体内法和体外法对玉米代谢能的评定效果比较

付 趁,马慧慧，徐 彬，魏凤仙，李婷婷，王琳燚，李绍钰*

(1.河南农业大学 牧医工程学院，河南 郑州 450002; 2.河南省农业科学院 畜牧兽医研究所，河南 郑州 450002)

体内法和体外法对玉米代谢能的评定效果比较

付 趁1,2,马慧慧2，徐 彬2，魏凤仙2，李婷婷2，王琳燚2，李绍钰2*

(1.河南农业大学 牧医工程学院，河南 郑州 450002; 2.河南省农业科学院 畜牧兽医研究所，河南 郑州 450002)

通过对体外法(仿生消化法)测定的玉米的酶水解物能值(EHGE)与体内法(动物试验法)测定的真代谢能(TME)进行比较，筛选快速、准确估测饲料能值的方法。体内法采用动物试验法进行代谢试验测定TME，选用504只21日龄AA肉仔鸡，按体质量均分为7个处理，每个处理12个重复，每个重复6只鸡，其中6个处理分别饲喂6个地区玉米饲料原料，另外1个处理为饥饿组，测定其内源能量代谢，试验期3 d。体外法采用仿生消化法进行仿生消化试验测定EHGE，6个地区玉米饲料原料设为6个处理，每个处理10个重复，每个重复2根消化管。结果表明：体外法测定的EHGE和体内法测定的TME总体上差异不显著。体外法测定的EHGE的变异系数在0.21%～0.87%，而体内法测定的TEM的变异系数在0.98%～4.12%，体外法测定的EHGE对体内法测定的TME的估计偏差均在2%以内，体外法测定的EHGE与体内法测定的TME呈显著线性关系(R2=0.95)。可见，用体外法测定的EHGE具有较高的准确性，且达到了估测体内法TME的要求，能快速、准确地评价日粮的代谢能。

体外法； 体内法； 代谢能； 玉米

玉米作为能量饲料原料在日粮配方中被广泛使用，代谢能是评定日粮生物学效价的重要指标之一,客观、精准地评定日粮的代谢能是确定动物营养需要量及优化饲料配方的重要依据。多年来，为寻求能反映饲粮养分在动物机体内消化、吸收规律的快捷且易于标准化的评定方法，各国学者开展了系统性研究[1-2]，研究结果为通过体外法模拟动物胃肠道消化快速评定饲粮养分的营养价值提供了重要理论依据。基于前人研究结果，动物营养学国家重点实验室在张子仪院士的指导下，成功研发了一套具有自主知识产权的，用来模拟猪、禽饲料养分消化的单胃动物仿生消化系统(SDS)，主要是在体外用消化酶模拟饲料在动物胃肠道内消化吸收的过程，估测饲料养分的生物学效价，从而达到快速准确评定饲料生物学效价的目的。目前，关于采用体外法评定河南省玉米代谢能值的研究报道较少。为此，选择河南省不同地区的玉米作为研究材料，采用体外法和体内法测定其代谢能，以期选出能快速、准确评定日粮代谢能的方法。

1 材料和方法

1.1 试验原料

根据前期调研及文献资料，综合考虑河南省不同地区的地理位置和气候差异及玉米种植面积，选择河南省具有代表性的洛阳、南阳、安阳、郑州、商丘和濮阳6个地区作为采样地，每个采样地采集5个样品混合均匀，采用四分法取样，用万能粉碎机粉碎过0.45 mm筛,贮存于样品袋中，-20 ℃保存，进行常规营养成分检测和动物试验的真代谢能(TME)测定及仿生消化试验的酶水解物能值(EHGE)测定。

1.2 体内法(动物试验法)TME测定方案

1.2.1 供试动物与饲养管理 选取504只健康、体质量均匀的21日龄AA肉仔鸡(雄性)，依据体质量分为7个处理，每个处理 12 个重复，每个重复6只鸡，6个处理分别饲喂6个玉米饲料原料,1个处理为饥饿组测定内源能量代谢。21～24日龄预饲试验饲粮，25～27日龄为正式试验期。动物饲养试验在河南省农业科学院畜牧兽医研究所肉鸡试验基地进行，供试鸡采用常规笼养，分上、中、下3层，期间自由采食和饮水，鸡舍通风良好，其中人工光照、温湿度和免疫程序按AA肉鸡饲养管理操作章程进行。

1.2.2 测定指标及方法

1.2.2.1 粪样的收集及处理 供试鸡在24日龄开始禁食24 h，禁食结束后安装粪盘，25～26日龄饲喂试验饲粮并记录2 d的采食量，27日龄继续禁食24 h，禁食期间自由饮水，收粪期为3 d(25～27日龄)，收粪以1个重复为1个单位，每天收集的粪便挑出羽毛和废料后，往收集好的排泄物中按0.1 mL/g的量加10%盐酸，收集正式试验期的排泄物，混合在一起，称取并记录排泄物总量，而后铺平放入65 ℃的鼓风干燥箱中烘干至恒质量(以重复组为单位)，置室温回潮24 h，称质量并记录，粉碎后过0.45 mm筛，并充分混匀后装入样品袋供分析用。

1.2.2.2 指标的测定 测定6个玉米饲料原料的常规营养成分：干物质、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分和总能,测定方法参照《饲料分析及饲料质量检测技术》(第3版)[3]。测定粪样的总能，并计算TME。

TME=(EI-EO+FEL)/FI

式中：FI为总采食量(kg)，EI为食入总能(MJ),EO为粪便排出总能(MJ)，FEL为内源能量代谢(MJ)。所有含量以干物质为基础。

1.3 体外法(仿生消化法)EHGE测定方案

1.3.1 试验设计 采用第2代单胃动物仿生消化系统(SDS-2)中鸡模拟消化过程，测定6个玉米饲料原料的EHGE。采用单因素完全随机设计,6个玉米饲料原料设为6个处理，每批测定1个样品，每个样品10个重复。

1.3.2 操作程序 基于SDS-2的仿生消化操作流程参照单胃动物仿生消化系统操作手册中鸡的消化过程进行，包括透析袋的型号及前处理、胃缓冲液、小肠前段缓冲液和小肠后段缓冲液制备[4]。

1.3.3 测定指标及方法

1.3.3.1 消化残渣的收集及处理 消化结束后，将消化管取下，将未消化残渣无损失地转移到与之编号相同的干培养皿中。然后，65 ℃条件下将装有残渣的培养皿烘干后，105 ℃条件下烘至恒质量。将培养皿中的消化残渣全部刮下，转移至已知干质量的玻璃砂坩埚中，用无水乙醇冲洗残渣3次(每次约30 mL)，确保残渣与乙醇充分混合，至滤出液无色为止。同时将带有残渣剩余物的培养皿置于105 ℃恒温箱内烘至恒质量。将刮取未消化残渣后的培养皿和带有脱脂未消化残渣的玻璃砂坩埚置于105 ℃恒温箱内烘至恒质量。将玻璃砂坩埚内脱脂未消化残渣的样品转移到已知质量的称样纸上，称质量。同时将带有脱脂残渣剩余物的玻璃砂坩埚置于105 ℃恒温箱内烘至恒质量。

1.3.3.2 指标的测定 测定未水解残渣的总能，总能的测定方法同1.2.2.2中总能的测定，并计算EHGE。

EHGE=(GE1-GE2)/(M×1 000)

式中：GE1为样品总热值(J),GE2为残渣总热值(J)，M为上样饲料干质量(g)。所有含量均以干物质为基础。

1.4 数据统计及处理

试验数据经Excel 2007处理后，采用SPSS 20.0统计分析软件中配对样本t检验法进行显著性分析，结果以平均值±标准差表示,以P<0.05作为差异显著性判断标准。采用Excel 2007软件对体外法EHGE与体内法TME进行线性相关性分析。

2 结果与分析

2.1 6个玉米饲料原料常规营养成分的实测值

6个玉米饲料原料的常规营养成分实测值见表1，其中6个玉米样品干物质含量在87.45%～89.32%，粗蛋白含量在7.51%～8.56%，实测值与农业部谷物品质质量监督检验测试中心报道值、中国饲料成分及营养价值表(2015年第26版)中规定值相符。

表1 6个玉米饲料原料的常规营养成分实测值(风干基础)

2.2 体内法和体外法测定的6个玉米样品代谢能比较

由表2可知，体内法测定的6个玉米的TME值在15.11～15.48 MJ/kg,平均值为 15.25 MJ/kg；体外法测定的EHGE值在15.03～15.76 MJ/kg,平均值为 15.33 MJ/kg。除样品5外，其余5个样品2种方法的测定值差异均不显著(P>0.05)。通过比较2种测试方法发现，6个玉米样品的TME值略低于EHGE值，但总体上差异不显著(P>0.05)。由此可见，用仿生法估测体内法TME值具有较好的准确性。

表2 体内法和体外法测定样品代谢能值结果(干物质基础) MJ/kg

注：同列上标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.3 体内法和体外法测定6个玉米样品代谢能的精度和偏差

从表3可以看出，体外法测定的EHGE的变异系数在0.21%～0.87%，其平均值在1%内；而体内法测定的TME的变异系数在0.98%～4.12%，其平均值超过了1%。可见，采用体外法测定的6个玉米饲料原料的EHGE的精度高于体内法测定的TME。进一步分析体外法测定的EHGE对体内法测定的TME的估计偏差得出，EHGE对体内法测定的TME的估计偏差均在2%以内。而体内法对代谢能的估计偏差要求一般在10%以内。因此，6个玉米样品体外法测定的EHGE值达到了估测体内法TME的定量水平。

2.4 体内法和体外法评定的6个玉米样品代谢能的线性相关性

体内法和体外法评定的6个玉米饲料原料代谢能的线性相关性见图1。经回归分析，体内法测定的TME与体外法测定的EHGE之间呈显著线性关系(P<0.05)，回归方程为TME=EHGE×0.48+7.68(R2为0.95)。可以看出，以EHGE值估测TME值的决定系数R2为0.95,表明因变量体内法TME值的总体变异中95%可被自变量体外法EHGE值所解释，仅有5%的概率是由其他因素引起的。

表3 体内法和体外法测定样品代谢能的精度和偏差(干物质基础)

图1 体内法和体外法评定的饲料原料代谢能的线性相关性

3 结论与讨论

3.1 不同方法测定6个玉米样品代谢能的比较

客观、精准地评价饲料原料中养分的生物学效价既是建立动物营养需要量标准和优化饲料配方的基础，也是提高畜禽饲粮利用效率、降低饲粮成本及养殖业节能减排的重要手段[5]。应用动物试验法测定饲料原料中养分的营养价值存在周期较长、受影响因素多和耗资过大等缺点。多年来，各国学者开展了系统性研究以探索能快捷反映饲料养分在畜禽体内消化吸收规律且易于标准化的评定方法[1-2]。任立芹[6]采用仿生消化法评定了黄羽肉鸡的16个常用饲料原料的仿生消化能，结果表明，仿生消化法的EHGE值与动物试验法的TME值的绝对差值基本在1.0 MJ/kg内，2种方法的差异不显著。刘雨田[7]比较了10个棉粕样品和10个豆粕样品的仿生消化法EHGE和动物试验法TME之间的差异，结果显示，20个样品中有17个样品的仿生消化法EHGE值与动物试验法TME值没有显著差异。本研究选择6个地区玉米作为研究材料，分别采用体内法和体外法测定其代谢能值，结果表明，体外法测定的EHGE与体内法测定的TME总体上差异不显著，这与赵江涛[8]、郑卫宽[9]和尹玉港[10]研究结论一致。

3.2 不同方法测定6个玉米样品代谢能的精度和偏差

王钰明[11]研究结果表明，仿生消化法测定的EHGE的变异系数(0.13%～1.20%)显著低于动物试验法TME值的变异系数(1.02%～3.44%)。任立芹[6]的研究也表明，测定的16个饲料原料的仿生消化法EHGE值的变异系数在 0.2%～1.2%，动物试验法 TME 值的变异系数在 0.90%～5.76%，两者的绝对差值基本控制在1 MJ/kg，估计偏差在10%以内。表明仿生消化法的测定精度相对于动物试验法较高。本研究结果与上述研究结果一致，基于SDS-2所测定的6个玉米饲料原料的体外法EHGE值的变异系数(0.21%～0.87%)小于体内法TME值的变异系数(0.98%～4.12%),估计偏差符合体内法对代谢能的要求(10%)。动物试验法中的动物机体易受个体生理状况差异影响，使测定结果具有较大的偏差。而本研究基于SDS-2，其仪器设备可准确定量控制消化过程中的各种参数(温度、缓冲液流速、时间等)，同时能减少人为操作所造成的误差，减小了测定样品体外代谢能的变异范围。综上，在本研究条件下，采用体外法测定的6个地区玉米饲料原料的代谢能的精度高于体内法。

3.3 不同方法评定的6个玉米样品代谢能的线性相关性分析

陈亮[12]采用仿生消化法评定的6种常用猪饲料原料的能值与动物试验法测定的能值相关性系数达到0.9以上。任立芹[6]研究结果显示，仿生消化法EHGE与动物试验法TME的简单相关系数为0.98。本研究中，体内法测定的TME与体外法测定的EHGE呈显著线性关系(R2=0.95)。本研究中的R2高于赵峰[13]评定鸭模拟玉米动物试验法TME值对仿生消化法EHGE线性回归模型的R2(0.88)。可见，体外法 EHGE值与体内法TME值的线性回归模型拟合较好，模型可靠性较高。

综上所述，体外法省时、省力，达到了估测体内法代谢能的要求，能快速、准确评定日粮中养分的生物学效价，在现代饲料工业生产中及养殖业中推广应用具有可行性。

[1] 张子仪，聂光达.猪饲料消化能值的离体测定方法及其生物学试验根据[J].中国畜牧杂志,1986(1):5-9.

[2] Regmi P R,Sauer W C,Zijlstra R T.Prediction ofinvivoapparent total tract energy digestibility of barley in grower pigs using aninvitrodigestibility technique[J].Journal of Animal Science,2008,86(10):2619-2626.

[3] 张丽英.饲料分析及饲料质量检测技术[M].3版.北京:中国农业大学出版社,2007:60-61.

[4] 赵峰,张宏福,张子仪.单胃动物仿生消化系统操作手册[M].2版.北京:中国农业科学院,2011.

[5] 张宏福,赵峰,张子仪.仿生消化法评定猪饲料动物试验效价的研究进展[J].饲料与畜牧,2011(3):5-9.

[6] 任立芹.仿生法评定黄羽肉鸡常用饲料代谢能和可消化氨基酸研究[D].北京:中国农业科学院,2012.

[7] 刘雨田.基于仿生消化系统的酶法测定鸡蛋白质饲料代谢能值的研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2010.

[8] 赵江涛.豆粕鸭代谢能值的酶学评定方法研究[D].北京:中国农业科学院,2003.

[9] 郑卫宽.用仿生消化仪测定棉粕鸭真代谢能值的研究[D].北京:中国农业科学院,2009.

[10] 尹玉港.鸭饲料脂肪体外模拟消化方法的研究[D].扬州:扬州大学,2011.

[11] 王钰明.猪模拟小肠液的制备及仿生消化法测定饲料可消化养分含量的研究[D].北京:中国农业科学院,2015.

[12] 陈亮.猪常用饲料能量和粗蛋白质消化率仿生评定方法的研究[D].北京:中国农业科学院,2013.

[13] 赵峰.用酶法评定鸭饲料代谢能的方法学研究[D].北京:中国农业科学院,2006.

Comparative Study of Evaluation of Maize Metabolizable Energy With In Vivo Method and In Vitro Method

FU Chen1,2,MA Huihui2,XU Bin2,WEI Fengxian2,LI Tingting2,WANG Linyi2,LI Shaoyu2*

(1.Engineering College of Animal Husbandry and Veterinary Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;2.Institute of Animal Husbandry and Veterinary Science,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

Experiments were conducted to measure the enzymatic hydrolysate of gross energy(EHGE) of maize withinvitromethod,and the results were compared with the ture metabolizable energy(TME) withinvivomethod,so as to get the rapid and accurate evaluation of metabolizable energy.Invivoexperiment,504 Arbor Acres(AA) broilers at the age of 21 d were selected and divided into 7 treatments with 12 replicate,and each repetition had 6 chicks.The 6 treatments were fed with maize in 6 areas,respectively,another treatment was hungry for 3 days to measure its internal energy metabolism.Invitroexperiment,6 treatments consisted of 6 maize diets were used in a single factorial completely randomized arrangement,respectively,each treatment contained 10 repetitions with 2 digestion tube per repetition.The results showed that there was no significant difference between EHGE and TME values.The coefficient of variation of EHGE was between 0.21% and 0.87%,while the coefficient of variation of TME was between 0.98% and 4.12%,moreover,the estimation bias of EHGE to TME were both within 2%.The correlation coefficient between EHGE and TME values of 6 maize samples was 0.95.In conclusion,it was acceptable to estimate TME with EHGE for its high accuracy,and the precision of EHGE had reached the requirement of TME.The metabolizable energy of diets could be evaluated rapidly and accurately withinvitromethod.

invitromethod;invivomethod; metabolizable energy; maize

2016-07-20

国家现代农业产业技术体系项目(CARS-42);河南省农业科学院自主创新专项

付 趁(1986-),女,河南兰考人,在读硕士研究生,研究方向:动物营养与饲料科学。 E-mail:fuchen8609@163.com

*通讯作者：李绍钰(1965-),男,湖北麻城人,研究员,博士,主要从事动物营养与饲料方面的研究。 E-mail:lsy9617@aliyun.com

S816

A

1004-3268(2017)02-0127-05