《Poultry Science》：Fermented palm kernel meal modulates gut barrier and inflammatory gene via short-chain fatty acid production in broiler chickens
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为解决肉鸡生产中饲料成本高、对进口原料依赖性强以及肠道健康等问题，研究人员利用发酵棕榈仁粕(FPKM)在肉鸡中开展了营养干预研究。结果表明，适度添加FPKM可通过促进短链脂肪酸(SCFA)产生、改善肠道形态和调节免疫相关基因表达来提升肠道健康，且在50 g/kg添加水平下不影响生长性能，为利用本地农副产品开发功能性饲料提供了依据。
在全球对动物蛋白需求持续增长的背景下，家禽产业面临着巨大的压力。一方面，消费者对鸡肉的需求量稳步上升，预计到2032年将增长15%，占全球肉类消费的约41%。另一方面，作为养殖成本中占比最大的部分，饲料的价格和供应稳定性直接影响着生产的可持续性。长期以来，豆粕是家禽日粮中主要的蛋白质来源，但其高昂的价格和对进口的严重依赖，给许多国家，特别是印度尼西亚这样的热带地区国家，带来了显著的经济挑战和供应链风险。2024年，印度尼西亚进口了约268万公吨大豆，价值高达14亿美元，这无疑增加了生产成本。与此同时，当地却有一种资源丰富、价格低廉的农副产品——棕榈仁粕(PKM)未能得到充分利用。作为世界领先的棕油生产国，印度尼西亚每年产生约630-660万公吨的PKM。然而，这种原料虽然含有中等水平的粗蛋白，但纤维含量较高，肉鸡由于缺乏内源性纤维降解酶，对其消化利用率很低。那么，能否通过一种“变废为宝”的方式，将这种本地副产品转化为有价值的饲料原料，既降低饲料成本，又能改善家禽健康呢？这成为了研究人员关注的焦点。
传统上，固体发酵(SSF)被认为是提升PKM营养价值的有效策略，它可以通过微生物活动改变结构性碳水化合物，提高养分利用率。其中，乳酸菌，特别是Limosilactobacillus fermentum，因其具备纤维降解酶活性和益生菌特性而备受关注。与常用的芽孢杆菌、曲霉菌等微生物相比，L. fermentumBN21不仅能改善养分有效性，还可能对肠道健康有双重益处。尽管PKM发酵的研究已有不少，但利用L. fermentum进行发酵，并系统评估其对肉鸡肠道健康（包括形态、微生物代谢产物和关键基因表达）影响的研究仍较为缺乏。为了填补这一知识空白，来自印度尼西亚加札马达大学的研究团队开展了一项系统的动物试验，探究了经L. fermentumBN21发酵的棕榈仁粕(FPKM)对肉鸡生长性能、肠道健康及免疫调节的影响，相关成果发表在《Poultry Science》上。
为了回答上述科学问题，研究人员开展了一项严谨的动物试验。他们首先利用L. fermentumBN21菌株对PKM进行了为期6天的固态发酵，制备了FPKM。随后，将320只1日龄雄性肉鸡随机分为5组，分别饲喂含有0、25、50、75和100 g/kg FPKM的日粮，试验期覆盖了生长（11-21天）和育肥（22-35天）两个阶段。研究期间，他们系统监测了肉鸡的体重、采食量、饲料转化率等生长性能指标。在试验结束时，研究人员采集了样本，运用了多项关键技术进行分析：包括通过组织切片和图像分析技术（苏木精-伊红(H&E)染色）评估了空肠的组织形态学（如绒毛高度(VH)、隐窝深度(CD)等）；通过气相色谱技术测定了盲肠食糜中短链脂肪酸(SCFA)（包括乙酸、丙酸、丁酸）的浓度；并利用定量实时聚合酶链式反应(qPCR)技术，分析了空肠组织中与肠道屏障功能相关的基因（如闭合蛋白-1 (CLDN-1)、闭锁小带蛋白-1 (ZO-1)）以及与炎症相关的细胞因子基因（如肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、白细胞介素-18 (IL-18)、白细胞介素-10 (IL-10)、白细胞介素-13 (IL-13)）的表达水平。
生长性能
研究结果显示，日粮中添加FPKM对肉鸡的生长性能产生了剂量依赖性的影响。在高达75 g/kg的添加水平下，肉鸡的生长性能未受损害。然而，当添加量达到100 g/kg时，肉鸡的体重增加显著降低，同时饲料转化率(FCR)显著升高。在整个试验期（11-35天），与对照组相比，100 g/kg FPKM组的体重、体增重(BWG)和平均日增重(ADG)均显著降低，而FCR最高。有趣的是，采食量(FI)在所有处理组间均无显著差异，表明生长性能的下降并非由于食欲减退，而更可能与养分消化利用率有关。
空肠组织形态学
肠道是养分吸收的主要场所，其结构完整性至关重要。形态学分析表明，日粮处理显著影响了绒毛高度与隐窝深度的比值(VH:CD)。与对照组相比，添加25 g/kg和100 g/kg FPKM的组别显示出显著更高的VH:CD比值。更高的VH:CD比值通常意味着更大的吸收表面积和相对较低的肠道上皮更新能耗，这暗示着肠道吸收效率的改善。尽管单个的绒毛高度(VH)和隐窝深度(CD)数值在各组间未达统计显著差异，但CD在数值上呈现变浅的趋势，VH也表现出显著的立方响应。这些形态上的积极变化，与随后观察到的微生物发酵产物增加密切相关。
盲肠短链脂肪酸浓度
短链脂肪酸(SCFA)是肠道微生物发酵膳食纤维产生的主要代谢终产物，对维持肠道健康具有核心作用。本研究得到了一个明确且积极的结果：随着日粮中FPKM水平的线性增加，盲肠食糜中乙酸、丙酸、丁酸以及总SCFA的浓度也呈现显著的线性上升。具体而言，所有添加FPKM的组别，其乙酸和总SCFA浓度均显著高于对照组。丙酸浓度在25 g/kg FPKM组最高，而丁酸浓度则在100 g/kg FPKM组达到峰值。丁酸是肠道上皮细胞首选的能量来源，对维持黏膜屏障完整性和抗炎有重要作用。SCFA浓度的普遍升高，清晰地表明FPKM的添加显著增强了肉鸡后肠微生物的发酵活性。
屏障功能和细胞因子基因表达
肠道屏障的完整性和局部的免疫状态是肠道健康的两大支柱。基因表达分析揭示了FPKM对这两个方面的深度调控作用。
在紧密连接蛋白基因方面，CLDN-1的表达随着FPKM添加水平的升高而呈线性下降，在100 g/kg组降至最低。与之相反，另一个关键的支架蛋白基因ZO-1的表达则线性上升，在100 g/kg组达到最高。这种CLDN-1下调而ZO-1上调的模式，可能反映了肠道上皮细胞为应对可发酵底物增加而进行的紧密连接适应性重组，而非屏障功能受损。ZO-1的上调有助于加强连接复合体的结构稳定性。
在炎症相关基因方面，结果呈现出有利的抗炎调节格局。促炎细胞因子IL-18的表达随着FPKM添加水平升高而显著线性下降。同时，抗炎细胞因子IL-10和IL-13的表达则被显著上调。值得注意的是，另一个重要的促炎因子TNF-α的表达在各组间无显著差异，这可能与试验鸡只处于健康、无病原挑战的状态有关，其基础表达水平本就较低。
归纳研究结论和讨论部分，强调其重要意义
本研究系统阐明了经L. fermentumBN21发酵的棕榈仁粕(FPKM)在肉鸡生产中的应用潜力及其作用机制。核心结论是：日粮中添加50 g/kg的FPKM可以在不损害肉鸡生长性能的前提下，通过多重途径改善肠道健康。其作用机制可归纳为一个清晰的通路：FPKM中的可发酵纤维成分进入后肠，被微生物群落利用，导致短链脂肪酸(SCFA)产量显著增加。产生的SCFAs（尤其是丁酸）一方面为肠道上皮细胞提供能量，支持绒毛结构的维持和改善（表现为更高的VH:CD比值）；另一方面，SCFAs（特别是丁酸）能够调节免疫信号通路，发挥抗炎作用，这直接体现在促炎因子IL-18的下调和抗炎因子IL-10、IL-13的上调。同时，SCFAs还可能参与了紧密连接蛋白的重编程，促使ZO-1表达上调，从而潜在强化了肠道物理屏障。
这项研究的意义重大且具有多面性。首先，在应用价值上，它为解决畜牧业对进口蛋白源的过度依赖提供了切实可行的本地化方案。在棕榈油主产区，利用大量的PKM副产品生产FPKM，可以降低饲料成本，增强产业韧性和经济性。推荐50 g/kg的添加水平为实际生产提供了明确、安全的参考依据。其次，在动物健康层面，研究证实FPKM不仅是一种替代原料，更是一种“功能性”饲料成分，能够通过“微生物-肠道-SCFA-免疫”轴主动改善肉鸡的肠道健康状态，这可能在减少抗生素使用、促进无抗养殖方面具有潜在价值。最后，在科学研究层面，该研究超越了单纯评估生长性能或养分变化的常规模式，深入到了组织形态、微生物代谢组学和宿主基因表达的分子层面，系统地揭示了发酵饲料改善肠道健康的内在机理，为未来开发类似的益生元或功能性饲料提供了重要的理论依据和研究范式。因此，这项来自印度尼西亚团队的工作，不仅是一项出色的动物营养学研究，更是将农业副产品转化为高价值资源、推动可持续畜牧业发展的一个成功范例。
