狗吃淀粉肠有什么危害？探究细木薯纤维对狗胃肠道的影响

引言

木薯是全世界数百万人的主食。

对于热带地区的居民来说，木薯是继大米和玉米之后第三重要的食物碳水化合物来源。

然而，木薯生产的大部分残留物被简单地丢弃，这为开发宠物食品的增值成分提供了机会。

木薯纤维是从木薯根中提取淀粉的副产品，通过干燥和研磨木薯皮层获得。

它的平均浓度为总膳食纤维的41%、不溶性纤维的38%和可溶性纤维的2.9%，可以成为宠物食品配方的新纤维来源。

纤维对狗来说不是营养必需的，然而，它在维持胃肠道的健康和功能方面起着几个重要作用。

SF部分是肠道菌群发酵的重要底物，有助于维持益生菌，并导致短链脂肪酸(SCFA)等功能性代谢物的产生。

SCFA是结肠细胞（尤其是丁酸盐）的重要能量来源，调节上皮屏障完整性和水和电解质吸收，支持免疫系统和调节炎症反应。另一方面，IF部分刺激蠕动并可以改变粪便稠度。

根据膳食夹杂物和纤维来源的不同，它们会影响调制器和挤出机桶中的面团流动，促进气细胞过早破裂，影响粗粉密度、膨胀和大小，从而影响饲料的适口性。

尽管研究已经证明了甜菜浆、纤维素、大豆壳和果渣等纤维来源可以对狗胃肠道功能造成生理影响，但只有一项研究评估了 CA 对该物种的影响。

Souza 等人的研究表明，CA 可在肠道中发酵，从而改变发酵代谢物的产生并改变狗的肠道微生物群。

然而，这项研究使用了12%的较粗CA的膳食添加量，其中TDF含量为35%。

因此，我们假设具有较高浓度TDF和细粒径的CA可能会用于宠物食品配方，因为考虑到可能在肠道中具有更高的发酵性，较低的膳食包合浓度与之前评估的CA相似或许有更好的效果。

本试验旨在评价细粒CA对狗粗粉特性、大量营养物质全肠道表观消化率系数、饲粮适口性、肠道代谢产物浓度和粪便微生物群的影响。

材料和方法

实验性饮食

在三个试验中评估的饲粮包括一个对照组，不添加特定纤维来源(CO)，另一个对照组添加9.6% CA，作为唯一添加的纤维来源(表1)。

实验饲粮是根据欧洲宠物食品工业联合会制定的成年犬的营养维持需求配制的。

表 1. 对照日粮和木薯纤维日粮的成分(%)和分析化学成分(干物质百分比)。

木薯皮经研磨、碱酶处理和干燥后得到的CA平均纤维长度为106±4.2 μm。

根据Cardoso等人对总*********浓度进行了评估，发现总*********浓度可接受。

根据巴西宠物用品行业协会的规定，用于宠物食品的木薯产品中总*********的最大可接受浓度为50毫克/公斤。

结果表明:TDF为41.4%，cp含量为4.4%，粗脂肪含量为2.0%，灰分含量为5.8%，淀粉含量为46.2%。

使用装有0.8毫米筛网的锤磨机对原料进行称重、混合和研磨。

饲料在加工能力为250公斤/小时单螺杆挤出机中挤出。

实验I：粗磨的基出参数和物理特性

在实验饲粮的加工过程中，温度用数字红外测温仪测量，并测量LaserGrip和预调理剂的加水量。

在挤出过程中测量了以下变量：螺杆速度（Hz），安培数（A）和生产率（kg / h）。

从每种处理计算挤出机出口处的日粮密度，并通过重量（克）与体积（升）的比率确定。

将样品均质化，置于1L 滴定管中，并在数字秤上称重。

使用数字卡尺测量粗磨宽度。膨胀指数（EI）计算为粗磨宽度与模具直径的比值。所有分析均在每种处理的20个样品中进行。

为了测定硬度，使用硬度计分析每种日粮中的298个粗磨，该硬度计测量破碎粗磨所需的直径施加的力。力以牛顿（N）为单位测量，并转换为kgf/cm²并表示。

为了确定脆性，称量每种处理的20个粗磨，将其引入脆性测试仪，并在100分钟内旋转20次后移除。去除任何残留物后，再次称量粗磨食物。

因此，脆性作为粉末损失百分比的函数，由粗磨初始重量和最终重量之间的差异表示，从而确定它们在特定设备的机械作用下的耐磨性。

用扫描电子显微镜对每一种处理的谷物进行x10倍放大以验证孔隙度。

在粗颗粒中进行纵向切割以促进孔隙的可视化。

基布尔孔面积(mm²)采用ImageJ®软件(Wayne Rasband;国立卫生研究院)。而评价变量为:总孔面积、孔数和平均孔面积。

实验二：适口性

实验设计、动物和设施

实验采用完全随机设计。选用成年比格犬16只，公母8只，平均年龄3.4±0.1岁，平均体重12.63±1.04 kg。

所有的狗都接受了临床检查，接种了疫苗，并驱虫。

这些狗被安置在带有日光浴室的混凝土狗窝里，水是免费提供的。在适口性测试期间，16只狗被单独关在狗窝里。

适口性试验

每种饲粮的供给量比NRC建议的成年犬维持能量高30%;

Oliphant和Allen-Vercoe 2019通过计算摄入比例和提供给狗的CO和CA饮食之间的首选来确定适口性。

适口性试验为连续2天，每日1次，饲喂时间为上午8:30，饲喂时间为30 min。

对供餐量和剩饭量进行量化，计算摄入比例，如果其中一种食物在30分钟结束前被完全消耗，则两个碗都被拿走。

第一种选择是通过记录动物在同时提供食物时接近的第一个碗来定义的。在测试的第二天，碗的位置交替进行，以避免对喂食位置的偏好。

摄入量比例是根据日粮的相对消耗量计算的，其中：

摄入比(IR) =[每日摄入CO或CA的g /g总消耗量(CO CA)]

实验三：消化率、肠道代谢物和微生物群

实验设计、动物和设施

试验采用完全随机设计，2个处理，每个重复6个(狗)。选用成年Beagle犬12只(公6母6)，年龄3.4±0.1岁，体重10.9±1.0 kg。

狗的平均身体状况评分(BCS)在1到9的范围内为4分(1，瘦，9，肥胖;根据Laflamme(1997)的说法，得分为4或5分被认为是理想的。

实验前对所有动物进行临床检查，包括接种疫苗和驱虫。

在饮食适应期，狗在监督下每天4小时自由进食，与其他实验犬和人进行自愿运动和社交。

在收集粪便期间，所有的狗都被单独安置在混凝土狗窝里(5米长2米宽)，狗窝里有一张床，可以自由使用淡水，侧壁有格栅，可以与邻近的狗进行视觉交流，但限制了它们与周围狗的互动。

研究人员每天至少要拜访这些狗四次。环境温度范围为16℃~ 28℃，光照周期为12 h(光照06:00 ~ 18:00 h)。

消化率试验

消化率试验采用全粪收集法，根据美国饲料控制官员协会的指导，先进行10天的日粮适应，再进行5天的全粪收集。

根据NRC的说法，这些狗每天被喂食两次，喂食量足以满足它们的代谢能(ME)需求;Oliphant 和Allen-Vercoe 代谢能(MJ/天)= 0.54 ×体重0.75。

饮食的代谢能含量也根据NRC估算;Oliphant和Allen-Vercoe 每日的食物摄入量被量化。

在收集期间，每天收集两次粪便，在分析前称重并储存在个别确定的塑料容器中，温度为- 14°C。排便量以粪便g / DM消耗g /5 d计算。

实验结束时，将粪便解冻、均质并在55°C 的强制通风烘箱中干燥;法内姆)48小时或直到它们达到恒定体重。

干燥的粪便和日粮在Willey锤磨机(Arthur H. Thomas)中通过1 mm筛网研磨，并在105°C烘箱中干燥，用于测定DM。

为了估计消化率，分析氮， CP计算为N × 6.25氮。

此外，粗纤维、酸水解醚提取物、灰分、钙和磷也根据AOAC进行分析。

总能(GE)用******量热计测定。

对于日粮和粪便，采用Prosky等人(1988)的酶重法测定TDF、IF和SF。

可溶性膳食纤维以总纤维减去IF计算。

除TDF分析外，所有分析均为一式两份。

如果重复或三次重复之间的差异大于5%，则重复分析。

根据AAFCO，获得的实验室结果计算实验饮食的DM，CP，AHEE，OM，GE，TDF，IF，SF和ME含量的CTTAD：

CTTAD （%） = [（克营养素摄入量 − g 营养素排泄量）/g 营养素摄入量] × 100

ME （MJ/kg） = {kJ/g GE 摄入量 − kJ/g 粪便 GE – [（g CP 摄入量 − g 粪便 CP × （5.23 kJ/g）]}/g 采食量。

粪便特征和肠道代谢产物

在每个实验期结束时（第15天）通过分析粪便总干物质（DMf）和粪便稠度来评估粪便特征。

分析排便后15 min内收集的粪便中的粪便pH，唾液酸，SCFA，支链脂肪酸（BCFA）和氨浓度。

粪便评分总是由同一位研究人员评估，评分范围从 1 到 5，其中：“1 = 水样：可以倒入的液体;2 =柔软，未成型：当粪便呈现容器的形状时;3 =柔软，成型，湿润：保持形状的较软粪便;4 = 硬的、成型的、干燥的粪便：保持坚硬和柔软;5 = 坚硬、干燥的颗粒：小而硬的质量“。在5天的收集期内，每天对每只动物进行评估记录。

使用数字pH计测量粪便pH值，用30ml蒸馏水稀释3.0 g新鲜粪便。

用唾液酸分析，将10 g粪便样本冻干，然后按照Jourdian等人的描述进行分析。

根据de Brito et al.(2010)对粪氨浓度进行分析。

测定SCFA和BCFA时，称重10 g粪便样品，与30 mL 16%甲酸混合。

将混合物匀浆，在4℃下保存3 - 4天。在分析之前，这些溶液在离心机15分钟。

随后，将样品解冻并再次以14000 rpm离心15分钟。

采用气相色谱法分析粪便SCFA和BCFA 。

采用类似的方法确定粪便中酚类和吲哚浓度峰值的平均百分比。

用于数据分析的软件为GCMSsolution®。

粪便微生物群

在每个试验期结束时立即收集粪便样本，评估粪便微生物群。

从新鲜收集的粪便中取出每只动物约1g的亚样本，然后将其放入无菌Eppendorf管中并储存在-80°C的冰箱中直至分析。

通过16S rRNA基因测序进行评价。使用Zymo Research的“ZR粪便DNA MiniPrep®”商业试剂盒，按照制造商推荐的方案从样品中提取DNA。

提取的DNA采用NanoDrop®2000分光光度计在260 nm处进行定量。

为了评估提取的DNA的完整性，所有样品都用1%琼脂糖凝胶电泳，用1%溴化乙啶溶液染色，并在紫外线透照器中用紫外线观察。

采用515F和806R通用引物扩增16S rRNA基因V4高变区250碱基片段，PCR条件为:94°C, 3 min;94°C 45 s, 50°C 30 s, 68°C 60 s的18次循环;72°C浸泡10分钟。

使用Illumina®的商业试剂盒“Nextera DNA文库制备试剂盒”，从这些放大器构建宏基因组文库。

随后，在Illumina®231“MiSeq”测序仪上对每个样品的克隆库进行测序。

测序仪获得的读数在QIIME 1.9平台上进行分析，随后进行低质量序列去除、过滤、去除嵌合体和分类分类的工作流程。

使用FastQC筛选reads的质量。低质量和低于250 pb的读数被从数据集中删除。嵌合体滤波采用USEARCH算法插入QIIME 1.9的流水线进行。

通过使用NumPy©从原始读数池中随机抽取读数。

根据获得的序列与数据库序列的同源性，通过识别操作分类单位(OTUs)，将序列划分为不同水平的细菌群。

为了比较这些序列，使用SILVA核糖体序列数据库2017年的最新更新。

统计分析

对挤压过程和孔隙率的变量进行了描述。所有其他数据先提交Shapiro−Wilk正态性检验，然后使用SAS统计软件包。

参数数据采用Student's t检验分析，非正态分布的数据(粪便评分和氨)采用Wilcoxon检验或卡方检验(首选)分析，概率为5%。

微生物群数据分析，将从QIIME获得的细菌属表转移到元基因组数据统计软件STAMP: statistical analysis of taxonomic and functional profiles 。

采用Bray - Curtis差异法对处理后的细菌群落进行了主坐标分析(PCoA)。

处理间细菌属的相对丰度采用学生t检验分析，概率为5%。Chao-1指数和otu数采用Wilcoxon检验，概率为5%。

结果

未观察到呕吐、腹泻或粪便的发生。在整个实验期间，所有狗都保持健康。动物的体重和BCS在实验过程中保持不变，并且在处理之间没有差异（p > 0.05）。

实验I：粗磨的挤出参数和物理特性

在CA日粮的生产过程中，挤出机螺杆转速和安培数均有所增加(表2)。

CA日粮的EI、粗粒度和脆度均高于CO (p < 0.05;表2)。

饲料中添加CA增加了气孔数量、气孔总面积和平均气孔面积，如表3和图1所示。

表 2. 对照和木薯纤维日粮的挤压参数和粗粉物理特性。

表 3. 对照和木薯纤维日粮中粗磨的总面积、平均孔面积和孔数。

实验2:适口性

从第一选择和摄入比例的结果可以看出，狗更喜欢含有CA的饲粮，而不是含有CO的饲粮(p < 0.05，表4)。

表4。饲喂对照和木薯纤维饲粮的狗的第一选择和摄食量比。

实验3:消化率、肠道代谢物和微生物群

饲粮中添加CA对大部分饲粮的CTTAD和ME没有影响(p > 0.05)(表5)。

但CA对中果油、粗脂肪和总脂肪的消化率高于CO饲粮(p < 0.05)。

各组DM摄取量CO = 231.6±6.99 g/d, CA = 241.1±2.26 g/d，差异无统计学意义(p > 0.05)。

表5所示。对照饲粮和木薯纤维饲粮的全肠道表观消化率(CTTAD， %)和代谢能(MJ/kg)系数均值

粪便特征和肠道代谢物结果见表6。

在粪便特征方面，大多数评估变量在处理之间没有差异(p > 0.05)，但喂食CA的狗的粪便排出量高于喂食CO的狗。

此外，饲喂CA的狗粪便中乙酸和丁酸浓度、总SCFA和异丁酸降低(p < 0.05)。

饲粮中添加CA降低了粪便中酚类和吲哚峰的平均百分比(p < 0.05)，但对粪氨浓度无显著影响(p > 0.05)。

表 6. 狗的粪便特征和肠道代谢物喂养对照和木薯纤维饮食。

饲粮添加CA的狗的细菌群落α-多样性指数(Chao1指数和OTUs数)更大(p < 0.05，图2)。

此外，PCoA分析显示，CA组和CO组之间的细菌群落存在明显的分化(图3)。

处理之间共有15个细菌属存在差异(p < 0.05;表7)饲喂CA的狗的粪便中Alloprevotella、Bacteroides、Blautia、Faecalibacterium、Fusobacterium、Eubacterium和Erysipelatoclostridium的相对丰度增加(p < 0.05)。

此外，与CO组相比，CA组狗粮中Clostridium、Collinsella、Peptoclostridium、Peptococcus、Rumignavus、Rumitorques和Turicibacter的相对丰度降低(p < 0.05)。

表7所示。饲喂对照和木薯纤维饲粮的狗的粪便中细菌属的相对丰度(%)有统计学差异。

结论

饲粮中添加9.6%细CA (106 μm)增加了挤压过程中的能量消耗，提高了粗粉的膨大度和粒度，改善了饲粮的适口性，但不影响大部分营养物质的CTTAD和代谢能。

CA还降低了粪便中苯酚、吲哚和异丁酸盐的浓度，提高了粪便中乙酸和丁酸盐的浓度。

此外，它还调节了肠道微生物群，提高了细菌的多样性和丰富度，使肠道健康的关键细菌（如Faecalibacterium、Fusobacterium和Blautia)的相对丰度更高。