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饲料原料的营养价值

2013-04-07HansStein

饲料工业 2013年24期
关键词:能值赖氨酸内源

■Hans H.Stein

(伊利诺斯州立大学动物科学系,乌尔班纳 61801)

1 氨基酸

氨基酸标准回肠消化率(SID)最能正确反映氨基酸的消化率(Stein等,2007;NRC,2012)。为了测定氨基酸的SID值,首先测定的是氨基酸表观回肠消化率(AID),然后通过内源氨基酸的损失校正这一表观值(Stein等,2007)。

为了测定AID值,通常使用的方法是在猪回肠末端安装瘘管。在仔猪、生长育肥猪和妊娠母猪回肠上插瘘管的方法均有报道(Gargallo等,1980;Walker等,1986;Stein 等,1998)。在猪上大多数测定日粮的饲喂期为7 d,5 d的适应期和2 d的食糜收集期,每天收集8 h的回肠食糜。这一方法已经应用于多个实验。用此方法计算的AID值的变异性较小(Knabe等,1989),且这个方法在猪回肠末端插入瘘管的操作很直接,猪也易耐受。采用这个方法的主要优势在于几个日粮能在连续时间内饲喂给相同的猪。另一种获取回肠食糜的替代方式是在实验的最后1 d屠宰猪,然后从回肠远端30~40 cm处收集食糜。这种方法已经被一些实验(Moughan等,1987;Donkoh等,1994)所采用,但不足之处是,每头动物只能收集到一个样品。不管采用哪种收集食糜的方法,都只有一部分食糜能被收集。因此,日粮中必须添加指示剂。氧化铬和二氧化钛是最常用的指示剂。

通过饲喂待测原料和非蛋白原料,如玉米淀粉、油和蔗糖来测定氨基酸的AID值。日粮中氨基酸的AID值就代表了待测原料的氨基酸AID,因为待测原料提供了日粮所有的氨基酸。因此,这种方法被称为“直接法”,用来测定氨基酸的AID值,并在很多已发表文章的试验中被采用(Stein等,2006;Petersen等,2005;Baker等,2009;Kim等,2009)。然而,在一些实验中,不可能使用直接法进行测定,因为猪不耐受或者不愿意吃含有大量特殊原料的日粮。在这种情况下,基础日粮即包含一个容易被猪接受的对照蛋白原料,而测定组则是将待测原料与基础日粮组进行混合配制成试验日粮。然后,采用直接法测定两种日粮的氨基酸AID,基础日粮中氨基酸AID也代表了对照蛋白源氨基酸AID值。这样我们就可以得到混合日粮内对照蛋白源的氨基酸AID值,然后再通过两者之差计算待测日粮的氨基酸AID值。这种方法被称为“差额法”,这一方法也被用来确定高纤维原料和动物蛋白原料的氨基酸AID值(Mateo等,2007)。

内源氨基酸基础损失可以通过给猪饲喂无蛋白日粮、低酪蛋白日粮或者所谓的多肽营养日粮方法来确定,这些日粮中都包含水解酪蛋白(Moughan,2003)。这一无蛋白质方法有很好的效果,是世界上大部分地区最常用来确定内源氨基酸基础损失的方法。

利用内源氨基酸基础损失来校正AID值,得到氨基酸SID值。氨基酸SID值可以用于测定添加在混合日粮中的各种饲料原料,而氨基酸AID值却不能总是适用于这种情况(Stein等,2005)。因此,氨基酸的SID值总是被用于混合日粮配方。氨基酸AID值、内源氨基酸基础损失和氨基酸SID值的计算公式都已公布发表(Stein等,2007;NRC,2012)。

如果猪的采食量达不到维持能量摄入量的3倍时,氨基酸AID和SID值将不准确(Moter等,2004),然而,猪采食量在达到3倍维持能量需要时,其氨基酸AID和SID值也就能代表猪自由采食时氨基酸的AID和SID值(Chastanet等,2007)。因此,在猪试验中要想确定氨基酸AID值和SID值,猪的采食量水平至少要满足维持能的3倍需求量。每头猪每天的饲喂次数可以是1次或2次,这都不会影响氨基酸的AID值(Chastanet等,2007)。

饲料原料的氨基酸含量可以用来确定蛋白质的质量,是用每个氨基酸占日粮粗蛋白浓度的方式来计算氨基酸的含量。氨基酸的比例越高,说明蛋白质的质量越好。原料中可消化氨基酸的浓度通过氨基酸在原料中的浓度乘以该氨基酸的SID值计算得到。

原料或日粮被热处理后由于发生美拉德反应造成氨基酸的损失是一个特别值得关注的有关蛋白质质量的问题(Nursten,2005;Pahm 等,2008)。大多数常用的饲料原料在经过某种形式的热处理加工过程时,原料中所含的氨基酸会受到热损耗。最容易受到热损耗的氨基酸是赖氨酸,但其他氨基酸同样会受到影响(Gonzalez-Vega等,2011;Kim等,2012a)。热损耗会减少原料中赖氨酸的含量,也降低了赖氨酸的SID值(Gonzalez-Vega等,2011)。因此,可以通过计算日粮中赖氨酸和粗蛋白质含量的比率和非热破坏前的赖氨酸和粗蛋白质的比率来评估氨基酸的热损耗量。如果某一原料的赖氨酸/粗蛋白质比低于加热前的比值,说明该原料在加热过程中有热损耗。也可以通过计算日粮中“活性”赖氨酸的数量来评估饲料原料的热损伤程度。活性赖氨酸被认为代表可用于猪蛋白质合成的赖氨酸量。几个氨基酸评估方法可以用以计算日粮或原料中活性赖氨酸的含量,包括高精氨酸法(Fontaine等,2007;Rutherfurd等,2007)、二硝基氟苯法(Rutherfurd等,2009)、糠氨酸法(Pahm等,2008;Cozannet等,2010;Gonzalez-Ve⁃ga等,2011)。然而,关于这点,与赖氨酸/粗蛋白比率相比,并没有证据表明计算活性赖氨酸的量是一个能更好地预测赖氨酸质量的方法(Kim等,2012a)。

2 脂质

饲料原料中大多数的脂质都是以甘油三酯的形式存在,但甘油三酯中脂肪酸的浓度因不同原料而不同,许多动物原料含有比植物原料更多的饱和脂肪酸。当然也有例外,鱼粉主要含长链不饱和脂肪酸,椰干和棕榈仁产品主要含有中链饱和脂肪酸(NRC,2012)。

不同饲料原料中脂肪的含量有很大差别,例如野豌豆、谷物和溶剂萃取的油籽粕脂肪含量最少(<3%),许多动物蛋白(肉骨粉、鱼粉、羽毛粉等)含有10%~15%的脂肪,然而一些动物组织却含有很少的脂肪(如血液制品和大部分奶制品)。大多数压榨油籽含有5%~15%的脂肪,一些谷物副产物,如DDGS、米糠和面包渣也含有5%~15%的脂肪。而另一些其他谷物副产物如玉米胚芽粕、玉米麸、玉米蛋白饲料、小麦麸脂肪含量不到5%。

脂类也可以直接添加在日粮中,包括纯的脂肪源。脂肪的能值跟脂肪酸在脂肪中的含量成正比(Powles等,1995),优质的脂肪源,脂肪酸浓度至少为85%,有时甚至高达92%。因为脂肪主要由甘油三酯组成,所以优质脂肪中游离脂肪酸浓度很低。饲料原料的完整脂肪中只有不到5%的脂肪酸未与甘油结合,但纯脂肪源中的甘油三酯经常会发生水解,因此,纯脂肪源中的游离脂肪酸浓度会高于饲料原料中的游离脂肪酸浓度。但是,游离脂肪酸的浓度不会超过15%。水分、杂质和不可皂化物质的总和也将低于3%。

因为脂肪能值比其他营养物质的能值高(E wan,2001;NRC,2012),通常会用饲料原料中的脂肪浓度来预测原料中的可消化能,然而,这种情况也不会经常发生。因此,脂肪的主要作用就是增加日粮中的能量浓度。

相对于氨基酸,脂质只在小肠被吸收,在大肠中被大量合成,从而导致了检测全肠道的消化能值比检查小肠末端的消化能值低(Kil等,2010)。因此,脂质的消化率应该由回肠消化能值来确定,这样可以避免内源分泌的脂肪进入小肠而受到负影响,当评估饲料原料时,应测定脂肪的真消化能值(NRC,2012)。然而,饲料原料间脂肪的消化率变异相对较大,某些原料的脂肪消化率低于50%(Noblet等,1994)。我们也认识到完整脂肪源中脂肪的消化率比从原料脂肪中提取出来反过来又回添到饲料中的脂肪的消化率要低(Adams等,1984;Kil等,2010)。

脂质会发生氧化酸败,这将降低脂肪的能值和适口性。有时候可用过氧化值作为判断氧化的一个指标,但是由于过氧化值只在氧化早期升高,使得过氧化值不总是能成为评估脂肪质量的标准(Ross等,2006)。一个较低的过氧化值可能表明没有氧化或有较好的抗氧化状态,此时过氧化物被转换为次级氧化产物(NRC,2012)。测定硫代巴比妥酸反应产物(Thiobarbituric Acid Reactive Substanc⁃es,TBARS)值、苯或甲氧基苯胺也通常用于确定脂肪的氧化程度,但是所有的这些测量都无法完全准确地反映脂肪的氧化程度(NRC,2012)。为了防止脂肪的氧化,抗氧化剂应该被添加到高脂肪含量的原料中和混合日粮中。

3 碳水化合物

碳水化合物分为淀粉、糖类和非淀粉多糖(NSP)。在谷物中淀粉和糖类的含量最高,在大多数的油籽和油籽粕中的含量最低。一些谷物副产物,如DDGS和玉米蛋白粉也含低浓度的淀粉和糖。NSP在不同饲料原料中的含量差异很大,在谷物中含量最低,而在许多谷物副产物(玉米蛋白饲料、DDGS、大豆皮、玉米胚芽粕等)中的含量最高。在油籽粕中,NSP在豆粕中的含量最低,而在棕榈仁粕、椰子粕和向日葵粕中的含量最高。碳水化合物在动物源性产品中的浓度接近于零,而奶制品除外,因为奶制品中乳糖含量可能达到40%~90%。

淀粉和糖通常能被猪较好地消化,产物葡萄糖在小肠内被吸收。多数(>90%)饲料原料中的糖和淀粉通常在小肠被消化,随后葡萄糖和其他单糖到达小肠末端之前被吸收。相比之下,NSP不被消化,唯一被动物利用的方式就是通过肠道微生物发酵,这一发酵过程主要发生在大肠,但并不是唯一部位。NSP的发酵性变异很大,在40%~90%之间(Back Knudsen,2011),可溶性NSP的发酵性最高,不溶性NSP的发酵性最低(Urriola等,2010)。因为发酵主要发生在大肠,所以用全肠道的消化率而不是回肠消化率来评估原料中NSP的价值。与氨基酸和脂质不同,没有内源碳水化合物会被分泌进入消化道,因此全肠道的表观消化率不受内源碳水化合物的影响。因此,不需要计算标准或真可消化碳水化合物值,所以AID值适用于淀粉和糖,全肠道表观消化率(ATTD)适用于NSP(NRC,2012)。

糖类和淀粉的消化可以有利于葡萄糖和其他单糖的吸收,NSP的发酵会促进其产物短链脂肪酸的吸收,并能被用于合成ATP、合成葡萄糖和合成脂肪酸。然而,由于发酵是耗能过程,NSP供能作用远低于淀粉和糖(Just等,1983;Shi等,1994;Black,1995)。因此,饲料原料的能值通常与饲料原料中的纤维含量呈负相关。又因为在日粮中使用更多的谷物和豆粕会增加饲料成本,所以更多的副产物和原料替代物被利用。与谷物和豆粕相比,这些替代原料大部分含有较高的NSP和较低的代谢能,因此,添加了副产物的日粮能值更低。

4 灰分和矿物质

灰分对饲料原料的能值没有贡献,但是这个组分主要包含了饲料原料的矿物质成分。由于灰分没有能量,饲料原料的能量含量通常与原料中灰分含量成负相关关系(Noblet等,1994;Pedersen等,2007;Olukosi等,2009)。谷物和大多数完整植物源性原料的灰分含量通常低于3%,而许多谷物副产物的灰分含量为5%~10%。更高的灰分通常都是沙或是污垢污染的结果,如果收获条件不理想,对于许多原料来说这可能就是一个问题。如果土豆和木薯在使用之前不被完全清洗,则灰分的浓度就会较高。

许多动物源性原料的灰分含量要高于植物源性原料。这是因为动物源原料含有动物的骨头,比如家禽副产品、肉骨粉、鱼粉等。饲料原料中灰分的增加通常表明是骨头含量增加的原因。尤其是鱼粉,灰分含量差异可以从生产全鱼鱼粉的大约10%变化到餐饮行业鱼片产业中含大量鱼骨头的25%。由于能值的降低与灰分含量的增加有关,高灰分鱼粉的能值低于低灰分鱼粉的能值。家禽副产品包括整只鸡以及来自鸡肉食品行业的内脏都常常含有骨头。因此,家禽副产品中灰分含量越高,就表明其内脏含量越高,从而降低其产品营养价值。

血产品通常含有5%~8%的灰分,奶制品可能含有2%~15%的灰分,这都跟产品加工工艺有关。无蛋白乳清粉中灰分含量和代谢能之间的关系最近被Kim等(2012b)报道,其研究表明,含有3 009和3 537 kcal/kg的无蛋白乳清粉的灰分含量分别为15.8%和1.7%。

灰分包括了饲料原料中的矿物质和动物需要的所有的矿物质,磷是最有经济价值的,因为这一矿物的需求量很大,而且价格很贵。用标准总肠道消化率(STTD)能准确评估磷的消化率,因为磷的ATTD值不总是适用于混合日粮(Stein,2011)。因此,内源磷基础损失需要被确定,但多个实验结果表明,内源磷基础损失的变异并不大,通常值为190或200 mg/kg干物质摄入量(Stein,2011;NRC,2012)。因此,没有必要去确定每个实验的内源磷基础损失来测定磷的消化率。我们可以直接使用200 mg/kg干物质摄入量这个内源磷基础损失量来校正ATTD值,从而计算得到STTD值。由于可以收集所有的粪便,也就没有必要在日粮中添加指示剂来测定磷的ATTD值和STTD值。ATTD值和STTD值的计算公式在之前已公布(Almeida等,2010;NRC,2012)。钙消化率的报道没有磷那么多,但最近的一项来自伊利诺斯州大学尚未发表的研究表明,钙的STTD值也需要计算才能准确预测混合日粮中钙的消化率。

大多数植物都含有大量的磷,这些磷通过与肌醇环结合形成植酸磷,大多数植酸磷在饲喂猪和家禽时其消化率较低(Eeckhout等,1994),但是,饲料原料中磷的消化率会因日粮中添加微生物植酸酶而提高(Jongbloed等,1992;Cromwell等,1995)。它也表明,能被发酵和浸泡在水中的饲料原料,磷的消化率比其他植物性饲料原料要高,因为发酵和浸泡能水解植酸磷肌醇环上与磷的结合键(Al⁃meida等,2012;Rojas等,2012a)。

动物性原料中磷的消化率通常远高于植物性饲料原料,因为动物源性产品中磷不会以植酸磷的形式存储。因此,奶制品和血产品中磷的消化率大于90%(Almeida等,2011;Kim等,2012b)。然而,骨灰中磷的消化率低于软组织中磷的消化率(Jongbloed等,1990),因此,与奶制品和血液制品相比,含骨饲料原料中磷的消化率更低。因而,肉骨粉、鱼粉和家禽副产品中磷的消化率通常是60%~70%(Rojas等,2012b)。

谷物中钙的含量很低,但是油籽粕、特别是菜籽粕含有大量的钙。动物源性饲料原料由于肉骨粉的原因含有钙,因为钙和磷以2∶1的比例沉积在骨骼中(Crenshaw,2001)。饲料原料中有关钙的消化率的报道很少,在大多数已有的研究表明,钙的消化率在50%~70%之间(Bohlke等,2005)。

5 能量

饲料原料中的能量含量可以用总能(GE)来表示,它是由绝热氮式测热法测得。消化能和代谢能通过总能分别减去粪能和粪能加尿能而得到。为了确定粪能和尿能,猪被放在代谢笼中,粪便和尿液分开定量收集。为了准确地收集粪便,应使用一个开始和一个停止标记,来确定粪便收集的起始和结束(Adeola,2001;NRC,2012)。为了测定净能(NE),需要测定热增耗,这需要使用间接测热法,但在实际的饲料原料评估中并不常用。而代替此方法的是通过之前建立的预测公式来计算净能值(Sauvant等,2004;NRC,2012)。作为可替代间接测热法的方法,比较屠宰法也可以用于测定饲料原料和日粮中的净能值(Ewan,2001)。

由于脂肪的能值高于蛋白质和碳水化合物(Ewan,2001),饲料原料中脂肪的含量越高,ME和NE的含量也就越高。然而,高浓度的粗蛋白也会导致高ME,这一结果已在原料DDGS中被证实(Widmer等,2007)。在大多数情况下,饲料原料中高浓度的淀粉也表明有更高的能值。与其说是高淀粉引起的高能,不如说是高浓度淀粉中含更低的NSP,因为NSP是所有能量原料中对能量贡献最小的成分,低浓度的NSP对原料代谢有正面的影响。相比之下,饲料原料中NSP的含量越高,原料的代谢能和净能就越低。正如前面讲到的原料中的灰分对能量的影响一样,原料中NSP和灰分越高,其ME和NE就越低。大多数的副产物都是含高浓度的NSP和低浓度的ME,而大多数谷物中含NSP浓度较低,因此具有相对较高的ME和NE。而有一些副产物,如一些玉米副产物同时含有较高浓度的NSP和脂肪,其代谢能含量跟谷物能值相似(Pedersen等,2007)。同样地,许多动物蛋白质同时也含有高浓度的脂肪和灰分,这就导致了这些原料具有中等或较低的ME。

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