不同加工工藝玉米妊娠母豬凈能值研究

李 哲 高文君 徐 松 王 力 師煌偉 賴長華 王鳳來* 張 帥*

(1.中國農業大學動物科技學院,畜禽營養與飼養全國重點實驗室,北京 100193;2.國家生豬技術創新中心華北分中心,北京 100193)

妊娠母豬的精準飼喂是豬場提高飼料利用率和降低生產成本的重要措施[1]。玉米是母豬飼糧配方中不可或缺的能量提供組分,精確評估原料玉米營養價值尤其是能量對于改善動物健康和提高動物生產效益具有重要的意義[1-2]。凈能是動物飼糧中直接用于維持生命和生產產品的能量,與代謝能相比,凈能充分考慮了飼糧的熱增耗效應,因此是精確反映動物營養需要和飼料能值的最佳能量體系[3]。

玉米的營養價值與品種、產地和加工工藝等多方面因素息息相關[4-5]。膨化可以改變玉米中淀粉的晶體結構,提高淀粉糊化度,使其更利于動物的消化吸收,同時膨化可以改善飼料風味,提高飼料的適口性[6]。膨化玉米在斷奶仔豬[7]、肥育豬[8]和肉雞[9]飼糧中使用后均有效改善了飼糧干物質、總能及粗蛋白質的表觀消化率。壓片玉米通過蒸汽加工和機械物理加工使玉米的化學成分、可利用價值及生物學效價發生了改變,從而提高淀粉糊化度,使蛋白質變性,同樣使之更容易被動物消化吸收[10]。壓片玉米在反芻動物飼糧中使用后對瘤胃的發酵模式、肉品質、動物生長和生產性能均有積極的影響[11-12]。隨著加工工藝的成熟,膨化玉米和壓片玉米被廣泛應用于畜牧生產中,但有關妊娠母豬飼喂兩種不同加工工藝玉米的研究相對較少。糯玉米又稱為蠟質型玉米,其胚乳中的淀粉大部分為支鏈淀粉,前人對糯玉米在生長豬上應用的研究發現,糯玉米中的直鏈淀粉和膳食纖維含量較低,但是消化能顯著高于粉碎玉米[13]。當前,關于糯玉米在妊娠母豬飼糧中應用的報道同樣缺乏。在當前多元化飼糧配方廣泛應用的大背景下,預加工處理玉米在母豬配方中有著一定的應用,因此需要明確其飼用營養價值。

不同加工工藝的玉米具有不同的物理形態結構和化學組分,這些都極大地影響了其能量在動物體內的周轉和沉積[4,14-15]。當前飼料數據庫中原料的有效養分均基于生長豬評價試驗得到,母豬上的相關數據較為缺乏。由于妊娠母豬特殊的生理狀態,生長豬原料有效養分數據并不能在母豬上通用,因此精準評估妊娠母豬的飼料能值是改善母豬健康生產的重中之重[16-17]。為了彌補母豬常用原料凈能數據的缺乏,本研究利用間接測熱法結合直接法測定了粉碎玉米、壓片玉米、膨化玉米和糯玉米在妊娠母豬上的凈能值和養分表觀消化率,以期為我國豬凈能體系的建設完善和精準飼糧配方的實現提供基礎數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

試驗所用的玉米和壓片玉米由包頭北辰飼料科技股份有限公司提供,糯玉米(西單硝001)由北京優種優栽科技服務有限公司提供,膨化玉米由河南神農膨化飼料科技有限公司提供。原料營養成分見表1。

表1 原料營養成分(飼喂基礎)

1.2 試驗設計與飼養管理

本試驗在國家飼料工程技術研究中心動物試驗基地(河北豐寧)進行。試驗選取6頭長×大二元雜交經產妊娠母豬[體重為(244±22) kg,平均胎次為5.9,日齡為妊娠第42天],隨機分為4組,每組6個重復,每個重復1頭。采用4×6尤丁方試驗設計,通過直接法設計飼糧配方并測定原料能值。試驗共設計4種飼糧,除粗蛋白質含量外其余均按照NRC(2012)豬營養需要配制,其組成及營養水平見表2;試驗分4期開展,每種飼糧6個重復,每期試驗8 d,其中預試期4 d,正試期4 d,正試期將試驗豬轉入自主研發的豬專用開路式呼吸測熱小室,前3 d測定母豬飼喂狀態的正常產熱,最后1 d絕食測定母豬絕食產熱。正試期采用全收糞尿法收集糞便與尿液樣品,每天收糞尿2次,每天收集到的糞便樣品保存于-20 ℃冷庫內;絕食測熱期僅收集絕食尿液樣品。收集期結束后,將收集到的糞便樣品稱重混勻,取350 g糞樣放置于65 °C烘箱中烘干,回潮24 h后稱重,粉碎過篩并裝袋待檢。準確收集并稱量各試驗豬每天24 h所排尿樣,每1 000 mL尿液加入10%鹽酸(HCl)20 mL。收集期結束后,將前 3 d尿樣混合均勻,紗布過濾后,取樣裝入50 mL離心管中保存在-20 ℃冷庫中待檢,絕食尿樣直接過濾取樣封存。豬每天飼喂2次(08:30和15:30),每天的飼喂水平為586 kJ/(kg BW0.75·d),試驗過程中母豬保持自由飲水。

表2 飼糧組成及營養水平(飼喂基礎)

1.3 檢測指標及方法

飼料原料、飼糧及糞樣中干物質、粗蛋白質、粗脂肪、粗灰分和中性洗滌纖維含量分別按照中華人民共和國國家標準GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6438—2007和GB/T 20806—2022方法進行測定,酸性洗滌纖維含量參考中華人民共和國農業行業標準NY/T 1459—2007方法進行測定;飼料原料、飼糧、糞樣和尿樣總能按照國際標準ISO 9831:1998推薦的方法使用氧彈式測熱儀(Parr Instruments,美國)進行測定。

動物呼吸的氣體成分中氧氣(O2)含量采用順磁式氧氣分析儀(Oxymat 6E,西門子,德國)進行測定,二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)含量采用紅外線分析儀(Ultramat 6E,西門子,德國)進行測定。

1.4 計算公式

根據Adeola[18]的公式計算消化能、代謝能和養分表觀消化率:

待測原料有效能值=飼糧能值/原料在飼糧中所占比例;飼糧消化能(MJ/kg DM)=(食入總能-排糞總能)/干物質采食量;飼糧代謝能(MJ/kg DM)=(食入總能-排糞總能-尿能)/干物質采食量;飼糧某養分表觀消化率(%)=(食入該養分含量-糞中該養分含量)/食入該養分含量。

根據以下公式計算產熱量:

產熱量(kJ)=16.175 3×O2(L)+5.020 8×CO2(L)-2.167 3×CH4(L)-5.987 3×尿氮(g)。

根據Noblet等[19]的方法計算飼糧凈能、能量沉積和呼吸熵:

飼糧凈能(MJ/kg DM)=(食入代謝能-總產熱+絕食產熱)/干物質采食量;能量沉積(kJ)=食入代謝能-總產熱;蛋白質沉積能量(kJ)=[攝入氮(g)-糞氮(g)-尿氮(g)]×6.25×23.86(kJ/g);脂肪沉積能量(kJ)=能量沉積-蛋白質沉積能量;呼吸熵=CO2(L/d)/O2(L/d)。

1.5 數據統計分析

試驗數據采用JMP 14.0軟件(SAS Institute Inc.,美國)中的擬合模型功能進行單因素方差分析,統計模型中飼糧處理為固定效應,豬和測熱小室為隨機效應。采用Tukey’s檢驗進行多重比較,P<0.05為差異顯著,0.05≤P<0.10為差異有顯著趨勢。

2 結果與分析

2.1 不同加工工藝玉米和飼糧營養成分含量

由表1和表2可知,4種原料中,膨化玉米的干物質和粗蛋白質含量以及總能較高,其余玉米之間的常規營養成分含量比較接近;4種試驗飼糧的營養成分與原料在飼糧中的比例及原料本身營養成分含量一致。

2.2 不同加工工藝玉米飼糧對妊娠母豬養分表觀消化率和氮平衡的影響

不同加工工藝玉米飼糧對妊娠母豬養分表觀消化率和氮平衡的影響見表3。在養分表觀消化率方面,本試驗測得的4種玉米飼糧在妊娠母豬上的常規養分的表觀消化率都非常高,其中膨化玉米飼糧總能、干物質、有機物、粗蛋白質、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀消化率最高,且顯著高于粉碎玉米飼糧(酸性洗滌纖維除外)和糯玉米飼糧(P<0.05);糯玉米飼糧粗蛋白質表觀消化率顯著低于壓片玉米飼糧(P<0.05);糯玉米飼糧粗脂肪表觀消化率最高,顯著高于粉碎玉米飼糧(P<0.05);粉碎玉米飼糧、糯玉米飼糧和壓片玉米飼糧在妊娠母豬上的總能、干物質和有機物的表觀消化率均無顯著差異(P>0.05),但是從數值上看,壓片玉米飼糧較高。

表3 不同加工工藝玉米飼糧對妊娠母豬養分表觀消化率和氮平衡的影響

在氮平衡方面,妊娠母豬對壓片玉米飼糧的攝入氮含量顯著高于粉碎玉米飼糧和糯玉米飼糧(P<0.05),而其他3種飼糧在攝入氮含量方面無顯著差異(P>0.05);妊娠母豬對不同加工工藝玉米飼糧的尿氮含量之間無顯著差異(P>0.05),而對糯玉米飼糧的糞氮含量顯著高于壓片玉米飼糧和膨化玉米飼糧(P<0.05),且對膨化玉米飼糧的糞氮含量顯著低于其他玉米飼糧(P<0.05);妊娠母豬對壓片玉米飼糧和膨化玉米飼糧的沉積氮含量顯著高于粉碎玉米飼糧和糯玉米飼糧(P<0.05)。

2.3 不同加工工藝玉米飼糧對妊娠母豬能量代謝的影響

不同加工工藝玉米飼糧對妊娠母豬能量代謝的影響見表4。粉碎玉米、壓片玉米、膨化玉米和糯玉米在妊娠母豬上的凈能分別為12.79、12.37、13.63、12.88 MJ/kg DM,膨化玉米的消化能、代謝能和凈能顯著高于其他3種玉米(P<0.05),而其他3種玉米的有效能值彼此之間無顯著差異(P>0.05)。妊娠母豬對粉碎玉米飼糧和糯玉米飼糧的蛋白質沉積能量顯著高于壓片玉米飼糧和膨化玉米飼糧(P<0.05),而對不同加工工藝玉米飼糧的總產熱量和絕食產熱量無顯著差異(P>0.05)。此外,飼喂不同加工工藝玉米飼糧對妊娠母豬的呼吸熵無顯著影響(P>0.05),試驗中采食狀態下妊娠母豬的呼吸熵均高于1,而絕食狀態下妊娠母豬的呼吸熵平均值為0.86。4種玉米在妊娠母豬上應用時其代謝能轉化為凈能的效率無顯著差異(P>0.05),平均值為0.85。

表4 不同加工工藝玉米飼糧對妊娠母豬能量代謝的影響

3 討 論

與生長豬相比,妊娠母豬的腸道發育更加完善,對不同飼料原料的養分有更好的消化吸收能力[15]。在Lowell等[20]的研究中,妊娠母豬對谷物型能量飼料的總能、干物質、有機物、粗蛋白質、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀消化率顯著高于生長豬[21],這與本試驗的研究結果相似。根據李亞奎[22]對生長豬玉米凈能的研究,生長豬對玉米粗蛋白質的表觀消化率為81%,對玉米總能和有機物的表觀消化率分別為89%和92%。本試驗中,妊娠母豬對玉米能量的凈利用率和粗蛋白質的沉積效率均高于生長豬,表明了玉米在母豬上的巨大飼用價值。

本試驗中,由于加工工藝的不同,妊娠母豬對膨化玉米飼糧的總能和粗蛋白質的表觀消化率均高達95%以上,且該組妊娠母豬的排糞量與和糞便中的含水量均非常低,這與胡建業[23]對膨化玉米在生長豬上飼用的研究結果一致。張遨然[24]研究表明,在高溫高壓條件下,膨化玉米的主要成分淀粉發生糊化,使消化酶可以更有效地分解其中的營養成分,從而提高了玉米的飼用價值。但膨化時高溫和低水分含量的環境條件容易導致美拉德反發生應,造成賴氨酸的損失,因此,合適的玉米膨化工藝參數還需要進一步研究。本試驗中,與其他3種玉米飼糧相比,膨化玉米飼糧在妊娠母豬上的粗蛋白質表觀消化率和沉積氮含量(壓片玉米飼糧除外)顯著提高,這與Ngalavu等[2]的研究結果一致。此外,膨化玉米飼糧和壓片玉米飼糧的粗蛋白質表觀消化率均高于粉碎玉米飼糧和糯玉米飼糧,這可能是由于熱處理使蛋白質發生適度變性,導致其對蛋白質消化酶的敏感性增加,從而使加工后玉米中的肽鍵易于被水解,最終提高了其蛋白質消化率[25]。

根據Scalco等[5]關于玉米加工工藝對動物腸道健康的研究,膨化玉米有益于腸道健康和緊密連接蛋白的表達,可以有效改善仔豬對粗蛋白質的消化吸收。隨著飼料加工工藝的進一步發展和應用,實時動態更新谷物飼糧在畜禽上的營養價值顯得尤為重要[25]。本試驗中,糯玉米飼糧和粉碎玉米飼糧在妊娠母豬上的干物質、總能和粗蛋白質的表觀消化率無顯著差異,但糯玉米飼糧的粗脂肪表觀消化率略高于粉碎玉米飼糧。Ma等[13]對生長豬飼喂糯玉米的研究中同樣發現了糯玉米飼糧的粗脂肪表觀消化率較高,這可能是由于糯玉米飼糧中更高的脂肪攝入減少了豬的內源脂肪損失,從而導致脂肪的表觀消化率受到影響[26]。生長豬對糯玉米的纖維消化率高于粉碎玉米,而在妊娠母豬上的研究結果表明,這2種玉米飼糧的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維表觀消化率無顯著差異,這可能是由于母豬更加完善的腸道結構與更強的腸道微生物纖維降解功能所導致的,這與Dong等[21]對不同飼料原料在母豬和生長豬上養分表觀消化率對比的結果相一致。

在能量代謝方面,本試驗所測得的4種玉米消化能、代謝能和凈能值均處于前人報道[13]范圍內。膨化玉米的消化能、代謝能和凈能均高于其他3種玉米,其主要原因可能是膨化玉米的淀粉糊化度更高,導致動物對其中養分的消化和利用率顯著高于其他玉米。另外,膨化玉米的干物質含量明顯低于其他玉米,這同樣使得膨化玉米的有效能值高于其他玉米。根據Stark[25]的報道,谷物類飼料的含水量每降低1.5%,其消化能約提高230 kJ/kg。本試驗中,壓片玉米飼糧的粗蛋白質表觀消化率高于粉碎玉米飼糧和糯玉米飼糧,但壓片玉米凈能在數值上卻低于粉碎玉米和糯玉米,這可能是由于飼喂壓片玉米飼糧的母豬試驗期間收尿量過高,導致代謝能數值略低,進而導致其凈能值較低。試驗中發現,不同母豬的排尿量變異很大,其主要影響因素仍待進一步研究確定。本試驗中,妊娠母豬對不同加工工藝玉米飼糧的總產熱量和絕食產熱量無顯著差異,這與Liu等[27]在生長豬上的研究結果相類似,表明飼喂不同加工工藝的玉米對豬代謝產熱的影響十分有限。在飼喂狀態下,妊娠母豬對4種玉米飼糧的總產熱量平均值為514.00 kJ/(kg BW0.75·d);而在絕食狀態下,妊娠母豬對4種玉米飼糧的絕食產熱量平均值為419.15 kJ/(kg BW0.75·d),略高于Wang等[28]報道的絕食產熱量326 kJ/(kg BW0.75·d),而低于Zhang等[29]在泌乳母豬研究中報道的絕食產熱值586 kJ/(kg BW0.75·d)。除飼糧不同外,本試驗所用母豬胎次較高,可能會影響母豬體內的能量分配規律,從而導致其絕食產熱量偏高[30]。動物能量代謝情況和機體產熱緊密相關,動物品種、飼糧組成和飼養環境等都會對其產生影響[31-32]。本試驗中,不同加工工藝玉米在妊娠母豬上代謝能轉化為凈能的利用效率平均值為0.85,略高于生長豬上的0.79～0.81,這與大部分的研究結果[28-29]相同。

4 結 論

膨化工藝可以顯著提高妊娠母豬飼糧中玉米的有效能值和養分表觀消化率,粉碎玉米、壓片玉米、膨化玉米和糯玉米的凈能值分別為12.79、12.37、13.63和12.88 MJ/kg DM。