生長育肥豬木薯氨基酸消化率測定及預(yù)測模型建立

楊 剛 李 瑞 馮淦熠 向 強(qiáng) 田明洲 蔣線吉 劉小杰 黃瑞林 印遇龍

(1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，動物營養(yǎng)生理與代謝過程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410125；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128)

我國生豬養(yǎng)殖連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位，占全球生豬養(yǎng)殖總量的56.6%[1]，生豬養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展進(jìn)一步加大了飼料的需求量。然而，近幾年玉米、豆粕等常規(guī)飼料原料價格持續(xù)走高，導(dǎo)致飼料成本一直高位運(yùn)行，迫使人們開始關(guān)注玉米、豆粕的替代品，國家也相應(yīng)出臺了玉米、豆粕減量化實(shí)施建議與方案。木薯又稱樹薯、木番薯，與馬鈴薯、甘薯并列為世界三大薯類作物，是世界第六大糧食作物，是熱帶、亞熱帶地區(qū)重要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物[2-3]。木薯在國內(nèi)的產(chǎn)地主要集中在廣西、海南、廣東的沿海地區(qū)。自2015年以來，我國木薯種植面積及產(chǎn)量持續(xù)增長，2020年中國木薯種植面積同比增長0.8%，達(dá)302 136 hm2，產(chǎn)量同比增長1.1%，約504.1萬t，進(jìn)口數(shù)量同比增長20.7%，達(dá)330.5萬t。近年來，許多國家將木薯作為動物飼料取得了良好的效果[4-6]。木薯淀粉含量高，價格低廉且能值較高，具有替代玉米的潛力，前期我們已完成了生長育肥豬木薯有效能的測定工作[7]，但有關(guān)木薯回腸氨基酸消化率的測定研究還鮮有報道。本試驗(yàn)選取不同來源的10種木薯，以瘺管豬為試驗(yàn)對象，通過消化試驗(yàn)測定木薯氨基酸的表觀回腸消化率(AID)和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率(SID)，并基于其有效化學(xué)成分建立木薯生長育肥豬氨基酸SID的預(yù)測模型，補(bǔ)充和完善生長豬木薯營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采集不同來源的10種木薯干(包含木薯皮)，粉碎加工后用于配制試驗(yàn)飼糧。木薯來源信息見表1。

表1 木薯來源

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以木薯作為唯一蛋白質(zhì)來源，加入玉米淀粉、預(yù)混料和豆油配制10種木薯試驗(yàn)飼糧，并配制1種無氮飼糧[8]，以0.3%二氧化鈦(TiO2)作為指示劑。木薯試驗(yàn)飼糧和無氮飼糧組成見表2，木薯試驗(yàn)飼糧的常規(guī)營養(yǎng)成分和氨基酸含量分別見表3和表4。

表2 木薯試驗(yàn)飼糧和無氮飼糧組成(風(fēng)干基礎(chǔ))

表3 木薯試驗(yàn)飼糧的常規(guī)營養(yǎng)成分含量(風(fēng)干基礎(chǔ))

表4 木薯試驗(yàn)飼糧氨基酸含量(風(fēng)干基礎(chǔ))

1.3 試驗(yàn)動物與樣品采集

選取健康、體重為(36.0±1.4)kg的“杜×長×大”瘺管豬22頭，采用2個11×3的不完全拉丁方設(shè)計(jì)，分別飼喂1種無氮飼糧和10種木薯試驗(yàn)飼糧。試驗(yàn)分為3個周期，每個周期7 d(預(yù)試期5 d +食糜收集期2 d)，試驗(yàn)結(jié)束時每個飼糧處理共計(jì)6個重復(fù)。試驗(yàn)豬飼養(yǎng)在單個代謝籠內(nèi)，每頭豬按平均體重的4%進(jìn)行定量飼喂，試驗(yàn)開始后每周稱重1次，飼喂量根據(jù)體重調(diào)整，每天08:00和15:00各等量飼喂1次。在2 d的食糜收集期采樣，采樣時間為當(dāng)日08:00—17：00，用編好號的8號自封袋收集回腸食糜，待食糜收集量達(dá)到1/3時更換自封袋，取下的自封袋先放入冰塊中保存，待1 d的食糜收集結(jié)束后一起轉(zhuǎn)移至-20 ℃冷庫凍存。采樣結(jié)束后將食糜放入凍干機(jī)中凍干72 h，粉碎、過40目篩制備待測樣。

1.4 指標(biāo)檢測及方法

1.4.1 試驗(yàn)飼糧中常規(guī)營養(yǎng)成分含量測定

分別按照GB/T 6435—2006、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6434—2006、GB/T 6438—2007、GB/T 6436—2018、GB/T 6437—2018、GB/T 20806—2006、NY/T 1459—2007中方法測定樣品中的干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)、粗纖維(CF)、粗灰分(Ash)、鈣(Ca)、總磷(TP)、NDF、酸性洗滌纖維(ADF)含量，利用Megazyme淀粉總量檢測試劑盒(威克洛公司，愛爾蘭)測定樣品中的總淀粉(TS)含量，利用5E-AC8018等溫式全自動量熱儀(長沙凱德測控儀器有限公司)測定樣品中的總能(GE)。

木薯原料、飼糧及食糜中氨基酸含量測定：稱取0.5 g樣品于安瓿瓶中，加入10 mL 6 mol/L HCl，110 ℃烘22 h，取出轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中定容，過濾后取1 mL溶液于1.5 mL離心管中水浴蒸干，加入0.01 mol/L HCl，混合，取溶液待用，上高效液相色譜(1100 HPLC，安捷倫，美國)測定，包含賴氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、蘇氨酸(Thr)、精氨酸(Arg)、亮氨酸(Leu)、異亮氨酸(Ile)、纈氨酸(Val)、苯丙氨酸(Phe)、組氨酸(His)、酪氨酸、(Tyr)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、絲氨酸(Ser)、脯氨酸(Pro)、天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、半胱氨酸(Cys)的含量。按照GB/T 18246中的分光光度法采用1510-00485分光光度計(jì)(賽默飛世爾科技有限公司)測定樣品中色氨酸(Trp)的含量。

飼糧及食糜中TiO2測定：按照GB 5009.246改進(jìn)方法測定樣品中TiO2的含量。具體操作為：稱取樣品約0.2 g于50 mL錐形瓶中，加入10 mL混合酸(硝酸∶高氯酸=9∶1)，蓋上彎頸小漏斗，置于電熱板上50 ℃消化30 min，升溫至100 ℃保持1 h左右，至無大量紅棕色濃煙冒出，再升溫至180 ℃并保持20～30 min，最后升溫至280 ℃消解，直至溶液澄清，溶液剩余體積小于1 mL，瓶內(nèi)冒高氯酸白煙后，取下錐形瓶冷卻。加入2 g硫酸銨和5 mL硫酸，再將三角錐形瓶置于電熱板上，升溫至300 ℃并保持30 min，再升溫至350 ℃并保持10 min，最后升溫至370 ℃保持20 min，取下冷卻，用水轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，定容混勻，上電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀ICP-OES(安捷倫，美國)測定TiO2含量。

1.4.2 生長育肥豬木薯回腸氨基酸消化率的測定

采用指示劑法測定木薯的回腸氨基酸消化率[9-10]。計(jì)算公式如下：

某氨基酸AID(%)=[1-(AAi×Td)/

(AAd×Ti)]×100。

式中：AAi為回腸食糜中該氨基酸含量；Ti為回腸食糜中TiO2含量；AAd為試驗(yàn)飼糧中該氨基酸含量；Td為試驗(yàn)飼糧中TiO2含量。

回腸基礎(chǔ)內(nèi)源氨基酸損失(IAAend,%)=

AAi×(Td/Ti)。

式中：AAi為無氮飼糧組回腸食糜中對應(yīng)氨基酸含量；Td為無氮飼糧中TiO2含量；Ti為回腸食糜中TiO2含量。

某氨基酸SID(%)=該氨基酸AID+(IAAend/

AAd)×100。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016對測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件的Correlate過程對10種木薯原料的GE、CP、DM、Ash、EE、Ca、TP、CF、NDF、ADF、TS含量與10種必需氨基酸的SID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 木薯的氨基酸含量

由表5可以看出，10個來源木薯的氨基酸含量均較低，從各必需氨基酸的含量平均值看，Arg為0.18%(0.10%～0.39%)，His為0.07%(0.04%～0.14%)，Ile為0.07%(0.05%～0.14%)，Leu為0.12%(0.08%～0.23%)，Lys為0.13%(0.09%～0.24%)，Met為0.02%(0.01%～0.03%)，Phe為0.07%(0.05%～0.14%)，Thr為0.07%(0.05%～0.11%)，Trp為0.05%(0.04%～0.07%)，Val為0.09%(0.06%～0.15%)。并且，10個來源木薯之間各氨基酸含量差異較大，除Ala、Trp含量的變異系數(shù)為19.73%、16.03%外，其他氨基酸含量的變異系數(shù)皆在20%以上，特別是Arg(45.10%)和His(48.93%)。

表5 木薯的氨基酸含量(風(fēng)干基礎(chǔ))

2.2 生長育肥豬對木薯氨基酸的AID

如表6所示，生長育肥豬對木薯AIDCP平均值為47.35%(26.56%～75.55%)，不同木薯間AIDCP差異較大，變異系數(shù)為36.41%；生長育肥豬對木薯氨基酸的AID較高，大部分在60%～80%，但多數(shù)木薯的AIDGly、AIDPro、AIDTyr為負(fù)數(shù)，且不同木薯間差異較大，它們變異系數(shù)分別達(dá)到-516.06%、-58.78%、-544.74%，其他氨基酸AID的變異系數(shù)大部分在30%以下。

表6 生長育肥豬對木薯氨基酸的表觀回腸消化率

2.3 生長育肥豬對木薯氨基酸的SID

如表7所示，生長育肥豬對木薯SIDCP平均值為83.21%(71.29%～91.46%)，不同木薯間SIDCP差異較小，變異系數(shù)為8.40%；生長育肥豬對木薯氨基酸的SID較高，大部分在80%以上，但SIDGly、SIDPro、SIDTyr較低，有些甚至為負(fù)數(shù)，且不同木薯間差異較大，它們的變異系數(shù)分別為26.35%、-224.95%、71.78%，其他氨基酸SID的變異系數(shù)均在13%以下，而且大部分在10%以下。

表7 生長育肥豬對木薯氨基酸的標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率

2.4 木薯必需氨基酸SID與常規(guī)營養(yǎng)成分含量的相關(guān)性分析

如表8所示，木薯的必需氨基酸SID與常規(guī)營養(yǎng)成分含量(本試驗(yàn)前期已測定木薯的常規(guī)營養(yǎng)成分含量，具體數(shù)值參見文獻(xiàn)[7])之間存在一定的相關(guān)性，SIDArg與DM含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，SIDPhe與CP含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，SIDVal與CP含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與NDF含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

表8 木薯必需氨基酸標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率與常規(guī)營養(yǎng)成分含量的相關(guān)系數(shù)

2.5 木薯必需氨基酸SID的預(yù)測方程

如表9所示，風(fēng)干基礎(chǔ)下，木薯SIDArg關(guān)于DM含量的預(yù)測方程為SIDArg=-8.206DM+796.094(R2=0.52)，SIDArg關(guān)于DM與TP含量的預(yù)測方程為SIDArg=-10.511DM+343.052TP+970.167(R2=0.71)，SIDLeu關(guān)于CP與Ash含量的預(yù)測方程為SIDLeu=3.252CP+9.590Ash+62.586(R2=0.60)，SIDLeu關(guān)于DM、CP、Ash含量的預(yù)測方程為SIDLeu=-2.421DM+4.086CP+16.115Ash+256.221(R2=0.78)，SIDPhe關(guān)于CP含量的預(yù)測方程為SIDPhe=7.215CP+73.474(R2=0.64)，SIDTrp關(guān)于DM、Ash含量的預(yù)測方程為SIDTrp=-4.344DM+14.537Ash+436.205(R2=0.61)，SIDTrp關(guān)于DM、Ash、CP含量的預(yù)測方程為SIDTrp=-5.403DM+16.988Ash+3.465CP+514.476(R2=0.91)，SIDTrp關(guān)于DM、Ash、CP、TP含量的預(yù)測方程為SIDTrp=-5.137DM+17.574Ash+4.453CP-82.507TP+493.953(R2=0.95)，SIDVal關(guān)于NDF含量的預(yù)測方程為SIDVal=-3.092NDF+118.869(R2=0.54)。

表9 基于木薯常規(guī)營養(yǎng)成分含量的必需氨基酸標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率預(yù)測方程

3 討 論

3.1 木薯的氨基酸含量

本研究得到的10種木薯的大部分氨基酸含量與《中國豬營養(yǎng)需要》[11]中的數(shù)據(jù)相近，有些氨基酸含量甚至高于《中國豬營養(yǎng)需要》[11]，其中最重要的4種氨基酸——Lys、Met、Thr、Trp，測定的Met含量與《中國豬營養(yǎng)需要》[11]中的數(shù)據(jù)一致，Trp含量略低于《中國豬營養(yǎng)需要》中的數(shù)據(jù)[11]，另外2種氨基酸含量均高于《中國豬營養(yǎng)需要》[11]中的數(shù)據(jù)。本試驗(yàn)中所測木薯Trp含量平均值為0.05%，《中國豬營養(yǎng)需要》[11]中為0.06%，美國NRC(2012)[12]中為0.04%，法國INRA(2004)[13]中為0.02%，其原因可能是這些標(biāo)準(zhǔn)中選用的樣本量不夠充分，而不同樣本間Trp含量差異較大，且這些標(biāo)準(zhǔn)中對木薯的樣本選取不盡相同，《中國豬營養(yǎng)需要》[11]、美國NRC(2012)[12]為木薯粉，法國INRA(2004)[13]中為木薯，本試驗(yàn)中為包含木薯皮的木薯干，木薯皮營養(yǎng)價值較差，且抗?fàn)I養(yǎng)因子含量高[14-15]。10個來源的木薯中，以產(chǎn)自廣西玉林和廣西來賓的木薯的大部分氨基酸含量較高。

3.2 生長育肥豬對木薯的回腸氨基酸消化率

木薯的氨基酸含量較低，其氨基酸消化率較其他原料難以測定，《中國豬營養(yǎng)需要》[11]收錄的木薯氨基酸消化率不夠全面，其中包含10種氨基酸的AID、11種氨基酸的SID，而美國NRC(2012)[12]中未包含木薯氨基酸的AID，氨基酸的SID也不夠全面，法國INRA(2004)[13]中只有木薯氨基酸含量，氨基酸的AID及SID均未有收錄，因此本研究得到的木薯氨基酸AID、SID對木薯的研究具有重要意義。然而，本研究得到的數(shù)據(jù)中木薯Gly、Pro、Tyr的AID及SID存在異常，原因可能是木薯試驗(yàn)飼糧的CP含量過低，豬處于非正常生理狀態(tài)下，腸道黏膜脫落增多，內(nèi)源氨基酸損失上升，氨基酸代謝紊亂，如Gly、Pro損失增加，谷氨酰胺代謝成Gly、Pro等，使得部分氨基酸的測定結(jié)果受到影響[16-20]。木薯的氨基酸回腸消化率較高，大部分氨基酸的AID在60%～80%，SID在80%～90%，但木薯的CP含量過低，即使其氨基酸的消化率較高，生長豬攝食木薯所得的氨基酸仍舊較少，美國NRC(2012)[12]中玉米的CP含量為8.24%，其氨基酸中除Trp、Met含量為0.06%、0.18%外，其他氨基酸含量均高于0.2%，部分氨基酸含量在0.7%以上，生長豬對氨基酸的AID在50%～82%，對氨基酸的SID在74%～93%，略低于木薯，但可消化氨基酸含量遠(yuǎn)高于木薯，因此以木薯替代玉米飼喂動物時，需增加飼糧中蛋白質(zhì)飼料的比例。

3.3 木薯必需氨基酸SID的關(guān)鍵預(yù)測因子

本試驗(yàn)分析得到的木薯必需氨基酸SID與常規(guī)營養(yǎng)成分含量之間的相關(guān)關(guān)系，其中SIDArg與DM含量呈顯著負(fù)相關(guān)，SIDPhe與CP含量呈極顯著正相關(guān)，SIDVal與CP含量呈顯著正相關(guān)，說明DM、CP含量都是木薯必需氨基酸SID的可能預(yù)測因子。本試驗(yàn)得到了關(guān)于木薯SIDArg、SIDLeu、SIDPhe、SIDTrp及SIDVal的預(yù)測方程，其中SIDArg的預(yù)測因子為DM、TP含量，SIDLeu的預(yù)測因子為CP、Ash、DM含量，SIDPhe的預(yù)測因子為CP含量，SIDTrp的預(yù)測因子為DM、Ash、CP、P含量，SIDVal的預(yù)測因子為NDF含量。目前關(guān)于木薯氨基酸消化率的研究較少，預(yù)測方程幾乎沒有，對于其他原料的研究較多。Li等[21]通過研究12種花生粕對生長豬的氨基酸消化率，得到其氨基酸SID在64.3%～95.6%，SIDLys的關(guān)鍵預(yù)測因子為NDF及原料中的Lys含量，SIDMet的關(guān)鍵預(yù)測因子為NDF及原料中的Lys、Met含量；Ma等[10]通過評價棉籽粕對生長豬的氨基酸消化率，得到其大部分氨基酸SID在70%～94%，AIDLys的關(guān)鍵預(yù)測因子為NDF含量，AIDThr的關(guān)鍵預(yù)測因子為ADF含量，SIDLys的關(guān)鍵預(yù)測因子為NDF、Trp、Thr和Met含量，SIDThr的關(guān)鍵預(yù)測因子為CP和Ca含量；Wang等[22]通過研究不同大麥品種對生長豬的氨基酸消化率，得到其氨基酸SID在64.7%～94.5%，SIDThr的關(guān)鍵預(yù)測因子為Ash、CP含量；Ji等[23]通過研究15種蛋白粉對生長豬的氨基酸消化率，得到其大部分氨基酸SID在80%～96%，SIDTrp的關(guān)鍵預(yù)測因子為Ash含量，SIDMet的關(guān)鍵預(yù)測因子為CP、CF含量；Lyu等[24]通過研究10種玉米對生長豬的氨基酸消化率，得到其大部分氨基酸SID在70%～90%，SIDMet的關(guān)鍵預(yù)測因子為CP、NDF及原料中的Met含量。此前的研究建立的關(guān)于必需氨基酸SID的預(yù)測方程主要集中在Lys、Met、Thr及Trp上，在這些預(yù)測方程中，預(yù)測因子主要為CP、CF及Ash含量，而本研究中的主要預(yù)測因子為CP及Ash含量，這說明木薯必需氨基酸SID的關(guān)鍵預(yù)測因子主要為CP及Ash含量。

4 結(jié) 論

① 10種木薯(風(fēng)干基礎(chǔ))的CP含量較低，17種氨基酸中，Arg、Asp、Glu含量分別為0.10%～0.39%、0.10%～0.30%、0.23%～0.58%，其他氨基酸含量均低于0.1%，其中以Cys含量最低，僅為0.01%～0.02%。10個來源的木薯中，以產(chǎn)自廣西玉林及廣西來賓的木薯大部分氨基酸含量較高。

② 生長育肥豬對木薯(風(fēng)干基礎(chǔ))的氨基酸消化率較高，大部分氨基酸的AID在60%～80%，SID在80%～90%。

③ 本試驗(yàn)建立了生長育肥豬對木薯SIDTrp、SIDArg、SIDLeu、SIDVal、SIDPhe的預(yù)測模型，涉及的關(guān)鍵預(yù)測因子包括CP、Ash、DM及NDF含量。