4个实验室间测定猪饲料酶水解物能值的差异及可加性研究

2022-06-10赵江涛高理想李黛淋周桂莲王钰明杜青之

动物营养学报 2022年5期

赵江涛高理想张虎董莹李黛淋周桂莲王钰明杜青之赵峰

(1.温氏食品集团股份有限公司，农业农村部动物营养与饲料学重点实验室，云浮527400；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京100193；3. 新希望六和股份有限公司，畜禽饲料与畜禽产品质量安全控制四川省重点实验室，成都610023；4.湖南中本智能科技有限公司，长沙410013)

通过仿生消化法快速估测猪饲料原料的有效能值对指导原料采购、优化饲粮配方具有重要价值。仿生消化方法在实验室间的重现性及可加性是否满意，是行业能否应用该方法的基本前提。GB/T 6379.1—2004[1]指出测定方法的重复性与再现性是表示一个方法的测定结果是否准确的基本前提，而可加性是检验饲料可消化养分含量测定方法是否可行的关键，因为配制饲粮配方的假设是饲料原料间的可消化养分含量具有可加性[2-4]。在测定方法的实验室间再现性检验上，不同测定方法间因自身精度不同而使得实验室间再现性差异较大。Bourdillon等[5]报道欧洲7家实验室测定肉鸡饲粮中代谢能(ME)的变异系数(CV)为2.92%。张晋源等[6]报道6个实验室测定饲料原料总能(GE)的CV在0.64%以内。一般认为实验室间的CV越小，则方法的一致性越高。Wang等[7]、廖睿等[8]报道仿生消化法测定鸭饲料原料酶水解物能值(EHGE)及猪饲料原料还原糖释放量的重复性CV在1.68%以内，具有满意的重复性。在可加性检验上，Dale等[2]认为混合饲粮ME的测定值与根据组成饲粮各饲料原料的ME及其比例计算的饲粮ME相差在3%以内，则可加性是满意的。Wang等[7]、Yu等[9]、廖睿等[8]报道仿生消化法测定鸭饲料和鸡饲料原料EHGE及猪饲料原料还原糖释放量具有满意的可加性。近年来，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所根据生长猪体内的消化环境，建立了新的胃-小肠-大肠仿生消化方法，43个饲料样品EHGE与体内消化能和ME的相关系数超过0.90。然而，该方法在不同实验室间测定值的差异及可加性需要进一步检验。为此，本研究以6个饲料原料配制8种饲粮，比较4个实验室间EHGE测定值的差异及可加性，为猪饲料原料有效能的准确估测提供参考。

1 材料与方法

1.1 饲料原料及饲粮

选用玉米、小麦、大麦、糙米、豆粕、小麦麸为代表性饲料原料样品，其营养水平见表1。

表1 饲料原料的营养水平(风干基础)

饲粮1～8由玉米、小麦、大麦、糙米、豆粕、小麦麸中的2～6种原料组成，形成一系列在原料组成结构上呈明显差异的饲粮(维生素和微量元素的添加量参考张晋源等[6])，其组成及营养水平见表2。每个饲粮配制700 g，混合后全部粉碎后过60目方形筛孔，再次混合后于-20 ℃密封保存备用。

表2 试验饲粮的组成及营养水平(风干基础)

1.2 试验设计

采用单因素完全随机设计，由温氏食品集团提供原料，经中国农业科学院北京畜牧兽医研究所统一制备样品后，将6个饲料原料和8个饲粮各100 g发至4个实验室。通过单胃动物仿生消化系统及生长猪模拟消化液试剂盒(货号：IVDEGP；湖南中本智能科技发展有限公司生产)测定EHGE。每个处理5个重复，每个重复1根消化管。

1.3 测定指标与试验仪器

生长猪饲料EHGE测定均采用第3代单胃动物仿生消化系统(型号：SDS-Ⅲ，湖南中本智能科技发展有限公司，长沙)，详细过程参考赵峰等[10]《单胃动物仿生消化系统操作手册》(第4版)中猪饲料EHGE测定技术规程进行。生长猪模拟消化液试剂盒包括胃模拟消化液、小肠模拟消化液、大肠模拟消化液及相应消化阶段的缓冲溶液(货号：IVDEGP；湖南中本智能科技发展有限公司生产)。仿生消化参数设置如下：消化温度39 ℃，胃消化3 h，小肠消化5 h，大肠消化21 h。

按GB/T 6435—2014采用电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司，上海)测定样品的水分含量，并计算其干物质含量。

样品的总能(GE)根据张晋源等[6]描述的上样量和上样过程及ISO 9831:1998[11]的测定标准，均通过Parr 6400型全自动氧弹热量计(Parr仪器设备有限公司，美国)进行测定。

每个实验室固定1名实验员完成本次试验所有测定步骤。

1.4 数据处理与统计分析

饲粮EHGE的计算值：

式中：EHGEi为饲料原料的EHGE(DM基础)；Pki为饲料原料在该饲粮中的比例(DM基础)。

采用SAS 9.0的MEANS模块计算基本统计量。根据GB/T 28043—2019[12]、吴旻[13]和张晋源等[6]的描述计算稳健统计Z比分数。根据GB/T 6379.2—2004[1]的描述计算实验室间一致性检验统计量h和k值，并计算EHGE测定值的重复性、实验室间及再现性变异系数(CV)。统计量的计算公式如下：

。

根据单因素试验设计的原理，通过GLM模型分析实验室间EHGE测定值的差异显著性；采用REG模块将饲粮1～8的EHGE测定值对EHGE计算值进行线性归回，采用TEST语句检验斜率与1，截距与0的差异显著性；采用配对T检验EHGE计算值与测定值的差异显著性。从而检验饲料原料间EHGE测定值在饲粮中是否可加。

2 结果与分析

2.1 不同实验室间测定饲料及饲粮EHGE测定值的差异及变异程度

从4个实验室EHGE测定值的Z比分数看(图1-A)，实验室1测定饲粮5的|Z|介于2～3。实验室2、3、4所有样品的|Z|均在2以内。从实验室EHGE测定值一致性检验的h统计量看(图1-B)，4个实验室对每个样品EHGE测定值在基线两侧均有分布，测定结果均与实验室间的平均值偏差小。从实验室EHGE测定值一致性检验的k统计量看，4个实验室对每个样品EHGE测定值的k统计量均在2以内(图1-C)，总体上实验室3和4的k值(变异度)稍大。

每个实验室从左至右的图柱依次分别代表玉米、小麦、大麦、糙米、豆粕、小麦麸及饲粮1～8，总计14个样品。

表3的结果显示，在4个实验室测定6个饲料原料和8个饲粮EHGE测定值的差异比较中，仅仅大麦、豆粕的EHGE测定值在实验室间不存在显著差异(P>0.05)，而其他4个饲料原料和饲粮的EHGE测定值在实验室间有显著差异(P<0.05)，但实验室间测定值的极差介于0.15～0.29 MJ/kg DM，平均相对偏差介于0.23%～0.99%。实验室间小麦麸EHGE测定值的CV相对较大，其重复性CV、实验室间CV和再现性CV分别为1.57%、1.18%、1.97%。其他5个饲料原料和8个饲粮EHGE测定值的重复性CV、实验室间CV和再现性CV分别在0.33%～0.53%、0.12%～0.91%和0.35%～1.01%。

表3 4个实验室间测定样品EHGE测定值的变异

2.2 不同实验室间测定饲料样品EHGE的可加性

表4的数据显示，实验室1的8个饲粮EHGE计算值的平均值显著低于测定值的平均值(P<0.05)，但两者相差仅为0.09 MJ/kg DM。实验室2、3、4配对T检验显示8个饲粮EHGE计算值的平均值与测定值的平均值差异不显著(P>0.05)。4个实验室内饲粮EHGE计算值与测定值间的相关系数均大于0.99(P<0.01)。

表4 4个实验室间饲粮EHGE测定值与计算值的差异及相关系数

4个实验室测定8个饲粮EHGE测定值对计算值的线性回归模型中，实验室1、3和4间回归直线的斜率均与1无显著差异(P>0.05)，截距均与0无显著差异(图2-A、图2-C、图2-D)。而实验室2间回归直线的斜率与1有显著差异(P<0.05)，截距与0有显著差异(P<0.05)(图2-B)。

CEHGE：酶水解物能值计算值 calculated value of enzymatic hydrolysate gross energy；DEHGE：酶水解物能值实测值 determined value of enzymatic hydrolysate gross energy。图A、图B、图C、图D分别为实验室1、实验室2、实验室3和实验室4 Figures A, B, C and D are Lab 1, Lab 2, Lab 3 and Lab 4, respectively。

3 讨论

3.1 不同实验室间测定饲料EHGE的一致性

实验室间测定结果的一致性程度主要是从异常值、测定值的偏差程度及CV(重复性CV、实验室间CV和再现性CV)来评判。Z比分数通常作为实验室间环比测定结果是否有异常值的判断依据[12-13]。|Z|≤2，2<|Z|<3和|Z|≥3分别表示在某一实验室内该样品的测定值与其他实验室的测定值较一致，无异常；偏差较大，可能“有问题”；相差很大，数据不可取[13]。实验室间测定值的偏差程度及实验室内的变异程度分别通过h和k统计量表示[14]。本研究中仅实验室1有1个样品EHGE测定值的|Z|比分数介于2～3，其余所有样品在实验室间的|Z|比分数均在2以内。这表明4个实验室共计56个测定数据中，55个数据未出现异常，比例达到98.2%。h统计量表明，4个实验室测定的6个饲料原料和8个饲粮在基线两侧均有分布，这表明4个实验室的测定结果的偏差较小。k统计量表明，实验室3和4的EHGE测定值的变异相对于实验室1和2稍高，但总体上实验室间测定结果的变异程度比较一致。本试验中，14个样品中有12个样品的EHGE在实验室间的测定值上存在统计显著差异，但4个实验室间测定值的极差(0.15～0.29 MJ/kg DM)和平均相对偏差(0.23%～0.99%)均非常小。这一现象与张晋源等[6]采用方差分析检验实验室间GE测定值的差异显著性结果类似，主要原因是实验室内重复测定的误差非常低，从而导致方差分析时总方差主要来源于实验室间测定的方差，从而导致实验室间这一考查因素的F值高，统计检验显著，而在实验室间测定结果的平均值差异上并不大。在我们前期对仿生消化法测定值的批次重复性差异统计学检验中也呈现类似的统计学现象[7-8]。本研究中，除小麦麸EHGE测定的重复性CV、实验室间CV及再现性CV稍大(1.18%～1.97%)以外，其余13个样品的重复性CV、实验室间CV及再现性CV均在1.01%以下。这一变异程度比张晋源等[6]组织6个实验室采用氧弹热量计测定饲料GE的变异系数(≤0.64%)稍高，但比Bourdillon等[5]报道不同实验室测定肉鸡对饲粮氮校正ME的CV为2.92%及Pérez等[15]报道不同实验室测定肉兔饲粮消化能的CV为1.6%～2.3%等动物试验法在实验室间的CV都低，也比Carabao等[16]报道4个实验室环比体外模拟消化测定饲料干物质消化率的CV(3.24%)低65%以上。且低于Carabao等[16]报道的饲料中淀粉、粗蛋白质、粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维这些化学成分在实验室间的测定CV。远低于植酸酶活性的实验室间的CV(5.4%～15.0%)[17]，体外发酵法测定饲料原料产气量的实验室间CV在5.43%～12.48%[18]。这表明参与本试验的4个实验室在测定猪饲料及饲粮EHGE的差异较小，因此，在测定精度上完全满足饲料生产研究及质检的技术要求。

3.2 仿生消化法测定猪饲料EHGE的可加性

从方法学研究的角度看，可加性是检验一个方法是否可行的重要原则[2-4,19-20]。Dale等[2]在验证排空强饲法测定鸡饲料真代谢能(TME)的可加上，先测得单个原料的TME值，然后将其中的3个原料混合成饲粮，比较饲粮TME测定值与根据原料TME及其在饲粮中的比例计算出的TME的差异是否在生物学法的批次误差范围内(418 kJ/kg)。lvarez等[19]称这种可加性为纯可加性检验，提出了可加性检验模型除了将包括混合饲粮中待检验可加性指标的计算值纳入外，还应将各饲料原料的比例纳入，通过主成分分析考察饲粮原料的组成比例对可加性的影响。然而，从主成分分析的原理看，这种可加性检验模型很容易受到所选择原料及其在饲粮中比例的影响，很难具有通用性。在本试验中，饲粮1～5是依次增加1个饲料原料，当某一个饲粮EHGE的测定值与计算值具有较大的偏离时，可以初步得出该原料的EHGE对饲粮EHGE的影响。从统计分析检验测定方法是否具有可加性上，分别通过T检验比较饲粮的测定值与根据饲粮各成分的实测值及组成比例获得的计算值是否相等[3-4]，以及根据饲粮的测定值对计算值的线性关系是否与Y=X重叠予以判断[19]。这些方法也是用于线性可加检验的通用方法[21]。本试验中4个实验室分别对8个饲粮的EHGE测定值对计算值进行对比，其中3个实验室配对T检验得出EHGE测定值与计算值无显著差异，而存在差异的1个实验室两者相差为0.09 MJ/kg，这个差异是非常低的。3个实验室8个饲粮的EHGE测定值对计算值的回归与Y=X重叠，1个实验室出现了偏差，然而，这个实验室饲粮EHGE配对T检验的差异不显著。上述结果表明，实验室内饲料间EHGE的可加性是满意的。