动物营养学报  2014, Vol. 26 Issue (6): 1535-1544   PDF (1100KB)    
基于单胃动物仿生消化系统的鸡仿生消化法测定饲料酶水解物能值变异程度的研究
赵峰, 米宝民, 任立芹, 王钰明, 张宏福    
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 动物营养学国家重点实验室, 北京 100193
摘要:本试验旨在探讨仿生消化法测定鸡饲料酶水解物能值(EHGE)的变异程度,为确定该方法的测试精度与变异因素提供参考。采用单因素完全随机设计,从3套同型号的单胃动物仿生消化系统(SDS-2)中随机选择仪器测定玉米、菜籽粕、棉籽粕的干物质消化率(DMD)和EHGE。每个样品分3个批次重复测定,每个批次设5个重复,每个重复1根消化管。分析仿生消化过程中各变量的变异系数及其与DMD和EHGE的相关性。结果表明:1)玉米、小麦、棉籽粕的DMD和EHGE的批内、批间与总变异系数均不超过1.00%。菜籽粕DMD的批内、批间与总变异系数均不超过1.00%,但EHGE的批内、批间与总变异系数最大值达到1.64%。仿生消化中,上样量、残渣的干物质量、残渣总能量、残渣能量浓度的批内、批间及总变异系数均分别低于0.40%、4.16%、4.17%和2.08%。2)玉米、菜籽粕的干物质上样量与DMD无显著性相关关系(P>0.05),仅棉籽粕的干物质上样量与DMD存在低度相关性(|r|<0.6,P<0.05)。4种饲料原料的上样量总能值与EHGE均无显著性相关关系(P>0.05),而残渣的干物质量与DMD,残渣总能量与EHGE高度相关(|r|>0.95,P<0.05)。除菜籽粕外,其他3个饲料的EHGE与残渣能量浓度无显著性相关关系(P>0.05)。由此可见,基于SDS-2的仿生消化法在测定鸡饲料的DMD和EHGE时具有满意的精度。残渣的干物质量的变异是影响DMD与EHGE测值变异的主要因素。
关键词     仿生消化法     干物质消化率     酶水解物能值     变异系数    
Variation of the Method for Determining the Enzyme Hydrolysate Gross Energy of Feedstuff by in Vitro Bionic Digestion Based on Simulated Digestion System for Broilers
ZHAO Feng, MI Baomin, REN Liqin, WANG Yuming, ZHANG Hongfu    
State Key Laboratory of Animal Nutrition, Institute of Animal Sciences, Chinese academy of Agriculture Science, Beijing 100193, China
Abstract: Variation of the method for determining the enzyme hydrolysate gross energy (EHGE) of feedstuff using in vitro bionic digestion was investigated to confirm the precision of assay and evaluate the factors contributed to the variation of determined values. A single factorial completely randomized design was adapted. Three computer-controlled simulated digestion system (SDS-2) were randomly selected to determine the dry matter digestibility (DMD) and EHGE in corn, wheat, rapeseed meal and cottonseed meal. Each feedstuff was repeatedly determined for the DMD and EHGE in 3 batches. Each batch contained 5 replicates with 1 digestion tube per replicate. The variation coefficients of variables for determining the DMD and EHGE were calculated and the correlation between these variables and DMD or EHGE were developed. The results showed as follows: 1) the intra-batch, inter-batch and total coefficient of variation (CV) were all less than 1.00% for DMD and EHGE in corn, wheat and cottonseed meal. The intra-batch, inter-batch and total CV were all less than 1.00% for DMD and 1.64% for EHGE in rapeseed meal, respectively. In bionic digestion, the intra-batch, inter-batch and total CV were all less than 0.40%, 4.16%, 4.17% and 2.08% for sample weight, residues weight, residues energy and residues energy content, respectively. 2) Correlation between sample weight and DMD was not significant for corn, wheat and rapeseed meal (P>0.05), also low for cottonseed meal (|r|<0.6, P<0.05). No significant correlation between sample energy and EHGE was observed for all feedstuffs (P>0.05). However, high correlation between residues weight and DMD, and between residues energy and EHGE were observed for all feedstuffs (|r|>0.95, P<0.05). Excluded rapeseed meal, no significant correlation between residues energy content and EHGE were observed for corn, wheat and cottonseed meal (P>0.05). In conclusion, the precision is acceptable for the method to determine DMD and EHGE of feedstuffs using bionic digestion based on SDS-2. The variation of residues weight is the main factor contributed to the variation of DMD and EHGE.
Key words: broiler     bionic digestion     dry matter digestibility     enzyme hydrolysate gross energy     coefficient of variation    

基于动物消化生理学与自动化控制技术开发的单胃动物仿生消化系统(SDS-2)使繁杂的体外模拟消化过程可操作性强,人为干扰少,其测定的酶水解物能值(enzymatic hydrolysate gross energy,EHGE)作为估测饲料有效能值的指标已逐渐在行业中应用,探讨该系统测定EHGE的变异程度以及潜在变异因素与EHGE的相关关系,对仿生消化法的发展与应用非常重要。自20世纪50年代以来,欧、美等地区发达国家一直在开展体外消化法估测猪禽饲料有效能值的研究[1,2,3,4,5]。其中,以Boisen等[1]为代表建立的体外消化方法已被法国、荷兰、丹麦等国所接受。然而,关于该方法的变异程度及其影响因素的报道非常有限。在仿生消化系统(仪器)测定鸭饲料原料EHGE的精度上,动物营养学国家重点实验室获得了仪器内与仪器间的变异系数分别不高于1.40%和1.64%[6]。但关于测试过程中各因素的变异程度仍鲜见相关报道。在仿生消化系统测定饲料的EHGE中,重复间、不同测定批次间,作为计算EHGE的原始素材,上样量、未消化残渣的质量、能值都有不同程度的变异,这些变异可能是影响EHGE测定值的潜在因素。为此,本研究以鸡的仿生消化为对象,通过分析玉米、小麦、菜籽粕、棉籽粕在仿生消化过程中的上样量、未消化残渣的质量、残渣能量浓度与总能值的批内、批间变异系数、总变异系数与相应EHGE的批内、批间变异系数和总变异系数,以及它们之间的相关性,为仿生消化方法测定饲料原料EHGE的变异程度与影响因素提供参考。

1 材料与方法 1.1 饲料原料与试验设计

以广东温氏食品集团股份有限公司提供的玉米、小麦、菜籽粕、棉籽粕作为研究对象,采用四分法取样后用万能粉碎机粉碎并过60目筛。充分混合均匀,贮存于样品瓶中-20 ℃保存备用。饲料原料的养分含量列于表1。

表1 饲料原料的养分含量(干物质基础) Table 1 Nutrient contents of feed ingredients (DM basis)

将3台SDS-2置于温度为25 ℃左右的室内,维持室内自然通风,经玉米标准样品测试、校正3台SDS-2的一致性[6]。在此基础上,采用单因素完全随机设计,将4个饲料样品随机分配于3台SDS-2中。分3个批次测定每个样品的干物质消化率(dry matter digestibility,DMD)和EHGE,每个批次设5个重复,每个重复1根消化管。

1.2 饲料EHGE的测定方法

鸡仿生消化过程参照赵峰等[7]鸡饲料EHGE测定技术规程的操作过程进行,其主要步骤列于表2。

表2 鸡仿生消化操作过程
Table 2 Procedures of in vitro bionic digestion for broiler
1.3 饲料样品、未消化残渣干物质与总能的测定

饲料样品按照GB/T 6435—2006测定水分并计算其干物质含量,并根据ISO 9831:1998的规定同步测定待测饲料总能。脱脂未消化残渣通过差量法计算其干物质含量及总能。

1.4 数据处理与统计分析

根据单因素完全随机试验设计,用SAS 9.0的MEANS模块对基本统计量进行分析,CORR模块分析4种饲料原料的上样量(干物质、能量)与残渣量的相关性,结果显示仅菜籽粕、棉籽粕的干物质上样量与残渣的干物质量有显著相关关系(P<0.05),但R2<0.61。而所有饲料的能量上样量与残渣总能值均无显著性相关性(P>0.05),因此,在本试验条件下的上样量范围内,不进行以上样量为自变量的协方差分析,而直接采用GLM模块对数据进行方差分析。批内变异系数、批间变异系数及总变异系数参照蒋红卫等[8]的方法计算。数据计算公式及统计模型如下:

统计模型为Yij=μ+αi+εij

式中:M1为饲料样品干物质量(g);M2为未消化残渣干物质量(g);E1为饲料样品总能(J);E2为脱脂后残渣的总发热量(J); i为第i个组的均值; 为样本总平均值;G为组数;N为样本总数;Ni为第i个组样本数;μ为总平均值;αi为组间效应;εij为随机误差。

2 结果与分析 2.1 饲料在仿生消化过程中各变量及DMD、EHGE的批内、批间和总变异

在玉米的仿生消化中(表3),3个测定批次的干物质上样量存在显著性差异(变化范围1.774 5~1.781 7 g,P<0.05),但批内、批间和总变异系数都不超过0.22%。未消化残渣量在测定批次间无显著性差异(P>0.05),而批内、批间和总变异系数分别为4.16%、0.95%和3.84%。干物质的消化量、DMD在测定批次间无显著性差异(P>0.05),且批内、批间和总变异系数都不超过1.00%。在EHGE上,能量上样量在批次间有显著差异(变化范围32.92~33.05 kJ,P<0.05),但批内、批间和总变异系数都不超过0.22%。未消化残渣总能量在测定批次间无显著性差异(P>0.05),而批内、批间和总变异系数分别为4.17%、0.92%和3.84%。残渣能量浓度在批次间有显著差异(变化范围16.07~16.79 kJ/g,P<0.05),批 内、批间和总变异系数分别为1.10%、1.84%和 2.08%。能量消化量、能量消化率与EHGE在测定批次间无显著性差异(P>0.05),且批内、批间和总变异系数均不超过1.00%。

在小麦的仿生消化中(表3),3个测定批次中上样的干物质上样量、未消化残渣量、干物质消化量及DMD均存在显著性差异(P<0.05),但干物质上样量、干物质消化量及DMD的批内、批间和总变异系数都不超过0.63%,而未消化残渣量的批内、批间和总变异系数分别为1.76%、1.88%和2.45%。在EHGE上,能量上样量及残渣能量浓度在批次间有显著差异(P<0.05),但能量上样量的批内、批间和总变异系数都不超过0.10%,而残渣能量浓度的批内、批间和总变异系数分别为0.90%、0.76%和1.11%。未消化残渣量、能量消化量、能量消化率与EHGE在测定批次间无显著性差异(P>0.05),但未消化残渣量批内、批间和总变异系数分别为2.11%、1.12%和2.20%,而能量消化量、能量消化率与EHGE的批内、批间和总变异系数都不超过0.49%。

表3 仿生消化中玉米、小麦干物质与能量物质的消化 Table 3 Bionic digestion of dry matter and energetic matter of corn and wheat in the simulated digestion system

在菜籽粕和棉籽粕的仿生消化中(表4),3个测定批次中2种原料的干物质上样量、残渣量及DMD均有批间显著性差异(P<0.05),其中干物质上样量的批内、批间和总变异系数都不超过0.40%,而残渣量及DMD的批内、批间和总变异系数也都不超过1.31%和1.08%。干物质消化量的批间差异不显著(P>0.05),且批内、批间和总变异系数都不超过0.95%。在EHGE上,2种原料的能量上样量在批次间有显著差异(P<0.05),但能量上样量的批内、批间和总变异系数都不超过0.39%。菜籽粕的残渣总能量在测定批次间差异显著(P<0.05),其批内、批间和总变异系数分别为1.83%、1.33%和2.11%。棉籽粕残渣总能量在测定批次间差异不显著(P>0.05),其批内、批间和总变异系数分别为0.76%、0.53%和0.86%。2种饲料原料的残渣能量浓度、能量消化量、能量消化率与EHGE在测定批次间无显著性差异(P>0.05),其中菜籽粕中这些变量的批内、批间和总变异系数分别介于1.56%~1.76%、0.44%~0.86%及1.59%~1.64%之间,棉籽粕中这些变量的批内、批间和总变异系数分别介于0.48%~0.96%、0.19%~0.42%及0.47%~0.94%之间。

表4 仿生消化中菜籽粕、棉籽粕干物质与能量物质的消化 Table 4 Bionic digestion of dry matter and energetic matter of rapeseed meal and cottonseed meal in the simulated digestion system
2.2 饲料在仿生消化过程中各变量与DMD和EHGE的相关关系

由表5可知,在玉米和小麦仿生消化过程中各变量与DMD及EHGE的相关性上,两者的结果相一致。即残渣的干物质量和干物质的消化量与DMD存在显著性相关关系(P<0.05),而样品的上样量与DMD无显著性相关关系(P>0.05)。残渣的总能量、能量消化量及能量消化率与EHGE存在显著性相关性(P<0.05),而样品能量物质的上样量及残渣能量浓度与EHGE无显著性相关关系(P>0.05)。

表5 玉米、小麦在仿生消化过程中上样量、残渣量、消化量与DMD与EHGE的相关性 Table 5 Correlation between sample volume,residues or digested contents and DM digestibility or EHGE of corn and wheat digested in the simulated digestion system (n=15)

由表6可知,在菜籽粕和棉籽粕仿生消化过程中各变量与DMD及EHGE的相关性上,两者的结果表现出不一致性。与玉米和小麦类似,这2种原料残渣的干物质量和干物质的消化量与DMD存在显著性相关关系(P<0.05),残渣的总能量、能量消化量及能量消化率与EHGE存在显著性相关关系(P<0.05)。 菜籽粕干物质上样量与DMD、能量上样量与EHGE分别无显著性相关关系(P>0.05),但残渣能量浓度与EHGE有显著性相关(P<0.05)。棉籽粕的干质量上样量与DMD有显著性相关关系(P<0.05),但能量上样量与残渣能量浓度与EHGE均无显著性相关关系(P>0.05)。

表6 菜籽粕、棉籽粕在仿生消化过程中上样量、残渣量、消化量与DMD与EHGE的相关性 Table 6 Correlation between sample volume,residues or digested contents and DM digestibility or EHGE of rapeseed meal and cottonseed meal digested in the simulated digestion system (n=15)
3 讨 论 3.1 仿生消化法测定鸡饲料干物质消化率和EHGE的变异

在新方法的开发与检验中,批内变异系数、批间变异系数及总变异系数分别表示同一测定批次内数据的离散状况、不同测定批次间数据的离散状况以及整个数据的离散状况。李辉等[6]报道,在玉米、棉籽粕和小麦麸的鸭仿生消化中,同一套仿生消化系统和不同套仿生消化系统测定的DMD和EHGE的批内、批间与总变异系数分别不超过1.40%和1.64%。本试验中,SDS-2模拟鸡的体内消化测定玉米、小麦、棉籽粕的DMD和EHGE的批内、批间与总变异系数均不超过1.00%。菜籽粕DMD的批内、批间与总变异系数均不超过1.00%,但EHGE的批内、批间与总变异系数最大值达到1.64%。对比上述研究结果,SDS-2在测定鸡饲料DMD与EHGE的变异上与SDS-1测定鸭饲料DMD与EHGE是类似的。而且均比基于动物试验的国家标准方法(GB/T 26437—2010)测 定鸡饲料代谢能值的批内、批间及总变异系数低 (分别为5.39%、1.89%和5.27%)[9]。这表明,基于SDS-2的仿生消化法在测定鸡饲料的DMD及EHGE上比国家标准方法(GB/T 26437—2010)[10]的稳定性好。
3.2 仿生消化法测定鸡饲料DMD与EHGE的主要影响因素

从测定过程各因素的变异看,虽然4个饲料原料的上样量(干物质、能量)存在批间显著性差异,但批内、批间及总变异系数均低于0.40%。而且玉米、棉籽粕的干物质上样量与DMD无显著性相关关系,仅棉籽粕的干物质上样量与DMD存在低度相关性。4种饲料原料的上样量总能值与EHGE也无显著性相关关系。这表明,上样量不是影响DMD及EHGE测定值的主要因素。而残渣的干物质量、残渣总能量的批内、批间及总变异系数均高于测定过程中其他变异的相应值(平均值比对),且残渣的干物质量与DMD,残渣总能量与EHGE高度相关。这表明,残渣量是影响DMD及EHGE的主要因素。这与国家标准方法(GB/T 26437—2010)[10]测定鸡饲料代谢能值时排泄量的变异占表观代谢能(AME)方差贡献的96.46%的结论相一致[9]。而残渣能量浓度的批内、批间及总变异系数高于上样量的相应值,但低于残渣量的相应值,除菜籽粕的EHGE与残渣能量浓度有显著性相关外,其他3个饲料的EHGE与残渣能量浓度无显著性相关关系,这表明残渣能量浓度对EHGE的影响对饲料原料具有选择性。因此,残渣能量浓度对EHGE的影响低于残渣总能量对EHGE的影响。这一结果也与国家标准方法(GB/T 26437—2010)测定鸡饲料代谢能值时排泄物能量浓度的变异占AME方差贡献的3.23%的结论类似[9]。综合上述结果,可以推断残渣干物质量的变异是引起DMD及EHGE变异的主要因素。

4 结 论

① 基于SDS-2的鸡仿生消化法测定玉米、菜籽粕、棉籽粕的DMD和EHGE的批内、批间和总变异系数都在1.64%以内。

② 基于SDS-2的鸡仿生消化法中,残渣干物质量的变异是影响DMD与EHGE测值变异的主要因素。

参考文献
[1]BOISEN S,FERNANDEZ J A.Prediction of the total tract digestibility of energy in feedstuffs and pig diets by in vitro analyses[J]. Animal Feed Science Technology,1997,68(3/4):277-286. (2)
[2]VALDES E V,LEESON S.Measurement of metabolizable energy in poultry feeds by an in vitro system[J]. Poultry Science,1992,71(9):1493-1503. (1)
[3]CLUNIES M,LEESON S,SUMMERS J D.In vitro estimation of apparent metabolizable energy[J]. Poultry.Science,1984,63(5):1033-1039. (1)
[4]LOSADA B,GARCA REBOLLAR P,LVAREZ C,et al.The prediction of apparent metabolisable energy content of oil seeds and oil seed by-products for poultry from its chemical components,in vitro analysis or near-infrared reflectance spectroscopy[J]. Animal Feed Science and Technology,2010,160(1/2):62-72. (1)
[5]REGMI P R,SAUER W C,ZIJLSTRA R T.Prediction of in vivo apparent total tract energy digestibility of barley in grower pigs using an in vitro digestibility technique[J]. Journal of Animal Science,2008,86(10):2619-2626. (1)
[6]李辉,赵峰,张宏福. 动物营养学报,2010,22(6):1709-1716. (3)
[7]赵峰,张宏福,张子仪.单胃动物仿生消化系统操作手册[M]. 2版.北京:中国农业科学院,2011 (1)
[8]蒋红卫,夏结来.基于样本变异系数的组间与组内变异统计量[C]//中国卫生统计学术交流大会论文集武汉:中国卫生信息学会,2006:1-7. (1)
[9]米保民,赵峰,谭会泽,等.排空强饲法测定鸡饲料表观代谢能值的变异程度及其来源[J]. 动物营养学报,2012,24(11):2172-2180. (3)
[10]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员.GB/T 26437—2010畜禽饲料有效性与安全性评价强饲法测定鸡饲料表观代谢能技术规程[S]. 北京:中国标准出版社,2010. (2)