直接法和差异法评估饲料原料在生长猪上的氨基酸消化率

Maryane S. F. Oliveira John K. Htoo Hans H. Stein，3*

（1.伊利诺伊大学动物科学系，美国伊利诺伊州61801；2.赢创德固赛营养&护理有限公司，德国哈瑙63457；3.伊利诺伊大学营养科学系，美国伊利诺伊州61801）

在猪的饲料配方中使用氨基酸的标准回肠消化率（SID）值，是因为SID值与基础回肠内源性AA损失无关，因此，SID 值常用于饲料配方营养搭配计算(Stein 等，2005；NRC，2012；Kong 等，2014)。氨基酸的SID 值可以使用直接或差值法确定(Kong 等，2014；Stein，2017)。如果使用直接法，则饲料中所有氨基酸都由试验原料提供，日粮氨基酸的SID也代表试验原料的氨基酸SID。然而，如果使用差异法计算，需要配置基础日粮（氨基酸由包含氨基酸的基础原料提供）和试验日粮（氨基酸由基础原料和试验原料一起提供）。两种饲料中氨基酸的SID 计算方法：基础日粮组的氨基酸SID 和其基础原料（包含氨基酸的基础原料）的氨基酸SID 相等，试验日粮组中试验原料的氨基酸SID 需要通过差异法减去基础原料中可消化氨基酸的贡献值。如果使用直接法，因为试验原料是饲料中氨基酸的唯一来源，所以有时会产生氨基酸含量非常低的饲料(Pedersen 等，2007；Rojas 等，2015；Casas 等，2017)。长期饲喂这种日粮的猪可能抑制生长。某些纤维或抗营养因子含量高的原料可能无法用作唯一的含AA 成分，如果大量使用，饲料因部分原料造成适口性不好。因此，通常需要将测试原料与另一种原料混合，并使用差异法计算氨基酸的SID，与直接法相比，通常会导致氨基酸的SID平均值的标准误差更大(Almeida 等，2013；Sulabo 等，2013a)。

但是，目前还没有关于比较直接法和差异法计算相同成分的氨基酸的SID的数据。因此，本试验的目的是检验用直接法得到的谷物和富纤维成分中AA的SID值与用差异法得到的SID值没有差异这一假设。

1 材料与方法

该试验方案已由伊利诺伊大学的机构动物护理和使用委员会审查并批准。使用了与康贝尔母猪（Pig Improvement Company,Hendersonville,田纳西州）交配的359 系公猪的后代猪，选择16 头生长公猪[初始体重（69.5±5.0）kg]，在回肠末端安装T 型瘘管；随机分配至8×4 的日粮组中（8 种试验日粮处理组，4 个7 d周期）。为避免双因子潜在残留影响，使用平衡拉丁方分配方案(Balanced Latin Square Allotment Pro⁃gram)(Kim等，2009)。

确定了猪的分配。在每个时期，每种饲料下有2 头猪，每个处理组总共有8 个试验结果。所有猪均在不同的试验中使用，在分配饲料之前，饲喂普通养殖户饲料14 d。将猪放在装有自动喂食器、乳头饮水器、光滑的侧壁和板条式三栏式地板的单独围栏（1.2 m×1.5 m）中。

其中4种饲料基于豆粕（SBM）、玉米、小麦或小麦麸，每种原料在饲料中提供了所有的氨基酸（表1）。另外3 种饲料是基于豆粕和玉米、豆粕和小麦、豆粕和小麦麸的混合饲料，最后一种试验饲料是无氮饲料（表2 和表3）。因此，总共配制了8 种不同的饲料。所有饲料配方中都包含维生素和矿物质，以满足生长猪的总体营养需求（NRC，2012）。所有饲料配方中还含有0.40%的氧化铬作为后期测消化率的标志物。猪被限制饲喂其维持所需能量的三倍（即197 kcal/kg BW0.60；NRC，2012），在整个试验过程中，猪可以自由饮水。每个周期的前5 d被视为饲料适应期，而每个周期的第6 d和第7 d收集回肠食糜8 h，因为适应5 d再收集随后2 d回肠食糜可以得到最准确氨基酸的回肠消化率的估计值（Kim等，2020）。用绳扎法将225 ml塑料袋固定在套管桶上，收集流入套管桶内的食物。每隔30 min，或者当袋子装满时，就把袋子取出来，然后换一个新的袋子。回肠食糜收集后立即在-20 ℃环境下保存。

表1 原料分析组成（作基础饲料）

在试验结束时，将同一日粮组中同一头猪的回肠食糜样品解冻并混合均匀，然后从混合样中再次取样进行分析。同时采集各组日粮和每一种包含氨基酸成分的原料样品进行分析。分析前回肠食糜冻干并研磨。检测饲料、回肠消化物和原料样品中的粗蛋白(CP；Method 990.03；AOAC Int., 2007)和干物质(DM；Method 930.15；AOAC Int., 2007)。并对上述样品的AA 进行了分析(Method 982.30 E [a, b, c]；AOAC Int.,2007)，并检测了饲粮和回肠食糜样品中的铬（Method 990.08；AOAC Int., 2007）。使用AnkomTDF纤维分析仪（Ankom Technology，马其顿，纽约）（方法991.43；AOAC Int., 2007）对饲料和原料进行了不溶性和可溶性膳食纤维分析检测。总膳食纤维浓度计算为不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维之和。

除无氮饲料外，所有饲料粗蛋白和氨基酸的AID及SID均已计算，并且从饲喂无氮饲料的猪计算出CP和AA 的基础内源性损失(Stein 等，2007)。对于包含豆粕、玉米、小麦或小麦麸作为AA唯一来源的4种饲料的计算值也代表每种成分的值，这些值代表通过直接法计算的AA 的AID 和SID。对于同时含有豆粕和玉米、豆粕和小麦、豆粕和小麦麸的3种日粮，通过使用差异法从日粮AID或者SID中减去豆粕的AA消化率，来计算玉米、小麦和小麦麸的AID或SID(Kong等，2014)。使用SAS 的MIXED 程序（北卡罗来纳州卡里的SAS Inst. Inc.）分析数据。使用SAS 的UNIVARI⁃ATE 程序测试残差和异常值的正态性。偏离处理均值四分位间距三倍以上的均值被认为是离群值。首先使用一个模型分析CP 和AA 的AID 和SID 数据，该模型包括饲料作为固定效应，而猪、周期和批次作为随机效应。随后按照3×2因子设计对数据进行分析，该因子设计包含3 种成分（玉米、小麦和小麦麸）和2种方法（直接法或差异法）。该模型包括成分、方法和成分×方法作为固定效应，而猪、周期和批次为随机效应。猪是所有分析的试验物种，P＜0.05 时差异显著，而0.05≤P＜0.10 则存在变化趋势，但是差异没有达到显著水平。

2 结果

在整个试验过程中，猪摄食正常，并保持健康。豆粕饲料和基于豆粕玉米型饲料的大多数氨基酸的AID 没有差异（表4）。但是，与豆粕饲料和玉米豆粕饲料相比，基于玉米饲料、小麦饲料、小麦麸饲料和豆粕小麦麸型饲料中粗蛋白和大部分氨基酸的AID 的含量显著降低（P＜0.01）。在豆粕饲料、玉米饲料和玉米豆粕型饲料中，粗蛋白和大多数氨基酸的SID无差异（表5），但这些饲料中CP 和大多数氨基酸的SID 相比小麦、小麦麸和小麦麸豆粕饲料显著升高（P＜0.01）。

如果使用直接法进行计算，小麦中CP 的AID 高于小麦麸（P＜0.05），但如果使用差异法计算，则小麦和小麦麸之间CP 的AID 没有差异（表6）。如果使用直接法计算，则玉米和小麦之间色氨酸的AID 没有区别，但如果使用差异法计算AID，则小麦中Trp 的AID 显著高于玉米（相互作用，P＜0.05）。如果使用差异法而不是直接法计算，则Met、Thr、Val、Ala、Gly 和Pro 的AID 值较大，而通过差异法计算的Ile 和Lys 的AID 值相比直接法计算趋于升高（P＜0.10）。但是，对于所有其他氨基酸的AID，直接法和差异发之间均未发现差异。

表2 试验饲料配方组成(%)

表3 试验饲料营养组成

在粗蛋白和氨基酸的SID 上未观察到不同原料和方法之间的相互作用（表7），但如果使用差异法进行计算，则玉米和小麦麸的Trp的SID有降低趋势，但对于玉米小麦（交互作用）则不是这样，P=0.087）。但是，CP的SID和所有其他必需氨基酸在这两个过程之间没有区别。如果使用直接法而非差异法，则Pro 的SID 更大（P＜0.05），Glu 的SID 趋于升高（P=0.097），但是对于所有其他非必需氨基酸，这两个方法之间未观察到变化或趋势。

3 讨论

本次检测玉米、豆粕、小麦和小麦麸的氨基酸组成在合理范围内(NRC，2012；Blas 等，2016；Rostagno等，2017)。除Lys 外，豆粕中粗蛋白质和氨基酸的AID 和SID 也与已发布的数据非常吻合(NRC，2012；Blas 等，2016；Oliveira 等，2016)。但是，玉米中AA 的AID和SID略高于NRC（2012）和Blas等(2016)等报道，但小麦和小麦麸中AA的AID和SID在已发布的数据范 围 内(NRC，2012；Casas 等，2017；McGhee 等，2018)。在该试验中确定的AA 的基本内源性损失也在先前确定的值的范围内(Park等，2013)。

表4 直接法下饲料中粗蛋白和氨基酸的表观回肠消化率(AID)

表5 直接法下饲料中粗蛋白和氨基酸的标准回肠消化率(SID)

在消化性试验中，饲料原料中AA 的AID 和SID是通过直接法或差异法确定的。 如果通过差异法确定了氨基酸的消化率，则需要饲料中额外添加的原料数据，并根据基础原料和试验饲料成分配制饲料（Kong等，2014）。

表6 直接法和差异法下玉米、豆粕、小麦和小麦麸中粗蛋白质和氨基酸的表观回肠消化率(AID)

表7 直接法和差异法下玉米、豆粕、小麦和小麦麸中粗蛋白质和氨基酸的标准回肠消化率(SID)

这个方法的优点是试验饲料可以根据动物的需求提供AA，但是由于所有测量误差均归因于试验原料，因此原料中氨基酸比例较大时，使用此方法获得的结果最准确。因此，与使用直接法相比，使用差异法获得的结果经常导致标准差偏大，这影响试验的效果（Almeida等，2013；Sulabo等，2013a)。

如果使用直接法，则饲料中所有氨基酸均由试验原料提供，如果确定高蛋白类原料中氨基酸的AID和SID值，直接法简单易用，因为配制饲料中总必需氨基酸仅通过此类原料成分即可定量。因此，通过直接法即可测得如豆粕、低芥酸菜籽粕、向日葵粕、花生粕等高蛋白类原料中氨基酸的AID 和SID 值(Almeida 等，2014；Li 等，2014；Maison 等，2014；Sotak-Peper 等，2017)。

直接法也可用以确定谷物中氨基酸的消化率，但是在这种情况下，饲料中氨基酸往往是不足的，因为即使95%～97%的试验饲料由试验原料（谷物）构成，猪的氨基酸营养需求也不能被满足。尽管谷物提供的氨基酸含量低于猪只需求，但在假设这不影响氨基酸的AID 和SID 值的情况下，仍有诸多研究采用直接法来确定大多数谷物的氨基酸AID 和SID（Pedersen等，2007；CervantesPahm 等，2014；Rosenfelder 等，2015；Strang 等，2016、2017；Mc⁃Ghee等，2018）。据所知，目前尚未有对该假设进行检验，但是本试验的结果表明，谷物中氨基酸的AID 和SID 值不受试验原料中低氨基酸浓度的影响，因为玉米和小麦中氨基酸的AID和SID的值在直接法和差异法之间没有差异。与差异法相比，直接法较低的标准误差为确定谷物中氨基酸的AID和SID提供了更为可靠保障。因为如果使用直接法，则不需要基础饲料，因此与差异法相比，使用这种程序的成本也较低。

为了补充谷物作为唯一的氨基酸来源的饲料中氨基酸的不足，我们在适应期额外补充氨基酸的混合物，但在粪便采集期间没有补充(Pedersen 等，2007；Casas 等，2017)，这将使猪在试验过程中具有更正常的生长速度。最新数据表明，由于晶体氨基酸可在小肠中被100%吸收，所以在试验饲料中添加晶体氨基酸不会影响结果或氨基酸的AID 和SID(Oliveira 等，2018)。因此，根据该试验的结果以及历史数据，我们得出结论，可以使用直接法确定谷物中的AID 和SID值。

在确定谷物副产品中氨基酸的AID 的SID 值的试验中，例如DDGS、小麦麸、米糠，如果使用直接法，由于这些成分中高纤维含量的限制，将无法配制成满足AA需求的饲料。因为，通常情况下，这些原料的纤维水平必须限制在饲料的40%～60%，这就导致了试验日粮中的AA浓度较低(Casas等，2017；Espinosa等，2018)。

如果使用更高配比，这些原料的高纤维浓度也可能导致消化道堵塞，从而导致消化吸收较差。高纤维谷物副制品的另一个问题是，如果在饲料中添加量加大，往往饲料的适口性不佳；但如果采用差异法，良好适口性的饲料是可以配制的(Casas等，2015)。

但是，本试验结果表明，对于小麦麸，差异法和直接法之间只有微小的差异，说明SID 值不受处理方法的影响。因此，这一结论可以外推到其他高纤维颗粒副产物上，但需要研究来验证这一假设。不过，与谷物类似的是，氨基酸的AID 和SID用直接法得到的标准误差比用差异法得到的标准误差更小，表明如果使用直接法时，需要的试验重复数更少。

与直接法计算相比，使用差异法计算的玉米和小麦麸中Trp 的SID 值偏低，因为玉米和小麦麸中Trp 含量较低，玉米豆粕型和小麦麸豆粕型日粮中的Trp 大多数来自豆粕，而豆粕中Trp 的SID 值又高于其所有其他的必需氨基酸，所以豆粕中Trp 的SID值可能被稍微过高估算了，这就导致计算出的试验原料的Trp 的SID 值时有点偏低。虽然这种高估是无意的，但进一步指出，使用差异法可能会带来一些挑战。

确定动物蛋白和某些特殊蛋白中氨基酸的SID值有时会相对较难，这是由于这些蛋白在猪小肠中的特殊性质，有时会导致小肠内大量内源性氨基酸分泌。在这些情况下，可能有必要使用差异法来计算SID 值(Mateo 等，2007；Almeida 等，2013；Sulabo 等，2013a、2013b；Navarro 等，2018)。但该试验的结果表明，使用差异法计算出的所有必需氨基酸（除Trp 之外）的SID值与使用直接法计算出的值没有区别。直接法或差异法均可用于动物蛋白和特定蛋白，但为了达到满意数据结果须进行多次重复试验。

4 结论

玉米、小麦和小麦粉中必需氨基酸的SID 可以通过直接或差异法确定，而不会影响结果。因此，没有理由担心在谷物及其副产物中氨基酸低于营养需求时，使用直接法计算氨基酸的SID 的准确性。对于本试验中使用的原料，使用差异法没有优势，反而由于存在更大的标准误差，如果使用差异法而不是直接法，则需要更多重复才能获得一定的试验结果。