凈能體系下環(huán)保日糧在生長育肥豬上的應(yīng)用研究進(jìn)展

黃 強(qiáng) ，孫亞楠 ，朱秋鳳 ，齊志明，劉鳳美 ，張衛(wèi)輝 ，邵彩梅 *

（1.北京三元禾豐牧業(yè)有限公司，北京 昌平 102202；2.河南禾豐牧業(yè)有限公司，河南 開封 475000；3.開封市畜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗(yàn)中心，河南 開封 475000）

近年來，隨著我國養(yǎng)豬業(yè)和飼料行業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致國內(nèi)優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料資源嚴(yán)重不足，大豆進(jìn)口數(shù)量逐年增加，養(yǎng)殖環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重。當(dāng)前如何更有效地提高蛋白質(zhì)的利用率，降低大豆進(jìn)口依賴度，減少氮排放，已經(jīng)成為我國養(yǎng)豬業(yè)和飼料行業(yè)努力提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的重要課題。采用低氮排放環(huán)保日糧可以降低粗蛋白質(zhì)水平，提高蛋白質(zhì)和能量的利用率，有助于緩解飼料資源緊張和養(yǎng)殖環(huán)境壓力，目前已經(jīng)受到國內(nèi)外動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)者們的密切關(guān)注。豬低氮排放環(huán)保日糧是指將日糧粗蛋白質(zhì)水平在NRC推薦標(biāo)準(zhǔn)下降低2～4個(gè)百分點(diǎn)，并添加適宜水平的合成氨基酸，在維持豬正常

生長的條件下，降低機(jī)體多余氮素排放，以減少氮素消化吸收過程中的能量損失，從而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)和能量利用率的最大化。

國內(nèi)外學(xué)者的大量研究表明，利用凈能（Net energy，NE）體系配制低氮排放環(huán)保日糧能夠更真實(shí)地反映豬的生長速度與賴氨酸、能量之間的關(guān)系，更有效地改善生長育肥豬的生產(chǎn)性能、調(diào)節(jié)脂肪沉積和胴體脂肪含量、降低日糧消化能（Digestible energy，DE）的需要量、提高氮利用率、減少氮排放和增加養(yǎng)殖利潤等[1-4]。目前，對于低氮排放環(huán)保日糧的理論研究，大多集中在日糧粗蛋白質(zhì)水平的降低程度、合成氨基酸的添加量以及賴氨酸與DE比或賴氨酸酸與代謝能（Metabolizable energy，ME）比，而對如何平衡賴氨酸與NE水平之間的關(guān)系的研究極少。另外，NE體系在歐洲國家已經(jīng)廣泛盛行，主要用于克服DE和ME體系的局限性，而NE體系研究在我國還處于起步階段。因此，大力推動(dòng)NE體系在低氮排放環(huán)保日糧上的研究，對緩解我國蛋白質(zhì)飼料資源匱乏、提高養(yǎng)豬效益和減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)我國養(yǎng)豬業(yè)和飼料加工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

1 豬的能量體系

1.1 能量體系的基本概念

能量是飼料中的重要組成部分，在飼料成本中占相當(dāng)大的比例，動(dòng)物的營養(yǎng)需要或營養(yǎng)供給均可以用能量為基礎(chǔ)表示，其中能夠被動(dòng)物利用的能量稱為有效能。飼料的有效能可以用不同的能量體系來表達(dá)，根據(jù)能量被動(dòng)物消化利用的途徑可以分為DE、ME和NE。豬只對飼料中能量的利用如圖1所示。其中，NE又分為生產(chǎn)凈能（NE for production，NEp）和維持凈能（NE for maintenance，NEm）， 其中NEp主要用于合成蛋白質(zhì)、脂肪以及母乳合成和胎兒發(fā)育等，NEm主要用于維持肌肉運(yùn)動(dòng)、組織周轉(zhuǎn)代謝和體溫等[5-6]。

1.2 能量體系的比較

在以往的低氮排放環(huán)保日糧研究中，使用DE或ME體系一般會(huì)過高估計(jì)了高蛋白質(zhì)或高纖維日糧的有效能值，而過低估計(jì)了高脂肪或高淀粉日糧的有效能值，沒有更好地發(fā)揮出低氮排放環(huán)保日糧的優(yōu)勢[7-8]。NE體系可以使日糧能量值與動(dòng)物能量需要在同一基礎(chǔ)上得以表達(dá)，而與所含飼料組成成分無關(guān)，并且NE值是基于可消化營養(yǎng)物質(zhì)的能量效率而獲得，即考慮了糞能、尿能、甲烷能和體增熱的損失，這樣可以更準(zhǔn)確地預(yù)估豬用于維持和生產(chǎn)過程的能量需要，比DE值或ME值更接近于有效能值[9-10]。

豬的生長速度主要依賴于日糧蛋白質(zhì)（賴氨酸）與能量的水平及比例。NRC（1998）[11]指出生長育肥豬存在最佳賴氨酸與能量比，且以日糧能量水平表示的生長育肥豬氨基酸需要量會(huì)隨日糧能量水平的增加而增加。如果利用合適的氨基酸與NE比，可以更準(zhǔn)確地配制日糧，從而有效地提高氮的利用率，減少氮排放和能量損失以及降低飼料成本。據(jù)筆者多年經(jīng)驗(yàn)，利用NE體系配制的生長豬日糧，在保證豬只生長性能的同時(shí)，能夠有效降低飼料成本50～100元/t。

因此，利用NE體系預(yù)估飼料的有效能值，并在生長育肥豬日糧中通過平衡必需氨基酸的組成來降低粗蛋白質(zhì)水平，對實(shí)現(xiàn)豬的最佳生長潛力和最大經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

圖1 生長育肥豬日糧能量利用示意圖[5-6]

2 NE體系配制低氮排放環(huán)保日糧的技術(shù)基礎(chǔ)

2.1 理想蛋白質(zhì)理論

理想蛋白質(zhì)是指日糧含有適宜的氮素含量和最佳的氨基酸比例，可以同時(shí)滿足動(dòng)物對必需氨基酸和非必需氨基酸的營養(yǎng)需要。該理論認(rèn)為，在理想蛋白質(zhì)條件下動(dòng)物對氨基酸的有效利用率可以達(dá)到100%，并且日糧中的必需氨基酸都具有同等限制性。豬的理想蛋白質(zhì)模式如表1所示。

表1 豬的理想蛋白質(zhì)模式

2.2 可消化理想氨基酸模式

可消化氨基酸是指動(dòng)物攝入的日糧蛋白質(zhì)經(jīng)胃腸道消化后可以被吸收的氨基酸?？上硐氚被崾侵竸?dòng)物攝入的日糧蛋白質(zhì)中所含可消化氨基酸的組成與動(dòng)物所需氨基酸的組成及比例一致，動(dòng)物對該種蛋白質(zhì)的利用率達(dá)到100%。在實(shí)際生產(chǎn)中，準(zhǔn)確地測定日糧中可消化氨基酸的含量及動(dòng)物可消化氨基酸的需要量是配制低氮排放環(huán)保日糧的技術(shù)關(guān)鍵。不同體重豬的可消化理想氨基酸模式見表2。

2.3 人工合成氨基酸技術(shù)

在蛋白質(zhì)營養(yǎng)理論中，動(dòng)物對蛋白質(zhì)的需求實(shí)質(zhì)上是對可消化氨基酸的利用。在玉米-豆粕型日糧中，可消化賴氨酸、可消化蘇氨酸、可消化蛋氨酸和可消化色氨酸分別為第一、第二、第三和第四限制性氨基酸，它們的含量及其平衡程度會(huì)直接影響蛋白質(zhì)的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。目前，賴氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸和色氨酸等4種限制性氨基酸的人工合成技術(shù)已經(jīng)完全成熟，并且在豬的低氮排放環(huán)保日糧配制中成功應(yīng)用，使得日糧氨基酸供給更加均衡、養(yǎng)殖環(huán)境改善更加顯著和非常規(guī)飼料資源利用更加廣泛，這將給養(yǎng)豬業(yè)和飼料行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)生態(tài)效益。

2.4 小肽營養(yǎng)理論

研究表明，日糧中的完整蛋白質(zhì)或小肽是動(dòng)物獲得最佳生長性能所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)，完整蛋白質(zhì)或小肽的某些特殊營養(yǎng)生理作用也是合成氨基酸無法代替的[13]。在人體吸收的蛋白質(zhì)中，大約67%是以小肽的形式吸收，只有接近33%是以氨基酸的形式吸收。Boza等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，含有小肽的日糧在機(jī)體蛋白質(zhì)的沉積上明顯優(yōu)于以游離氨基酸混合組成的日糧。因此，大幅度降低日糧粗蛋白質(zhì)水平，利用合成氨基酸大量替代完整蛋白質(zhì)，可能會(huì)減少日糧氨基酸以小肽形式的可用性。但日糧粗蛋白質(zhì)水平最低達(dá)到多少，仍能滿足動(dòng)物對完整蛋白質(zhì)或小肽的需要，保證最佳生長性能，尚有待于進(jìn)一步研究。總之，小肽營養(yǎng)理論的提出為研究低氮排放環(huán)保日糧提供了更加科學(xué)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

3 NE體系下低氮排放環(huán)保日糧在生長育肥豬上的應(yīng)用

3.1 對生長育肥豬生產(chǎn)性能的影響

大量研究表明，在生長育肥豬日糧中添加適宜水平的必需氨基酸可以緩解因日糧粗蛋白質(zhì)水平降低而引起的生長性能下降的問題。當(dāng)生長育肥豬日糧粗蛋白質(zhì)水平降低2%～3%并添加必需氨基酸，不會(huì)改變豬的生長性能[15-18]。筆者及所在單位自2011年以來，一直從事低氮排放環(huán)保日糧對生長育肥豬生長性能的課題研究，通過大量對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用NE體系將日糧的粗蛋白質(zhì)水平在NRC（1998）推薦標(biāo)準(zhǔn)上降低2%，并添加適宜水平的賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸，無論是生長豬還是育肥豬，其生長性能都沒有顯著變化，而且在豬的毛色體質(zhì)和生長趨勢方面更優(yōu)于高蛋白日糧對照組（見表3），這與以上研究表明的結(jié)果是一致的。

表2 生長育肥豬可消化理想氨基酸模式

表3 低氮排放環(huán)保日糧對生長育肥豬生長性能的影響

當(dāng)日糧粗蛋白質(zhì)水平降低4%或4%以上時(shí)，添加必需氨基酸對生長育肥豬生長性能的研究結(jié)果尚存在爭議。Yi等[1]、Shriver等[19]和周平[20]研究表明，日糧粗蛋白質(zhì)水平降低4%時(shí)，不影響生長育肥豬的生產(chǎn)性能；而Deng等[21]、Powell[22]和 Zhang 等[23]報(bào) 道，生長育肥豬日糧粗蛋白質(zhì)水平降低4%或4%以上時(shí)對其生長性能會(huì)有負(fù)面影響，這可能與粗蛋白質(zhì)水平降低的程度、合成氨基酸添加的種類和數(shù)量有－定的關(guān)系。另外，粗蛋白質(zhì)水平下降的幅度過大，無論補(bǔ)充多少單體氨基酸也會(huì)對動(dòng)物的生長造成抑制，因?yàn)楦鶕?jù)小肽營養(yǎng)理論，氨基酸的很多生物學(xué)功能是通過小肽來完成的，單體氨基酸并不能完全取代小肽的功能。

3.2 對育肥豬胴體品質(zhì)的影響

如何改善育肥豬的背膘厚度和胴體瘦肉率一直是我國養(yǎng)豬業(yè)亟需解決的一個(gè)重要問題，因?yàn)樗苯雨P(guān)乎到養(yǎng)殖者的經(jīng)濟(jì)效益。景紹紅[24]研究認(rèn)為，日糧營養(yǎng)水平特別是能量對豬的胴體組成性狀有很大的影響，蛋白質(zhì)或氨基酸與能量之比直接決定了豬體蛋白質(zhì)和脂肪沉積的比例。近年來很多研究表明，日糧中降低粗蛋白質(zhì)水平并添加合成氨基酸，可以減少氮素消化吸收過程中的能量損失，抑制多余氨基酸的脫氨基作用以及尿素的合成和排泄，同時(shí)也能降低體蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)代謝和熱增耗，使能量在體內(nèi)的利用效率最大化[25-26]。從表4可以看出，與DE或ME體系比較，采用NE體系配制低氮排放環(huán)保日糧，能有效改善育肥豬胴體品質(zhì)。這主要是因?yàn)槔肈E或ME體系使得低氮排放環(huán)保日糧的NE值增加，當(dāng)豬采食日糧時(shí)，機(jī)體消耗在氨基酸脫氨基以及蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)方面的能量減少，產(chǎn)生的熱量也就減少，多余的能量會(huì)以脂肪的形式沉積在動(dòng)物體內(nèi)，從而增加豬背膘厚度，胴體變肥。

表4 低氮排放環(huán)保日糧對生長育肥豬胴體品質(zhì)的影響

3.3 對環(huán)境的影響

隨著我國生豬養(yǎng)殖規(guī)模的不斷發(fā)展，生豬存欄量逐年增長，而豬的糞尿所產(chǎn)生的污染也逐漸超出了自然環(huán)境的承載能力，尤以糞尿中含有的大量未被消化利用的氮素對環(huán)境的污染最為嚴(yán)重。低氮排放環(huán)保日糧的一個(gè)最重要作用就是降低氮素排放和改善養(yǎng)殖環(huán)境。已有大量研究表明，在理想蛋白質(zhì)模型下，降低生長育肥豬日糧中粗蛋白質(zhì)水平并添加合成氨基酸，可以提高飼料氮利用率、減少糞尿中氮的排泄和氨氣的排放，從而緩解養(yǎng)豬業(yè)對周圍環(huán)境的污染。表5所示為日糧粗蛋白質(zhì)水平對豬氮利用率和排泄量的影響。

表5 日糧粗蛋白質(zhì)水平對豬氮利用率和排泄量的影響

4 小結(jié)和展望

在當(dāng)前蛋白質(zhì)飼料資源緊張、養(yǎng)殖環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，利用凈能體系配制低氮排放環(huán)保日糧已經(jīng)顯現(xiàn)出了極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)生態(tài)效益，不僅不會(huì)影響豬的生長性能和胴體品質(zhì)，還會(huì)顯著降低氮排放和養(yǎng)殖成本，這對緩解我國蛋白質(zhì)飼料資源匱乏、提供經(jīng)濟(jì)和高效的豬飼料產(chǎn)品以及減少養(yǎng)殖環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)我國養(yǎng)豬業(yè)和飼料加工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

總之，利用凈能體系配制低氮排放環(huán)保日糧并非簡單地降低日糧粗蛋白質(zhì)水平，其技術(shù)要求相當(dāng)復(fù)雜。未來，隨著凈能體系研究的不斷深入，理想蛋白質(zhì)理論、可消化理想氨基酸模式和小肽營養(yǎng)理論的不斷發(fā)展，人工合成氨基酸技術(shù)的日趨成熟，低氮排放環(huán)保日糧技術(shù)將會(huì)成為飼料行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。