家禽飼料有效能值評(píng)定方法及其研究進(jìn)展

張羽辰 張福群 黃輝鳳 曹滿湖

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

1 家禽飼料能量體系

能量是維持動(dòng)物生長(zhǎng)，發(fā)育和繁殖的重要營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，主要由碳水化合物，蛋白質(zhì)和脂肪三類(lèi)有機(jī)物提供。經(jīng)過(guò)消化、吸收、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存和代謝來(lái)滿足機(jī)體不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)能量的需求。在畜牧生產(chǎn)中很難直接測(cè)得飼料及原料的有效能值，所以通過(guò)飼料與排泄產(chǎn)物的能量差值來(lái)預(yù)測(cè)飼料有效能值。目前根據(jù)動(dòng)物能量的損失途徑可以分為總能體系，消化能體系，代謝能體系及凈能體系。

總能（GE）是指飼料在體外完全氧化所產(chǎn)生的熱能，也指完全燃燒后釋放出的能量。總能是脫離動(dòng)物體的能值，飼料中不同物質(zhì)在體內(nèi)的吸收效果及代謝產(chǎn)物不同，例如油脂的消化率在90%以上，而蛋白質(zhì)的消化率在80%左右，并且油脂在體內(nèi)最終代謝產(chǎn)物為CO2和H2O，蛋白質(zhì)是以尿素和尿酸的形式排除體外，所以以飼料總能來(lái)代表飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值是沒(méi)有意義的。總能的測(cè)定一般是以氧彈燃燒產(chǎn)熱測(cè)定或飼料的營(yíng)養(yǎng)成分含量通過(guò)回歸公式進(jìn)行預(yù)測(cè)。

消化能（DE）可分為表觀消化能（ADE）以及真消化能（TDE）。ADE是指飼料總能減去糞中的能量，即飼料中未消化的能量，包括動(dòng)物消化道脫落和分泌物，以及腸道微生物產(chǎn)生的內(nèi)源能。TDE是在表觀代謝能的基礎(chǔ)上加上動(dòng)物體內(nèi)正常產(chǎn)生的內(nèi)源性能值。一般來(lái)說(shuō)，消化能體系在糞尿分離動(dòng)物的飼料能值評(píng)定中應(yīng)用的較多，因?yàn)榧S便較容易采集，并不適用于家禽。家禽由于無(wú)單獨(dú)的尿道，所以尿液和糞會(huì)蓄積在泄殖腔，混合排除體外，導(dǎo)致消化能評(píng)定困難。但Zanella等（1999）提出可用回腸末端消化能（IDE）來(lái)表示動(dòng)物的消化能值，因?yàn)镮DE對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收有更明顯的體現(xiàn)，大量國(guó)外家禽研究都采用IDE評(píng)定飼料或原料的有效能值，IDE的最大優(yōu)勢(shì)就是在于減小了后腸段發(fā)酵以及菌群對(duì)有效能值的影響。

代謝能（ME）是指飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)參與動(dòng)物機(jī)體轉(zhuǎn)化的部分能量，即飼料總能值扣除糞能、尿能及甲烷能剩余的能量。ME可分為表觀代謝能（AME）和真代謝能（TME），TME即在 AME基礎(chǔ)上加上尿中內(nèi)源能和糞中內(nèi)源能。Slinger（1964）提出家禽還需要進(jìn)行氮矯正代謝能評(píng)定 （MEn），意義旨在扣除氮沉積在體內(nèi)時(shí)所消耗的能量。ME體系相比于DE體系，考慮到了尿能和甲烷能的損失，細(xì)化了能量的去向。ME體系相比于豬和反芻更適用于家禽，家禽糞尿混合排除體外，不用單獨(dú)收集尿液，而且由于家禽后腸段很短，腸道排空速度很快（6h左右），導(dǎo)致后腸段發(fā)酵能力差，產(chǎn)生的甲烷氣體可以忽略不計(jì)。TME相比于AME在更能準(zhǔn)確的表示飼料或原料的ME，但在實(shí)際評(píng)定的過(guò)程中多采用饑餓法和仿生消化法。前者克服了傳統(tǒng)代謝能評(píng)定過(guò)程中動(dòng)物樣本數(shù)大、數(shù)據(jù)收集困難（包括采食量和糞樣污染等）以及試驗(yàn)期長(zhǎng)的弊端，但對(duì)動(dòng)物體的應(yīng)激過(guò)大，具體的禁食時(shí)間、飼喂方式、糞樣收集方式和強(qiáng)飼量都需要進(jìn)一步研究。后者的優(yōu)勢(shì)在于不用考慮內(nèi)源能，但脫離了動(dòng)物樣本，現(xiàn)有儀器不能準(zhǔn)確模擬動(dòng)物體消化道環(huán)境。簡(jiǎn)而言之，ME體系在家禽中的應(yīng)用比較成熟，更適用于家禽飼料能值評(píng)價(jià)。

凈能（NE）是現(xiàn)有能量體系中更直接的體現(xiàn)飼料能量經(jīng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)物提供用于維持和生產(chǎn)的能量，即是在代謝能的基礎(chǔ)上扣除體增耗（HI），并且根據(jù)能量的用途可將NE分為維持凈能（NEm）和生產(chǎn)凈能（NEp）。NE體系在家禽上的應(yīng)用最早由Frap（1946）提出比較屠宰法，首次實(shí)現(xiàn)了NE在家禽飼料上的評(píng)定。之后呼吸測(cè)熱裝置有了突破性的進(jìn)展，為之后在NE體系的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)關(guān)于家禽凈能體系的研究較少，一般是用比較屠宰法來(lái)對(duì)飼料的凈能進(jìn)行評(píng)定，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)凈能體系有一系列相關(guān)研究，家禽NE體系相較于ME和DE有貼合生產(chǎn)、預(yù)測(cè)生長(zhǎng)、合理利用副產(chǎn)物及降低成本的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)更為明顯，試驗(yàn)繁瑣、HI的測(cè)定困難、單一原料評(píng)定困難和數(shù)據(jù)缺乏。家禽NE體系還在起步階段，各方面條件不成熟，目前還不適用于家禽有效能值的評(píng)定，還需要進(jìn)一步的研究。

2 家禽飼料有效能評(píng)定方法

家禽糞尿不分離，全收糞法一般用于家禽AME的評(píng)定。保證家禽健康生長(zhǎng)、充足光照、合適溫濕度、自由飲水和采食、避免應(yīng)激反應(yīng)對(duì)有效能值評(píng)定造成的影響。如表1所示，家禽的代謝試驗(yàn)預(yù)飼期應(yīng)不少于4天，連續(xù)收集后3天糞便。采用籠養(yǎng)的方式，籠下放置潔凈、易收集糞便收集裝置（如收糞盤(pán)、塑料薄膜或牛皮紙），準(zhǔn)確和完全的收集家禽排泄物。收集糞便的同時(shí)，應(yīng)撿出糞中飼料，羽毛和皮屑皮屑等污染樣品的雜質(zhì)，并將收集的糞樣進(jìn)行烘干粉碎保存。有學(xué)者認(rèn)為可將待測(cè)飼料加工為顆粒料，以減少糞樣污染和方便采集，但制粒過(guò)程會(huì)導(dǎo)致飼料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致一些功能性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)失活，如維生素和外源酶類(lèi)。AME計(jì)算公式如下：

表1 家禽代謝能評(píng)定試驗(yàn)期示例

全收糞法是飼料消化率評(píng)定的傳統(tǒng)方法，也是較為準(zhǔn)確的方法之一。但全收糞法的局限性也是非常明顯，樣品采集不方便且容易污染，動(dòng)物樣本數(shù)比較多時(shí)，工作量過(guò)大。

排空強(qiáng)飼法可以準(zhǔn)確的提供家禽干物質(zhì)攝入量，減少因家禽自由采食導(dǎo)致的有效能值評(píng)定誤差，適用于家禽AME和TME的評(píng)定。Sibbald（1975）提出可將家禽，先饑餓以保證之前的飼糧排空，之后灌入一定量的飼料，完整收集排泄物，測(cè)定其有效能值，所以也稱為饑餓法。強(qiáng)飼法也可作為單一原料的評(píng)定方法。

代謝試驗(yàn)可分為預(yù)飼期和正式期，正式期又可分為排空期、強(qiáng)飼期和糞尿收集期，如要同批雞再次進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)在之后進(jìn)行體況恢復(fù)期。禁飼排空期時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致非待測(cè)部分還沒(méi)有完全排出體外，增加排泄物總干物質(zhì)含量，使ME偏低；而時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，家禽饑餓時(shí)應(yīng)激大，極大程度會(huì)影響飼料有效能值的準(zhǔn)確性。排泄物收集期過(guò)短，糞樣采集不完全，代謝能值偏高；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致體況恢復(fù)期的增長(zhǎng)。我國(guó)制定了關(guān)于強(qiáng)飼法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了排空期和收集期的時(shí)間為48h，恢復(fù)期要在10天以上，強(qiáng)飼量為50g。而國(guó)外相關(guān)研究如表2所示，排空期較短。Potter等 （1960）研究發(fā)現(xiàn)限飼會(huì)導(dǎo)致飼糧的干物質(zhì)利用率升高。之后Sibbald（1986）提出排空強(qiáng)飼法的強(qiáng)飼量應(yīng)相當(dāng)于家禽體重的1%。強(qiáng)飼量過(guò)高也容易導(dǎo)致嘔吐現(xiàn)象的產(chǎn)生。

表2 國(guó)外強(qiáng)飼法試驗(yàn)期示例

AME計(jì)算公式如下：

式中 GEi：攝入總能（cal）；GEe：排泄物總能（cal）；Mi：干物質(zhì)攝入（g）。

TME計(jì)算公式如下：

式中GEf：干物質(zhì)基礎(chǔ)下飼料總能 （cal/g）； Wf： 攝入干物質(zhì)總量 （g） ；EFf： 干物質(zhì)基礎(chǔ)下排泄物總能 （cal/g）；EEc：禁飼組家禽排泄物總能。

誘飼法就是在排空強(qiáng)飼法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，F(xiàn)arrell（1977，1978）改進(jìn)了強(qiáng)飼法的飼喂方式，饑餓32h排空后，給與1h進(jìn)行采食，收集42h排泄物。這種方法將強(qiáng)飼改為在一段時(shí)間內(nèi)讓家禽主動(dòng)吃完飼料，減少因強(qiáng)飼而導(dǎo)致的動(dòng)物應(yīng)激過(guò)程，保證ME評(píng)定準(zhǔn)確。之后Farrell（1991）試驗(yàn)對(duì)比了4種代謝能評(píng)定方法結(jié)果發(fā)現(xiàn)，誘飼法所測(cè)TME方程的R方值最高，更能準(zhǔn)確的評(píng)定飼料TME。

指示劑法就是利用動(dòng)物機(jī)體不消化、不吸收且不影響其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)標(biāo)記飼料，以此求出飼料的消化代謝率。指示劑可分為內(nèi)源指示劑和外源指示劑，內(nèi)源指示劑為飼料本身含有的不消化物質(zhì)，如酸不溶灰分、木質(zhì)素等。而外源指示劑需要額外添加，如Cr2O3、Fe2O3、TiO2等。指示劑法的優(yōu)勢(shì)在于不用完全收集動(dòng)物糞便，由糞便中指示劑含量和飼料中指示劑的含量計(jì)算消化代謝率。相比于外源性指示劑，內(nèi)源性指示劑有更好的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。外源性指示劑在使用過(guò)程中一定要與飼料混合均勻，不然會(huì)導(dǎo)致消化代謝率指標(biāo)誤差增大。代謝能計(jì)算公式如下：

回腸末端食糜法就是利用回腸末端食糜測(cè)定家禽的有效能值，所測(cè)得的能值與ME和DE均有所不同，所以被命名為回腸末端消化能（IDE）。Zanella（1999）在研究復(fù)合酶制劑對(duì)飼糧養(yǎng)分利用率中，各組ME無(wú)差異，但用回腸末端食糜計(jì)算出的有效能值，加酶與不加酶去有明顯差異。這說(shuō)明IDE對(duì)于家禽的消化有著更直接的體現(xiàn)，這是因?yàn)榛啬c食糜沒(méi)有經(jīng)過(guò)盲腸發(fā)酵，樣品的收集也是即取即存，避免了樣品的污染。采樣前6h進(jìn)行禁食，采樣前3小時(shí)補(bǔ)飼飼料 （保證消化道內(nèi)有食糜），之后將雞處死，用蒸餾水沖洗回腸后2/3的食糜至離心管中保存。回腸末端食糜法要配合指示劑法使用。該方法主要問(wèn)題在于動(dòng)物個(gè)體可收集的樣品較少，動(dòng)物成本高。

3 家禽單一原料有效能值評(píng)定方法

全替代法或直接法是指飼料提供能量和蛋白部分全部由待測(cè)原料替代，只加少量的礦物元素和維生素預(yù)混料，以飼料能值來(lái)代表原料能值。許多文獻(xiàn)均根據(jù)此結(jié)果得出原料的有效能值，并且認(rèn)為該方法能減少其他原料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)待測(cè)日糧有效能值評(píng)定的干擾，其結(jié)果最為準(zhǔn)確。但某些原料并不能滿足動(dòng)物生長(zhǎng)需要、適口性差，且試驗(yàn)期越長(zhǎng)，對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育影響越大，如評(píng)定油脂有效能并不適用于該方法。

某些原料因?yàn)槠浔旧淼奶攸c(diǎn)不能過(guò)高添加，所以套算法就是利用一部分待測(cè)飼糧按照一定比例替代基礎(chǔ)飼糧，通過(guò)公式計(jì)算出原料的有效能值。Hill（1960）提出可以谷物類(lèi)飼料替代基礎(chǔ)飼料中40%的葡萄糖，通過(guò)基礎(chǔ)飼糧與待測(cè)飼糧的差值和替代比例計(jì)算出原料的代謝能。套算法相比于全替代法，能保證家禽正常的生長(zhǎng)發(fā)育，但基礎(chǔ)飼糧與待測(cè)原料之間互作會(huì)導(dǎo)致所測(cè)能值偏高。李沖等（2017）研究發(fā)現(xiàn)利用套算法測(cè)得的原料有效能值高于直接法，且兩種方法營(yíng)養(yǎng)成分消化率高度相關(guān)。且周克等（2015）在對(duì)比套算法和強(qiáng)飼法中也發(fā)現(xiàn)，套算法能值偏高的現(xiàn)象。套算法計(jì)算的前提是保證基礎(chǔ)飼糧有效能值不變，即飼料組合效應(yīng)為0，而待測(cè)原料的加入勢(shì)必會(huì)使基礎(chǔ)飼糧的有效能發(fā)生改變，而這一部分能量會(huì)向待測(cè)原料轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致待測(cè)原料能值或偏高或偏低。計(jì)算公式如下：

式中RE：基礎(chǔ)飼糧有效能值；TE：待測(cè)原料有效能值；SR：待測(cè)原料替代比例。

插值法是將待測(cè)原料分多個(gè)梯度 （0-100%）替代基礎(chǔ)飼糧，將替代比例設(shè)為自變量（X），套算法計(jì)算出的原料有效能值設(shè)為（Y）進(jìn)行回歸分析，得出Y=aX+b，當(dāng)替代比例等于100%時(shí)，則可得待測(cè)原料的“真值”，從本質(zhì)上說(shuō)就是利用套算法計(jì)算出的值進(jìn)行回歸分析。張子儀等（1981）對(duì)3種原評(píng)定方法結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)插值法的值相比于套算法更具有代表性，并且更為穩(wěn)定。吳智強(qiáng)等（2012）在評(píng)定油脂有效能的過(guò)程中也提出了相同的結(jié)論。插值法結(jié)果更有代表性以及更穩(wěn)定，它的局限性也很明顯，每種原料都需要6-11個(gè)試驗(yàn)組，使整個(gè)試驗(yàn)成本升高。并且插值法最終替代比例達(dá)到100%，某些原料因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或適口性的問(wèn)題，并不適合高劑量添加。在高劑量添加時(shí)，結(jié)果不穩(wěn)定，反而會(huì)影響方程的準(zhǔn)確性。

等比回歸法類(lèi)似于插值法，是將待測(cè)原料分為3個(gè)梯度替代基礎(chǔ)飼糧，以待測(cè)原料的干物質(zhì)攝入量為（X），有效能值為（Y）進(jìn)行回歸，得出待測(cè)原料的動(dòng)態(tài)方程。但該方法的替代方法并不是簡(jiǎn)單的代替基礎(chǔ)飼糧，而是替代基礎(chǔ)飼糧中提供能量部分的原料，保證替代之后各提供能量部分的原料比例與基礎(chǔ)飼糧相同。在所有以套算法為基準(zhǔn)模式下，飼糧的互作效應(yīng)是限制有效能值評(píng)定準(zhǔn)確性的主要因素。互作效應(yīng)是由原料間營(yíng)養(yǎng)素不平衡，產(chǎn)生的組合效應(yīng)，所以不僅是待測(cè)原料和基礎(chǔ)飼糧，替代過(guò)程中基礎(chǔ)飼糧結(jié)構(gòu)的改變也會(huì)導(dǎo)致這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。為了將原料的互作效應(yīng)的影響降到最低，所以待測(cè)原料先等比替代，以避免基礎(chǔ)飼糧結(jié)構(gòu)改變對(duì)能值評(píng)價(jià)的影響，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行回歸，減少能值轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。Adeola等（2009）用該方法評(píng)定玉米發(fā)酵酒糟（CDDGS），得到的比較理想的回歸方程，R2為0.989，之后相關(guān)研究均得出不錯(cuò)的結(jié)果，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。總體來(lái)說(shuō)，該方法更為科學(xué)和準(zhǔn)確，相比于插值法成本低，試驗(yàn)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)便。

表3 等比回歸法相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果示例

在原料評(píng)定中原料的某些成分和其有效能值之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，其營(yíng)養(yǎng)成分和有效能值進(jìn)行回歸分析，建立原料有效能值模型，從而對(duì)原料有效能值進(jìn)行估測(cè)。該方法具有快速，簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。最早Carpenter等（1956）對(duì)13種原料的代謝能和其化學(xué)成分進(jìn)行相關(guān)性分析，并建立了回歸方程，但方程的變異范圍較大。之后Sibbald等 （1963）又對(duì)22種原料和81種飼料，得到了比較好的結(jié)果，方程相關(guān)系數(shù)為0.953。以上試驗(yàn)均是以營(yíng)養(yǎng)性指標(biāo)（粗脂肪、淀粉和粗蛋白）預(yù)測(cè)其有效能值，有學(xué)者認(rèn)為，通將非營(yíng)養(yǎng)性指標(biāo)作為負(fù)相關(guān)變量加入方程，如酸性洗滌纖維（ADF）和中性洗滌纖維（NDF）。不同類(lèi)型的原料，應(yīng)將原料分類(lèi)進(jìn)行評(píng)估。化學(xué)參數(shù)法的精度在不斷提高，但其模型是通過(guò)生物學(xué)方法評(píng)定的有效能值建立的，其準(zhǔn)確性也依賴于生物學(xué)法的發(fā)展。

4 小結(jié)

能量是家禽維持一切生命活動(dòng)重要的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。準(zhǔn)確評(píng)定飼料及原料的有效能值，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的更新與建立、精確飼喂及生產(chǎn)成本都具有指導(dǎo)性意義。選擇適合家禽的有效能值指標(biāo)和飼料及原料評(píng)定方法，對(duì)有效能值的測(cè)定至關(guān)重要。代謝能體系是比較符合家禽的能量體系，AME和AMEn是應(yīng)用面比較廣泛的指標(biāo)，TME需要收集內(nèi)源損失，對(duì)家禽的應(yīng)急較大。IDE沒(méi)有經(jīng)過(guò)后腸段對(duì)于能量的消化表現(xiàn)更為直觀，具有很高的靈敏度。飼料有效能值評(píng)定中全收糞法基本上避免了應(yīng)激反應(yīng)的產(chǎn)生，但樣品收集難度高，工作量大。指示劑法樣品收集較為方便，但在使用需注意指示劑在飼料中混合程度和回收率。強(qiáng)飼法優(yōu)于其他方法在于采食量和排泄物可以完全收集，但家禽的應(yīng)激反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)果誤差增大，且不適用于幼禽。而誘飼法避免了強(qiáng)飼的應(yīng)激，但采食量無(wú)法精確的收集，和強(qiáng)飼法相同，無(wú)法解決饑餓過(guò)程對(duì)家禽的影響。回腸末端食糜法配合指示劑法同時(shí)使用，樣品不會(huì)受到污染，但每只家禽所取得的樣品很少。單一原料評(píng)定中，全替代法沒(méi)有其他原料對(duì)其有效能進(jìn)行干擾，但對(duì)原料的適口性、營(yíng)養(yǎng)組成都有要求，許多原料不適用于此方法。套算法、插值法和等比回歸法相比，等比回歸法減少了套算法中互作效應(yīng)，也比插值法簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)。研究人員在進(jìn)行試驗(yàn)之前應(yīng)根據(jù)研究目的和實(shí)際條件，選擇符合自身試驗(yàn)的有效能值評(píng)定方法，盡量減少其他因素對(duì)能值評(píng)定的影響。