不同的淀粉類型對生長豬飼糧有效能和營養物質消化率的影響

趙金標 宋孝明 李忠超 劉 嶺

(中國農業大學動物科學技術學院，農業農村部飼料工業中心，動物營養國家重點實驗室，北京100193)

淀粉是谷物類飼料碳水化合物的主要成分，其供能水平約占畜禽生產所需能量的40%[1]。研究表明，淀粉由于來源、組成和結構的不同，其在動物和人體內消化的速度和部位存在差異，如支鏈淀粉在小腸的前段即可以被淀粉酶迅速降解，直鏈淀粉分子比支鏈淀粉分子連接葡萄糖鏈的氫鍵強，因而直鏈淀粉被消化酶降解的效率低于支鏈淀粉，但其在小腸末端幾乎可以完全被淀粉酶降解[2]。然而，抗性淀粉在小腸內幾乎不降解，其主要在消化道后段被微生物發酵進而產生揮發性脂肪酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸。目前越來越多的研究表明，揮發性脂肪酸對于維持動物胃腸道正常的生理功能、提高腸道的免疫功能以及促進腸道有益菌的生長具有十分重要的作用[3-4]，但是揮發性脂肪酸被腸上皮細胞吸收供能的效率遠遠低于葡萄糖被吸收后的供能效率[5]。因此，不同類型的淀粉由于其降解位點和降解速率的差異，導致其在體內能量供應效率以及對動物生產性能和腸道健康等方面的影響存在明顯差異。

豬飼糧中淀粉根據其類型主要分為三大類，分別為谷物類淀粉、薯類淀粉和豆類淀粉，其淀粉的組成和結構等理化特性具有很大的差異[6]。谷物類淀粉的顆粒直徑較小，支鏈淀粉含量較高，容易被腸道淀粉酶消化，如玉米和小麥；薯類淀粉的吸濕性強，直鏈淀粉含量和顆粒直徑大小略高于谷物淀粉，如紅薯和木薯；豆類淀粉的顆粒直徑較大，直鏈淀粉和抗性淀粉含量較高，很難被腸道淀粉酶完全消化，這部分淀粉進入動物體后腸被微生物發酵降解產生揮發性脂肪酸，比如豌豆和蠶豆[7]。因此，本研究挑選玉米、紅薯干粉和豌豆粉3種原料，探究不同類型的淀粉對生長豬飼糧消化能、代謝能、能量利用效率和營養物質表觀全腸道消化率的影響，同時比較玉米、紅薯干粉和豌豆粉的有效能值和能量利用效率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗在農業農村部飼料工業中心豐寧動物試驗基地(河北承德九運農牧有限公司院士工作站)進行，按照農業部飼料效價與安全監督檢驗測試中心(北京)的豬飼料營養價值評價技術規程進行所有試驗操作。玉米產自于山東，其品種為半緊湊型玉米魯糯玉1號；紅薯干粉產自河南，購于河南愛豬人生物科技股份有限公司；豌豆粉從澳大利亞進口，購買于廣東東瑞集團。

1.2 試驗設計與試驗飼糧

試驗采用完全隨機試驗設計，選取初始體重為(35.38±1.36) kg的杜×長×大三元雜交去勢公豬18頭，隨機分為3組，分別飼喂玉米飼糧、紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧。試驗飼糧的原料組成見表1。玉米飼糧中玉米作為唯一的能量來源，通過直接法計算玉米的消化能和代謝能。紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧分別由紅薯干粉和豌豆粉替代玉米飼糧中30%的玉米配制而成，采用套算法計算紅薯干粉和豌豆粉的消化能和代謝能。試驗期19 d，其中7 d為消化代謝籠適應期，7 d為飼糧適應期，5 d為糞尿收集期。試驗飼糧的營養水平見表2。飼糧中礦物質和維生素營養水平參照《豬飼養標準》[8](NY/T 65—2004)推薦值進行設計。

表1 試驗飼糧的原料組成(飼喂基礎)

表2 試驗飼糧的營養水平(飼喂基礎)

續表2項目 Items玉米飼糧Corn diet紅薯干粉飼糧Sweet potato flour diet豌豆粉飼糧Pea flour diet粗灰分 Ash3.253.953.77中性洗滌纖維 NDF7.378.398.49酸性洗滌纖維 ADF1.843.553.48總膳食纖維 TDF13.2414.1314.26可溶性膳食纖維 SDF1.552.591.86不可溶性膳食纖維 IDF11.6911.5412.40淀粉 Starch57.2159.3452.25直鏈淀粉 Amylose5.007.5812.71支鏈淀粉 Amylopectin52.2151.7639.54抗性淀粉 Resistant starch3.684.195.42

1.3 飼養管理

所有試驗豬均飼養在豬專用不銹鋼代謝籠中單籠飼養，代謝籠的規格為1.4 m×0.7 m×0.6 m。試驗豬自由飲水，每天的采食量為其初始體重的4%[9]，每天09:00和16:00將飼糧分2次等量飼喂試驗豬。試驗期間每天不定時巡視，觀察記錄采食、飲水、排糞、瘺管護理等情況。同時每天豬舍進行常規消毒，舍溫控制在(21±3) ℃。每天17:00對圈舍進行清掃，保持豬舍環境的干凈衛生。

1.4 樣品收集

試驗采用全收糞法收集樣品。收集期開始時，將收尿桶放置于代謝籠下面，并加入50 mL 6 mol/L鹽酸，混合均勻，將每頭豬第15～19的連續5 d所收集的全部尿樣解凍并充分混勻，取部分尿樣裝入50 mL離心管中，4 ℃靜置待檢。將收糞盤放置在豬籠漏縫板下，保證豬所排的糞全部落入收糞盤中。結束后將收集的糞進行稱重，于65 ℃烘箱中烘72 h至風干狀態，回潮24 h后至恒重，粉碎過60目篩，裝袋備用。

1.5 檢測指標和方法

干物質、粗蛋白質、粗脂肪、總淀粉和粗灰分含量分別按照GB/T 6435—2006、GB/T 6432—1994、GB/T 6433—2006、GB/T 5009—2006、GB/T 6438—2007[10-14]方法測定；可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維含量參考AOAO(2007)[15]的方法測定(AnkomTDF分析儀，美國)；中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量參考Van Soest等[16]的方法測定(ANKOM200纖維分析儀)；總能按照國際標準ISO9831:1998推薦的方法使用氧彈式測熱儀(Parr 6300 Calorimeter，美國)測定；直鏈淀粉和抗性淀粉含量參照Deng等[17]的方法測定；非抗性淀粉含量參照Bj?rck等[18]的方法測定。

1.6 計算公式

豬飼糧消化能和代謝能的計算公式[9]如下：

飼糧消化能(MJ/kg，飼喂基礎)=

(食入的總能-排糞總能)/采食量；
飼糧代謝能(MJ/kg，飼喂基礎)=

(食入的總能-排糞總能-尿能)/采食量。

豬飼糧營養物質表觀全腸道消化率的計算公式[9]如下：

營養物質表觀全腸道消化率(%)=100×
(飼糧營養物質攝入量-糞中營養物質
排出量)/飼糧營養物質攝入量。

豬飼糧的原料消化能和代謝能的計算公式[9]如下：

基礎飼糧校正消化能(MJ/kg，飼喂基礎)=

基礎飼糧消化能/97.4%；
原料消化能(MJ/kg，飼喂基礎)=(試驗飼糧
消化能-基礎飼糧校正消化能×
68.18%)/29.22%；
基礎飼糧校正代謝能(MJ/kg，飼喂基礎)=
基礎飼糧代謝能/97.4%；
原料代謝能(MJ/kg，飼喂基礎)=

(試驗飼糧代謝能-基礎飼糧校正
代謝能×68.18%)/29.22%。

式中：97.4%為玉米飼糧中玉米添加的比例；68.18%為玉米在紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧中的添加比例；29.22%為紅薯干粉和豌豆粉分別在紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧中的添加比例。

1.7 統計方法

試驗數據采用SAS 9.2統計軟件中的GLM進行統計分析。以每個重復為統計單位，不同飼糧為固定效應，試驗豬為隨機效應。用Tukey法進行多重比較，P<0.05為差異顯著，0.05≤P<0.10為有差異顯著趨勢。

2 結 果

2.1 玉米、紅薯干粉和豌豆粉的化學成分分析

由表3可知，紅薯干粉的總能(14.43 MJ/kg)低于玉米(16.38 MJ/kg)和豌豆粉(16.32 MJ/kg)。豌豆粉的粗蛋白質含量(22.80%)遠遠高于玉米(7.96%)和紅薯干粉(4.12%)。紅薯干粉的可溶性膳食纖維和總膳食纖維的比值(31.17%)遠遠高于玉米(11.73%)和豌豆粉(5.37%)。玉米(54.39%)和紅薯干粉(49.24%)的支鏈淀粉含量較高，而豌豆粉的直鏈淀粉(30.57%)和抗性淀粉含量(9.38%)較高。

表3 玉米、紅薯干粉和豌豆粉的化學成分(飼喂基礎)

2.2 不同的淀粉類型對生長豬飼糧營養物質表觀全腸道消化率的影響

由表4可知，紅薯干粉飼糧中粗蛋白質表觀全腸道消化率(68.81%)顯著低于玉米飼糧(80.60%)和豌豆粉飼糧(82.64%)(P<0.05)，豌豆粉飼糧中粗脂肪表觀全腸道消化率(38.07%)顯著低于玉米飼糧(52.76%)和紅薯干粉飼糧(52.65%)(P<0.05)，而玉米飼糧中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維表觀全腸道消化率(37.33%和30.28%)顯著低于紅薯干粉飼糧(50.38%和46.76%)和豌豆粉飼糧(56.22%和48.75%)(P<0.05)。另外，玉米、紅薯干粉和豌豆粉3種飼糧之間的總能、干物質、有機物質、淀粉和粗灰分表觀全腸道消化率無顯著差異(P>0.05)。

表4 不同的淀粉類型對生長豬飼糧營養物質表觀全腸道消化率的影響

2.3 不同的淀粉類型對生長豬飼糧有效能值和能量利用效率的影響

由表5可知，玉米飼糧、紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧中消化能和代謝能以及消化能與總能間的比值無顯著差異(P>0.05)。但是，玉米飼糧中代謝能與總能的比值(86.30%)遠遠高于紅薯干粉飼糧(84.67%)和豌豆粉飼糧(84.09%)(P<0.05)。另外，玉米飼糧中代謝能與消化能的比值(97.12%)具有高于紅薯干粉飼糧(96.06%)和豌豆粉飼糧(95.48%)的趨勢(P=0.076)。

表5 不同的淀粉類型對生長豬飼糧有效能值和能量利用效率的影響(飼喂基礎)

2.4 不同的淀粉類型對生長豬飼糧原料有效能值和能量利用效率的影響

通過直接法計算玉米的有效能值，而通過套算法計算出紅薯干粉和豌豆粉的有效能值。由表6可知，玉米、紅薯干粉和豌豆粉的消化能與總能間的比值無顯著差異(P>0.05)。但是紅薯干粉的消化能和代謝能(12.66和11.81 MJ/kg)顯著低于玉米(14.31和13.88 MJ/kg)和豌豆粉(14.44和13.43 MJ/kg)(P<0.05)。另外，玉米的代謝能與消化能的比值和代謝能與總能的比值(84.74%和97.00%)顯著高于紅薯干粉(81.84%和93.29%)和豌豆粉(82.29%和93.01%)(P<0.05)。

3 討 論

3.1 不同的淀粉類型對生長豬飼糧營養物質表觀全腸道消化率的影響

淀粉由于其組成及結構不同在動物和人體內消化的速度和部位存在差異[19]。直鏈淀粉中葡萄糖單分子以α-1，4糖苷鍵連接，糊化溫度較高，在動物體腸道內被淀粉酶降解速率較慢，但絕大多數直鏈淀粉再回腸末端可以完全被降解成葡萄糖。支鏈淀粉除了主鏈葡萄糖單分子以α-1，4糖苷鍵連接以外，分支是以α-1，4糖苷鍵連接，容易糊化，糊化后結構疏散，黏度較高，容易被淀粉酶降解，主要在十二指腸和空腸前端被完全快速降解并生成葡萄糖。抗性淀粉結構緊密，不能被腸道淀粉酶降解，但可以被后腸道微生物發酵代謝生成揮發性脂肪酸，從而改善動物體腸道環境并促進益生菌的繁殖。淀粉顆粒大小、淀粉的物理存在形式以及直鏈淀粉、支鏈淀粉和抗性淀粉的數量和比例直接影響到淀粉消化產物葡萄糖的吸收能力、淀粉的供能方式、飼糧在消化道中停留的時間和消化酶與淀粉的接觸程度等，進而改變飼糧的營養物質消化率及其飼喂價值[20]。

表6 不同的淀粉類型對生長豬飼糧原料有效能值和能量利用效率的影響(飼喂基礎)

本試驗中紅薯干粉飼糧粗蛋白質表觀全腸道消化率低于玉米飼糧和豌豆粉飼糧，首先，這主要是由于紅薯干粉含有較多的可溶性膳食纖維，而可溶性膳食纖維由于其理化特性可以增加食糜在豬小腸的黏度，促使腸道食糜的表面形成“水化膜”，從而阻礙胰蛋白酶和食糜中粗蛋白質的酶解作用[21-22]。其次，可溶性膳食纖維會增加生長豬前腸道內源氨基酸的分泌，比如脫落的上皮細胞和黏蛋白，進而降低飼糧氨基酸的消化率[23]。最后，可溶性膳食纖維在生長豬后腸道中易被微生物降解生成揮發性脂肪酸，有利于微生物的生長和菌體蛋白的合成，然后隨未消化的飼糧殘渣排除體外，增加了內源氮的濃度[24]。豌豆粉飼糧的粗脂肪表觀全腸道消化率低于玉米和紅薯干粉飼糧，這可能與豌豆粉中抗性淀粉含量較高有關。抗性淀粉作為豬飼糧中能量飼料主要的抗營養因子，可以抑制飼糧中能量利用效率和營養物質消化率，從而降低動物的生長性能[25]。除此之外，直鏈淀粉比支鏈淀粉易與油脂等化合物形成復合物，導致直鏈淀粉和粗脂肪不易被消化酶降解[26]，這也是豌豆粉飼糧的粗脂肪表觀全腸道消化率較低的原因之一。玉米飼糧的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維表觀全腸道消化率低于紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧。這是由于玉米的不可溶性膳食纖維含量較高，其主要成分為阿拉伯木聚糖。由于阿拉伯木聚糖緊密的分子結構和糖苷鍵的組成，導致其不易被微生物降解[27]。但是，紅薯干粉和豌豆粉含有較多的可溶性膳食纖維，其在豬的后腸道容易被微生物降解生成揮發性脂肪酸。另外，雖然玉米、紅薯干粉和豌豆粉淀粉的組成和結構存在很大差異，但是三者的淀粉表觀全腸道消化率無顯著差異。盡管紅薯中抗性淀粉和直鏈淀粉含量高于麥類原料，黃菊等[1]報道了麥類原料(如燕麥、小麥)和紅薯相比，其淀粉的表觀全腸道消化率無顯著差異。這是由于原料中的支鏈淀粉和直鏈淀粉在生長豬的前腸道中幾乎可以被完全降解，而抗性淀粉在微生物組成趨于穩定的后腸道可以被微生物完全降解合成揮發性脂肪酸。因此，不同類型的淀粉在生長豬上表觀全腸道消化率均約為100%。

3.2 不同的淀粉類型對生長豬飼糧和原料有效能值和能量利用效率的影響

本試驗研究表明，玉米飼糧、紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧的消化能和代謝能以及消化能與總能之間的比值無顯著差異。但是，玉米飼糧的代謝能與總能的比值以及代謝能與消化能的比值高于紅薯干粉飼糧和豌豆粉飼糧。這是由于3種試驗飼糧中淀粉是主要的供能來源，玉米的支鏈淀粉含量較高，容易被淀粉酶在豬的小腸前端快速消化，生成葡萄糖后迅速被腸上皮細胞吸收提供能量；豌豆粉的抗性淀粉含量較高，而抗性淀粉不能在豬的小腸被淀粉酶消化，但可以進入豬的后腸被微生物發酵合成揮發性脂肪酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸[28]。然而，揮發性脂肪酸被腸上皮細胞吸收后的供能效率遠遠低于小腸內葡萄糖的供能效率，從而導致豌豆粉飼糧的能量利用效率低于玉米飼糧[29]。紅薯干粉的抗性淀粉和直鏈淀粉含量均高于玉米，與支鏈淀粉相比，直鏈淀粉在豬小腸內消化速率較慢，因此直鏈淀粉被降解成葡萄糖后的供能速率較低。另外，紅薯干粉含有較高的可溶性膳食纖維，與抗性淀粉相似，豬自身不能分泌降解可溶性膳食纖維的酶，但可以被后腸微生物降解生成揮發性脂肪酸，從而導致紅薯干粉飼糧的能量利用效率較低[30]。類似地，本試驗中玉米的代謝能與消化能比值和代謝能與總能比值高于紅薯干粉和豌豆粉，這同樣是由于玉米的支鏈淀粉含量較高，而紅薯干粉和豌豆粉的可溶性膳食纖維和抗性淀粉含量較高，導致豬飼喂玉米的能量利用效率優于紅薯干粉和豌豆粉。另外，很多研究表明，原料中消化能和代謝能含量和總能呈極顯著正相關[31-32]。本研究中紅薯干粉的消化能和代謝能遠遠低于玉米和豌豆粉，這和紅薯干粉的總能含量較低有關。

4 結 論

不同的淀粉類型影響飼糧和原料在生長豬體內的能量利用效率和營養物質消化率，其中玉米作為典型的谷物類淀粉來源在生長豬上的飼用價值優于分別以紅薯干粉和豌豆粉作為代表的薯類淀粉和豆類淀粉，其飼喂價值優劣順序為玉米>豌豆粉>紅薯干粉。