豬飼料中能量利用和能量評(píng)價(jià)體系的研究進(jìn)展

丁文敏，樊 靖

（南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南南陽 473003）

準(zhǔn)確供應(yīng)能量對(duì)優(yōu)化生豬生產(chǎn)至關(guān)重要。因此，要準(zhǔn)確了解豬的能量需求，以及飼料成分和日糧中的營養(yǎng)價(jià)值。豬營養(yǎng)研究的主要目標(biāo)之一是使豬的能量和營養(yǎng)需求與日糧能量和營養(yǎng)含量以一種經(jīng)濟(jì)有效的方式相匹配。但飼料成本的增加和人們對(duì)環(huán)境污染的重視使?fàn)I養(yǎng)學(xué)家面臨挑戰(zhàn)，需要選擇評(píng)價(jià)系統(tǒng)來評(píng)估飼料中的能量和營養(yǎng)素，以最大限度地利用豬飼料中的能量。

能量不是一種營養(yǎng)物質(zhì)，但對(duì)豬的生長發(fā)育是必需的。因此，除了營養(yǎng)供應(yīng)外，充足的能量供應(yīng)是最佳養(yǎng)豬生產(chǎn)的先決條件。為豬提供能量的原料成本占飼料總成本的比例最大，因此，準(zhǔn)確評(píng)估豬的能量需求可以降低豬的生產(chǎn)成本。飼料成分中能量集中的另一個(gè)重要方面是日糧中的能量水平影響豬的自由采食量。因此，飼料能量值被用于預(yù)測自由采食量，隨后用于確定日糧中必需營養(yǎng)素的需求（張德福等，2016）。因此，需要制定能量與必需營養(yǎng)素（如氨基酸）比例適當(dāng)?shù)娜占Z，以確保養(yǎng)豬生產(chǎn)的最大利潤。本文綜述了豬飼料能量利用和能量評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究結(jié)果。

1 能量利用

能量是由有機(jī)化合物（如碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪）氧化產(chǎn)生的。營養(yǎng)物質(zhì)為動(dòng)物機(jī)體提供基礎(chǔ)，而能量則用于維持和生產(chǎn)。因此，在動(dòng)物營養(yǎng)中，能量代表了與飼料的整體質(zhì)量（Moehn等，2005）。飼料中的勢能可以儲(chǔ)存在體內(nèi)的化學(xué)成分中，也可作為ATP的生物功能。但營養(yǎng)氧化所產(chǎn)生的能量部分以ATP的形式被捕獲，在新陳代謝過程中一些能量不可避免地以熱量的形式丟失。此外，ATP所攜帶的生理能量在體內(nèi)并沒有被完全利用，當(dāng)ATP用于各種生物功能時(shí)也會(huì)以熱能的形式耗散。當(dāng)豬采食飼料時(shí)，飼料中的能量要么被吸收，要么以糞便、尿液或熱量的形式排出體外。豬吸收的飼料能量被用來維持或蛋白質(zhì)、脂肪的合成（Van Milgen和Noblet，2003）。

1.1 豬維持能量需求維持的能量利用與基本的生理功能有關(guān)，如血液流動(dòng)、呼吸、肌肉收縮、離子平衡、免疫反應(yīng)、組織更新、體內(nèi)穩(wěn)態(tài)控制及身體活動(dòng)、飼料采食和消化（趙勝軍和任瑩，2017）。豬的能量維持需求通常以代謝能維持需求或凈能維持需求表示?？偟膩碚f，代謝能和凈能維持需要與代謝體重（Body weight，BW）呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，以BW0.75表示，采用該表達(dá)的原因是動(dòng)物空腹產(chǎn)熱與代謝體重的比例關(guān)系。從理論上講，如果選擇了合適的指數(shù)，則BW指數(shù)與維持所需能量之間的比例保持不變。但0.75的指數(shù)一直受到質(zhì)疑，因?yàn)樵谝粋€(gè)物種或快速生長的動(dòng)物身上應(yīng)用快速產(chǎn)熱是不準(zhǔn)確的，以0.75為指數(shù)時(shí)，生長豬的代謝能維持需要隨體重增加而降低，這一結(jié)果可能是由于生長期間身體組成和內(nèi)臟器官相對(duì)大小與全身大小的變化造成的（Chwalibog，1991）。因此，有人提出，0.60的指數(shù)比0.75更準(zhǔn)確地預(yù)測養(yǎng)豬所需的能量，目前在生長豬代謝BW的表達(dá)中采用0.60的指數(shù)，0.75的指數(shù)仍然用來表達(dá)母豬維持能量的需求（NRC，2012）。

如果已知代謝能在蛋白質(zhì)或脂質(zhì)合成方面的效率，也可以從總能量攝入和用于蛋白質(zhì)和脂質(zhì)沉積能量之間的差異來估計(jì)代謝能維持需要。NRC（1998）報(bào)道，豬的代謝能維持需要估計(jì)值為92～160 kcal/BW0.75，代謝能維持需要的平均估計(jì)值為106 kcal/BW0.75，而當(dāng)用0.60作為代謝BW指數(shù)時(shí)，代謝能維持需要的估計(jì)值為186～250 kcal/kg0.6（De Lange等，2006）。在NRC（2012）中，生長肥育豬的代謝能估計(jì)值為197 kcal/ BW0.60，但妊娠期和哺乳期母豬代謝能維持需要估計(jì)值分別為100和110 kcal/BW0.75。估算凈能維持需要比估算代謝能維持需要更難，但凈能維持需要可以計(jì)算為運(yùn)動(dòng)中快速產(chǎn)熱和能量的總和，其中生長豬的快速產(chǎn)熱估計(jì)為71～81 kcal/BW0.75，但如果使用0.60作為指數(shù)，快速產(chǎn)熱的估計(jì)值為117～179 kcal/BW0.6（De Lange等，2006）。179 kcal/BW0.6被廣泛用于計(jì)算生長肥育豬飼料和原料的凈能值（Kil等，2011）。

1.2 影響維持能量需要的因素不同年齡、性別、基因型、生理狀態(tài)、環(huán)境和飼養(yǎng)策略的差異都會(huì)導(dǎo)致豬維持需求的差異。如體溫調(diào)節(jié)、免疫系統(tǒng)激活、疾病和應(yīng)激等特定條件也在很大程度上影響維持需求。環(huán)境溫度是決定維持能量需求的主要因素。據(jù)報(bào)道，33℃時(shí)生長豬的快速產(chǎn)熱比23℃時(shí)低16%。同樣，當(dāng)豬被保持在較低的臨界溫度以下時(shí)，由于維持體溫所需的熱量增加，每降低1℃，豬的維持能量需求增加4%（Van Milgen和Noblet，2000）。如果由于呼吸速率增加而使溫度超過臨界溫度，維持要求也可能改變。但喘氣的能量消耗相對(duì)較小，減少采食量會(huì)降低代謝率，但高溫對(duì)維持所需能量的影響似乎不大。

胃腸道、肝臟、腎臟和心臟的大小及身體蛋白與血脂的相對(duì)比例也會(huì)影響維持所需的能量。新陳代謝活躍的器官產(chǎn)生的總熱量占基礎(chǔ)熱量產(chǎn)生的25%～30%，人體器官和胃腸道對(duì)快速產(chǎn)熱的貢獻(xiàn)是骨骼肌的3～4倍，而體內(nèi)脂質(zhì)可能降低快速產(chǎn)熱或?qū)ζ溆绊懖淮?。短期禁食可能更好地代表生長動(dòng)物的快速產(chǎn)熱，因?yàn)閯?dòng)物可能通過響應(yīng)喂養(yǎng)水平來適應(yīng)快速產(chǎn)熱（Van Milgen和Noblet，2000）。

2 飼料原料及飼料能值

2.1 總能飼料成分中的總能量稱為總能，它表示一種成分中能量或燃燒熱的最大數(shù)量，這種能量是利用氧彈量熱法從有機(jī)物完全燃燒獲得的。一種成分中總能值取決于有機(jī)成分的氧化程度，由成分中C、H、O的比值決定（McDonald等，2002）。日糧營養(yǎng)素的平均總能值為：葡萄糖3.7 kcal/g，淀粉4.2 kcal/g，蛋白質(zhì)5.6 kg/g，脂肪9.4 kg/g，而乙酸、丙酸和丁酸及甲烷總能值分別為3.5、5.0、5.9和13.1 kg/g（McDonald等，2002）。因此，如果已知飼料成分的化學(xué)成分，可以估算飼料成分中的總能。

2.2 消化能消化能是根據(jù)日糧中總能與糞便中總能的差異計(jì)算的。豬日糧消化能占日糧中總能的70%～90%。在典型的玉米-豆粕日糧中，總能82%以消化能的形式被吸收供給生長肥育豬（Kil，2008）。總能平均利用率的變化由日糧中纖維、脂肪和礦物質(zhì)含量、來源、采食量和飼料加工技術(shù)決定，在這些因素中，日糧纖維可能是影響消化能值的主要原因（Kil，2008）。此外，年齡或體重等動(dòng)物因素也可能影響日糧消化能，因?yàn)橛g和老齡豬對(duì)纖維的利用效率存在差異。

2.3 代謝能日糧代謝能是通過消化能減去尿液中排泄的能量和氣體能量計(jì)算的。但在計(jì)算代謝能時(shí)，通常忽略氣體的能量損失，因?yàn)樨i產(chǎn)生的氣體相對(duì)較少，而且很難測量這些損失。因此，消化能與代謝能的差異通常被計(jì)算為消化能與尿能排泄的差異。尿液中的能量損失與尿液氮濃度有關(guān)。平均而言，50%被吸收的氮被用于體內(nèi)蛋白質(zhì)合成，其余50%被吸收的氮通過尿液排出。但代謝能值只考慮了尿液排泄的能量損失，而沒有考慮尿液排泄的能量成本（如合成尿素的能量成本）（Noblet和Van Milgen，2004）。

2.4 凈能凈能值的計(jì)算方法是代謝能減去熱增耗，即營養(yǎng)代謝過程中的能量損失。但熱增耗很難與總熱的產(chǎn)生相分離，因此，凈能通常被計(jì)算為維持凈能和能量沉積的總和。如果已知凈能（凈能/代謝能）的代謝能利用效率或凈能（凈能/消化能）的消化率利用效率，可以通過消化能或代謝能直接計(jì)算凈能。凈能與代謝能的比值代表代謝能在維持和生產(chǎn)方面的能量效率，依賴于特定的生化途徑。凈能的理論值：用于ATP生成和脂肪沉積的可消化營養(yǎng)素的能量效率?？上癄I養(yǎng)素如蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪的凈能/代謝能含量分別為58%、82%和90%，飼料凈能/消化能和凈能/代謝能的平均值分別為71%和74%。由于凈能值是根據(jù)可消化營養(yǎng)素的能量效率獲得的，日糧和飼料成分的凈能值比消化能或代謝能值更能代表可用能量（Noblet，2007）。

3 能量評(píng)價(jià)體系

能量系統(tǒng)被定義為一種使用預(yù)測方程預(yù)測原料或飼料能量分配值，這些預(yù)測的能量值應(yīng)是混合日糧成分，并用于計(jì)算混合日糧中的能量濃度。一個(gè)適當(dāng)?shù)哪芰肯到y(tǒng)還能準(zhǔn)確估計(jì)維持和生產(chǎn)所需的能量值，正確地對(duì)各種飼料成分的能量值進(jìn)行排序（Rijnen等，2004）。

3.1 消化能和代謝能體系消化能和代謝能系統(tǒng)是最廣泛用于評(píng)估豬飼料成分和飼料的系統(tǒng)，因?yàn)橄芎痛x能值容易測量，而且這些值被假定為具有加性效應(yīng)，消化能和代謝能系統(tǒng)是兼容的，因?yàn)橄苤悼梢院苋菀椎剞D(zhuǎn)換為代謝能值，平均效率（代謝能/消化能）為0.96（NRC，2012）。但代謝能與消化能的比值隨體重、蛋白質(zhì)水平和質(zhì)量及日糧中可發(fā)酵纖維的數(shù)量和特性而變化（Le Goff和Noblet，2001）。消化能和代謝能的值只有在相同生長階段的豬和飼喂相同數(shù)量飼料的情況下才具有加性效應(yīng)（Rijnen等，2004）。有人認(rèn)為，消化能和代謝能系統(tǒng)可能低估了高脂肪和淀粉成分的能量值，高估了高蛋白和纖維成分的能量值（Noblet等，2007），因?yàn)閿z入這些營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致不同數(shù)量的熱增耗。因此，消化能和代謝能系統(tǒng)在準(zhǔn)確預(yù)測豬生長的能量成本方面可能存在局限性。

3.2 凈能體系凈能系統(tǒng)已經(jīng)在幾個(gè)歐洲國家被用來克服消化能和代謝能系統(tǒng)的局限性，其優(yōu)于消化能和代謝能的假設(shè)優(yōu)勢，包括能更好地預(yù)測動(dòng)物生長性能和身體組成。如果日糧中含有幾種不同的飼料成分，這種預(yù)測優(yōu)勢比主要含有玉米和豆粕的日糧更明顯（Noblet，2007），同時(shí)氮的利用也可能得到改善，適當(dāng)調(diào)整氨基酸與能量的比例可減少氮排泄。如果凈能系統(tǒng)能更正確地根據(jù)能量值對(duì)飼料成分進(jìn)行排序，它還可以降低日糧成本。

4 結(jié)論

飼料中的能量被豬消化、吸收和代謝，隨后用于維持或生產(chǎn)。對(duì)飼料成分中能量值的準(zhǔn)確估計(jì)對(duì)保證豬的最佳生長，使飼料成本最小化具有重要意義。如果日糧中含有高蛋白或高纖維成分，凈能系統(tǒng)似乎優(yōu)于消化能或代謝能系統(tǒng)，因?yàn)閮裟芟到y(tǒng)糾正了消化和營養(yǎng)代謝過程中熱增耗造成的能量損失。但由于動(dòng)物、環(huán)境和飼料成分之間的顯著作用，沒有一個(gè)能量系統(tǒng)能準(zhǔn)確預(yù)測日糧的真實(shí)能量值。因此，在未來可能開發(fā)出改進(jìn)的能量評(píng)估系統(tǒng)，該類系統(tǒng)可能基于飼料成分中營養(yǎng)素的復(fù)雜分析程序和動(dòng)物、環(huán)境、飼料成分特性影響的能量轉(zhuǎn)換建模。