猪饲料原料营养价值评定研究进展

吴绮雯，李平，熊云霞，蒋宗勇，王丽

（广东省农业科学院动物科学研究所，农业农村部华南动物营养与饲料重点实验室，畜禽育种国家重点实验室，岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心，广东省畜禽育种与营养研究重点实验室，广东广州 510640）

随着我国畜禽养殖行业的迅速发展，玉米、豆粕、小麦等主要饲料原料需求量也在不断增涨，国内饲料原料供给已严重不足。据中国人民共和国海关总署2021年第1 季度统计数据显示，我国大豆、玉米、小麦进口量再创历史新高，分别为2117.8 万、672.7 万、292.5 万t，同比增长19%、437.8%、131.2%。另外，受全球贸易战及新冠疫情的影响，国内市场供需进一步失衡，供需矛盾凸显，饲料养殖行业将迎来玉米、豆粕减量使用的新趋势。然而我国生猪养殖多以玉米-豆粕型饲粮为主，通过精准评定猪饲料原料营养价值评定，充分挖掘利用其他可替代资源，分散玉米、豆粕短缺的压力，对维护我国饲料原料供给安全具有重要意义。本文主要围绕猪饲料原料营养价值评定、营养价值评定技术方法及影响因素进行综述，以期为完善和规范饲料营养价值评定方法、优化猪饲料精准营养配方提供一定理论参考。

1 猪饲料原料营养价值评定

1.1 猪饲料原料能量评定 能量是维持动物机体代谢活动的基础，准确计算饲料能量含量对饲料营养价值评定尤为重要。根据饲料在猪体内能量的消耗可分为总能（GE）、消化能（DE）、代谢能（ME）、净能（NE）。一般认为ME 比DE 更为准确，然而DE 和ME 都没有考虑热增耗（HI）导致的能量损耗，因此，NE 可更为准确地表现动物生理过程中的能量需要。

饲料能值测定通常采用体内法，但是体内法测定饲料能量值非常耗时，成本高。为寻求更简单、快速、价廉且易实行的方法，近年来研究人员在饲料有效能估测方面做了大量的研究（表1）。通过测定基础营养成分指标，对猪常规饲料原料（如玉米、大麦、高粱、豆粕、大米、麦糠等）与非常规饲料原料（如白酒糟、菜籽饼、DDGS、小麦副产品等）构建成不同的有效能预测模型。但是，当前的NE 体系应用在猪配合饲粮评定还不够完善，存在问题也比较多（如使用的测热装置结构复杂，操作繁琐），影响产热量测定的因素众多，因此现阶段建立的多为DE 和ME 预测方程。

表1 近年来国内猪饲料原料有效能预测方程

1.2 猪饲料原料氨基酸消化率的生物学效价评定 蛋白质是饲粮中的重要组成部分。蛋白质通过肠道消化转变成氨基酸被动物吸收，因此氨基酸的消化率是评定饲料蛋白质营养价值的重要指标。20 世纪40 年代，学者常以全肠道粪便的表观消化率来评定饲料氨基酸消化率，但是后来发现此方法忽视了后肠微生物的发酵作用，进入后肠段未消化吸收的氨基酸大部分被微生物代谢利用，动物机体吸收相对较少，所以开始采用更为准确的回肠末端收食糜测定饲料表观氨基酸消化率（AID）。常用食糜采集方法可通过外科手术获得，如瘘管法和回-直肠吻合手术。但Stein 等认为，回肠末端氨基酸表观消化率忽视了氨基酸内源损失对氨基酸消化率测定的影响，通过基础氨基酸内源损失对AID 进行校正，采用无氮饲粮法或15N 同位素标记法测定基础氨基酸内源损失，校正后即得到回肠标准氨基酸消化率（SID）。回肠末端标准氨基酸消化率不包含特定内源氨基酸损失，因此，能更准确地反映饲料在机体内可利用氨基酸量。回肠末端T 型瘘管技术，因其手术操作简单，样品收集方便，已普遍应用于SID 试验。

2 饲料原料营养价值评定方法

2.1 化学分析评价法 化学分析法是通过检测饲料常规营养成分来评估饲料营养价值，为动物营养需求提供基础数据。根据Weende 饲料分析体系，饲料的营养成分主要分为水分、CP、EE、CF、Ash、无氮浸出物（NFE）6 种。Noblet 等把饲料中有效能与Ash、EE、CP 和CF 等营养指标含量组合成线性模型，能准确预测DE、ME 和ME。化学分析评价法，操作简单，能快速得出结果，但此方法得出的营养成分含量较为粗略，不能真实反映营养物质的真实含量。随着技术的推进，Van Soest发现，纤维是几种化合物混合的物质，产生了新的纤维素分析方法——范氏纤维素分析法，可测定中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量。范氏纤维素分析法能进一步反映CF 的真实利用情况。Just 等通过对1966—1982 年生长猪消化率和氮平衡试验数据进行相关分析和回归分析的结果表明，NDF 和ADF 为最佳预测因子，可用来估算ME，且预测效果最好。随着检测设备的不断更新，目前高效液相色谱、气相色谱、氨基酸自动分析仪、原子吸收光谱仪、全自动纤维仪、凯氏定氮仪等已被广泛应用于饲料营养成分分析中。尤其是近红外光谱（NIR）技术，是近年来饲料营养成分分析发展最快的高新技术。

NIR 技术是通过光学原理实现快速无损测量样品的现代分析技术，相较于传统的分析技术具有快速、准确、高效等特点，已在多个农业领域广泛应用。Kahsay等利用NIR 技术和参考样品值对建立粪便化学成分和营养成分组成的模型进行了校准，模型的稳定性和可预测性通过和校正相关系数SE（SEC）与交叉验证相关系数SE（SECV）的接近程度进行评估，结果表明NIR 技术能够准确地预测粪便和营养物质化学成分，如有机物（OM）、CP 含量及GE。Samadi 等采用几种光谱校正方法来完善近红外数据集，并通过主成分回归（PCR）、偏最小二乘回归（PLSR）和其他回归方法建立预测模型，可准确快速预测动物饲粮营养参数。Zhou 等研究发现，NIR 技术可预测玉米DDGS 在猪中的DE、ME 及必需氨基酸含量，NIR 技术测定氨基酸含量的准确性优于通过蛋白质回归方程计算所得含量。NIR 技术经济快速，但亦存在技术弊端。NIR 分析技术需要依赖稳健、完善、准确的饲料营养成分和有效能数据库，而数据库在建立前期需要对大量代表性的样品进行多次测定，工作量大且繁琐。

2.2 消化试验法

2.2.1 体内消化试验

2.2.1.1 全收粪法和指示剂法 全收粪法是指在某个特定阶段记录畜禽饲料采食量并采集全部粪样，分析饲料和粪便样品中某些营养物质含量，通过计算得到畜禽对该饲料营养成分的消化率。全收粪法是研究消化率最传统、准确度也相对较高的方法，但是操作耗时、耗力、成本较高、局限性较大，尤其是大型家畜，不建议采用全收粪法，但对猪而言，仍以全收粪法为主。鉴于该方法的局限性，指示剂法得到了广泛应用。指示剂法可分为内源指示剂和外源指示剂，常用的外源指示剂有三氧化二铬（CrO）和二氧化钛（TiO）。Prawirodigdo等通过全收粪法及CrO指示剂法对小麦日粮中棉籽粕（CSM）和大豆粕（SBM）的表观消化能进行测定，发现CrO指示剂法与全收粪法测定所得的表观消化能值结果一致。另外，由于TiO的回收率比CrO要高，因此TiO作为外源指示剂更为适合。但外源指示剂在粪便中的排放易造成环境重金属污染，且应用外源指示剂法测定饲粮养分消化率与全收粪法测量所得值往往存在偏差，这个偏差可能与饲粮类型有关。而有研究显示，采用内源指示剂-酸不溶解灰分（AIA）法测得的消化率与全收粪法测得的消化率不存在显著差异，且不受饲粮类型影响、不对环境造成重金属污染。因此，AIA 法替代全收粪法测量饲料的消化率有一定的优势和可行性。

2.2.1.2 直接法和套算法 直接法是一种利用单一原料直接饲喂动物进行消化试验的方法。直接法适用范围比较小，当原料适口性差或者营养水平低，便无法进行单一饲喂。套算法是待测原料按比例替代部分基础饲粮成分配制成新型饲粮进行消化试验，此方法适用范围广，能改善待测原料的适口性，逐步被人们所认可和接受。套算法中，待测原料替代基础饲粮成分比例的大小会影响待测原料营养成分表观消化率的准确度。谢飞等研究发现，随着肠膜蛋白粉替代猪饲粮基础成分比例的提高，饲粮能量消化率直线降低，CP 消化率先升高后降低，NDF 消化率逐渐升高。因此，替代比例最好是以待测原料的营养成分来计算，以满足生长猪的需要量为基础，才能准确获得待测原料的表观消化率。

2.2.2 离体消化试验 离体消化法是通过模拟动物体内消化道的温度、pH、消化酶分泌、肠胃蠕动规律和营养物质吸收程度等，在体外建立一个模拟消化道环境的系统，并对各种饲粮的消化率进行预测和营养价值评定。离体消化法分为单酶法（如胃蛋白酶）、二步法（如胃蛋白酶-胰酶）、三步法（如蛋白酶-胰酶-碳水化合物酶法）等。单酶法的研究包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。胃蛋白酶是动物机体主要的消化酶，且易得，因此胃蛋白酶作为单酶法的研究较为广泛。张铁鹰等认为，利用0.002% 的胃蛋白酶对饲料蛋白质进行评定较为适宜。Meer 等使用pH 为1.5 的胃蛋白酶处理饲料样品，发现有机物体外消化率与体内消化率有高度相关性。但是，常用饲料种类较多，且动物消化道内环境复杂，单一酶并不能真实反映其他蛋白质降解情况和准确估算体内消化率。多酶法更能准确模拟动物体内消化过程，即模拟胃、小肠、大肠等不同消化部位的消化过程，是对体外消化技术的一个改进和完善。多酶法即分为两步法和三步法。王潍波等发现胃蛋白酶-胰蛋白酶的最佳反应条件：反应底物0.5 g，缓冲液pH 为1.2，胃蛋白酶浓度50 mg/mL，37℃恒温85 r/min 摇床中，消化6 h；调节消化液pH 至7.5，添加1 mL 含170 mg 胰蛋白酶溶液，在39℃恒温摇床中培养18 h。Pan 等利用计算机控制的模拟消化系统（CCSDS）对13 种玉米样品的离体有效能值（IVDE）和GE 进行预测，结果表明预测的IVDE 与体内测定的DE 值呈正相关，并且确定值和预测值之间的差距小于8.37 J/kg，显示CCSDS 这种新型的体外消化技术可以用于预测猪的玉米DE 和DE/GE。Miralles 等使用胶束酪蛋白进行体外消化，并与猪体内十二指肠对酪蛋白的消化进行对比发现，体外法和体内消化后产生的肽分布有明显的相似性，且两组统计的相关系数高达0.8，体外仿生消化法可以用于模拟十二指肠水平的蛋白质降解。综上，离体消化法比传统的动物试验具有便捷、重复性好、操作周期短等优点，因此在饲料行业被广泛应用。在畜禽研究中，猪个体较大，分离获取的消化酶和小肠液也较多，可以满足体外消化试验的需要，离体消化法可广泛应用于猪饲料营养价值评定研究。

2.3 代谢试验 理论上，猪的代谢过程中，未被吸收的营养物质或能量随粪便、尿液、气体形式排出，因此代谢试验是在消化试验的基础上增加了尿液和气体的收集，通过测定3 种代谢物的营养成分和能量，得出饲料的ME 或营养成分的代谢率。大多情况下饲料营养物质的摄入和排出的量是不平衡的，蛋白质代谢的不平衡会影响能量代谢的测定。邓敦等研究表明，氮吸收和氮沉淀会随饲料CP 水平的降低而降低，DE 和ME/GE会随CP 水平降低而升高。Noblet 等认为，饲喂高CP 水平饲料，蛋白质的降解需要更多的能量维持需求，导致了尿液中能量损失的增加及与之相关的热量损失的增加。因此，在蛋白质代谢平衡状态下进行能量代谢测定可能更为准确。

2.4 能量平衡试验法 能量平衡试验主要研究动物机体代谢过程中对能量的需要量以及饲料能量的利用率。能量平衡试验法可根据估测动物机体产热的方法分为直接测热法、间接测热法、碳氮平衡法，而直接测热法和间接测热法最为常用。直接测热法是试验猪在密封环境中，通过测热装置测量从猪机体扩散到周边环境的热量，此方法对测热装置封闭性要求很高，操作繁琐，成本也较高。间接测热法是采用呼吸测热装置测出动物在采食前后吸入的O、呼出的CO以及产生的甲烷气体消耗的量，通过公式推算出净能值。间接测热法的装置相对直接测热法简单，操作比较便捷，因此间接测热法作为能量代谢新的研究手段更容易接受。

3 影响饲料原料营养价值评定的因素

影响饲料原料营养价值评定因素众多，包括动物、饲粮、饲养环境、试验方法等。有相关文献报道，动物自身（个体、采食量、日龄等）差异、饲粮中抗营养因子含量、饲料加工工艺、饲养环境（如温度的高低）等均会造成畜禽体内内源氨基酸的损失，从而影响氨基酸消化率的测定，对饲料有效能和其他营养成分消化率的测定也会造成影响。

3.1 动物因素 不同品种、不同体重、不同日龄动物的采食量、胃肠道消化和生理特性等均存在一定差异，均会影响饲料有效能和消化率的测定。不同日龄或体重反映了不同生长发育阶段猪的消化生理特性，日龄越大，体重越高，胃肠道的消化系统越完善，对饲料的有效能值越高，国内的消化代谢试验多采用20～40 kg 的三元杂交（杜×长×大）去势公猪为试验对象。谢飞研究表明，在玉米、小麦和大麦能量饲料中，随着生长猪体重的增加，摄入GE 和排出粪尿的GE 增加，3 种饲料原料的DE 和ME 增加。Lowell 等采用妊娠母猪和生长母猪比较11 种饲粮中营养物质的 DE、ME 和全肠道表观消化率（ATTD），发现妊娠母猪获得的CP和GE 的ATTD 值大于生长猪。陈国顺等研究发现，合作猪、香猪、八眉猪的饲料消化率存在显著差异，八眉猪的表观消化率显著高于合作猪和香猪，而合作猪粗纤维消化率表现较好。

3.2 饲粮因素

3.2.1 饲料中的抗营养因子 未经加工的饲料原料中往往含有很多抗营养因子，如胰蛋白酶抑制因子、大豆蛋白酶抑制因子、非淀粉多糖（NSP）等，它们会降低饲粮营养成分的利用率，导致消化率降低。如豆类胰蛋白酶抑制因子与猪的肠小液胰蛋白酶结合生成的复合物，会导致胰蛋白酶的活性降低，从而导致蛋白消化率的降低。Choct 等研究表明，谷物中含有的戊聚糖等非淀粉多糖浓度与表观代谢能（AME）呈相关性，NSP浓度越高，饲料转化率越低，AME 也降低。只有采用适宜的加工处理消除抗营养因子的活性，才能发挥饲料的营养作用。钟华宜等指出，与未加热处理的大豆粉相比，大豆粉经适当热处理后可破坏抗营养因子结构，有助于蛋白质的水解与吸收，提高蛋白质的回肠消化率。周天骄等通过采集不同加工工艺的大豆进行抗营养因子检测，发现微生物发酵产生的酶可以降解胰蛋白酶抑制因子等抗营养因子，加热法可以使胰蛋白酶抑制因子失活，膨化加工技术可以使抗营养因子钝化。姚怡莎等使用挤压膨化技术可以显著降低胰蛋白酶抑制因子和蛋白酶抑制因子的含量。

3.2.2 饲料的加工工艺 饲料的加工工艺包括膨化处理、制粒处理、粉碎处理、挤压处理等，饲料的加工处理会导致饲料营养成分发生物理或化学特性的变化，从而影响饲料营养成分的利用率。膨化处理和制粒处理在饲料的加工工艺中最为常见，2 种处理都有加热环节，热处理有助于提高饲料的淀粉糊化度，降低抗营养因子水平，提高饲料的转化率，饲料的能值和营养成分的消化率也会相应提高。Lahaye 等研究显示，小麦、玉米的颗粒处理显著提高了氨基酸的消化率。Rojas 等研究结果表明，制粒和膨化处理可改善氨基酸的表观消化率，制粒和膨化结合处理可显著提高全肠道能量的表观消化率。

3.2.3 饲用酶制剂 饲料中常用的饲用酶制剂包括纤维素酶、植酸酶、蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶等，由于饲料原料的结构复杂，饲料生产中多使用复合酶制剂。大量的研究表明，饲用酶制剂有提高营养物质消化率、降低抗营养因子水平、提高猪生产性能的作用，在饲料和养殖企业广泛应用。史林鑫等研究表明，饲粮中添加1 000 mg/kg 复合酶抑制剂能显著提高断奶仔猪前期和后期ADF、NDF、EE 的表观消化率。Yang 等对饲粮分别或组合添加外源植酸酶和木聚糖酶，结果显示添加木聚糖酶提高了CP 消化率，植酸酶提高了磷和钙的ATTD，添加植酸酶-木聚糖酶组合提高了磷的消化率，但降低了NDF 的消化率。

3.3 饲养环境 饲养温度过高或过低会对试验猪产生应激反应，从而影响猪的采食量、饮水量及机体正常代谢。当环境温度过高时，畜禽体内肾上腺素及去甲肾上腺素分泌增加，促进糖原和脂肪的分解，血糖含量增加，导致采食量下降，同时维持机体能量增加，影响基础代谢的能量消耗。刘圈炜等试验结果表明，高温饲养环境会降低饲料DM 和GE 的消化率；而低温饲养环境会刺激胃肠使其排空速度加快，饲料未充分消化便被排出体外，导致饲料养分的表观消化率降低。于潇滢试验结果也显示，低温饲养环境会降低饲料中CP、EE、DM 的表观消化率以及能量的利用率。

3.4 试验设计方法 试验设计方法（如饲料营养价值评定的方法、饲喂水平等）也会影响饲料的有效能评定。付趁等通过动物试验法和仿生消化法对玉米ME 进行评定，发现仿生消化法的准确性较动物试验法更高。Stein 等研究结果发现，限饲组泌乳母猪、妊娠母猪在仅饲喂2 kg/d 时内源蛋白质损失显著高于自由采食组，采食量对蛋白质和氨基酸的内源损失有显著影响。由于SID 是以内源性蛋白质损失确定的，因此不同的饲喂水平对氨基酸回肠消化率也存在影响。

4 小 结

饲料原料营养价值评定工作一直是饲料工业的基础和研究重点，其研究不仅有助于合理利用饲料资源，缓解现阶段原料紧缺，还可以研究开发新的饲料原料资源，对养猪业的可持续发展至关重要。在饲料能量和氨基酸消化率生物学效价评定的研究中，有效能测定和标准回肠氨基酸消化率测定是饲料营养价值评价评定的主要研究方向。净能可准确体现猪生理过程中的能量需要量，但应用在猪配合饲粮中的评定还不够完善，存在的问题比较多，需要继续优化试验方法和测热装置。标准回肠氨基酸消化率评定能准确反映饲料在猪体内可利用氨基酸的量，且评定方法较为成熟，得到广泛应用。随着研究深入，科技创新，衍生了一些新的技术开发，如离体消化法和NIR 技术，这些新的技术能缩短试验周期和简化试验操作，在饲料营养价值评定中有较好的应用前景。