生长育肥猪木薯氨基酸消化率测定及预测模型建立

杨 刚 李 瑞 冯淦熠 向 强 田明洲 蒋线吉 刘小杰 黄瑞林 印遇龙

(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)

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

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和表4。

表2 木薯试验饲粮和无氮饲粮组成(风干基础)

表3 木薯试验饲粮的常规营养成分含量(风干基础)

表4 木薯试验饲粮氨基酸含量(风干基础)

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：

某氨基酸AID(%)=[1-(AAi×Td)/

(AAd×Ti)]×100。

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。

回肠基础内源氨基酸损失(IAAend,%)=

AAi×(Td/Ti)。

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。

某氨基酸SID(%)=该氨基酸AID+(IAAend/

AAd)×100。

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

由表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)

2.2 生长育肥猪对木薯氨基酸的AID

如表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

2.3 生长育肥猪对木薯氨基酸的SID

如表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

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

如表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

2.5 木薯必需氨基酸SID的预测方程

如表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

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。