用于饲喂断奶仔猪的酶处理和常规豆粕的磷消化率和能量浓度

■K.P.GoebelH.H.Stein

（伊利诺伊大学动物科学学院，美国乌尔班纳 61801）

在断奶仔猪日粮中添加大豆蛋白，这将可能导致仔猪短暂性超敏反应、绒毛死亡和营养物质吸收不良（Li等，1990）,从而给仔猪带来不良影响。由于豆粕中含有抗原性物质，所以，与饲喂未含豆粕日粮的早期断奶仔猪相比，饲喂含有大豆蛋白的日粮将降低仔猪的生长性能(Friesen等，1993)。因此，通常在断奶仔猪的日粮中只添加相对少量的豆粕，而日粮中大部分的氨基酸均由动物蛋白提供，尽管动物蛋白与豆粕相比成本更高。然而，如果清除大豆蛋白中的抗原性物质，就有可能用大豆蛋白替代高价的动物蛋白。酶处理应该是清除抗原性物质的一种方法，现在美国饲料行业中已有酶处理豆粕。酶处理不仅能清除蔗糖和低聚糖，也能清除豆粕中的抗原性物质，因此，酶处理豆粕总的组成成分将不同于常规豆粕（SBM-CV;Cervantes-Pahm等，2010）。酶处理豆粕中氨基酸的消化率已被测定（Min等，2004;Urbaityte等，2009；Cervantes-Pahm等，2010），但尚没有酶处理豆粕中磷的消化率和能量的研究结果。因此，本研究的目的是测定酶处理豆粕和常规豆粕中磷的消化率和消化能与代谢能的浓度，以及验证豆粕经过酶处理后，尽管酶处理过程会使豆粕的成分发生改变，但是，并不影响磷和能量的消化率。

1 材料和方法

试验方案经由伊利诺伊大学动物管理和使用委员会(Animal Care and Use Committee at the Uni⁃versity of Illinois)审查和批准。

在这两个试验中，豆粕由丹麦霍尔森斯市哈姆雷特蛋白质有限公司（Hamlet Protein A/S,Hors⁃ens,Denmark）提供。试验猪为长白公猪与约克夏×杜洛克猪杂交后代，由田纳西州德森维尔的Pig Improvement公司提供。

1.1 磷的消化率（试验1）

试验1的目的是测定两种酶处理豆粕（HP-310和HP-340）和常规豆粕中磷的全消化道表观消化率（见表1）。酶处理豆粕和常规豆粕来源于同一批次的豆粕。豆粕的酶处理是通过将豆粕放置于一个持续流动的系统中，不断地将豆粕与酶制剂接触几小时。HP-310和HP-340在酶处理过程中的区别在于处理HP-340的酶混合物中包括植酸酶（Rhonozyme,DSM Nutritional Products AG,Basel,Switzerland），而HP-310中不含植酸酶。

通过将玉米淀粉、糖和3种豆粕中的一种进行混合，配制成3种试验日粮（见表2和表3）。另外3种日粮配方是在其它各方面均与上述3种日粮都相似的日粮中添加500个单位的微生物植酸酶（Optiphos 2000，Enzyvia LLC,Sheridan,IN）。在日粮中添加维生素和矿物质（除磷以外），以满足或超出目前所估计的断奶仔猪在维生素和矿物质方面的需求量（NRC，1998）。日粮中未添加任何的无机磷，因此，日粮中的唯一磷源来源于豆粕。

表1 酶处理豆粕和常规豆粕的化学成分（饲喂基础）

将36头断奶阉猪分为6组，每组6头[初始体重(21.9±1.1)kg]，随机将6种日粮饲喂于各试验组。所有的试验猪均饲养于消化代谢试验笼内，能全面采集粪便。每日给饲量按维持能量需求所需日粮的3倍计算（即106 kcal代谢能/kg0.75;NRC，1998），日喂2次，试验猪自由饮水。给试验猪饲喂试验日粮14 d，7 d预试期，在第8 d和第13 d早上的饲粮中添加Cr2O3作为标记，以便在8 d后粪便中第一次出现Cr2O3时开始采集各试验猪的排泄物，而在第13 d后粪便中第一次出现Cr2O3时开始停止粪便的采集（Petersen等，2006）。

表2 试验日粮的原料成分(饲喂基础)(试验1)(%)

在粪便采集以后，立即将样品存储在-20℃的环境中。在试验结束时，用强力烘箱对粪便样品进行干燥，并磨细。所有豆粕、日粮和粪便的样品均通过烘箱在135℃的高温下对其复样进行2 h干燥,用 于 分 析 干 物 质 (Method 930.15；AOAC Int.，2007)。采用茚三酮柱后衍生和正亮氨酸为内标，对原料和日粮进行分析，测定粗蛋白（method 990.03;AOAC Int.,2007）和氨基酸（美国加利福尼亚普莱森顿日立高新技术美国公司，日立L-8900全自动氨基酸分析仪）的含量。在分析之前，使用6 N HCl在110℃的高温下对样品进行水解24 h[meth⁃od 982.30 E(a);AOAC Int.,2007]。在水解之前用冷甲酸氧化一夜之后，将蛋氨酸和半胱氨酸测定为蛋氨酸砜和磺基丙氨酸[method 982.30 E(b);AOAC Int.,2007]。将氢氧化钠在110℃高温中水解22 h后，测定色氨酸[method 982.30 E(c);AOAC Int.,2007]。对所有日粮进行植酸酶活性分析（Phytex Method,version 1,Eurofins,Des Moines,IA）并用弹量热仪对原料进行分析测定总能（model 6300,Parr Instruments,Moline,IL）。使用苯甲酸作为内标进行校准。其他成分分析项目还包括醚提取物(method 2003.06；AOAC Int.,2007)、灰分(method 942.05;AOAC Int.,2007)、酸性洗涤纤维(method 973.18;AOAC Int.,2007)、中性洗涤纤维(Holst,1973)、蔗糖、水苏糖和棉子糖(method 982.14;AOAC Int.,2007)和胰蛋白酶抑制剂活性(method Ba 12-75;AOCS Int.,2006)。同时，还测量了试验中3种酶处理豆粕中β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白的浓度(Van Biert等，1993)。

表3 试验日粮成分分析(饲喂基础)(试验1)

经化学分析之后，对各种日粮中磷的全消化道表观消化率进行了计算（Petersen等，2006）。由于酶处理豆粕是日粮中的唯一磷源，所以，对各种日粮进行计算所得出的磷的全消化道表观消化率也就是该种酶处理豆粕中磷的全消化道表观消化率。

使用Proc GLM程序（SAS Inst.Inc.,Cary,NC）对数据进行了分析。同时，也对各种酶处理豆粕、植酸酶水平与酶处理豆粕的相互作用、植酸酶效果进行了方差分析。使用Proc GLM程序中的LSD试验进行单独处理。用于分析的试验对象为猪，α=0.05用于评估各种处理方式之间的显著性。

1.2 能量浓度(试验2)

试验2的目的是测定常规豆粕和两种酶处理豆粕（HP-200和HP-310）中能量的全消化道表观消化率以及消化能和代谢能的浓度。与HP-310相比，HP-200的区别在于，HP-200在酶处理的过程中速度较快，而且在酶处理之前，还添加了大豆皮。因此，HP-200的蛋白质含量和氨基酸的浓度较HP-310更低。其中一种试验日粮为玉米日粮，由96.45%的玉米、维生素和矿物质组成，而另外3种日粮是通过将玉米、其中一种酶处理豆粕式常规豆粕、维生素和矿物质混合而成(见表4和表5)。

表5 试验日粮的能量和营养成分分析(饲喂基础)(试验2)

试验对象为断奶阉公猪[初始体重(16.8±2.5)kg]，共28头，将其分为4组，每组7头，随机将4种日粮饲喂于各试验组。所有的试验猪均饲养于消化代谢试验笼内，试验笼内配备一个饲喂器、乳头饮水器、漏缝地板、筛网地面和盛尿托盘。这样就能单独分别采集各试验猪只的所有尿液和粪便。每日每头猪的饲量按各试验组中最小猪维持能量需求所需日粮的3倍计算，并均分为2次日粮，试验猪可自由饮水。试验将持续14 d，最初7 d为预试期。采用试验1中说明的标记-至-标记的方法，根据标准程序在7 d后的5 d中采集粪便。每日采集2次粪便样品，并立即将其存储在-20℃的环境中。在8 d至13 d之间采集尿液，添加50 ml的6 N HCl于尿桶中用于保存尿液。每天将尿桶中采集的样品清空2次。在试验结束后，将各尿样解冻并混合，并采集子样品进行分析。

用强力烘箱将粪便样品干燥与磨细。根据试验1中所述的原料分析方法对HP-200进行分析（见表1）。对日粮进行分析测定干物质、总能、粗蛋白、钙、磷、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和氨基酸的含量，分析两个粪便样品测定总能。将尿液冻干后，采集3个样品，测定尿液中的总能(Kim等,2009)。各日粮的能量全消化道表观消化率的价值已测定（Widmer等,2007）。尿液和粪便中的能量损失以及这4种日粮的消化能和代谢能也均已测定(Widmer等,2007)。通过区别各玉米日粮中玉米的添加量不同，区别各日粮的消化能和代谢能值，从而测定各玉米日粮的消化能和代谢能。然后用上述消化能和代谢能值来计算玉米-酶处理豆粕日粮中消化能和代谢能中玉米的含量以及通过差异来计算各种酶处理豆粕中的消化能和代谢能(Widmer等,2007)。同样采用试验1中所述的Proc GLM程序对试验数据进行分析。

2 试验结果

由表1可知，HP-200、HP-310及HP-340组中粗蛋白和氨基酸含量均比常规豆粕组高。同样，HP-200、HP-310和HP-340中的酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量也比常规豆粕高，但常规豆粕中蔗糖、棉子糖和水苏糖的浓度大大高于酶处理豆粕。本试验中所有的酶处理豆粕的胰蛋白酶抑制剂活性低，但常规豆粕中的β-伴大豆球蛋白含量远远高于试验中的3种酶处豆粕。常规豆粕中大豆球蛋白的含量也比其它另外3种酶处理豆粕高，但是，与HP-310和HP-340相比，HP-200大豆球蛋白含量更高。

2.1 磷的消化率(试验1)

各试验日粮在总采食量、干物质采食量和干物质的全消化道表观消化率方面无明显差异(见表6)。但是，在日粮中添加植酸酶后，粪磷总排泄量降低(P＜0.001)；另外，饲喂不含植酸酶的HP-340日粮的试验猪的磷排泄量比饲喂不含植酸酶的HP-310和常规豆粕日粮的试验猪的磷排泄量低(P＜0.001)。饲喂含植酸酶的HP-340日粮的试验猪的磷排泄量也比饲喂含植酸酶的HP-310或常规豆粕的排泄量更低(P＜0.001)。饲喂含植酸酶的HP-310和常规豆粕的试验猪比饲喂不含植酸酶其它试验日粮的磷的全消化道表观消化率更高(P＜0.001)，但是，添加或不添加植酸酶的HP-340在全消化道表观消化率方面并无差异。而且，在未添加植酸酶的情况下，HP-340磷的全消化道表观消化率也比HP-310和常规豆粕高(P＜0.001)。如果添加植酸酶HP-340磷的全消化道表观消化率比HP-310高(P＜0.001)。另外，随着日粮中添加植酸酶，钙的全消化道表观消化率也有所增加(P＜0.001)，常规豆粕钙的全消化道表观消化率比HP-310和HP-340(P＜0.001)高。

2.2 能量(试验2)

饲喂这4种试验日粮的试验猪在摄入总能和粪能方面无显著差异（见表7），但饲喂玉米日粮的试验猪比饲喂另外3种添加了酶处理豆粕日粮的试验猪的尿能更低(P=0.03)。各试验日粮总能的全消化道表观消化率无明显差异，但HP-200、HP-310和常规豆粕组比玉米日粮的消化能更高（P=0.01）。3种添加酶处理豆粕的日粮也比玉米日粮的代谢能高（P=0.03），但酶处理豆粕日粮之间不存在明显差异。

原料中HP-310的消化能比常规豆粕高，但HP-200的消化能与另外两种酶处理豆粕的消化能无明显差异。然而，3种酶处理豆粕的消化能均比玉米的消化能高（P=0.01）。HP-200和HP-310的代谢能也比玉米的代谢能高，但是，常规豆粕的代谢能与所有其它的原料的代谢能均无明显差异。在按干物质基础计算时，HP-200、HP-310和常规豆粕在消化能之间无显著差异，但均比玉米高（P=0.01）。不过，在按干物质基础计算时，所有原料的代谢能均无明显差异。

表7 日粮与原料中消化能和代谢能的全消化道表观消化率与浓度(试验2)

3 讨论

3.1 原料成分

常规豆粕的成分与公布值(NRC,1998;Sau⁃vant等，2004；Cervantes-Pahm等，2008)一致。与常规豆粕相比，经酶处理的豆粕中蔗糖和低聚糖含量更低，这很可能是因为蔗糖和低聚糖在酶处理过程中已发酵，或者是因为在酶处理后，蔗糖和低聚糖已从豆粕中分离。常规豆粕中蔗糖和低聚糖的总含量约10.6%。由于酶处理豆粕中糖类的消失，所以其它营养物质的浓度在增加。因此，酶处理豆粕中粗蛋白、醚提取物、灰分、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的含量均比常规豆粕高。而酶处理豆粕中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量比常规豆粕少得多，这说明酶处理能有效去除豆粕中的抗原性物质。同样，与HP-310和HP-340相比，HP-200中大豆球蛋白的含量较高，这表明，酶处理的时间长短对去除抗原性物质的效果有重要的影响。因此，断奶仔猪对酶处理豆粕的耐受性要比常规豆粕的高，在断奶仔猪日粮配方中添加酶处理豆粕的含量比常规豆粕高。HP-340中大豆球蛋白的含量比HP-200和HP-310中的含量更低，但β-伴大豆球蛋白的含量才是预测豆粕中抗原性物质含量的最佳指标(Lalles等,1996)，因为在消化过程中β-伴大豆球蛋白比大豆球蛋白和其他蛋白质对蛋白水解酶的抗性更强(Zhao等,2008)。因此，与大豆球蛋白相比，β-伴大豆球蛋白对酶处理豆粕中抗原性物质影响更大，而各酶处理豆粕中β-伴大豆球蛋白的含量无显著差异。

3.2 磷和钙的消化率

在本试验中，不含植酸酶的常规豆粕中磷的全消化道表观消化率比大部分公开发表的数据略高 (32%～59%;Ajakaiye等,2003;Bohlke等,2005;Almeida等，2010)。

至于为什么本试验中的酶处理豆粕中磷的全消化道表观消化率比之前测得的值更高，目前尚未可知。但本试验中植酸酶的反应与之前常规豆粕中植酸酶的反应类似(Almeida等，2010)。之前有研究表明，各种DDGS中磷的全消化道表观消化率具有相对较大的可变性(Pedersen等,2007)。但是，目前公开发表的有关酶处理豆粕中磷的全消化道表观消化率方面的数据极少，据我们所知，目前还没有有关各种酶处理豆粕中磷的全消化道表观消化率可变性方面的数据。然而，在过去的10年里，本试验以及其它试验(Bohlke等,2005;Akin⁃mu-sire等，2009;Almeida等，2010)中测定的常规豆粕中磷的全消化道表观消化率表明目前各种大豆品种产生的酶处理豆粕中磷的全消化道表观消化率远远大于已公布的磷的相对生物利用率（NRC，1998）。磷的全消化道表观消化率预期比其相对生物利用率更高，但是，这些差异也有可能是因为不同的大豆而导致的结果。

另外，事实证明HP-310与常规豆粕中磷的全消化道表观消化率无明显差异，这表明HP-310的酶处理并不导致磷的全消化道表观消化率的提高。本试验中也没有观察到酶处理豆粕中磷的全消化道表观消化率方面的其它任何数据，但是，本试验的结果表明，酶处理豆粕与常规豆粕中磷的全消化道表观消化率相似，对膳食植酸酶的反应也类似。

在磷的全消化道表观消化率方面，HP-340远远大于HP-310和常规豆粕，最有可能是因为酶处理豆粕在进行混合酶处理的过程中添加了微生物植酸酶。因此，似乎豆粕酶处理过程中添加植酸酶能非常有效地提高磷的全消化道表观消化率。本试验结果还表明，在含植酸酶的酶处理豆粕日粮中再添加微生物植酸酶，与在未含植酸酶的酶处理豆粕日粮中添加微生物植酸酶相比，后者中磷的全消化道表观消化率提高效果更大。目前，我们没有发现有关外源植酸酶对豆粕酶处理效果的试验研究结果，本试验结果表明，用于HP-340酶处理的程序能有效提高酶处理豆粕中磷的全消化道表观消化率。因此，这个程序可能也可用于提高其它原料中磷的全消化道表观消化率。

所有的试验日粮共包含0.70%的石灰石，假设石灰石含有36%的钙（NRC，1998），那么0.70%的石灰石将为试验日粮提供约0.25%的钙，相当于日粮中钙的70%，而另外30%的钙来源于酶处理豆粕。因此，日粮中钙的全消化道表观消化率是石灰石钙和酶处理豆粕中钙的全消化道表观消化率的结合。如果酶处理豆粕中钙的全消化道表观消化率假定为46.7%(Bohlke等,2005)，而石灰石的全消化道表观消化率在75%～80%之间(H.H.Stein,未发表的数据），那么，本试验中所使用的日粮的钙的全消化道表观消化率应该约为65%，这与我们的试验结果相当接近。由54%玉米，20%豆粕和0.69%的石灰石构成的日粮中钙的全消化道表观消化率为62.3%（Stein等,2008），本试验中钙的全消化道表观消化率与此测得值一致。在日粮中添加植酸酶后，钙的全消化道表观消化率有所增加，这很可能是因为肌醇六磷酸分子中磷的水解作用降低了钙对植酸酶的螯合作用(Selle等,2009)，这个观测值与之前的研究结果一致(Gug⁃genbuhl等,2007;Almeida等,2010)。

各组间干物质排出量和干物质全消化道表观消化率无任何区别处理表明酶处理豆粕中的酶处理过程并不影响干物质的消化率，尽管日粮的总成分发生了改变。这一观察结果与另一个酶处理豆粕中添加外源植酸酶不影响干物质消化率的数据是一致的(Nitrayová等,2009)。

3.3 能量消化率

在本试验中测定的玉米消化能和代谢能值与以前的研究测定数据（NRC，1998;Sauvant等，2004;Baker等,2009）相近。常规豆粕中消化能和代谢能值略大于Sauvant等（2004）发表的研究数据，但与其它发表出版的数据相似（NRC，1998）。玉米和常规豆粕的代谢能之间不存在差异，这一点与Baker等（2009）发表的数据一致。本试验的结果表明，如果按干基计算，常规豆粕和酶处理豆粕之间的消化能和代谢能不存在显著差异，尽管事实上酶处理豆粕中所有的蔗糖和低聚糖几乎在酶处理过程被清除。酶处理豆粕中灰分、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维中的浓度比常规豆粕中的高，但是，与常规豆粕相比，HP-200和HP-310还包含更多的粗蛋白和醚提取物，这很有可能说明了为什么酶处理豆粕中消化能和代谢能不存在明显差异。目前我们没有发现有关酶处理豆粕中消化能和代谢能的试验研究结果，本试验结果表明，酶处理豆粕中的酶处理并不会降低消化能和代谢能的浓度。因此，常规豆粕中消化能和代谢能的能值可能也可用于酶处理豆粕。

4 结论

由于蔗糖、水苏糖和棉子糖在酶处理过程中或在酶处理后已消失，所以，酶处理豆粕在酶处理过程中改变了日粮的组成成分。因此，酶处理豆粕中的粗蛋白、醚提取物、灰分、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的含量比常规豆粕中高。然而，成分的变化并不影响磷和钙的消化率，反而在经过生物酶处理后极大地提高了磷的全消化道表观消化率。酶处理豆粕和常规豆粕中消化能和代谢能中的浓度无明显差异，但酶处理豆粕和常规豆粕中消化能的浓度比玉米中的浓度高。