生長豬大米蛋白消化能、代謝能的評定及預(yù)測模型研究

賀 喜 陳達(dá)圖 胡官波 劉 耕 李 霞 葉小飛 閆景彩 張石蕊

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院動物營養(yǎng)研究所，飼料安全與高效利用教育部工程研究中心，長沙 410128)

大米蛋白(rice protein，RP)是以碎米為原料，利用淀粉酶將碎米中的淀粉分解成為可溶性的糖，而其中的蛋白質(zhì)、脂類以及纖維等成分仍然以固體的形式存在，通過固液分離，液化液是葡萄糖漿或味精的生產(chǎn)原料，得到的固體分離物則稱為米渣，干燥后即是大米蛋白。根據(jù)作者實地調(diào)查得知，近年來碎米制糖后所得的大米蛋白年產(chǎn)量大約為10萬t，而從稻谷加工過程中所得到的碎米年生產(chǎn)量推算，全國大米蛋白粉的潛在產(chǎn)量為80～120萬t。目前研究多集于在食用級大米蛋白在保健方面的作用，如降低機體脂質(zhì)水平和提高機體抗氧化能力的作用［1-2］。大米蛋白是一種優(yōu)質(zhì)植物源性飼用型蛋白質(zhì)原料，但目前尚沒有針對其營養(yǎng)成分及營養(yǎng)價值在動物生產(chǎn)應(yīng)用方面的系統(tǒng)研究。本試驗通過在全國大米蛋白主產(chǎn)地湖南、湖北、江西、浙江、安徽和廣西6省，現(xiàn)場采集不同稻谷產(chǎn)地的具有代表性的11種大米蛋白樣品，測定其常規(guī)化學(xué)成分。采用全收糞法和套算法結(jié)合測定其豬消化能(DE)、代謝能(ME)，并將大米蛋白的常規(guī)營養(yǎng)成分與豬消化能、代謝能進(jìn)行相關(guān)和回歸分析，建立其豬消化能、代謝能預(yù)測模型。該研究擬為建立大米蛋白營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫和為大米蛋白生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)與參考。

1 材料與方法

1.1 大米蛋白及試驗飼糧

本試驗根據(jù)大米蛋白的生產(chǎn)區(qū)域狀況、生產(chǎn)廠家的產(chǎn)量，在6個省份(湖南、湖北、江西、安徽、廣西、浙江)，9個有代表性的大米蛋白生產(chǎn)廠家，采集了11個樣品，分析其常規(guī)成分含量。

本試驗的基礎(chǔ)飼糧為玉米-豆粕型，參照NRC(1998)［3］20 ～50 kg 生長豬的營養(yǎng)需要量進(jìn)行配制，試驗飼糧為大米蛋白替代基礎(chǔ)飼糧的15%，粉料飼喂?；A(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet(air-dry basis) %

1.2 試驗動物及飼養(yǎng)管理

試驗選用12頭體重(33.0±1.3)kg的“杜×長×大”三元雜交健康去勢公豬，分別將其置于個體代謝籠中，全期自由飲水，室溫控制在20～22℃，保持圈舍清潔、通風(fēng)和干燥。飼養(yǎng)管理方式參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26438—2010《全收糞法測定豬配合飼料表觀消化能技術(shù)規(guī)程》［4］要求進(jìn)行。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用2個6×6拉丁方設(shè)計，其中包括11個試驗飼糧(T1～T11)和1個基礎(chǔ)飼糧，試驗設(shè)計見表2。試驗一共分成6個階段進(jìn)行，各個階段各分為適應(yīng)期、預(yù)試期和正試期，每天飼喂3次(時間為08:00、14:00和18:00)，全期自由飲水。適應(yīng)期為4 d，在此期間過渡并換料，觀察以及確定試驗豬的采食量，作為正試期飼糧飼喂量的依據(jù);每期預(yù)試期為3 d，正試期為7 d，這2期按試驗豬自由采食量的85%準(zhǔn)確、定量、定時飼喂。

1.4 樣品的制備與分析

1.4.1 樣品的制備

飼料樣品:將大米蛋白樣品、基礎(chǔ)飼糧、試驗飼糧粉碎，過40目篩，用密封袋保存待測。

糞樣:準(zhǔn)確收集正試期內(nèi)各試驗豬每日(24 h)排糞量，每次收糞后將鮮糞貯存于-20℃冰柜。以試驗豬靜臥狀態(tài)界定日與日之間的時間界限(取早飼試驗豬吃完料后1 h作為界限)。將每日收集的鮮糞在室溫下解凍，按20%的比例取樣，并將糞樣貯存于-20℃冰柜。將每頭豬7日鮮糞樣在室溫下解凍，并在65℃條件下烘干至恒重。烘干后置室內(nèi)回潮24 h，并充分混勻7日糞樣，然后稱重、記錄、粉碎、過40目篩，密封保存待測。

1.4.2 樣品的測定

分析飼糧樣和糞樣的干物質(zhì)和總能，分析11種大米蛋白的干物質(zhì)(DM)、總能(GE)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、粗纖維(CF)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量?？偰苡醚鯊検綔y定計測定，其他成分依據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)測定。

1.5 飼糧與飼糧原料消化能、代謝能的計算公式

1.5.1 基礎(chǔ)飼糧消化能計算公式

飼糧消化能(MJ/kg)=［食入總能(MJ)-排糞總能(MJ)］/食入飼糧總量(kg)。

大米蛋白消化能按如下公式計算:大米蛋白消化能(MJ/kg)=［DT-DB×(1-SA)］/SA。

式中:DT為試驗飼糧表觀消化能(MJ/kg);DB為基礎(chǔ)飼糧的表觀消化能(MJ/kg);SA為大米蛋白替代基礎(chǔ)飼糧的比例(%)。

1.5.2 基礎(chǔ)飼糧代謝能計算公式

飼糧代謝能(MJ/kg)=［食入總能(MJ)-排糞總能(MJ)+排尿總能(MJ)］/食入飼糧總量(kg)。

表2 拉丁方試驗設(shè)計Table 2 Latin square experimental design

大米蛋白代謝能按如下公式計算:

大米蛋白代謝能(MJ/kg)=［MT-MB×(1-SA)］/SA。

式中:MT為試驗飼糧表觀代謝能(MJ/kg);MB為基礎(chǔ)飼糧的表觀代謝能(MJ/kg);SA為大米蛋白替代基礎(chǔ)飼糧的比例(%)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件的Correlate過程對大米蛋白的酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、粗纖維、總能、粗灰分、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、無氮浸出物、可溶性碳水化合物含量與消化能、代謝能的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，用Regression過程進(jìn)行回歸分析，建立最佳預(yù)測方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 大米蛋白樣品常規(guī)成分分析結(jié)果

采集的11個大米蛋白樣品的常規(guī)營養(yǎng)成分分析結(jié)果見表3。由表3可知，11種大米蛋白的粗纖維、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維以及粗脂肪含量變異較大。

表3 大米蛋白常規(guī)成分分析(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 3 Analyzed proximate composition of rice protein(air-dry basis)

2.2 大米蛋白消化能及代謝能測定結(jié)果

本試驗通過全收糞法與套算法結(jié)合測定了在全國不同地區(qū)采集的11種大米蛋白樣品的豬消化能、代謝能，其結(jié)果見表4。由表4可知，11種大米蛋白樣品豬消化能最高的是T10號大米蛋白，為19.90 MJ/kg，最低的是T7號大米蛋白，為16.28 MJ/kg，消 化 能 平 均 值 為 (18.13 ±1.12)MJ/kg;11種大米蛋白樣品豬代謝能最高的是T10號，為 18.59 MJ/kg，最 低 的 是 T7 號，為13.76 MJ/kg，代 謝 能 平 均 值 為 (16.44 ±1.59)MJ/kg。

表4 大米蛋白消化能、代謝能測定結(jié)果(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 4 The results of DE and ME of rice protein(air-dry basis) MJ/kg

2.3 大米蛋白消化能預(yù)測模型的建立

2.3.1 大米蛋白各常規(guī)成分與消化能的簡單相關(guān)關(guān)系

將大米蛋白常規(guī)成分與消化能進(jìn)行簡單相關(guān)分析，結(jié)果見表5。由表5可知，粗纖維、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、總能與消化能存在顯著相關(guān)性(P＜0.05)。纖維類成分與消化能呈負(fù)相關(guān)性，中性洗滌纖維與消化能相關(guān)性系數(shù)最高(R2=-0.70，P＞0.05)。飼料成分之間，粗纖維、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維三者之間相關(guān)性極顯著(P＜0.01);粗纖維與粗灰分的相關(guān)性極顯著(P＜0.01)，與粗蛋白質(zhì)的相關(guān)性顯著(P＜0.05);酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維與粗灰分的相關(guān)性顯著(P＜0.05);粗蛋白質(zhì)與可溶性碳水化合物、無氮浸出物的相關(guān)性顯著(P＜0.05);可溶性碳水化合物與無氮浸出物的相關(guān)性極顯著(P＜0.01);總能與粗脂肪、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維的相關(guān)性顯著(P＜0.05)。余下的化學(xué)成分之間相關(guān)性不顯著(P＞0.05)。

表5 大米蛋白各常規(guī)成分與消化能的相關(guān)關(guān)系Table 5 Correlation coefficients between DE and proximate composition of rice protein

2.3.2 通徑分析

依據(jù)大米蛋白常規(guī)成分與代謝能簡單相關(guān)分析結(jié)果，選擇與消化能相關(guān)性較高的3個纖維類因子(粗纖維、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維)做通徑分析，將各個纖維類因子與消化能的簡單相關(guān)系剖分為纖維類因子對消化能的直接作用和間接作用2個部分。比較3個纖維類因子直接通徑系數(shù)絕對值的大小可知，中性洗滌纖維對消化能的直接作用較大，粗纖維和酸性洗滌纖維對消化能的直接作用較小。從3個纖維因子對消化能的間接作用來看，酸性洗滌纖維和粗纖維通過中性洗滌纖維對消化能的間接作用比較大。從對消化能直接和間接作用的整體數(shù)據(jù)來看，中性洗滌纖維對消化能的直接作用與粗纖維、酸性洗滌纖維通過中性洗滌纖維對消化能的間接作用相近;粗纖維、酸性洗滌纖維對消化能的直接作用與粗纖維通過酸性洗滌纖維對消化能的間接作用、酸性洗滌纖維通過粗纖維對消化能的間接作用以及中性洗滌纖維通過粗纖維、酸性洗滌纖維對消化能的作用相近。由此可以說明，粗纖維和酸性洗滌纖維對消化能變異的影響主要是通過中性洗滌纖維來實現(xiàn)的，中性洗滌纖維是影響大米蛋白消化能的主效因子。

表6 通徑分析結(jié)果Table 6 The results of path analysis

2.3.3 消化能的預(yù)測模型

2.3.3.1 消化能的一元預(yù)測模型

依據(jù)表5簡單相關(guān)性分析結(jié)果的顯著性，粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、總能與消化能相關(guān)性顯著，因此以粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、總能為預(yù)測因子建立消化能的一元預(yù)測方程(表7)。由表7可見，粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維以及總能建立的4個一元預(yù)測模型均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，R2的值越大，預(yù)測模型的擬合度越好，越能反映預(yù)測模型的準(zhǔn)確度，其中中性洗滌纖維的預(yù)測方程擬合度R2最高，剩余標(biāo)準(zhǔn)誤(RSD)最低。另一方面，從通徑分析的結(jié)果來看，中性洗滌纖維對消化能的直接影響最大，酸性洗滌纖維和粗纖維對消化能變異的影響主要是通過中性洗滌纖維來實現(xiàn)。由此可以得出，中性洗滌纖維為大米蛋白最佳預(yù)測因子，大米蛋白消化能最佳一元預(yù)測方程為DE=22.17-0.51NDF(R2=0.50，RSD=0.93，P＜0.05)。

表7 大米蛋白常規(guī)成分對消化能的一元預(yù)測方程Table 7 One-variable prediction equations for DE based on proximate composition of rice protein

2.3.3.2 消化能的多元預(yù)測模型

采用SPSS16.0 Regression過程中的Stepwise步驟，以消化能為依變量，大米蛋白的各常規(guī)成分為自變量進(jìn)行回歸分析，得到大米蛋白豬消化能最佳多元預(yù)測模型為 DE=18.58-0.49CF+0.31EE(R2=0.70，RSD=0.77，P＜0.01)。

2.4 大米蛋白代謝能預(yù)測模型的建立

2.4.1 大米蛋白各常規(guī)成分與代謝能的簡單相關(guān)關(guān)系

大米蛋白的常規(guī)成分與代謝能的簡單相關(guān)關(guān)系見表8。由表8可見，大米蛋白的粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分、無氮浸出物以及可溶性碳水化合物與代謝能之間相關(guān)性不顯著(P＞0.05)，而粗纖維、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、總能與代謝能存在顯著相關(guān)性(P＜0.05)。纖維類成分與代謝能的相關(guān)性呈負(fù)相關(guān)性，中性洗滌纖維與代謝能相關(guān)性系數(shù)比較高。飼料成分之間的相關(guān)性與消化能中所述一致。

表8 大米蛋白各常規(guī)成分與代謝能的相關(guān)關(guān)系Table 8 Correlation coefficients between ME and proximate composition of rice protein

2.4.2 通徑分析

依據(jù)大米蛋白常規(guī)成分與代謝能簡單相關(guān)分析結(jié)果，選擇與代謝能相關(guān)關(guān)系較高的3個纖維類因子做通徑分析，將各個纖維類因子與代謝能的簡單相關(guān)系剖分為纖維類因子對代謝能的直接作用和間接作用2個部分見表9。比較3個纖維類因子直接通徑系數(shù)絕對值的大小可知，中性洗滌纖維對代謝能的直接作用較大，酸性洗滌纖維和粗纖維對代謝能的直接作用較小。從3個纖維因子對代謝能的間接作用來看，酸性洗滌纖維和粗纖維通過中性洗滌纖維對代謝能的間接作用比較大。從數(shù)值來看，纖維類因子中與代謝能呈負(fù)相關(guān)性的主導(dǎo)因子為中性洗滌纖維，同時中性洗滌纖維也是影響大米蛋白代謝能的主效因子。

表9 通徑分析結(jié)果Table 9 The results of path analysis

2.4.3 代謝能的預(yù)測模型

2.4.3.1 代謝能的一元預(yù)測模型

依據(jù)表8簡單相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果的顯著性，粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、總能與代謝能相關(guān)性顯著，因此以粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、總能為預(yù)測因子建立代謝的一元預(yù)測方程(表10)。由表10可見，粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維以及總能建立的4個一元預(yù)測預(yù)測模型均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，R2的值越大，預(yù)測模型的擬合度越好，越能反映預(yù)測模型的準(zhǔn)確度，其中中性洗滌纖維的預(yù)測方程擬合度R2最高，RSD最低。從通徑分析的結(jié)果來看，中性洗滌纖維對代謝能的直接影響最大。由此可以得出，中生洗滌纖維為大米蛋白最佳預(yù)測因子，大米蛋白代謝能最佳一元預(yù)測方程為ME=21.42-0.74NDF(R2=0.52，RSD=1.30，P＜0.05)。

表10 大米蛋白常規(guī)成分對代謝能的一元預(yù)測方程Table 10 One-variable prediction equations for ME based on proximate composition of rice protein

2.4.3.2 代謝能的多元預(yù)測模型

采用SPSS16.0 Regression過程中的Stepwise步驟，以代謝能為依變量，大米蛋白的常規(guī)成分為自變量進(jìn)行回歸分析，結(jié)果顯示，大米蛋白中全部成分在模型建立過程中都被剔除，無法得出其最佳多元預(yù)測模型。大米蛋白豬代謝能最佳預(yù)測模型為 ME=22.17-0.51×NDF(R2=0.50，RSD=0.93，P＜0.05)。

3 討論

3.1 大米蛋白豬消化能、代謝能

豬飼料有效能的測定有體內(nèi)法、體外法、尼龍袋法和預(yù)測法等［5-8］，本試驗采用的是體內(nèi)法(即糞分析法)，針對全國范圍內(nèi)有代表性的11種大米蛋白在生長豬上進(jìn)行消化試驗，測得的11種大米蛋白消化能均值為18.13 MJ/kg(風(fēng)干基礎(chǔ))，換算成絕干基礎(chǔ)下的豬平均消化能為19.85 MJ/kg;代謝能均值為 16.44 MJ/kg(風(fēng)干基礎(chǔ))，換算成絕干基礎(chǔ)下的豬平均代謝能為18.0 1MJ/kg。目前國內(nèi)還沒有對大米蛋白的豬消化能、代謝能的研究和報道。但最新NRC(2012)［9］發(fā)表的數(shù)據(jù)表明，風(fēng)干基礎(chǔ)大米濃縮蛋白(粗蛋白質(zhì) 67.51%)消化能為 19.75 MJ/kg，代謝能為17.83 MJ/kg，其能值稍高于本試驗測定值，原因可能與其平均粗蛋白質(zhì)含量有關(guān)。從中國飼料成分及營養(yǎng)價值表(2012)中選取與大米蛋白生產(chǎn)方式相似的玉米蛋白質(zhì)粉(消化能為15.06 MJ/kg，代謝能為12.55 MJ/kg)、飼料生產(chǎn)中用量最大的蛋白質(zhì)飼料豆粕(消化能為15.06 MJ/kg，代謝能為13.01 MJ/kg)以及魚粉(消化能為 12.55 MJ/kg，代謝能為 10.54 MJ/kg)與大米蛋白的消化能、代謝能作比較，可以看出，大米蛋白的消化能、代謝能都遠(yuǎn)高于其他三者，由此可以得出，大米蛋白在能量營養(yǎng)的層面上明顯優(yōu)于玉米蛋白質(zhì)粉、豆粕和魚粉。本試驗的豬消化能結(jié)果是在全國大范圍內(nèi)進(jìn)行具有代表性的采樣后測得的，可以為中國飼料原料數(shù)據(jù)庫中大米蛋白數(shù)據(jù)的建立提供科學(xué)參考。

3.2 大米蛋白有效能最佳預(yù)測因子

孫獻(xiàn)忠等［10］綜述國內(nèi)外文獻(xiàn)，論證飼料消化能回歸模型的最佳預(yù)測因子是酸性洗滌纖維或中性洗滌纖維，代謝能回歸模型與其對應(yīng)的消化能模型相似，纖維指標(biāo)與哪些指標(biāo)結(jié)合更合適主要取決于飼料本身的性質(zhì)。Morgan等［11］、King等［12］發(fā)現(xiàn)粗纖維含量與飼料能值呈高度負(fù)相關(guān)，并建立了用粗纖維為主要預(yù)測因子的預(yù)測方程，King等［12］同時也證實了中性洗滌纖維可以極大地改進(jìn)預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，明顯優(yōu)于由粗纖維建立的模型。Morgan 等［13］、Jorgensen 等［14］、Nobelt等［15］、Ewan 等［16］建立了以中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維為主要預(yù)測因子的預(yù)測方程。研究表明，生長豬飼糧中性洗滌纖維含量與消化能值呈負(fù)相關(guān)，中性洗滌纖維含量增加1%，消化能值減少0.8% ～1.0%，用中性洗滌纖維所建立的一元方程預(yù)測飼料的消化能值，預(yù)測效果好［17］。本試驗所作的相關(guān)分析以及通徑分析均表明中性洗滌纖維是大米蛋白消化能、代謝能回歸模型的最佳預(yù)測因子，二者的一元預(yù)測模型中，以中性洗滌纖維為預(yù)測因子的R2值最大，RSD值最小，說明以中性洗滌纖維為預(yù)測因子的一元預(yù)測模型的擬合度最好。大米蛋白中粗蛋白質(zhì)的含量最高但沒有進(jìn)入預(yù)測模型，其原因可能為大米蛋白中能被消化吸收并可以提供能量的成分主要是粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和無氮浸出物(或可溶性碳水化合物)，從三者的含量上看，粗蛋白質(zhì)占了絕對優(yōu)勢，但粗脂肪和無氮浸出物也不容忽視;從能量的角度看，大米蛋白中粗蛋白質(zhì)的能量與粗脂肪和無氮浸出物的能量之和的比例為1.54∶1;11個大米蛋白的總能非常接近，粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和無氮浸出物含量總和為(85.50±2.48)%，而大米蛋白的總能主要由這三者提供;綜合上述，再結(jié)合相關(guān)分析結(jié)果可知(粗蛋白質(zhì)與粗脂肪、無氮浸出物呈負(fù)相關(guān))，不同大米蛋白樣品之間由粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、無氮浸出物造成的消化能、代謝能的差異可以在一定程度上相互抵消，因此也造成了粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和無氮浸出物與消化能、代謝能相關(guān)性都比較低的結(jié)果，這也可能是大米蛋白的一個特性。

4 結(jié)論

①11種大米蛋白常規(guī)成分平均值分別為:干物質(zhì) 91.33%，粗蛋白質(zhì) 62.52%，粗脂肪 8.75%，粗灰分2.72%，粗纖維 3.12%，酸性洗滌纖維3.95%，中性洗滌纖維4.19%，可溶性碳水化合物21.83%，無氮浸出物 14.24%，總能 21.35 MJ/kg。

② 大米蛋白(風(fēng)干基礎(chǔ))的豬消化能值為(18.13±1.12)MJ/kg，代謝能值為(16.44±1.59)MJ/kg。

③根據(jù)SPSS 16.0中回歸模型分析的逐步篩選法，得到大米蛋白豬消化能最佳預(yù)測模型(絕干基礎(chǔ)):DE=22.17-0.51NDF(R2=0.50，RSD=0.93)，DE=18.58-0.49CF+0.31EE(R2=0.70，RSD=0.77)。大米蛋白豬代謝能最佳預(yù)測模型(絕干基礎(chǔ)):ME=21.42-0.74NDF(R2=0.52，RSD=1.30)。在大米蛋白的常規(guī)成分中，NDF為最佳預(yù)測因子。

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