不同加工工艺玉米妊娠母猪净能值研究

李 哲 高文君 徐 松 王 力 师煌伟 赖长华 王凤来* 张 帅*

(1.中国农业大学动物科技学院,畜禽营养与饲养全国重点实验室,北京 100193;2.国家生猪技术创新中心华北分中心,北京 100193)

妊娠母猪的精准饲喂是猪场提高饲料利用率和降低生产成本的重要措施[1]。玉米是母猪饲粮配方中不可或缺的能量提供组分,精确评估原料玉米营养价值尤其是能量对于改善动物健康和提高动物生产效益具有重要的意义[1-2]。净能是动物饲粮中直接用于维持生命和生产产品的能量,与代谢能相比,净能充分考虑了饲粮的热增耗效应,因此是精确反映动物营养需要和饲料能值的最佳能量体系[3]。

玉米的营养价值与品种、产地和加工工艺等多方面因素息息相关[4-5]。膨化可以改变玉米中淀粉的晶体结构,提高淀粉糊化度,使其更利于动物的消化吸收,同时膨化可以改善饲料风味,提高饲料的适口性[6]。膨化玉米在断奶仔猪[7]、肥育猪[8]和肉鸡[9]饲粮中使用后均有效改善了饲粮干物质、总能及粗蛋白质的表观消化率。压片玉米通过蒸汽加工和机械物理加工使玉米的化学成分、可利用价值及生物学效价发生了改变,从而提高淀粉糊化度,使蛋白质变性,同样使之更容易被动物消化吸收[10]。压片玉米在反刍动物饲粮中使用后对瘤胃的发酵模式、肉品质、动物生长和生产性能均有积极的影响[11-12]。随着加工工艺的成熟,膨化玉米和压片玉米被广泛应用于畜牧生产中,但有关妊娠母猪饲喂两种不同加工工艺玉米的研究相对较少。糯玉米又称为蜡质型玉米,其胚乳中的淀粉大部分为支链淀粉,前人对糯玉米在生长猪上应用的研究发现,糯玉米中的直链淀粉和膳食纤维含量较低,但是消化能显著高于粉碎玉米[13]。当前,关于糯玉米在妊娠母猪饲粮中应用的报道同样缺乏。在当前多元化饲粮配方广泛应用的大背景下,预加工处理玉米在母猪配方中有着一定的应用,因此需要明确其饲用营养价值。

不同加工工艺的玉米具有不同的物理形态结构和化学组分,这些都极大地影响了其能量在动物体内的周转和沉积[4,14-15]。当前饲料数据库中原料的有效养分均基于生长猪评价试验得到,母猪上的相关数据较为缺乏。由于妊娠母猪特殊的生理状态,生长猪原料有效养分数据并不能在母猪上通用,因此精准评估妊娠母猪的饲料能值是改善母猪健康生产的重中之重[16-17]。为了弥补母猪常用原料净能数据的缺乏,本研究利用间接测热法结合直接法测定了粉碎玉米、压片玉米、膨化玉米和糯玉米在妊娠母猪上的净能值和养分表观消化率,以期为我国猪净能体系的建设完善和精准饲粮配方的实现提供基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验原料

试验所用的玉米和压片玉米由包头北辰饲料科技股份有限公司提供,糯玉米(西单硝001)由北京优种优栽科技服务有限公司提供,膨化玉米由河南神农膨化饲料科技有限公司提供。原料营养成分见表1。

表1 原料营养成分(饲喂基础)

1.2 试验设计与饲养管理

本试验在国家饲料工程技术研究中心动物试验基地(河北丰宁)进行。试验选取6头长×大二元杂交经产妊娠母猪[体重为(244±22) kg,平均胎次为5.9,日龄为妊娠第42天],随机分为4组,每组6个重复,每个重复1头。采用4×6尤丁方试验设计,通过直接法设计饲粮配方并测定原料能值。试验共设计4种饲粮,除粗蛋白质含量外其余均按照NRC(2012)猪营养需要配制,其组成及营养水平见表2;试验分4期开展,每种饲粮6个重复,每期试验8 d,其中预试期4 d,正试期4 d,正试期将试验猪转入自主研发的猪专用开路式呼吸测热小室,前3 d测定母猪饲喂状态的正常产热,最后1 d绝食测定母猪绝食产热。正试期采用全收粪尿法收集粪便与尿液样品,每天收粪尿2次,每天收集到的粪便样品保存于-20 ℃冷库内;绝食测热期仅收集绝食尿液样品。收集期结束后,将收集到的粪便样品称重混匀,取350 g粪样放置于65 °C烘箱中烘干,回潮24 h后称重,粉碎过筛并装袋待检。准确收集并称量各试验猪每天24 h所排尿样,每1 000 mL尿液加入10%盐酸(HCl)20 mL。收集期结束后,将前 3 d尿样混合均匀,纱布过滤后,取样装入50 mL离心管中保存在-20 ℃冷库中待检,绝食尿样直接过滤取样封存。猪每天饲喂2次(08:30和15:30),每天的饲喂水平为586 kJ/(kg BW0.75·d),试验过程中母猪保持自由饮水。

表2 饲粮组成及营养水平(饲喂基础)

1.3 检测指标及方法

饲料原料、饲粮及粪样中干物质、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分和中性洗涤纤维含量分别按照中华人民共和国国家标准GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6438—2007和GB/T 20806—2022方法进行测定,酸性洗涤纤维含量参考中华人民共和国农业行业标准NY/T 1459—2007方法进行测定;饲料原料、饲粮、粪样和尿样总能按照国际标准ISO 9831:1998推荐的方法使用氧弹式测热仪(Parr Instruments,美国)进行测定。

动物呼吸的气体成分中氧气(O2)含量采用顺磁式氧气分析仪(Oxymat 6E,西门子,德国)进行测定,二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)含量采用红外线分析仪(Ultramat 6E,西门子,德国)进行测定。

1.4 计算公式

根据Adeola[18]的公式计算消化能、代谢能和养分表观消化率:

待测原料有效能值=饲粮能值/原料在饲粮中所占比例;饲粮消化能(MJ/kg DM)=(食入总能-排粪总能)/干物质采食量;饲粮代谢能(MJ/kg DM)=(食入总能-排粪总能-尿能)/干物质采食量;饲粮某养分表观消化率(%)=(食入该养分含量-粪中该养分含量)/食入该养分含量。

根据以下公式计算产热量:

产热量(kJ)=16.175 3×O2(L)+5.020 8×CO2(L)-2.167 3×CH4(L)-5.987 3×尿氮(g)。

根据Noblet等[19]的方法计算饲粮净能、能量沉积和呼吸熵:

饲粮净能(MJ/kg DM)=(食入代谢能-总产热+绝食产热)/干物质采食量;能量沉积(kJ)=食入代谢能-总产热;蛋白质沉积能量(kJ)=[摄入氮(g)-粪氮(g)-尿氮(g)]×6.25×23.86(kJ/g);脂肪沉积能量(kJ)=能量沉积-蛋白质沉积能量;呼吸熵=CO2(L/d)/O2(L/d)。

1.5 数据统计分析

试验数据采用JMP 14.0软件(SAS Institute Inc.,美国)中的拟合模型功能进行单因素方差分析,统计模型中饲粮处理为固定效应,猪和测热小室为随机效应。采用Tukey’s检验进行多重比较,P<0.05为差异显著,0.05≤P<0.10为差异有显著趋势。

2 结果与分析

2.1 不同加工工艺玉米和饲粮营养成分含量

由表1和表2可知,4种原料中,膨化玉米的干物质和粗蛋白质含量以及总能较高,其余玉米之间的常规营养成分含量比较接近;4种试验饲粮的营养成分与原料在饲粮中的比例及原料本身营养成分含量一致。

2.2 不同加工工艺玉米饲粮对妊娠母猪养分表观消化率和氮平衡的影响

不同加工工艺玉米饲粮对妊娠母猪养分表观消化率和氮平衡的影响见表3。在养分表观消化率方面,本试验测得的4种玉米饲粮在妊娠母猪上的常规养分的表观消化率都非常高,其中膨化玉米饲粮总能、干物质、有机物、粗蛋白质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观消化率最高,且显著高于粉碎玉米饲粮(酸性洗涤纤维除外)和糯玉米饲粮(P<0.05);糯玉米饲粮粗蛋白质表观消化率显著低于压片玉米饲粮(P<0.05);糯玉米饲粮粗脂肪表观消化率最高,显著高于粉碎玉米饲粮(P<0.05);粉碎玉米饲粮、糯玉米饲粮和压片玉米饲粮在妊娠母猪上的总能、干物质和有机物的表观消化率均无显著差异(P>0.05),但是从数值上看,压片玉米饲粮较高。

表3 不同加工工艺玉米饲粮对妊娠母猪养分表观消化率和氮平衡的影响

在氮平衡方面,妊娠母猪对压片玉米饲粮的摄入氮含量显著高于粉碎玉米饲粮和糯玉米饲粮(P<0.05),而其他3种饲粮在摄入氮含量方面无显著差异(P>0.05);妊娠母猪对不同加工工艺玉米饲粮的尿氮含量之间无显著差异(P>0.05),而对糯玉米饲粮的粪氮含量显著高于压片玉米饲粮和膨化玉米饲粮(P<0.05),且对膨化玉米饲粮的粪氮含量显著低于其他玉米饲粮(P<0.05);妊娠母猪对压片玉米饲粮和膨化玉米饲粮的沉积氮含量显著高于粉碎玉米饲粮和糯玉米饲粮(P<0.05)。

2.3 不同加工工艺玉米饲粮对妊娠母猪能量代谢的影响

不同加工工艺玉米饲粮对妊娠母猪能量代谢的影响见表4。粉碎玉米、压片玉米、膨化玉米和糯玉米在妊娠母猪上的净能分别为12.79、12.37、13.63、12.88 MJ/kg DM,膨化玉米的消化能、代谢能和净能显著高于其他3种玉米(P<0.05),而其他3种玉米的有效能值彼此之间无显著差异(P>0.05)。妊娠母猪对粉碎玉米饲粮和糯玉米饲粮的蛋白质沉积能量显著高于压片玉米饲粮和膨化玉米饲粮(P<0.05),而对不同加工工艺玉米饲粮的总产热量和绝食产热量无显著差异(P>0.05)。此外,饲喂不同加工工艺玉米饲粮对妊娠母猪的呼吸熵无显著影响(P>0.05),试验中采食状态下妊娠母猪的呼吸熵均高于1,而绝食状态下妊娠母猪的呼吸熵平均值为0.86。4种玉米在妊娠母猪上应用时其代谢能转化为净能的效率无显著差异(P>0.05),平均值为0.85。

表4 不同加工工艺玉米饲粮对妊娠母猪能量代谢的影响

3 讨 论

与生长猪相比,妊娠母猪的肠道发育更加完善,对不同饲料原料的养分有更好的消化吸收能力[15]。在Lowell等[20]的研究中,妊娠母猪对谷物型能量饲料的总能、干物质、有机物、粗蛋白质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观消化率显著高于生长猪[21],这与本试验的研究结果相似。根据李亚奎[22]对生长猪玉米净能的研究,生长猪对玉米粗蛋白质的表观消化率为81%,对玉米总能和有机物的表观消化率分别为89%和92%。本试验中,妊娠母猪对玉米能量的净利用率和粗蛋白质的沉积效率均高于生长猪,表明了玉米在母猪上的巨大饲用价值。

本试验中,由于加工工艺的不同,妊娠母猪对膨化玉米饲粮的总能和粗蛋白质的表观消化率均高达95%以上,且该组妊娠母猪的排粪量与和粪便中的含水量均非常低,这与胡建业[23]对膨化玉米在生长猪上饲用的研究结果一致。张遨然[24]研究表明,在高温高压条件下,膨化玉米的主要成分淀粉发生糊化,使消化酶可以更有效地分解其中的营养成分,从而提高了玉米的饲用价值。但膨化时高温和低水分含量的环境条件容易导致美拉德反发生应,造成赖氨酸的损失,因此,合适的玉米膨化工艺参数还需要进一步研究。本试验中,与其他3种玉米饲粮相比,膨化玉米饲粮在妊娠母猪上的粗蛋白质表观消化率和沉积氮含量(压片玉米饲粮除外)显著提高,这与Ngalavu等[2]的研究结果一致。此外,膨化玉米饲粮和压片玉米饲粮的粗蛋白质表观消化率均高于粉碎玉米饲粮和糯玉米饲粮,这可能是由于热处理使蛋白质发生适度变性,导致其对蛋白质消化酶的敏感性增加,从而使加工后玉米中的肽键易于被水解,最终提高了其蛋白质消化率[25]。

根据Scalco等[5]关于玉米加工工艺对动物肠道健康的研究,膨化玉米有益于肠道健康和紧密连接蛋白的表达,可以有效改善仔猪对粗蛋白质的消化吸收。随着饲料加工工艺的进一步发展和应用,实时动态更新谷物饲粮在畜禽上的营养价值显得尤为重要[25]。本试验中,糯玉米饲粮和粉碎玉米饲粮在妊娠母猪上的干物质、总能和粗蛋白质的表观消化率无显著差异,但糯玉米饲粮的粗脂肪表观消化率略高于粉碎玉米饲粮。Ma等[13]对生长猪饲喂糯玉米的研究中同样发现了糯玉米饲粮的粗脂肪表观消化率较高,这可能是由于糯玉米饲粮中更高的脂肪摄入减少了猪的内源脂肪损失,从而导致脂肪的表观消化率受到影响[26]。生长猪对糯玉米的纤维消化率高于粉碎玉米,而在妊娠母猪上的研究结果表明,这2种玉米饲粮的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观消化率无显著差异,这可能是由于母猪更加完善的肠道结构与更强的肠道微生物纤维降解功能所导致的,这与Dong等[21]对不同饲料原料在母猪和生长猪上养分表观消化率对比的结果相一致。

在能量代谢方面,本试验所测得的4种玉米消化能、代谢能和净能值均处于前人报道[13]范围内。膨化玉米的消化能、代谢能和净能均高于其他3种玉米,其主要原因可能是膨化玉米的淀粉糊化度更高,导致动物对其中养分的消化和利用率显著高于其他玉米。另外,膨化玉米的干物质含量明显低于其他玉米,这同样使得膨化玉米的有效能值高于其他玉米。根据Stark[25]的报道,谷物类饲料的含水量每降低1.5%,其消化能约提高230 kJ/kg。本试验中,压片玉米饲粮的粗蛋白质表观消化率高于粉碎玉米饲粮和糯玉米饲粮,但压片玉米净能在数值上却低于粉碎玉米和糯玉米,这可能是由于饲喂压片玉米饲粮的母猪试验期间收尿量过高,导致代谢能数值略低,进而导致其净能值较低。试验中发现,不同母猪的排尿量变异很大,其主要影响因素仍待进一步研究确定。本试验中,妊娠母猪对不同加工工艺玉米饲粮的总产热量和绝食产热量无显著差异,这与Liu等[27]在生长猪上的研究结果相类似,表明饲喂不同加工工艺的玉米对猪代谢产热的影响十分有限。在饲喂状态下,妊娠母猪对4种玉米饲粮的总产热量平均值为514.00 kJ/(kg BW0.75·d);而在绝食状态下,妊娠母猪对4种玉米饲粮的绝食产热量平均值为419.15 kJ/(kg BW0.75·d),略高于Wang等[28]报道的绝食产热量326 kJ/(kg BW0.75·d),而低于Zhang等[29]在泌乳母猪研究中报道的绝食产热值586 kJ/(kg BW0.75·d)。除饲粮不同外,本试验所用母猪胎次较高,可能会影响母猪体内的能量分配规律,从而导致其绝食产热量偏高[30]。动物能量代谢情况和机体产热紧密相关,动物品种、饲粮组成和饲养环境等都会对其产生影响[31-32]。本试验中,不同加工工艺玉米在妊娠母猪上代谢能转化为净能的利用效率平均值为0.85,略高于生长猪上的0.79～0.81,这与大部分的研究结果[28-29]相同。

4 结 论

膨化工艺可以显著提高妊娠母猪饲粮中玉米的有效能值和养分表观消化率,粉碎玉米、压片玉米、膨化玉米和糯玉米的净能值分别为12.79、12.37、13.63和12.88 MJ/kg DM。