之影響

        (一)對腸道組織的影響

        粗纖維能促進腸道纖毛上皮細胞的生成(Low，1989)，空腸及迴腸之腸絨毛寬度較添加低量纖維的豬為大、腸隱窩之深度亦較增加(L.Jin，1994)，添加高量粗纖維會造成胃的淨重減少(Kass，1980)，腸道的體積與重量增加(Coey and Robinson，1954；Huo，G.C.1992)(表四)。

表四、添加不同程度的苜蓿粉對生長豬消化道重量的影響(體重％)

        (Kass，1980)

       (二)對腸道營養的影響

        (1)消化率

        飼糧中粗纖維含量愈高相對便造成其他營養素的表面消化劑就愈低(Zoiopoulose et al., 1983；Just et al., 1983)。而飼料中粗纖維含量(X)愈高會造成飼料中有機物的消化劑(Y)降低，如公式(Nordfeldt,1950)。

        公式一 Y＝92.99-2.01X

        粗纖維對於蛋白質表面消化力有著重要的決定性(Low，1985)，其中的過程仍待了解。但甲基纖維素會減少氮的表面消化率並且增加通過的速率，而纖維素中的膠質的作用則介於其間，因此膠狀的多醣體被添加時會減少蛋白質的消化及吸收，並易抑制蛋白質的水解(Murray et al., 1977)。粗纖維亦會造成腸道中氮含量的增加，其中包括有蛋白質、去氧核醣核酸、及內分泌液，由於估計有相當於百分之廿至廿五體蛋白質的量是於腸道中合成，因此這些增加的氮量於並未完全被小腸末端所吸收，而約有一半量的胺基是於迴腸被消化(Zebrowska，1982)。

表五、粗纖維對消化液分泌的影響

       Zebrowska(1983)，Sambrook(1981)

         (2)吸收作用

        增加粗纖維的量會導致大腸中可消化能的增加，而減少氮及脂肪的吸收(Just, 1982)。而可溶性粗纖維的添加對於碳水化合物及蛋白質的消化與吸收也會有所影響，根據實驗中顯示在血液中的葡萄醣及-NH₂氮的出現延遲，且血液中濃度的最高峰也較低(Low，1982)。

        (3)對糞便的影響

        添加高量的粗纖維會增加糞便中的含水量，且糞便質量大小亦會受到粗纖維對腸道通過時間的影響(圖)。

        (四)對通過消化道所需時間的影響

        添加粗纖維會減少通過消化道的時間(Sandoval, 1987)(表六)，添加於離乳仔豬飼料中亦會產生相似的效果(表七)，增加通過速率，並增加糞便中含水量(Cherbut, 1988)。但不論添加量多高都有一定的最低通過時間值。由於纖維素在大腸道中成為營養素的來源，所以其在大腸中滯留的時間(20-40小時)遠勝於在胃及小腸中通過的時間(2-16小時)而主要使粗纖維通過大腸道的速率減緩的是腸道內多種的細菌群的增生，其中包括好氧性與厭氧性的菌種，但是菌數的平衡亦會受到外來物質的影響而產生變動如抗生素的添加。而目前的重點是細菌活力的產生及可能的營養值。添加粗纖維會加速消化物通過大腸中兩段不同部位的速度(Kass，1980)。含水狀態的消化物在添加粗纖維後，不論是何種來源的粗纖維通過盲腸與昇結腸段都快於乾物質，但略慢於果膠，因其具有最大的保水性(Kass, 1980)。

表六、添加不同來源的粗纖維對通過消化道時間的影響

                                                                                                                              a：Kuan et al., 1983

                                                                                                                    b：Ehie 1982

       c：Fioranonu and Burno 1983

表七、離乳仔豬飼料中添加不同程度的粗纖維對飼料通過消化道時間的影響         

                                                                                              (Schnabel et al., 1983)

        (五)對大腸道內發酵作用的影響

        (1)發酵作用

        粗纖維於消化道中經由細菌及酵素作用易產生低分子量的有機酸如甲酸、乙酸及丙酸，而三者產生的比例亦依添加粗纖維的來源不同而有所變動(Kennelly et al., 1981)。除此之外亦會有其他代謝產物如琥珀酸、乙醇、蟻酸、氫氣等但會很快被其它的細菌作用發酵。而粗纖維中以纖維素為主要發酵能量的供應來源。發酵作用主要場所以盲腸與結腸為主。

        (2)揮發性脂肪酸的影響

        腸道中揮發性脂肪酸主要是經由大腸的發酵作用產生。在腸中具大量的揮發生脂肪酸(150-250mM)，而在胃、小腸中只具少量的揮發性脂肪酸(5-40mM)。於大腸道吸收後會形成體內的脂質堆積或被代謝產生能量(Argenzio and Southworth, 1974)，在盲腸段中以同位素測定法測定顯示淨揮發性脂肪酸產生速率每小時能提供給肉豬維持能量需求的19.7％(Kennelly et al., 1981)；在大腸中粗纖維經過發酵所產生揮發性脂肪酸能提供生長豬能量需求量的5％至28％(Kass et al., 1980)(表八)。

表八、添加不同量的粗纖維對所產生揮發性脂肪酸總能量的影響

(Kass et al., 1980)      

         (3)添加粗纖維對揮發性脂肪酸的影響

        豬隻的日齡、粗纖維的來源、添加的數量及腸道中細菌族群的成熟度都會對添加粗纖維產生揮發性脂肪酸產生影響。成熟的豬隻其腸道中細菌消化粗纖維的能力會增加(Varel and Pond 1985)，當日攝食量中粗纖維的含量超過15％時會對揮發性脂肪酸造成些微的改變(Kennelly et al., 1981)。

        (六)對腸道內微生物的影響

        粗纖維成為腸道中細菌營養的來源。飼以高量的粗纖維飼糧(50％或80％的脫水苜蓿粉)時，腸道中細菌的總數不變，但是會增加可消化粗纖維菌屬的細菌數及其活力(Varel, 1987)，粗纖維量增加時會造成甲酸含量增加(Imoto and Namioka, 1987)。添加粗纖維會促進腸道中纖維分解菌及木質素分解菌的增生(Varel., 1987)。

       (七)對腸道病變的影響

        對於慢性腸道疾病有預防的作用如便祕、剝離性疾病、慢性腸道炎症等(Roediger, 1982)，並可以減以腸部的緊張、降低腸道的壓力(Brodrib, 1980)，但是由於細菌的作用亦會於大腸中產生氣體，形成脹氣。粗纖維對於食道潰瘍可能有預防及減低損害的作用，而其中又以較粗糙的纖維素較佳(Henry, 1970)。

三、粗纖維與其他營養素的交互作用

        粗纖維會降低各種營養素的表面消化率及豬隻的生長速率及飼料利用效率(Kornegay,1994)，但是影響程度的大小卻與添加的量及使用粗纖維的來源有關(Low, 1985)。

        (一)能量

        粗纖維的增加會導致能量攝取的減少(1990飼養標準)，粗纖維的添加量與消化能成負相關(圖)(Colin, 1993)，飼料中粗纖維量(X)會降低消化能於總能中的百分比(Y)(公式二)(Nordfeldy, 1950)。而粗纖維中對飼料能量消化影響最大的是中洗纖維的含量(Cockburn, 1984)。

        公式二 Y＝91.32-2.19X

        在Just(1982)的報告中指出飼糧中每增加一個百分比的粗纖維總能量的消化率會降低2.1至3.5個單位，代謝能的利用率降低0.7個單位，而這些減少的部分相當於粗纖維在大腸中能量消化所增加的部份。

        (二)蛋白質

        粗纖維中不論是以可溶或不可溶的形式，對於蛋白質表面消化力有著重要的決定性，增加粗纖維的含量會降低蛋白質的表面消化力(Potkins, 1992；Schulze, 1994)，而對於飼料蛋白轉變成體蛋白亦可能有所影響(Low, 1985)但其中的過程仍待了解。

        在不同的粗纖維中，纖維素對氮的表面消化率沒有作用，但甲基纖維素卻會使其由76個百分比(對照組)減少至48個百分比，並且增加通過的速率，而膠質的作用則介於其間，因此膠狀的多醣體被添加時會減少蛋白質的消化及吸收，並易抑制蛋白質的水解(Murray et al, 1977)。

        添加木質粗纖維會減少氮的消化，增加糞便中氮含量、減少尿中含氮量(Schulze, 1993)，並增加氮的滯留(Low, Longland, 1990)，以達到氮平衡的狀態(Kupke and Henkel, 1977)。

        (三)胺基酸

        會降低對胺基酸的利用(Beech, 1990；Sauer, 1992)(表九)。

表九、不程度的纖維素對胺基酸表面消化率的影響(％)

       (Dierick, 1983)

        (四)水

        添加纖維素會造成大量的水份在大腸中通過(Partridge, 1978)，並增加糞便中含水量，如粗纖維中一些種類如糠、纖維狀的纖維素等會同時增加小腸及大腸道中的水含量、以及增加糞便中含水量。(Cooper and Tyler, 1959；Partridge, 1978)。

       (五)維生素

        添加高量的粗纖維對維生素並無太大的影響，可能是因為粗纖維是腸道中細菌的營養來源，而腸道中細菌亦為維生素的來源。

        (六)脂質

        粗纖維會與膽酸產生吸附作用進而降低脂質表面消化率。

        (七)礦物質

        飼料中礦物質的含量、粗纖維的含量、粗纖維的來源、粗纖維的處理方式及礦物質的來源的均會影響粗纖維與礦物質間的交互作用。因此一般而言添加高量的粗纖維會對礦物質的平衡產生負作用，但其中的機制並未被詳細的了解(表十)。

表十、添加纖維素以迴腸端測定對有機物、水份及礦物質表面消化率的影響(％)

                                                                                                        (Partridge, 1978)

        鈣、磷：會產生負平衡，降低血中含量，增加糞中含量(Godarar, 1981；Beigi, 1977)。燕麥對磷與鈣並無影響，增加木質纖維會增加磷的保留及骨質硬度(Moser, 1992)。

        鐵：高量的粗纖維會降低血的吸收(Kelsay, 1978)。

        鎂：較低於正常值(Beigi, 1977)。

        鋅：降低血中含量，但組織中不變(Tsai and Leily, 1979)，而小麥會降低對鋅的吸收(Hale and Plank, 1993)。

       (八)抗生素

        Bohmann et al, (1995)添加苜蓿會減低隻日增重，但是添加金黴素後會造成相反的結果。Powley(1981)以添加高量苜蓿飼糧飼餵供應過抗生素的豬隻，發現並無一致性的改進。Harrison and Fahey(1981)於飼糧中添加纖維素(80 g／kg)及抗生素觀察到，會降低離乳仔豬於休息時代謝速率，並會伴隨較高的生長率及改善飼料利用率。也就是在腸道內的與粗纖維有關的細菌族群會隨著粗纖的增加而提高，而其它種類的族群便因為抗生素的添加而受到抑制。

四、對豬隻成績及屠體之影響

       (一)攝食量

        粗纖維於大腸中經過細菌發酵所產生的揮發性脂肪酸會降低大腸道內的酸鹼值，進而抑制大腸道內的產生胺基酸類細菌之活動，也就使得大腸道中乾酪胺量降低，減低對大腦下部的作用，減緩對攝食量的抑制，而使攝食量得以增加(圖)(Bergner, 1981)。因此添加粗纖維會增加豬隻的攝食量，每增加百分之一粗纖維量伴隨增加百分之三的攝食量(ARC, 1967)。但隨著粗纖維來源的不同及飼料的風味對於添加粗纖維後的影響亦有所不同。添加過高量時反會有相反的效果，大約添加10％至15％時反會降低攝食量(Braude, 1967)。而風味不佳的飼料亦會降低攝食量。

        (二)增重

        添加粗纖維減少生長速率。每增加百分之一的粗纖維量會造成生長速率減少百分之二(圖)(ARC, 1967)。而粗纖維對微量元素的交互作用、對能量及氮的負影響、增加通過腸道的速率等因子亦會降低豬隻的生長速率。而添加不同種類的粗纖維對於其影響效果亦有所不同。當在飼料中粗纖維添加量超過7％時便會抑制豬隻生長(Kass, 1980)。但是如果飼料中的消化能的攝取被限制時(Troelson and Bell, 1962)或代謝能不會減少時，添加粗纖維並不會降低豬隻的增重速率。豬隻對粗纖維的消化率會隨著體重的增加而提昇(Nordfeldt, 1950)。

        (三)飼料利用效率

        每增加百分之一的粗纖維量會變差三個百分比的飼料利用效率(圖)(ARC, 1967)。

        (四)屠體

        增加粗纖維的量會減少屠體中的脂肪沉積(Edwards, 1985)，每增加一個百分比的粗纖維含量，就會減少0.5mm的背脂厚度(Elsley, 1969)，而本伴隨著也會造成屠體重量的降低(表十一)。屠體的品質亦會受添加粗纖維種類的不同而有所影響。Kupke and Henkel(1977)比較添加稻草與木質纖維的影響，發現添加稻草易形成較多脂肪的屠體。肉質受粗纖維中可溶性及不可溶性非澱粉類多醣體在腸道中發酵產生揮發性脂肪酸之影響，多醣體含量愈高肉質中脂肪沉積愈低(Gill, 1993)。

表十一、添加粗纖維對增重及背脂的影響

(Coey and Robinson, 1949)

        (五)其他因素

        (1)對疾病的影響

        添加粗纖維會對腸道中分泌的膽酸產生吸附作用，進而間接影響膽固醇的吸收，減少血管中膽固醇堆積及血管病變(Kim, 1980)。對於慢性腸道疾病有預防的作用如便祕、慢性腸道炎症(Roediger, 1982)及潰瘍等(Henry, 1970)，並可以減少腸部的緊張、降低腸道的壓力(Brodrib, 1980)。

        增加粗纖維易造成腸道中發酵氣體之增加(Sharon, 1983)，但是由於細菌的作用亦會於大腸中產生氣體，形成脹氣。

        (2)品種的影響

        不論是瘦肉型或肥胖型的豬種對於粗纖維的含量不論是高或低在豬隻生長方面上都有相同的效率，不同的是造成其消化道大小長短的差異(Pekase et al., 1983)。而地方性豬種可能因飼料來源的限制長期飼餵粗纖維性飼糧，造成對品種的選拔，增加對粗纖維的消化利用率，也有可能是因為腸道中發酵作用特別旺盛的關係(Edwards, 1991)而使得其對纖維吸收利用率較高。

五、對不同時期生長豬的影響

        粗纖維在生長豬的飼糧中的添加量往往因來源、粗料的成熟度、其他營養素在飼料中的含量及植物本身的營養價值所影響(Kass, 1980)，表十二目前國內現行飼料中粗纖為添加量之上限標準。

表十二、目前現行飼料中粗纖維最高含量標準

       (一)保育豬

        Drochner(1978)建議在飼料中添加木質纖維時，可以降低腸道中細菌的活力，並且有助於減少下痢的產生。但是在離乳仔豬飼料中添加過高量的粗纖維時，仔豬就會有食慾不佳及常有下痢的問題產生(Low, 1985)。

        建議離乳仔豬的飼料中粗纖維的含量為50-60g／kg(Schnable et al., 1983)。

       (二)生長豬

        一般以添加粗纖維超過4-5％時便屬於高含量，而添加超過7-10％時會抑制豬隻生長(Kass, 1980)。添加至10-15％時反而會降低攝食量(Braude, 1967)。

六、纖維飼料的加工

        高粗纖維含量的飼料如苜蓿、燕麥、紫花苜蓿、粗糠等以打粒的方式易產生較佳的生長成績(Venschoubroek, 1971)。而打粒的大小會影響粗纖維的利用，以燕麥為例，以較小的顆粒可以增進粗纖維的利用及改善粗纖維的組成(Crampton and Bill, 1946)。

七、結語

        在目前的飼料大都是以穀類及高單位蛋白質的原料為主體，然而這些飼料原料亦是提供作為人們養份及能量的來源。相反的在所有的作物中唯有粗纖維是動物可以利用而人類卻無法加以攝取的營養份，因此隨著全球氣候大環境的改變、溫室效應的作用，造成各地的農業產量改變甚至減少，再加上全球人口的增加，糧食的生產將不及供應人們的需求，進而造成飼料價格的提高，再加上目前環境保護的提倡，強調減少對環境的污染及永續利用，所以提高人類所不能利用的營養份在飼料中的含量以取代目前飼料中常用之高蛋白飼料，將是未來的趨勢。

        在過去如蕃薯葉等也是我們常利用的纖維性飼料，目前粗纖維的添加對於豬隻腸道疾病有預防的作用，但是添加高量的粗纖維會減少能量的攝取、降低消化率、增加攝食量、降低屠體脂肪的含量(close,1993)。因此唯有加強了解粗纖維的作用機制才能真正的利用粗纖維於豬隻的飼料中，達到最佳的生長效果。

飼料營養雜誌(p.73~91)─李超陽．九五年第十二期

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