支直比對玉米體外消化率的影響

晏依琴，胡 燁，阿米乃姆·庫爾班，張 頂，徐保陽，孫鋁輝，張妮婭，馬立保

（1.華中農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院動物醫(yī)學院，湖北 武漢 430070；2.廣東金新農(nóng)飼料有限公司，廣東 惠州 516082）

玉米是最重要的飼料原料之一，畜禽普通飼糧配方中玉米占的比例最大，約占60%～70%[1]。不同來源的玉米中淀粉的含量和種類存在差異，導致不同批次玉米的豬消化能和禽代謝能存在差異。張玉萍等測定32種不同來源玉米樣品的肉雞有效能值，結(jié)果表明不同來源的玉米肉雞有效能值與玉米營養(yǎng)成分的變異有顯著的相關性，玉米淀粉含量的變異是影響玉米有效能的主要因素[2]。如果不及時根據(jù)玉米能量的差異調(diào)整飼糧配方，導致生產(chǎn)的商品飼糧消化能（或代謝能）值與理論值存在差異，從而直接影響畜禽的生長性能。張遨然通過體內(nèi)代謝試驗表明高支直比玉米原料極顯著提高斷奶仔豬小腸的淀粉消化率和消化能[3]。玉米的支直比不僅影響玉米的有效能值，同時影響著淀粉消化速率。淀粉的消化速率影響豬體內(nèi)氨基酸的利用率。賓石玉研究表明不同來源的飼料淀粉顯著影響淀粉在小腸不同部位的消化率和體外降解率，對仔豬內(nèi)臟蛋白質(zhì)合成的影響也有差異[4]。玉米的能量主要受淀粉含量與消化率影響，研究玉米品質(zhì)變異情況有助于更合理地運用玉米原料精準配制出科學經(jīng)濟的飼料配方，從而節(jié)約養(yǎng)殖成本，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。鑒于在飼料實際生產(chǎn)中玉米的品種和產(chǎn)地來源不明，本試驗在金新農(nóng)集團3個區(qū)域（華北、華東、華南）的飼料廠連續(xù)采樣6個月，獲取的樣品用于研究淀粉含量及支鏈與直鏈的比例變化，以及支直比例對淀粉消化率的影響，建立淀粉支直比例對干物質(zhì)消化率影響的回歸公式，最終建立淀粉含量以及淀粉體外消化率與玉米可利用能量之間的關系式，為畜禽實施精準飼養(yǎng)提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

75份普通黃玉米樣品主要來自于金新農(nóng)集團3個飼料廠（華北河南、華東浙江和華南廣東），每3批樣品抽1批樣品，歷時6個月（沒有考慮品種和產(chǎn)地，更符合實際飼料生產(chǎn)現(xiàn)狀），密封干燥保存。

1.2 試驗設計

試驗于2019年1月10日至6月3日在華中農(nóng)業(yè)大學動物營養(yǎng)與飼料科學系實驗室進行。通過雙波長比色法測定75份玉米樣品的支鏈淀粉、直鏈淀粉和總淀粉的含量，并分析其比例，根據(jù)所測玉米的支直比，再從75份玉米樣品中按梯度間隔選擇8個樣品，用GI20仿生消化儀分別對玉米進行24 h和36 h的干物質(zhì)體外消化率，1 h、2 h、3 h和4 h的淀粉消化速率的測定，每個處理方法重復3次。

1.3 指標測定

1.3.1 玉米支鏈淀粉和直鏈淀粉的含量及其比例測定 用雙波長比色法測定直鏈、支鏈淀粉的含量，總淀粉含量為直鏈與支鏈淀粉含量之和。

1.3.2 玉米的干物質(zhì)消化率和淀粉消化速率測定根據(jù)所測玉米的支直比，按梯度間隔選擇8個樣品（包含支直比最高值和最低值兩個樣品，其他6個樣品按照支直比值的差，每相差0.2選一個樣品），其淀粉支直比依次為 2.57、2.78、2.94、3.15、3.32、3.51、3.68、3.93，進行干物質(zhì)體外消化率測定和淀粉消化速率測定。

1.3.3 干物質(zhì)體外消化率預測模型建立及驗證 通過畫出包含散點、二次擬合曲線、預測區(qū)間及置信區(qū)間的預測曲線建立24 h干物質(zhì)消化率與支直比的模型，挑選6個已知淀粉支直比的樣品（淀粉支直比分別為 2.80、3.55、3.31、2.61、2.94、3.14）進行干物質(zhì)體外消化率測定，具體方法同8個樣品干物質(zhì)體外消化率測定，比較測定結(jié)果與預測結(jié)果的差異，以驗證所得預測模型的準確性。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 2016軟件中t檢驗對玉米干物質(zhì)體外消化率和淀粉消化速率進行差異分析，P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著；脂肪、總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量用平均值±標準差表示，并計算其變異系數(shù)；采用SPSS 17.0軟件中的Shapiro-Wilk Test程序?qū)τ衩椎矸鄣闹е北冗M行正態(tài)分析，P>0.05表示服從正態(tài)分布；采用R語言中的cor.test對各淀粉含量和淀粉支直比與玉米干物質(zhì)體外消化率和淀粉消化速率進行相關性分析，并對相關系數(shù)作顯著性檢驗；玉米淀粉支直比與干物質(zhì)體外消化率之間的關系用R語言中l(wèi)m進行分析和擬合。

2 結(jié)果

2.1 玉米支鏈淀粉和直鏈淀粉的含量及其比例

由表1可見，本次所測玉米樣品粗脂肪含量為（4.48±0.56）%；玉米樣品干物質(zhì)直鏈淀粉含量為（18.06±1.82）%，變異系數(shù)為10.09%，存在較大變異；支鏈淀粉含量為（56.56±4.21）%，變異系數(shù)為7.45%，存在較大變異；總淀粉含量為（75.00±4.35）%；所測支鏈淀粉與直鏈淀粉含量比值為（3.19±0.32），變異系數(shù)為9.87%，存在較大變異。

表1 粗脂肪和淀粉的含量（n=75）

2.2 玉米樣品代表性分析

由圖1可見，本試驗選擇的75份玉米樣品的淀粉支直比符合正態(tài)性分析P=0.907（P>0.05），用SPSS 17.0模擬的正態(tài)分布曲線和直方圖所示曲線，玉米淀粉支直比的平均值分別向左右兩側(cè)逐漸均勻下降；通過QQ Plot圖可以看出玉米淀粉支直比散點均勻分布在直線的兩側(cè)；兩圖配合Shapiro-Wilk Test表示所測樣品支直比符合正態(tài)分布。

2.3 玉米的干物質(zhì)消化率和淀粉消化速率

2.3.1 不同支鏈/直鏈淀粉玉米的干物質(zhì)體外消化率 由表2所示，8組玉米樣品的淀粉支直比從小到大依次為 2.57、2.78、2.94、3.15、3.32、3.51、3.68、3.93，23號樣品24 h干物質(zhì)消化率顯著高于8號、5號、1號、4號、9號、12號和13號樣品（P<0.05），5號和1號樣品24 h干物質(zhì)消化率顯著高于8號、4號、9號、12號和13號樣品（P<0.05）；1號樣品36 h干物質(zhì)消化率顯著高于8號、5號、23號、4號、9號、12號和13號樣品（P<0.05），23號樣品36 h干物質(zhì)消化率顯著高于8號、9號、12號和13號樣品（P<0.05），23號、4號和 5號樣品干物質(zhì)消化率無顯著性差異（P>0.05）。

表2 不同玉米的干物質(zhì)體外消化率

如圖2所示，玉米淀粉支直比與24 h干物質(zhì)體外消化率的散點圖接近拋物線，對其使用非線性回歸進行擬合。以玉米淀粉支直比為自變量，24 h干物質(zhì)體外消化率為因變量，通過 lm[y～1+x+（Ix2）]，擬合得到的二次回歸方程為：=-1.53+1.51x-0.25x2（0≤y≤1），代表的是24 h的干物質(zhì)消化率，而x代表的是玉米淀粉支直比例。散點較為均勻的分布在預測曲線的附近，基本擬合這條曲線，而且消化率的極值并未達到1，約在0.8至0.85左右，符合實際中的情況，曲線擬合較為確切。24 h干物質(zhì)消化率與支直比的模型可以定為：=-1.53+1.51x-0.25x2（0≤y≤1）代表的是24 h的干物質(zhì)消化率，而x代表的是支直比例。

如圖3所示，玉米淀粉支直比與36 h干物質(zhì)體外消化率的散點圖也較為接近拋物線，與24 h所呈現(xiàn)出來的結(jié)果具有相同趨勢。

2.3.2 不同支鏈/直鏈淀粉玉米的淀粉消化速率 如表3所示，13號和9號樣品1 h的淀粉消化速率顯著高于8號、5號、23號、1號、4號和12號樣品（P<0.05），13號與9號樣品間無顯著性差異（P>0.05），8號、5號、1號樣品顯著高于23號和12號樣品（P<0.05），8號、5號、1號、4號樣品間無顯著差異（P>0.05），4號、23號和12號樣品間無顯著性差異（P>0.05）；8號、13號樣品2 h的淀粉消化速率顯著高于5號、23號、1號、4號、12號樣品（P<0.05），8號與13號樣品之間2 h的淀粉消化速率無顯著差異（P>0.05），5號和9號樣品2 h的淀粉消化速率顯著高于23號、1號、4號和12號樣品（P<0.05），5號和9號樣品之間無顯著性差異（P>0.05）；8號、13號和5號樣品3 h的淀粉消化速率顯著高于4號、23號樣品（P<0.05），8號、13號和5號樣品3 h的淀粉消化速率無顯著性差異（P>0.05），9號、1號、12號、4號和 23號樣品 3 h的淀粉消化速率無顯著性差異（P>0.05）；4 h后8組樣品間淀粉消化速率差異均不顯著（P>0.05）。

利用R語言對數(shù)據(jù)進行分析。玉米淀粉支直比與1 h淀粉消化速率之間相關系數(shù)為0.27（P=0.51>0.05），與4 h平均淀粉消化速率之間相關系數(shù)為-0.32（P=0.45>0.05）。直鏈淀粉含量與1 h淀粉消化速率之間相關系數(shù)為0.02（P=0.97>0.05）；與4 h平均淀粉消化速率之間相關系數(shù)為0.51（P=0.19>0.05）。支鏈淀粉與1 h淀粉消化速率之間相關系數(shù)為0.38（P=0.35>0.05）；與4 h平均淀粉消化速率之間相關系數(shù)為-0.32（P=0.45>0.05）。總淀粉含量與1 h淀粉消化速率之間相關系數(shù)為0.51（P=0.20>0.05）；與4 h平均淀粉消化速率之間相關系數(shù)為0.47（P=0.24>0.05）。

表3 不同玉米的淀粉消化速率

2.4 干物質(zhì)體外消化率預測模型驗證試驗

挑選6個已知淀粉支直比的玉米樣品進行仿生消化，測定其干物質(zhì)體外消化率，以驗證模型的質(zhì)量，得到的24 h干物質(zhì)體外消化率。如表4，預測模型計算結(jié)果與實際得到的結(jié)果的相對標準差（RSD）在0.79%～2.10%之間，預測模型較準確。

表4 預測模型驗證結(jié)果

3 討論

3.1 玉米淀粉支直比對干物質(zhì)體外消化率的影響

玉米是畜禽飼糧中主要能量原料，其主要組成成分是淀粉，玉米品質(zhì)的變異與淀粉的變異息息相關。早期研究認為玉米總淀粉含量比較穩(wěn)定且容易被利用。隨著人們對淀粉結(jié)構(gòu)和消化率的深入了解，發(fā)現(xiàn)支、直鏈淀粉比例的變異是造成淀粉品質(zhì)差異的重要原因[5-6]，淀粉構(gòu)成的變異直接影響動物的生長性能[7]。淀粉的支直比是反映淀粉消化性的重要指標[8]。支直比通過介導淀粉顆粒大小和結(jié)構(gòu)有序性影響淀粉消化性，支鏈淀粉和直鏈淀粉的含量、分子結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)都可能影響消化率。本試驗結(jié)果表示，淀粉支直比為2.94的23號樣品24 h干物質(zhì)消化率顯著高于其他7個樣品，淀粉支直比為3.15的1號樣品36 h干物質(zhì)消化率顯著高于其他7個樣品，推測淀粉支直比為2.94～3.15存在最佳支直比。劉建高等研究表明低于最佳淀粉支直比時，隨著淀粉支直比的比例增加，干物質(zhì)體外消化率也隨之增加，也就是在直鏈淀粉含量相對較少時，干物質(zhì)體外消化率較高。直鏈淀粉難消化可能的原因是由于直鏈淀粉分子比支鏈淀粉分子小，其分子側(cè)鏈比支鏈淀粉長，葡萄糖鏈之間的氫鍵也較強，導致消化酶難以作用于直鏈淀粉[9]。此外，直鏈淀粉較支鏈淀粉難消化的原因還可能是與支鏈淀粉比起來，直鏈淀粉易與油脂等化合物形成復合物，導致其更難被消化。

趙凱研究表明高于最佳淀粉支直比時，隨著淀粉支直比的比例增加，干物質(zhì)體外消化率也隨之降低，也就是支鏈淀粉含量相對較高時，干物質(zhì)體外消化率也會降低。支鏈淀粉作為淀粉的主要結(jié)構(gòu)，其本身的特性在很大程度決定淀粉的性質(zhì)，一方面支鏈淀粉影響淀粉的結(jié)晶特性，另一方面支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)和側(cè)鏈長度影響淀粉顆粒的形狀大小。支鏈淀粉為復雜的分支結(jié)構(gòu)，聚合度和分子量都較大，其含量較大時，使淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)變得復雜，不利于分解，故使消化率降低[10]。本試驗分別進行了24 h和36 h的仿生消化，結(jié)果表示，24 h干物質(zhì)體外消化率在55.47%～77.08%之間，最大消化率是支直比為2.94的23號樣品，高支直比的樣品比低支直比干物質(zhì)體外消化率降低；36 h干物質(zhì)體外消化率在71.03%～80.78%之間，最大消化率是支直比為3.15的1號樣品，低支直比的樣品比高支直比干物質(zhì)體外消化率增加。本試驗與劉建高等和趙凱的研究一致，表明玉米淀粉支直比與玉米干物質(zhì)體外消化率不僅相關，并且對于最大消化率存在最佳淀粉支直比，玉米淀粉支直比高于或低于最佳支直比均會導致玉米干物質(zhì)體外消化率降低。

玉米淀粉支直比與24 h干物質(zhì)體外消化率顯著二次曲線相關，在此基礎上通過建立玉米淀粉支直比對24 h干物質(zhì)體外消化率的預測模型如下：=-1.53+1.51x-0.25x2（0≤y≤1），代表 24 h 的干物質(zhì)體外消化率，x代表玉米淀粉支直比例。通過測定其他已知淀粉支直比的樣品進行干物質(zhì)體外消化率與預測模型所預測的干物質(zhì)體外消化率進行比較，二者得到的結(jié)果之間相對偏差小于2%，表明該預測模型具有準確性。但直鏈淀粉、支鏈淀粉含量、以及總淀粉含量與玉米干物質(zhì)36 h體外消化率相關性不顯著，可能是玉米的其他主要成分與總淀粉含量共同影響干物質(zhì)體外消化率。

3.2 玉米淀粉支直比對淀粉消化速率的影響

戴求仲等研究顯示支鏈淀粉與直鏈淀粉的不同比例對肉仔雞能量及養(yǎng)分利用率差異顯著[11]。這可能是因為不同飼糧支直鏈淀粉比改變消化道中葡萄糖的供給狀態(tài)。有研究表明，淀粉在動物體內(nèi)的消化速度決定了體內(nèi)葡萄糖的供給和利用場所[4，6]，動物消化道中葡萄糖和氨基酸供給程度較同步的飼糧淀粉具較高的能量利用效率[4，12]。淀粉消化速度適宜的飼糧有利于豬對飼料氨基酸的消化吸收及機體內(nèi)蛋白質(zhì)沉積[4，12]。玉米的能量主要受淀粉含量與體外/體內(nèi)消化率、以及淀粉消化速率的影響。本試驗研究結(jié)果表示淀粉支直比分別為3.93、3.51的13號和9號樣品1 h淀粉消化速率顯著高于其他6組。飼糧淀粉中支鏈淀粉量越多，對淀粉消化率的貢獻越大，消化速度越快[13]。譚碧娥等研究認為飼糧中支鏈淀粉含量越高，仔豬腸道淀粉消化速率則越快[14]，與本試驗結(jié)果一致。本試驗結(jié)果表示，1 h的淀粉消化速率在33～38 mg/h之間，2 h淀粉消化速率在43～48 mg/h之間，3 h淀粉消化速率在46～52 mg/h之間，4 h淀粉消化速率在48～53 mg/h之間，總的淀粉消化速率在12～155 mg/h之間，前1 h淀粉消化速率顯著高于總的淀粉消化速率，4 h淀粉消化速率無顯著影響。這表明在仿生消化中，玉米中的淀粉主要是在前1 h被酶消化分解為葡萄糖，即大部分淀粉在前期就被消化，后期消化的淀粉量較少。

總淀粉含量是玉米的主要化學品質(zhì)指標之一，也是畜禽所需能量的重要來源（40%以上），不同來源玉米理化品質(zhì)變異度較大，玉米有效能方面存在顯著差異[2]。張遨然研究表明，玉米飼用價值不穩(wěn)定的主要原因是淀粉含量及支直比的變異，在玉米干物質(zhì)含量相近的前提下，總淀粉含量多少可以反映玉米總能值的高低[3]。聶大娃研究表明60種玉米肉仔雞AME值與常規(guī)成分建立的最佳預測方程為AME=12.87-0.048DM+0.092CP+0.07EE-0.45CF-0.062NDF-0.36CA-0.000 1VW+0.105 7ST（R2＝0.533 9，P＝0.000 1）。式中AME指表觀代謝能值，DM指干物質(zhì)，CP指粗蛋白質(zhì)，EE指粗脂肪，CF指粗纖維，NDF指中性洗滌纖維，CA指鈣，VW指容重，ST指淀粉，其中淀粉含量與AME的相關性很好，可以作為第2個引入的預測因子[15]，所以淀粉的含量和淀粉消化率決定淀粉提供的能量，淀粉的消化率受淀粉組成即支鏈與直鏈淀粉的比例的影響，研究表明用體外酶解的方法測定的豬體外養(yǎng)分消化率與體內(nèi)消化率之間存在強相關[1，16]，所以通過測定玉米淀粉的含量及支鏈與直鏈淀粉的比例可以預測豬玉米的消化能值和禽的代謝能值，為畜禽精準飼養(yǎng)提供基礎能量數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

玉米淀粉支直比與玉米干物質(zhì)體外消化率不僅相關，而且對于最大消化率存在最佳淀粉支直比，玉米淀粉支直比高于或低于最佳支直比均會導致玉米干物質(zhì)體外消化率降低，支鏈淀粉與直鏈淀粉的比例可以用于預測玉米淀粉的消化率，進而預測淀粉的有效能值。