动物营养学报    2021, Vol. 33 Issue (5): 2568-2574    PDF    
引用本文
丁亚南, 赵月香, 刘启文, 张云露, 贺喜, 范志勇, 宋泽和. 体内法和体外法评估辽东栎籽实在生长猪饲粮中的营养价值[J]. 动物营养学报, 2021, 33(5): 2568-2574.  
DING Ya'nan, ZHAO Yuexiang, LIU Qiwen, ZHANG Yunlu, HE Xi, FAN Zhiyong, SONG Zehe. Nutritional Value Evaluation of Quercus liaotungensis Seeds in Diets for Growing Pigs in Vivo and in Vitro[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2021, 33(5): 2568-2574.  
体内法和体外法评估辽东栎籽实在生长猪饲粮中的营养价值
丁亚南1 , 赵月香1 *, 刘启文2 , 张云露1 , 贺喜1 , 范志勇1 , 宋泽和1     
1. 湖南农业大学动物科学技术学院, 长沙 410128;
2. 晋中市宏艺生物科技有限公司, 晋中 030600
收稿日期: 2020-11-18
基金项目: 国家重点研发计划(2016YFD0501200);湖南农业大学"双一流"建设项目(SYL201802015, SYL201802009);湖南省科技人才托举工程(2020TJ-Q02)
作者简介: 丁亚南(1991-), 男, 安徽宿州人, 博士研究生, 从事动物营养与饲料研究。E-mail: 1917853284@qq.com.
通信作者: 宋泽和, 讲师, 硕士生导师, E-mail: zehesong111@163.com.
* 同等贡献作者
摘要: 本试验旨在采用体内法和体外法评估辽东栎籽实（QLS）在生长猪饲粮中的营养价值。试验共由3个试验组成：试验1测定基础饲粮添加10%和20% QLS对生长猪饲粮养分消化率的影响，并采用套算法计算QLS在猪上的消化能值；试验2采用单胃动物仿生消化系统（SDS-Ⅲ），测定饲粮添加2%、6%和10% QLS对猪饲粮养分消化率的影响；试验3选择在6% QLS饲粮（对照组）基础上分别添加6 mg/kg单宁酶（100 000 U/g）、500 mg/kg非淀粉多糖酶（包含10 000 U/g的木聚糖酶、250 U/g的纤维素酶、1 000 U/g的β-葡聚糖酶、1 000 U/g的酸性甘露聚糖酶和500 U/g的果胶酶）以及单宁酶和非淀粉多糖酶组合的外源酶制剂，测定其对含QLS的猪饲粮养分消化率的影响。结果表明：1）试验1、试验2中饲粮总能、粗蛋白质和干物质的全肠道表观消化率（ATTP）均随QLS添加水平的提高而显著降低（P < 0.05）。2）0、10%和20% QLS饲粮的消化能分别为（14.41±0.26）MJ/kg DM、（13.64±0.59）MJ/kg DM和（12.73±0.45）MJ/kg DM，以套算法计算得到QLS消化能约为6.36 MJ/kg DM。3）与对照组相比，各外源酶制剂添加组总磷的ATTP显著提高（P < 0.05），总能和粗纤维的ATTP有提高趋势（0.05≤P < 0.10），干物质、粗蛋白质和钙的ATTP无显著差异（P>0.05）。综上所述，饲粮添加2%~10% QLS对生长猪饲粮养分的体外消化率有降低作用，添加单宁酶和非淀粉多糖酶对QLS饲粮的养分消化率无显著改善作用。
关键词: 辽东栎籽实    单宁    养分消化率    仿生消化系统    
Nutritional Value Evaluation of Quercus liaotungensis Seeds in Diets for Growing Pigs in Vivo and in Vitro
DING Ya'nan1 , ZHAO Yuexiang1 *, LIU Qiwen2 , ZHANG Yunlu1 , HE Xi1 , FAN Zhiyong1 , SONG Zehe1     
1. College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;
2. Jinzhong Hongyi Biotechnology Co., Ltd., Jinzhong 030600, China
Corresponding author: SONG Zehe, lecturer, E-mail: zehesong111@163.com.
* Contributed equally
Abstract: The aim of this experiment was to evaluate the nutritional value of Quercus liaotungensis seeds (QLS) in growing pig diets in vivo and in vitro. It was composed of three experiments. In experiment 1, the effects of dietary 10% and 20% QLS in the basal diet on the nutrient digestibility of growing pigs were observed, and the digestible energy value of QLS in pigs was calculated by a substitution method. In experiment 2, the effects of dietary 2%, 6% and 10% QLS on nutrient digestibility of pigs were investigated by using a bionic digestive system for monogastric animals (SDS-Ⅲ). In experiment 3, two exogenous enzyme preparations, which were 6 mg/kg tannase (100 000 U/g) and 500 mg/kg non-starch polysaccharase (including 10 000 U/g xylanase, 250 U/g cellulase, 1 000 U/g β-glucanase, 1 000 U/g acidic mannanase and 500 U/g pectinase), and their combination were added to the 6% QLS diet (control group) to determine the effects on the nutrient digestibility of pigs. The results showed as follows: 1) the apparent total tract digestibility (ATTP) of gross energy, crude protein and dry matter in the diets was significantly decreased with the increasing of QLS supplemental level in experiments 1 and 2 (P < 0.05). 2) The digestible energy of 0, 10% and 20% QLS diets was (14.41±0.26) MJ/kg DM, (13.64±0.59) MJ/kg DM and (12.73±0.45) MJ/kg DM, respectively, and the digestible energy of QLS was about 6.36 MJ/kg DM calculated by a substitution method. 3) Compared with the control group, the ATTP of total phosphorus in each exogenous enzyme preparation supplemental group was significantly increased (P < 0.05), the ATTP of gross energy and crude fiber tended to be increased (0.05≤P < 0.10), but there was no significant difference in the ATTP of dry matter, crude protein and calcium (P>0.05). In summary, dietary 2% to 10% QLS can reduce the nutrient digestibility of diets for growing pigs in vitro, while the addition of tanninase and non-starch polysaccharase cannot significantly improve the nutrient digestibility of QLS diet.
Key words: Quercus liaotungensis seeds    tannins    nutrient digestibility    bionic digestive system    

随着我国养殖产业的迅速发展，饲料需求逐渐增加，饲料原料短缺问题日益突出，用量较大的常规饲料原料价格逐渐攀升，寻求廉价的饲料原料来替代常规原料成为现今的研究热点。因此，寻求合理的常规原料的替代物已成为当今动物营养工作者的研究重点。中国栎树的分布非常广泛，总计有橡树林1.33×107~1.67×107 hm2，年产籽实60亿~70亿kg[1]。其中，辽东栎(Quercus liaotungensis)是北方最著名的橡树之一，每棵成树可年产鲜果30~50 kg。辽东栎籽实(Quercus liaotungensis seeds，QLS)中含较高的淀粉含量，可达50%以上，若能作为能量饲料应用于动物生产，将会对提高我国饲用资源利用率起到一定帮助[2]。然而，QLS中单宁和纤维的含量偏高，这降低了其适口性，并可能导致蛋白质和糖类等养分的消化率下降，且在高水平添加时过量单宁摄入可能对中枢神经和肝脏产生毒性，引起头晕、恶心、腹胀、便秘及厌食等症状[3]。因此，改善QLS的抗营养性对其应用也具有重要意义。

鉴于目前对QLS的营养价值评定仍未见报道，本试验分别以体内法和体外法测定了QLS对猪饲粮养分消化率的影响，并评估了添加外源酶制剂对QLS营养价值的改善作用，同时评定了QLS作为生长猪能量饲料的营养价值，为动物生产中QLS的合理应用提供参考。

1 材料与方法 1.1 试验材料

本试验中QLS由山西省森林公园采集，由晋中市某生物科技有限公司提供，筛选与脱壳后粉碎处理备用。仿生消化试验所用猪复合酶由某生物技术有限公司生产，其每千克产品中主要酶类及活性为：胃蛋白酶(Sigma P7000)92.17 kU、淀粉酶(Sigma A3306)42.868 kU、胰蛋白酶(Amresco 0785)13.377 kU、糜蛋白酶(Amresco 0164)1.680 kU、纤维素酶(Sigma V2010)27.65 U。本试验采用的单宁酶(活性为100 000 U/g)和非淀粉多糖(NSP)酶(由10 000 U/g的木聚糖酶、250 U/g的纤维素酶、1 000 U/g的β-葡聚糖酶、1 000 U/g的酸性甘露聚糖酶和500 U/g的果胶酶组成)购自湖南省某生物科技有限公司。

表 1 QLS的化学组成(风干基础) Table 1 Chemical composition of QLS (air-dry basis)  
1.2 试验设计和饲养管理

试验1于湖南农业大学耘园试验基地进行，选用12头体重(30 kg)和健康状况相近的“杜×长×大”三元杂交猪，随机分为3个组，每组4个重复，每个重复1头猪。3组分别饲喂基础饲粮(对照组)及添加10%和20%QLS的饲粮(试验组)。采用交叉试验设计，共分为3期，每期试验分为4 d预试期和3 d收样期。

试验2于湖南农业大学动科楼仿生消化实验室进行，采用单因素完全随机设计，共分为4个组，包括对照组(基础饲粮)和分别含2%、6%、10%QLS的3个试验组，每组设置5个重复，每个重复1根消化管。试验模拟猪的胃-小肠-大肠3步消化。相应的单胃动物仿生消化试验操作参照赵峰等[4]标准并均严格按仪器使用说明完成。

试验3选用24头体重为60 kg左右的“杜×长×大”三元杂交猪，随机分为4个组，每组6个重复，每个重复1头猪。对照组饲喂不添加酶制剂的饲粮(含6%QLS)，试验组分别饲喂添加单宁酶(含6%QLS+6 mg/kg单宁酶)、NSP酶(含6%QLS+500 mg/kg NSP酶)及2种酶(含6%QLS+6 mg/kg单宁酶+500 mg/kg NSP酶)组合的饲粮。试验分为4 d预试期和3 d收样期。

1.3 试验饲粮

本试验所用全部饲粮组成及营养水平如表 2所示，基础饲粮参照NRC(2012)标准进行配制。试验饲粮由2%、6%、10%和20%QLS等量替代基础饲粮中的玉米和豆粕组成。其中，试验1试验组饲粮为10%和20%QLS添加组；试验2试验组饲粮为2%、6%和10%QLS添加组；试验组3对照组饲粮为6%QLS添加组，各试验组分别饲喂6%QLS饲粮+6 mg/kg单宁酶、6%QLS饲粮+500 mg/kg NSP酶和6%QLS饲粮+6 mg/kg单宁酶+500 mg/kg NSP酶饲粮。

表 2 饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 2 Composition and nutrient levels of diets (air-dry basis)  
1.4 测定指标及方法 1.4.1 常规养分分析

饲粮、粉碎后的QLS、全收粪法收取的粪样及仿生消化试验的饲粮残渣均测定其干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗纤维(CF)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量和总能(GE)等。其中，DM含量采用恒温干燥法测定，CP含量采用凯氏定氮法测定，CF、NDF和ADF含量均采用ANKOM-200纤维分析仪测定，GE采用PARR 6200氧弹量热仪测定。所有样品取2个平行，各指标测定的具体操作方法按照相应国标进行。此外，采用酶水解法(GB/T 5009—2003)测定QLS中的淀粉含量。

1.4.2 养分消化率及原料消化能计算

养分全肠道表观消化率(apparent total tract digestibility, ATTD)计算方法参照Adeola[5]的公式：

(1)

原料消化能以套算法计算，参照刘德稳[6]的公式：

(2)

式中：X为待测原料替代基础饲粮比例(%)。

1.5 数据统计与分析

数据采用Excel 2007软件建立数据库，采用SPSS 21.0软件中的单因素方差分析(one-way ANOVA)及Duncan氏法多重比较进行数据分析，以P < 0.05作为显著性差异判断，0.05≤P < 0.10表示有变化趋势，所有数据用“平均值±标准差”的形式表示。

2 结果 2.1 QLS对生长猪饲粮养分消化率的影响及其消化能测定

由表 3可知，饲粮添加QLS显著降低饲粮DM、GE、CP、NDF、钙(Ca)和总磷(TP)的ATTP(P < 0.05)。与对照组(未添加QLS)相比，10%和20%QLS添加组饲粮CP的ATTP分别显著降低了23.29%和32.35%(P < 0.05)；同时，与10%QLS添加组相比，20%QLS添加组饲粮DM、GE和CP的ATTD也显著降低(P < 0.05)。本试验测得添加0、10%和20%QLS 3种饲粮的消化能分别为(14.41±0.26) MJ/kg DM、(13.64±0.59) MJ/kg DM和(12.73±0.45) MJ/kg DM。根据套算法公式计算得到以下结果：当替代比例为10%和20%时，QLS在生长猪中的消化能分别为6.71和6.01 MJ/kg DM，平均值为6.36 MJ/kg DM。

表 3 QLS对生长猪饲粮养分ATTD的影响 Table 3 Effects of QLS on ATTD of dietary nutrients for growing pigs  
2.2 仿生消化试验中QLS对生长猪饲粮养分消化率的影响

由表 4可知，随着QLS添加水平的提高，饲粮DM、GE、CP和ADF的ATTD显著降低(P < 0.05)。其中，与未添加QLS组相比，2%、6%、10%QLS添加组饲粮DM的ATTD分别降低了0.30%(P>0.05)、4.05%(P < 0.05)和4.39%(P < 0.05)，GE的ATTD分别降低了4.16%、6.69%和7.10%(P < 0.05)，CP的ATTD分别降低了4.25%、6.97%和11.09%(P < 0.05)；但是，10%QLS添加组饲粮NDF的ATTD与未添加QLS组无显著差异(P>0.05)，且显著高于2%和6%QLS添加组(P < 0.05)。

表 4 仿生消化试验中QLS对生长猪饲粮养分ATTD的影响 Table 4 Effects of QLS on ATTD of dietary nutrients for growing pigs in bionic digestion test  
2.3 外源酶制剂对生长猪含QLS饲粮养分消化率的影响

由表 5可知，与对照组(添加6%QLS)相比，饲粮添加NSP酶、单宁酶及二者组合显著提高QLS饲粮TP的ATTD(P < 0.05)，并有提高CF和GE的ATTD的趋势(0.05≤P < 0.10)；然而，DM和CP的ATTD未受到外源酶制剂添加的影响(P>0.05)。

表 5 外源酶制剂对生长猪含QLS饲粮养分ATTD的影响 Table 5 Effects of exogenous enzyme preparation on ATTD of dietary nutrients containing QLS for growing pig  
3 讨论 3.1 QLS在生长猪饲粮中的营养特性及其消化能

作为橡树籽实的一种，QLS含有较低的CF、CP和粗脂肪(EE)含量，而具有较高的淀粉含量。本试验中测得QLS淀粉含量为56.00%，这意味着QLS具备成为一种能量饲料的潜力。目前，国内外关于橡实淀粉在理化特性和提取工艺方面的研究报道较多，结果表明橡树籽实中淀粉含量与淀粉品质都处于较优水平[7]。黄泽东[8]研究指出，QLS中单宁与淀粉含量均受生长时期的影响，淀粉积累的关键时期是7月份和8月份，在此期间淀粉的增长速度最快，9月份QLS淀粉含量可达到71.12%。而本试验中QLS的淀粉含量所测值相对偏低，可能是由于所采集籽实并未到达成熟期所致。然而，本试验以套算法计算在QLS添加水平为10%和20%时，得到的消化能仅为6.71和6.01 MJ/kg，远低于预期水平，这意味着试验中QLS未在生长猪肠道中得到良好的消化。偏低的消化能可能由于过高的单宁含量所致，单宁可以结合肠道内源酶并抑制淀粉酶活性，从而降低淀粉消化[9-10]。

3.2 饲粮添加QLS对生长猪养分消化率的影响

本研究表明，无论动物试验还是仿生消化试验，饲粮养分包括GE、CP、Ca和TP的ATTP随着QLS添加水平的提高而下降，这可能与QLS中过高的单宁含量有关。单宁不仅可抑制消化酶的活性，还可直接与蛋白质、淀粉及纤维素等大分子以及金属离子结合，进而抑制其消化过程[11]。同时，高含量的单宁还可对胃肠道形态及其吸收能力产生影响，这可能是10%QLS在动物试验较仿生消化试验更多地抑制了养分消化率的原因[11]。此外，本试验中测得QLS较玉米含有更高的NDF、ADF和CF含量，这表明QLS中含有更多的NSP。鉴于前人研究报道的NSP对饲粮养分消化率的负面作用，NSP含量高也可能是QLS降低饲粮养分消化率的原因[12]。因此，单宁和NSP的去除对QLS在猪饲粮中的应用可能具有独特意义。

3.3 外源酶制剂对生长猪含QLS饲粮养分消化率的影响

鉴于上述试验结果，本试验选取NSP酶和单宁酶添加到饲粮中，考察2种外源制剂对6%QLS饲粮养分消化率的影响。前人研究表明，NSP酶可通过打破植物细胞壁的结构促进蛋白质和矿物质等养分的释放，或降解长链NSP而降低其抗营养性，进而达到促进养分消化吸收的目的[13-14]。本试验中，TP的ATTP在单一添加NSP酶时显著提高，这与前人报道接近。然而，饲粮GE与CP的ATTP未得到显著提高，可能与NSP酶的添加量有关。Rebolé等[15]研究报道，当NSP酶添加量不足时，细胞壁降解不完全，难以释放出养分与消化酶接触，从而导致效果不显著。

本试验中，单宁酶的添加显著提高了QLS饲粮中TP的ATTP，但对GE、CP、CF和Ca的ATTP影响不显著。前人研究证明，单宁酶对鞣酸具有水解作用，因而具备降低饲粮单宁抗营养性的应用潜力[16]。然而，单宁酶的反应条件及稳定性条件较为苛刻，来源于真菌和植物的单宁酶的最适pH一般为4.0~6.0，pH稳定性范围一般是3.0~7.0，细菌单宁酶的最适pH一般偏中性[17]。以上pH范围与猪肠腔pH具备一定偏差，因此可能导致单宁酶的活性未得到完全发挥。同时，金属离子对单宁酶的活性也有较大影响，如锌和Ca可抑制单宁酶活性、铁和钴完全抑制其活性，这可能也是本试验中单宁酶未得到预期添加效果的原因[18]。此外，NSP酶与单宁酶的复合添加时，GE、Ca和TP的消化率数值上略高于单独添加，这表明2种酶的复合可能具备一定的组合效应。

4 结论

本研究结果表明，QLS表现出对饲粮养分消化率的抑制作用，这可能与其含有较高的单宁和NSP等抗营养因子有关。外源酶制剂不能显著改善QLS饲粮的能量和蛋白质消化率。

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