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在人的营养中，膳食纤维（Dietary Fiber，DF）一词是由Trowell首先提出并定义为“食物中那些不被人体所消化吸收的植物成分”。近年来，研究发现DF 对人的心血管、糖尿病、肥胖、结肠癌等疾病具有治疗作用，这引起了人们对其功能性作用的关注及研究兴趣。在动物营养中， 常用“日粮纤维”来表述DF， 相似地，以往人们更关注DF 对猪的抗营养作用，同时大量研究表明粗纤维（Crude Fiber，CF）、中性洗涤纤维（Neutral Detergent Fiber，NDF）和酸性洗涤纤维（Acid Detergent Fiber，ADF）等纤维组分与有效能值呈负相关。一直以来，DF 被认为是惰性的，只会对动物的生产性能产生不利影响，但是最近的研究结果表明DF 能够缓解生长肥育猪的痢疾、仔猪的腹泻及母猪便秘。因此，为了更全面、客观的认识和利用DF，本文主要综述了DF 的定义、理化性质、分析体系及其在猪营养上的应用，以期指导纤维原料的应用，拓宽配方设计思路。
1 DF概述
1.1 DF定义分类
“纤维”在19 世纪末期由德国的Weeden 实验室提出并阐述了检测方法。但是，在生理功能、植物的解剖结构或化学分析等不同领域，“纤维” 代表不同的化学实体，因此“纤维”定义也存在一定争议。
Hipsley首次将DF 定义为由植物细胞壁组成的不能被消化的组分。随后Trowell将DF 定义又扩展为“植物细胞中能抵抗人类消化酶水解作用的结构成分”。1976 年，DF 的定义进一步被扩大为“包括所有不能被人类消化道内源酶降解的多糖和木质素”。2001 年， 美国谷物化学家协会将DF 定义为“植物中可以被食用的或者类似的碳水化合物，其不能被人类小肠消化和吸收，但可以完全或者部分在大肠发酵”，这一定义包括非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharides，NSP），如纤维素、半纤维素、果胶，也包括一些不能被消化的寡聚糖，如低聚果糖、低聚半乳糖，还包括其他碳水化合物，如抗性淀粉等。
➢ 彭健指出，从动物营养学的角度来看，DF 应包括所有抵抗消化道内源酶消化的饲料组分，即DF 还应包括NSP 和木质素以外的其他成分，如细胞壁镶嵌蛋白、阿拉伯半乳糖蛋白、半乳糖聚糖、果聚糖、抗性淀粉、与细胞壁连接的矿物质及美拉德反应产物。
从化学的角度，DF 可以简单直观地理解为NSP 以及木质素的总和。DF 作为碳水化合物，是由不同的单糖通过糖苷键（α 或β 键）、异构型连接，构成直链长短和类别不同的多糖。组成DF 的单糖包括五碳糖（阿拉伯糖、木糖）、六碳糖（葡萄糖、半乳糖、甘露糖）、脱氧六糖（鼠李糖、果糖）和糖醛酸（葡糖醛酸、半乳糖醛酸）。因此，DF 的结构非常复杂，是自然界中异构型最多和缔合分子种类最多的物质之一，所以不同DF 的可溶性及化学特性存在差异。按照可溶性和化学结构组成分类见图1。
1.2 DF 检测体系
DF 的化学定义与测定方法密不可分， 有时定义完全是建立在分析方法的基础上。洗涤法（非酶重量法）、酶- 重量法和酶- 化学法是目前测定DF 的代表性方法。
➢ Henneberg 等提出的测定CF 的传统分析方案， 但CF 检测体系回收率差， 近1/4 的原料中的NSP 和寡糖在检测过程中流失，并不能代表真正意义上的纤维。
➢ Van Soest根据纤维在不同洗涤剂中的溶解性提出了NDF、ADF 和酸性洗涤木质素（ADL）体系，可以作为评定消化、代谢能的有效参数。但该体系与CF 体系相同，都是在检测过程中， 会损失部分的可溶性纤维（如果胶等），尤其是在对豆类等可溶性纤维含量较高的原料进行纤维检测时，并不能反映原料中纤维的实际含量，如大豆粕的NDF 含量为8.4%，但是其NSP 含量为20.8%。
➢ Prosky提出酶- 重量法测定总膳食纤维（TDF）、不溶性膳食纤维（IDF）和可溶性膳食纤维（SDF）， 但不能反映出所测定的纤维中具体的多糖种类。
➢ Theander 等提出了一种酶- 气相色谱- 比色- 重量法， 简称为酶- 化学法，将所得纤维再分解为各种单糖进行测定， 可测定可溶性非淀粉多糖（Soluble Non-StarchPolysaccharides，SNSP）、不可溶性非淀粉多糖（Insoluble Non-Starch Polysaccharides，INSP）及木质素，该法优点在于可以检测判断纤维的多糖组成类型，因而可以代表饲料原料中实际的纤维含量。酶-化学法在以后饲料配方的精准计算和纤维的生理作用研究中将逐渐替代传统的检测方法。
不同DF 检测体系形成了不同的DF 分类方法，不同的DF 发挥的生理功能也不同。现有的定义和对应的分析方法所得到的“纤维”化学组成和数量均有变异。目前植物碳水化合物及DF 分类见图2。
1.3 DF的理化性质
DF 的理化性质主要包括水合作用、黏性、发酵性、吸附和阳离子交换能力，不同的DF 种类表现的理化性质不同。
DF 的水合作用包括水溶性、水结合力和吸水膨胀性。分子结构是影响纤维水溶性的主要因素，纤维的空间结构由主链骨架和支链构成，增加支链会增加聚合物的水溶性。是因为支链的存在削弱聚合物分子间的作用力，可以防止规则晶体结构的形成，如瓜尔胶、阿拉伯半乳聚糖。而纤维素不溶于水是因为纤维素由纤维二糖通过氧键连接成线性且有规则的晶体机构。
黏性是DF 的主要性质之一，黏性的产生起始于纤维与水发生水合作用。纤维黏性的大小取决于纤维的化学结构和与其连接的其他细胞壁化合物。随纤维浓度的增加，多糖分子之间相互作用缠绕成网状结构。长链纤维比短链纤维更易形成网状结构，因此长链纤维的黏度大于短链纤维，一般来讲可溶性纤维的黏性大于不溶性纤维。
DF 的发酵性是DF 发挥功能性营养作用的主要特征。DF 在消化道内不能被动物自身分泌的消化酶消化， 当消化道前段未被消化的纤维成分到达大肠后，微生物可以将纤维作为发酵底物。纤维被微生物降解程度的大小和速度快慢与纤维的水溶性、化学结构、颗粒大小等多种因素有关，多糖分子中单糖的种类、数量及成键方式等结构特性在很大程度上决定了该纤维在肠道内的发酵情况。与不溶性纤维相比，可溶性纤维更易被发酵，可溶性含量不同，发酵能力也不同，如甜菜渣比麸皮的可溶性纤维含量高，更易发酵。
DF 的阳离子交换特性主要与纤维物质内部单体残基上的羧基和羟基有关。彭艺等对28 种饲料原料的阳离子交换量与其化学组成之间的相关分析表明，纤维类原料不同品种间的阳离子交换量变化较小，饲料的阳离子交换能力与其木质素含量存在极显著的正相关关系，与其NDF、ADF 含量有极显著的负相关。
1.4 DF的消化和吸收
猪的胃和小肠不分泌纤维素酶和半纤维素酶，所以饲料中的DF 不能在其中进行酶解， 而DF 的消化吸收主要是依赖于肠道微生物的发酵和非酶水解作用。降解产物主要为挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸）和二氧化碳（可经加氢作用转变为甲烷）， 具体转化途径见图3。
消化道中微生物最活跃的位点是盲肠和结肠，微生物的数量可高达1010~1011 CFU/g 食糜。在反刍动物瘤胃和生长猪大肠中存在纤维分解菌，其肠道内的数量为108 CFU/g 食糜，而且纤维分解细菌的数量会随着猪群日龄增加而增加，成年母猪大肠中的纤维分解细菌的数量是生长猪的6 倍。
DF 可以调控肠道微生物结构。不同DF 组成的日粮可以改变猪肠道微生物的区系和代谢活性，因而也能影响微生物的代谢产物。寡糖和部分多糖可以促进产乳酸菌群如乳酸菌和双歧杆菌等有益菌的生长。肠道微生物区系及其代谢产物不仅与纤维的类型有关，还与纤维发酵的速率以及在肠道的发酵位置有关，易发酵的纤维如寡糖和SNSP 通常在回肠就开始发酵，而ISNP 缓慢发酵可以一直为微生物提供生长基质至大肠末端。
➢ Hermes 等认为高纤维日粮提高有益菌的数量主要是由于日粮中果胶的发酵提高了挥发性脂肪酸的含量，其中丁酸可以直接为肠道细胞供能，并且短链脂肪酸可以降低肠道pH，抑制了一些病原菌如大肠杆菌、沙门氏菌的定植和生长。
2 饲料原料DF 成分和能值分析
DF 资源丰富，谷物中的NSP 在10%~30%，根据SNSP 和INSP 在谷物中的含量，谷物可以分为黏性和非黏性2 种，黏性谷物包括黑麦、小麦、大麦、黑小麦和燕麦；非黏性谷物包括玉米、高粱、大米和小米，且小麦和黑麦中以阿拉伯木聚糖为主，而大麦中则以葡聚糖为主要成分。当谷物中的淀粉、蛋白随加工过程被提取，DF 在谷物加工副产物中浓缩，其中麦麸含有近40% 的NSP。麸皮含有大量阿拉伯木聚糖和不溶性的纤维，其中麸皮中可溶性纤维在1.5%~4.0%，不溶性纤维在35%~48%。而甜菜渣主要成分是可溶性的果胶， 且一些阿拉伯半乳聚糖和纤维素嵌在果胶的基质中，这一结构使甜菜渣具有高的持水力且易被微生物发酵。研究表明，不同饲料原料的纤维组成存在很大差异，其发酵快慢和发酵产物也不同，原料的可溶性纤维水平与纤维理化性质间存在显著的相关关系，其中可溶性纤维含量较高的魔芋粉、甜菜渣和苹果渣发酵后产生短链脂肪酸的浓度显著高于不溶性纤维含量较高的红枣粉、苜蓿粉和麸皮，魔芋粉发酵后产生的乙酸、丙酸和总短链脂肪酸均显著高于其他纤维性原料。
国家饲料工程技术研究中心已完成了对玉米、小麦、小麦麸、玉米酒槽及其可溶物（DDGS）和玉米胚芽粕等十余种常用饲料原料的营养价值评定工作，其中常用和不常用原料的DF 成分分析见表1 和表2，常用纤维性原料的能值分析见表3。2016 年于藏游对发酵苎麻、燕麦麸和竹子粉等新型纤维原料在仔猪上进行了能值评价。随着研究的不断深入， 给予DF 更客观全面地评价，可以扩大原料的利用范围，提高利用效率。
3 DF对猪的营养作用
3.1 DF 对其他营养物质的消化吸收
DF 通常被人们定义为抗营养因子，因为纤维影响能量和蛋白的消化率， 从而影响生长性能和饲料转化效率。DF 类物质作为植物细胞壁成分，在一定程度上影响细胞内容物中其他营养物质与消化酶的接触，从而降低动物对它们的消化利用。其次，可溶性DF 通过增加食糜黏度等途径，限制酶和底物的接触，影响其他养分吸收，降低能值。而不溶性纤维会增加食糜在整个消化道的流通速度，减少营养物质在消化道前段的消化。
DF 对营养物质利用率的影响与DF 来源和添加量密切相关。在断奶仔猪日粮中加入2%、4% 的燕麦壳后， 对干物质、有机物、粗蛋白质、总能、粗脂肪的表观消化率都无影响。DF 对消化率的影响还与其在日粮中的含量有关，仔猪日粮中加入8% 菊苣对干物质、有机物和能量的表观消化率无影响，但加入16% 菊苣会显著降低干物质、有机物和能量的表观消化率。因此， 甜菜、苜蓿等原料中可溶性纤维（果胶类）和谷物类可溶性纤维（可溶阿拉伯木聚糖、可溶β -葡聚糖）对单胃动物养分消化吸收的影响机制不同，可能与纤维随食糜在肠道中能维持其物化特性所到达的肠道部位、持续时间以及发酵速率也有关。
3.2 DF 在仔猪上的应用效果
【DF 对仔猪生产性能的影响 】
DF 对仔猪生长性能影响的研究结果并不一致。
➢ 乔建国等研究结果表明， 日粮中添加1% 的天然纤维素显著提高了断奶仔猪生长性能，但在日粮中添加2% 的天然维生素使仔猪生产性能呈下降趋势。
➢ 在8~20 kg 仔猪日粮中分别加入10% 的玉米纤维、大豆纤维、小麦麸纤维和豌豆纤维，处理组与对照组相比，采食量和日增重差异不显著，耗料增重比显著降低，大豆纤维组与其他纤维处理组相比，耗料增重比更低。
➢ 而仔猪日粮中加入燕麦麸和小麦秸秆等INSP 原料，前7 d 显著提高了仔猪的日增重和采食量。
可见DF 是一类营养物质的复杂混合物，对仔猪的正负两方面营养作用的发挥程度主要受到日粮中DF 的组成和水平、来源以及添加量决定。
【 DF 对仔猪断奶腹泻的缓解】
一直以来，人们认为断奶仔猪日粮中DF 含量的提高会增加仔猪的腹泻率。但近些年的报道发现，日粮中含有适宜的DF 能够促进仔猪肠道功能的发育并维持肠道健康。
➢ 李雁冰等在仔猪日粮中添加苜蓿草粉将仔猪日粮中粗纤维含量提高到5.3%，仔猪腹泻率降低，并认为纤维会通过影响小肠水的吸收和抑制病原体的生长来减少腹泻。
➢ Gerritsen 等研究发现，在刚断奶仔猪日粮中加入INSP 降低了回肠和盲肠大肠埃希菌的数量，其作用机制是INSP 竞争性抑制大肠杆菌在肠道组织中的黏附作用。
但是日粮中提高SNSP 增加了小肠中溶血性大肠杆菌的数量，具体何种INSP 组分起作用以及其抗大肠杆菌黏附机制还不清楚，需要对纤维进行更深入的研究， 探寻一种最佳的断奶仔猪DF 组成类型，在不影响生长性能的前提下，调控仔猪肠道健康，维持肠道微生态平衡，降低断奶仔猪腹泻的发生率。
3.3 DF 在生长肥育猪日粮中的应用效果
➢ 研究表明， 当饲喂生长猪高纤维日粮时，饲料容积大、吸水力强、较难消化，所以可以刺激消化道黏膜，促进胃、肠道的发育和成熟，刺激消化液的分泌同时DF 可降低生长肥育猪胃溃疡发生率。
DF 影响生长育肥猪的肉品质和生长性能。
➢ Fischer 等在小麦- 大麦为主的日粮中加入草块，随着日粮中草块比例从10% 增加到30% 时屠宰率才显著降低，但瘦肉率显著增加3%，背脂中的软脂酸含量下降，表明饲喂纤维饲料能改善肉品质，但过多的DF 会稀释饲料能量浓度，降低生长速度。
在适宜的饲喂范围内（15%~20%）利用甜菜渣，不仅可以降低饲料成本， 还可以提高猪的瘦肉率。一般来说，饲喂生长肥育猪时， 粗饲料的用量以不超过日粮的20% 为宜。
3.4 DF 在母猪上的应用效果
【DF缓解妊娠母猪应激 】
实际生产中常用限饲来控制后备母猪和妊娠母猪的膘情，但是限饲会给母猪带来饥饿应激，母猪会出现刻板行为。由于DF 本身的能量浓度偏低、容重小、吸水能力强，妊娠期饲喂高DF 日粮可以增加母猪采食后的饱腹感，减少应激。研究发现，当甜菜渣的添加比例由25% 增加到60% 时增强了妊娠母猪采食后的饱腹感。
DF 在妊娠母猪日粮中能够延缓胃肠道排空速度， 维持血糖平衡。DF 的吸水膨胀性和黏性会延缓食糜的胃排空速度，增加食糜与胃壁的物理接触，参与采食量的物理调节，抑制采食。随着排空时间的延长，食糜在大肠内停留时间增加，DF 被肠道微生物发酵利用更彻底，而发酵产生的短链脂肪酸经肠上皮吸收入血， 在短链脂肪酸被肠道吸收的同时，减少了肠道对葡萄糖的吸收，节约了葡萄糖，可以稳定血液中的葡萄糖水平， 同时与血糖浓度变化相应胰岛素的分泌峰值被延缓，受胰岛素调控的性激素水平保持平稳，进而使得胎儿在母体内发育更稳定。
DF 可以缓解母猪便秘。由于胃肠道活动减少，轻微的便秘是正常的，但是怀孕后期的低DF 日粮会加重母猪便秘，导致细菌产生的内毒素被吸收使乳房发生炎症。
➢ Oliviero 等研究发现，产前3 周饲喂高DF 日粮明显改善了围产期母猪便秘，母猪饮水以及产后5 d 的仔猪体重都显著好于对照组。
➢ 谭成全报道，添加魔芋粉高纤维组母猪分娩前1 d、分娩后4 d 和5 d 的粪便评分显著提高，便秘发生率有降低的趋势。可能是因为DF 的吸水膨胀特性，其次是DF 可改善妊娠母猪粪便菌群组成。
【妊娠期DF对母猪泌乳期的影响】
➢ Reese 等报道， 多个繁殖周期连续添加纤维更利于增加母猪泌乳期采食量。
孙海清报道，与玉米豆粕对照组比妊娠日粮添加2.1% 魔芋粉显著提高了母猪在泌乳期的平均日采食量。
➢ Quesnel 等在母猪妊娠日粮中添加19.5% 的甜菜渣，明显提高母猪泌乳期采食量。
➢ Renteria-flores 等在玉米豆粕型母猪妊娠日粮中添加21.25% 大豆壳，使可溶性纤维（SF）和不可溶性纤维（ISF）均高于对照组，结果表明高DF 组母猪泌乳期采食量极显著高于对照组；而添加13.08% 小麦秆高DF 组却没有提高母猪泌乳期采食量。
妊娠期采用高DF 的日粮可以提高仔猪的生长性能。
➢ Matte 等研究表明，在母猪妊娠日粮中添加不同来源的DF 在1 个繁殖周期并没有对仔猪初生窝重产生显著影响，而在第2 个繁殖周期却显著提高了仔猪初生窝重以及断奶窝重。
➢ Veum 等持续3 个母猪妊娠期添加小麦杆显著提高了母猪泌乳期采食量，虽然第1 个繁殖周期仔猪性能在各日粮处理间没有差异，但随后2 个妊娠期持续添加高纤维均提高了产活仔数、断奶仔猪数、仔猪初生窝重和仔猪断奶窝重。但Quesnel 等同样发现，高纤维组仔猪泌乳期增重显著高于低纤维组。
➢ Darroch 等在母猪妊娠日粮中分别添加20% 和40% 的豆壳没有对断奶前仔猪生长产生显著影响。对各试验结果分析后发现，提高了母猪泌乳期采食量的试验一般会改善仔猪生长，没有提高母猪泌乳期采食量则不会对仔猪生长性能产生显著影响。母猪妊娠期添加日粮纤维对仔猪生长速度的影响见表4。
妊娠母猪饲喂合理的高DF 日粮，可以增加饱腹感和减少刻板行为，又不给母猪提供过高的能量；还可以改善母猪的繁殖性能和哺乳性能。当今，养殖业面临着环境保护的巨大压力，单从营养上讲，应以适应猪营养需要的模式来配制日粮，以做到减少气体和排泄物的排放量。DF 因其具有减少氨气排放、促进肠道健康并提高动物福利的作用应受到重视，发挥DF 这一功能，对于维持和促进我国畜牧行业可持续发展具有重要意义。
4 小 结
总体来讲，限制DF 使用的主要原因是人们以往对纤维负作用的认识，但随着研究的不断深入和技术发展， DF 重新回到人们的视野，而且对于解决一些营养难题， 譬如仔猪断奶应激、母猪便秘、乳房炎以及我国饲料原料短缺等提供了方向和可能。另一原因是由于DF 大多来自于谷物加工副产物，原料中毒素含量、适口性也制约纤维的使用。DF 并非单一物质，其化学组成和结构复杂，随着分析技术的创新和应用，未来逐渐扩大对原料中DF 的认识，可以根据DF 的溶解性、发酵性、吸水性，将DF 组合使用，以期达到最佳的饲喂效果和原料利用率。
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