动物营养学报    2022, Vol. 34 Issue (8): 4892-4903    PDF    
生长育肥猪木薯氨基酸消化率测定及预测模型建立
杨刚1,2 , 李瑞1 , 冯淦熠1 , 向强1,2 , 田明洲1,2 , 蒋线吉1,2 , 刘小杰1,2 , 黄瑞林1 , 印遇龙1,2     
1. 中国科学院亚热带农业生态研究所, 中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室, 畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室, 动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室, 长沙 410125;
2. 湖南农业大学动物科学技术学院, 湖南畜禽安全生产协同创新中心, 长沙 410128
摘要: 本试验旨在测定生长育肥猪木薯的氨基酸表观回肠消化率(AID)和标准回肠消化率(SID), 并基于木薯常规营养成分含量建立生长育肥猪必需氨基酸SID的预测模型。选取健康、体重为(36.0±1.4) kg的"杜×长×大"瘘管猪22头, 采用2个11×3的不完全拉丁方设计, 分别饲喂1种无氮饲粮和10种木薯试验饲粮。结果表明: 风干基础下, 木薯赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)、色氨酸(Trp)含量分别为0.09%~0.24%、0.01%~0.03%、0.05%~0.11%、0.04%~0.07%;10个不同来源木薯中, 以产自广西玉林和广西来宾的木薯大部分氨基酸含量较高。生长育肥猪对木薯的AIDLys、AIDMet、AIDThr、AIDTrp分别为54.21%~87.96%、41.33%~84.95%、31.67%~73.14%、74.40%~91.12%, 对木薯的SIDLys、SIDMet、SIDThr、SIDTrp分别为69.20%~95.53%、69.62%~97.81%、73.04%~95.44%、84.50%~96.20%。本试验建立了生长育肥猪对木薯SIDTrp、SIDArg、SIDLeu、SIDVal、SIDPhe的预测模型, 涉及的关键预测因子包括粗蛋白质(CP)、粗灰分(Ash)、干物质(DM)及中性洗涤纤维(NDF)含量。
关键词: 木薯    生长育肥猪    氨基酸消化率    预测模型    
Determination and Prediction Model Establishment of Amino Acid Digestibility of Cassava for Growing-Finishing Pigs
YANG Gang1,2 , LI Rui1 , FENG Ganyi1 , XIANG Qiang1,2 , TIAN Mingzhou1,2 , JIANG Xianji1,2 , LIU Xiaojie1,2 , HUANG Ruilin1 , YIN Yulong1,2     
1. Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region of Chinese Academy of Sciences, National Engineering Laboratory for Poultry Breeding Pollution Control and Resource Technology, Key Laboratory of Animal Nutritional Physiology and Metabolic Process of Hunan, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China;
2. Hunan Co-Innovation Center of Animal Production Safety, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
Abstract: This experiment was conducted to determine the apparent ileal digestibility (AID) and standardized ileal digestibility (SID) of amino acids of cassava for growing-finishing pigs, and to develop prediction model for SID of essential amino acids of cassava based on its conventional nutrient contents. Twenty-two healthy Duroc×Landrance×Yorkshire ileal-cannulated pigs with the body weight of (36.0±1.4) kg were randomly selected and assigned to 10 cassava diets and a nitrogen-free diet according to a replicated incomplete Latin square design of 11×3. The results showed that, on the air-dry basis, the contents of lysine (Lys), methionine (Met), threonine (Thr), tryptophan (Trp) in cassava were 0.09% to 0.24%, 0.01% to 0.03%, 0.05% to 0.11%, 0.04% to 0.07%, respectively. Among the cassavas from 10 producing areas, most of amino acids in the cassavas from Yulin and Laibing of Guangxi had higher content. The AIDLys, AIDMet, AIDThr, AIDTrp of cassava for growing-finishing pigs were 54.21% to 87.96%, 41.33% to 84.95%, 31.67% to 73.14%, 74.40% to 91.12%, respectively, and the SIDLys, SIDMet, SIDThr, SIDTrp were 69.20% to 95.53%, 69.62% to 97.81%, 73.04% to 95.44%, 84.50% to 96.20%, respectively. The prediction models for SIDTrp, SIDArg, SIDLeu, SIDVal and SIDPhe in cassava for growing-finishing pigs are established in this experiment, and the key predicting factors include crude protein (CP), ash (Ash), dry matter (DM) and neutral detergent fiber (NDF) contents.
Key words: cassava    growing-finishing pigs    amino acid digestibility    prediction model    

我国生猪养殖连续多年稳居世界首位,占全球生猪养殖总量的56.6%[1],生猪养殖业的快速发展进一步加大了饲料的需求量。然而,近几年玉米、豆粕等常规饲料原料价格持续走高,导致饲料成本一直高位运行,迫使人们开始关注玉米、豆粕的替代品,国家也相应出台了玉米、豆粕减量化实施建议与方案。木薯又称树薯、木番薯,与马铃薯、甘薯并列为世界三大薯类作物,是世界第六大粮食作物,是热带、亚热带地区重要的粮食和经济作物[2-3]。木薯在国内的产地主要集中在广西、海南、广东的沿海地区。自2015年以来,我国木薯种植面积及产量持续增长,2020年中国木薯种植面积同比增长0.8%,达302 136 hm2,产量同比增长1.1%,约504.1万t,进口数量同比增长20.7%,达330.5万t。近年来,许多国家将木薯作为动物饲料取得了良好的效果[4-6]。木薯淀粉含量高,价格低廉且能值较高,具有替代玉米的潜力,前期我们已完成了生长育肥猪木薯有效能的测定工作[7],但有关木薯回肠氨基酸消化率的测定研究还鲜有报道。本试验选取不同来源的10种木薯,以瘘管猪为试验对象,通过消化试验测定木薯氨基酸的表观回肠消化率(AID)和标准回肠消化率(SID),并基于其有效化学成分建立木薯生长育肥猪氨基酸SID的预测模型,补充和完善生长猪木薯营养价值数据库。

1 材料与方法 1.1 试验材料

采集不同来源的10种木薯干(包含木薯皮),粉碎加工后用于配制试验饲粮。木薯来源信息见表 1

表 1 木薯来源 Table 1 Sources of cassava
1.2 试验设计

以木薯作为唯一蛋白质来源,加入玉米淀粉、预混料和豆油配制10种木薯试验饲粮,并配制1种无氮饲粮[8],以0.3%二氧化钛(TiO2)作为指示剂。木薯试验饲粮和无氮饲粮组成见表 2,木薯试验饲粮的常规营养成分和氨基酸含量分别见表 3表 4

表 2 木薯试验饲粮和无氮饲粮组成(风干基础) Table 2 Composition of cassava experimental diet and nitrogen free diet (air-dry basis)  
表 3 木薯试验饲粮的常规营养成分含量(风干基础) Table 3 Conventional nutrient contents of cassava experimental diets (air-dry basis)  
表 4 木薯试验饲粮氨基酸含量(风干基础) Table 4 Amino acid contents of cassava experimental diets (air-dry basis)  
1.3 试验动物与样品采集

选取健康、体重为(36.0±1.4) kg的“杜×长×大”瘘管猪22头,采用2个11×3的不完全拉丁方设计,分别饲喂1种无氮饲粮和10种木薯试验饲粮。试验分为3个周期,每个周期7 d(预试期5 d +食糜收集期2 d),试验结束时每个饲粮处理共计6个重复。试验猪饲养在单个代谢笼内,每头猪按平均体重的4%进行定量饲喂,试验开始后每周称重1次,饲喂量根据体重调整,每天08:00和15:00各等量饲喂1次。在2 d的食糜收集期采样,采样时间为当日08:00—17:00,用编好号的8号自封袋收集回肠食糜,待食糜收集量达到1/3时更换自封袋,取下的自封袋先放入冰块中保存,待1 d的食糜收集结束后一起转移至-20 ℃冷库冻存。采样结束后将食糜放入冻干机中冻干72 h,粉碎、过40目筛制备待测样。

1.4 指标检测及方法 1.4.1 试验饲粮中常规营养成分含量测定

分别按照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中方法测定样品中的干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、粗纤维(CF)、粗灰分(Ash)、钙(Ca)、总磷(TP)、NDF、酸性洗涤纤维(ADF)含量,利用Megazyme淀粉总量检测试剂盒(威克洛公司,爱尔兰)测定样品中的总淀粉(TS)含量,利用5E-AC8018等温式全自动量热仪(长沙凯德测控仪器有限公司)测定样品中的总能(GE)。

木薯原料、饲粮及食糜中氨基酸含量测定:称取0.5 g样品于安瓿瓶中,加入10 mL 6 mol/L HCl,110 ℃烘22 h,取出转移至50 mL容量瓶中定容,过滤后取1 mL溶液于1.5 mL离心管中水浴蒸干,加入0.01 mol/L HCl,混合,取溶液待用,上高效液相色谱(1100 HPLC,安捷伦,美国)测定,包含赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)、精氨酸(Arg)、亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)、缬氨酸(Val)、苯丙氨酸(Phe)、组氨酸(His)、酪氨酸、(Tyr)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、丝氨酸(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分光光度计(赛默飞世尔科技有限公司)测定样品中色氨酸(Trp)的含量。

饲粮及食糜中TiO2测定:按照GB 5009.246改进方法测定样品中TiO2的含量。具体操作为:称取样品约0.2 g于50 mL锥形瓶中,加入10 mL混合酸(硝酸∶高氯酸=9 ∶ 1),盖上弯颈小漏斗,置于电热板上50 ℃消化30 min,升温至100 ℃保持1 h左右,至无大量红棕色浓烟冒出,再升温至180 ℃并保持20~30 min,最后升温至280 ℃消解,直至溶液澄清,溶液剩余体积小于1 mL,瓶内冒高氯酸白烟后,取下锥形瓶冷却。加入2 g硫酸铵和5 mL硫酸,再将三角锥形瓶置于电热板上,升温至300 ℃并保持30 min,再升温至350 ℃并保持10 min,最后升温至370 ℃保持20 min,取下冷却,用水转移至100 mL容量瓶中,定容混匀,上电感耦合等离子体质谱联用仪ICP-OES(安捷伦,美国)测定TiO2含量。

1.4.2 生长育肥猪木薯回肠氨基酸消化率的测定

采用指示剂法测定木薯的回肠氨基酸消化率[9-10]。计算公式如下:

式中:AAi为回肠食糜中该氨基酸含量;Ti为回肠食糜中TiO2含量;AAd为试验饲粮中该氨基酸含量;Td为试验饲粮中TiO2含量。

式中:AAi为无氮饲粮组回肠食糜中对应氨基酸含量;Td为无氮饲粮中TiO2含量;Ti为回肠食糜中TiO2含量。

1.5 统计分析

采用Excel 2016对测定的数据进行初步整理,用SPSS 22.0统计软件的Correlate过程对10种木薯原料的GE、CP、DM、Ash、EE、Ca、TP、CF、NDF、ADF、TS含量与10种必需氨基酸的SID关系进行相关性分析,用Regression过程进行回归分析,建立最佳预测方程。

2 结果与分析 2.1 木薯的氨基酸含量

表 5可以看出,10个来源木薯的氨基酸含量均较低,从各必需氨基酸的含量平均值看,Arg为0.18%(0.10%~0.39%),His为0.07%(0.04%~0.14%),Ile为0.07%(0.05%~0.14%),Leu为0.12%(0.08%~0.23%),Lys为0.13%(0.09%~0.24%),Met为0.02%(0.01%~0.03%),Phe为0.07%(0.05%~0.14%),Thr为0.07%(0.05%~0.11%),Trp为0.05%(0.04%~0.07%),Val为0.09%(0.06%~0.15%)。并且,10个来源木薯之间各氨基酸含量差异较大,除Ala、Trp含量的变异系数为19.73%、16.03%外,其他氨基酸含量的变异系数皆在20%以上,特别是Arg(45.10%)和His(48.93%)。

表 5 木薯的氨基酸含量(风干基础) Table 5 Amino acid contents of cassava (air-dry basis)  
2.2 生长育肥猪对木薯氨基酸的AID

表 6所示,生长育肥猪对木薯AIDCP平均值为47.35%(26.56%~75.55%),不同木薯间AIDCP差异较大,变异系数为36.41%;生长育肥猪对木薯氨基酸的AID较高,大部分在60%~80%,但多数木薯的AIDGly、AIDPro、AIDTyr为负数,且不同木薯间差异较大,它们变异系数分别达到-516.06%、-58.78%、-544.74%,其他氨基酸AID的变异系数大部分在30%以下。

表 6 生长育肥猪对木薯氨基酸的表观回肠消化率 Table 6 AID of amino acids of cassava for growing-finishing pigs  
2.3 生长育肥猪对木薯氨基酸的SID

表 7所示,生长育肥猪对木薯SIDCP平均值为83.21%(71.29%~91.46%),不同木薯间SIDCP差异较小,变异系数为8.40%;生长育肥猪对木薯氨基酸的SID较高,大部分在80%以上,但SIDGly、SIDPro、SIDTyr较低,有些甚至为负数,且不同木薯间差异较大,它们的变异系数分别为26.35%、-224.95%、71.78%,其他氨基酸SID的变异系数均在13%以下,而且大部分在10%以下。

表 7 生长育肥猪对木薯氨基酸的标准回肠消化率 Table 7 SID of amino acids of cassava for growing-finishing pigs  
2.4 木薯必需氨基酸SID与常规营养成分含量的相关性分析

表 8所示,木薯的必需氨基酸SID与常规营养成分含量(本试验前期已测定木薯的常规营养成分含量,具体数值参见文献[7])之间存在一定的相关性,SIDArg与DM含量呈显著负相关(P < 0.05),SIDPhe与CP含量呈极显著正相关(P < 0.01),SIDVal与CP含量呈显著正相关(P < 0.05),与NDF含量呈显著负相关(P < 0.05)。

表 8 木薯必需氨基酸标准回肠消化率与常规营养成分含量的相关系数 Table 8 Correlation coefficients between essential amino acid SID and conventional nutrient contents of cassava
2.5 木薯必需氨基酸SID的预测方程

表 9所示,风干基础下,木薯SIDArg关于DM含量的预测方程为SIDArg=-8.206DM+796.094(R2=0.52),SIDArg关于DM与TP含量的预测方程为SIDArg=-10.511DM+343.052TP+970.167(R2=0.71),SIDLeu关于CP与Ash含量的预测方程为SIDLeu=3.252CP+9.590Ash+62.586(R2=0.60),SIDLeu关于DM、CP、Ash含量的预测方程为SIDLeu=-2.421DM+4.086CP+16.115Ash+256.221(R2=0.78),SIDPhe关于CP含量的预测方程为SIDPhe=7.215CP+73.474(R2=0.64),SIDTrp关于DM、Ash含量的预测方程为SIDTrp=-4.344DM+14.537Ash+436.205(R2=0.61),SIDTrp关于DM、Ash、CP含量的预测方程为SIDTrp=-5.403DM+16.988Ash+3.465CP+514.476(R2=0.91),SIDTrp关于DM、Ash、CP、TP含量的预测方程为SIDTrp=-5.137DM+17.574Ash+4.453CP-82.507TP+493.953(R2=0.95),SIDVal关于NDF含量的预测方程为SIDVal=-3.092NDF+118.869(R2=0.54)。

表 9 基于木薯常规营养成分含量的必需氨基酸标准回肠消化率预测方程 Table 9 Prediction equations for essential amino acid SID based conventional nutrient contents of cassava
3 讨论 3.1 木薯的氨基酸含量

本研究得到的10种木薯的大部分氨基酸含量与《中国猪营养需要》[11]中的数据相近,有些氨基酸含量甚至高于《中国猪营养需要》[11],其中最重要的4种氨基酸——Lys、Met、Thr、Trp,测定的Met含量与《中国猪营养需要》[11]中的数据一致,Trp含量略低于《中国猪营养需要》中的数据[11],另外2种氨基酸含量均高于《中国猪营养需要》[11]中的数据。本试验中所测木薯Trp含量平均值为0.05%,《中国猪营养需要》[11]中为0.06%,美国NRC(2012)[12]中为0.04%,法国INRA(2004)[13]中为0.02%,其原因可能是这些标准中选用的样本量不够充分,而不同样本间Trp含量差异较大,且这些标准中对木薯的样本选取不尽相同,《中国猪营养需要》[11]、美国NRC(2012)[12]为木薯粉,法国INRA(2004)[13]中为木薯,本试验中为包含木薯皮的木薯干,木薯皮营养价值较差,且抗营养因子含量高[14-15]。10个来源的木薯中,以产自广西玉林和广西来宾的木薯的大部分氨基酸含量较高。

3.2 生长育肥猪对木薯的回肠氨基酸消化率

木薯的氨基酸含量较低,其氨基酸消化率较其他原料难以测定,《中国猪营养需要》[11]收录的木薯氨基酸消化率不够全面,其中包含10种氨基酸的AID、11种氨基酸的SID,而美国NRC(2012)[12]中未包含木薯氨基酸的AID,氨基酸的SID也不够全面,法国INRA(2004)[13]中只有木薯氨基酸含量,氨基酸的AID及SID均未有收录,因此本研究得到的木薯氨基酸AID、SID对木薯的研究具有重要意义。然而,本研究得到的数据中木薯Gly、Pro、Tyr的AID及SID存在异常,原因可能是木薯试验饲粮的CP含量过低,猪处于非正常生理状态下,肠道黏膜脱落增多,内源氨基酸损失上升,氨基酸代谢紊乱,如Gly、Pro损失增加,谷氨酰胺代谢成Gly、Pro等,使得部分氨基酸的测定结果受到影响[16-20]。木薯的氨基酸回肠消化率较高,大部分氨基酸的AID在60%~80%,SID在80%~90%,但木薯的CP含量过低,即使其氨基酸的消化率较高,生长猪摄食木薯所得的氨基酸仍旧较少,美国NRC(2012)[12]中玉米的CP含量为8.24%,其氨基酸中除Trp、Met含量为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,生长猪对氨基酸的AID在50%~82%,对氨基酸的SID在74%~93%,略低于木薯,但可消化氨基酸含量远高于木薯,因此以木薯替代玉米饲喂动物时,需增加饲粮中蛋白质饲料的比例。

3.3 木薯必需氨基酸SID的关键预测因子

本试验分析得到的木薯必需氨基酸SID与常规营养成分含量之间的相关关系,其中SIDArg与DM含量呈显著负相关,SIDPhe与CP含量呈极显著正相关,SIDVal与CP含量呈显著正相关,说明DM、CP含量都是木薯必需氨基酸SID的可能预测因子。本试验得到了关于木薯SIDArg、SIDLeu、SIDPhe、SIDTrp及SIDVal的预测方程,其中SIDArg的预测因子为DM、TP含量,SIDLeu的预测因子为CP、Ash、DM含量,SIDPhe的预测因子为CP含量,SIDTrp的预测因子为DM、Ash、CP、P含量,SIDVal的预测因子为NDF含量。目前关于木薯氨基酸消化率的研究较少,预测方程几乎没有,对于其他原料的研究较多。Li等[21]通过研究12种花生粕对生长猪的氨基酸消化率,得到其氨基酸SID在64.3%~95.6%,SIDLys的关键预测因子为NDF及原料中的Lys含量,SIDMet的关键预测因子为NDF及原料中的Lys、Met含量;Ma等[10]通过评价棉籽粕对生长猪的氨基酸消化率,得到其大部分氨基酸SID在70%~94%,AIDLys的关键预测因子为NDF含量,AIDThr的关键预测因子为ADF含量,SIDLys的关键预测因子为NDF、Trp、Thr和Met含量,SIDThr的关键预测因子为CP和Ca含量;Wang等[22]通过研究不同大麦品种对生长猪的氨基酸消化率,得到其氨基酸SID在64.7%~94.5%,SIDThr的关键预测因子为Ash、CP含量;Ji等[23]通过研究15种蛋白粉对生长猪的氨基酸消化率,得到其大部分氨基酸SID在80%~96%,SIDTrp的关键预测因子为Ash含量,SIDMet的关键预测因子为CP、CF含量;Lyu等[24]通过研究10种玉米对生长猪的氨基酸消化率,得到其大部分氨基酸SID在70%~90%,SIDMet的关键预测因子为CP、NDF及原料中的Met含量。此前的研究建立的关于必需氨基酸SID的预测方程主要集中在Lys、Met、Thr及Trp上,在这些预测方程中,预测因子主要为CP、CF及Ash含量,而本研究中的主要预测因子为CP及Ash含量,这说明木薯必需氨基酸SID的关键预测因子主要为CP及Ash含量。

4 结论

① 10种木薯(风干基础)的CP含量较低,17种氨基酸中,Arg、Asp、Glu含量分别为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,仅为0.01%~0.02%。10个来源的木薯中,以产自广西玉林及广西来宾的木薯大部分氨基酸含量较高。

② 生长育肥猪对木薯(风干基础)的氨基酸消化率较高,大部分氨基酸的AID在60%~80%,SID在80%~90%。

③ 本试验建立了生长育肥猪对木薯SIDTrp、SIDArg、SIDLeu、SIDVal、SIDPhe的预测模型,涉及的关键预测因子包括CP、Ash、DM及NDF含量。

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