支直比对玉米体外消化率的影响

晏依琴，胡 烨，阿米乃姆·库尔班，张 顶，徐保阳，孙铝辉，张妮娅，马立保

（1.华中农业大学动物科学技术学院动物医学院，湖北 武汉 430070；2.广东金新农饲料有限公司，广东 惠州 516082）

玉米是最重要的饲料原料之一，畜禽普通饲粮配方中玉米占的比例最大，约占60%～70%[1]。不同来源的玉米中淀粉的含量和种类存在差异，导致不同批次玉米的猪消化能和禽代谢能存在差异。张玉萍等测定32种不同来源玉米样品的肉鸡有效能值，结果表明不同来源的玉米肉鸡有效能值与玉米营养成分的变异有显著的相关性，玉米淀粉含量的变异是影响玉米有效能的主要因素[2]。如果不及时根据玉米能量的差异调整饲粮配方，导致生产的商品饲粮消化能（或代谢能）值与理论值存在差异，从而直接影响畜禽的生长性能。张遨然通过体内代谢试验表明高支直比玉米原料极显著提高断奶仔猪小肠的淀粉消化率和消化能[3]。玉米的支直比不仅影响玉米的有效能值，同时影响着淀粉消化速率。淀粉的消化速率影响猪体内氨基酸的利用率。宾石玉研究表明不同来源的饲料淀粉显著影响淀粉在小肠不同部位的消化率和体外降解率，对仔猪内脏蛋白质合成的影响也有差异[4]。玉米的能量主要受淀粉含量与消化率影响，研究玉米品质变异情况有助于更合理地运用玉米原料精准配制出科学经济的饲料配方，从而节约养殖成本，产生更好的经济效益。鉴于在饲料实际生产中玉米的品种和产地来源不明，本试验在金新农集团3个区域（华北、华东、华南）的饲料厂连续采样6个月，获取的样品用于研究淀粉含量及支链与直链的比例变化，以及支直比例对淀粉消化率的影响，建立淀粉支直比例对干物质消化率影响的回归公式，最终建立淀粉含量以及淀粉体外消化率与玉米可利用能量之间的关系式，为畜禽实施精准饲养提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

75份普通黄玉米样品主要来自于金新农集团3个饲料厂（华北河南、华东浙江和华南广东），每3批样品抽1批样品，历时6个月（没有考虑品种和产地，更符合实际饲料生产现状），密封干燥保存。

1.2 试验设计

试验于2019年1月10日至6月3日在华中农业大学动物营养与饲料科学系实验室进行。通过双波长比色法测定75份玉米样品的支链淀粉、直链淀粉和总淀粉的含量，并分析其比例，根据所测玉米的支直比，再从75份玉米样品中按梯度间隔选择8个样品，用GI20仿生消化仪分别对玉米进行24 h和36 h的干物质体外消化率，1 h、2 h、3 h和4 h的淀粉消化速率的测定，每个处理方法重复3次。

1.3 指标测定

1.3.1 玉米支链淀粉和直链淀粉的含量及其比例测定 用双波长比色法测定直链、支链淀粉的含量，总淀粉含量为直链与支链淀粉含量之和。

1.3.2 玉米的干物质消化率和淀粉消化速率测定根据所测玉米的支直比，按梯度间隔选择8个样品（包含支直比最高值和最低值两个样品，其他6个样品按照支直比值的差，每相差0.2选一个样品），其淀粉支直比依次为 2.57、2.78、2.94、3.15、3.32、3.51、3.68、3.93，进行干物质体外消化率测定和淀粉消化速率测定。

1.3.3 干物质体外消化率预测模型建立及验证 通过画出包含散点、二次拟合曲线、预测区间及置信区间的预测曲线建立24 h干物质消化率与支直比的模型，挑选6个已知淀粉支直比的样品（淀粉支直比分别为 2.80、3.55、3.31、2.61、2.94、3.14）进行干物质体外消化率测定，具体方法同8个样品干物质体外消化率测定，比较测定结果与预测结果的差异，以验证所得预测模型的准确性。

1.4 数据统计

采用Excel 2016软件中t检验对玉米干物质体外消化率和淀粉消化速率进行差异分析，P<0.05表示差异显著，P<0.01表示差异极显著；脂肪、总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量用平均值±标准差表示，并计算其变异系数；采用SPSS 17.0软件中的Shapiro-Wilk Test程序对玉米淀粉的支直比进行正态分析，P>0.05表示服从正态分布；采用R语言中的cor.test对各淀粉含量和淀粉支直比与玉米干物质体外消化率和淀粉消化速率进行相关性分析，并对相关系数作显著性检验；玉米淀粉支直比与干物质体外消化率之间的关系用R语言中lm进行分析和拟合。

2 结果

2.1 玉米支链淀粉和直链淀粉的含量及其比例

由表1可见，本次所测玉米样品粗脂肪含量为（4.48±0.56）%；玉米样品干物质直链淀粉含量为（18.06±1.82）%，变异系数为10.09%，存在较大变异；支链淀粉含量为（56.56±4.21）%，变异系数为7.45%，存在较大变异；总淀粉含量为（75.00±4.35）%；所测支链淀粉与直链淀粉含量比值为（3.19±0.32），变异系数为9.87%，存在较大变异。

表1 粗脂肪和淀粉的含量（n=75）

2.2 玉米样品代表性分析

由图1可见，本试验选择的75份玉米样品的淀粉支直比符合正态性分析P=0.907（P>0.05），用SPSS 17.0模拟的正态分布曲线和直方图所示曲线，玉米淀粉支直比的平均值分别向左右两侧逐渐均匀下降；通过QQ Plot图可以看出玉米淀粉支直比散点均匀分布在直线的两侧；两图配合Shapiro-Wilk Test表示所测样品支直比符合正态分布。

2.3 玉米的干物质消化率和淀粉消化速率

2.3.1 不同支链/直链淀粉玉米的干物质体外消化率 由表2所示，8组玉米样品的淀粉支直比从小到大依次为 2.57、2.78、2.94、3.15、3.32、3.51、3.68、3.93，23号样品24 h干物质消化率显著高于8号、5号、1号、4号、9号、12号和13号样品（P<0.05），5号和1号样品24 h干物质消化率显著高于8号、4号、9号、12号和13号样品（P<0.05）；1号样品36 h干物质消化率显著高于8号、5号、23号、4号、9号、12号和13号样品（P<0.05），23号样品36 h干物质消化率显著高于8号、9号、12号和13号样品（P<0.05），23号、4号和 5号样品干物质消化率无显著性差异（P>0.05）。

表2 不同玉米的干物质体外消化率

如图2所示，玉米淀粉支直比与24 h干物质体外消化率的散点图接近抛物线，对其使用非线性回归进行拟合。以玉米淀粉支直比为自变量，24 h干物质体外消化率为因变量，通过 lm[y～1+x+（Ix2）]，拟合得到的二次回归方程为：=-1.53+1.51x-0.25x2（0≤y≤1），代表的是24 h的干物质消化率，而x代表的是玉米淀粉支直比例。散点较为均匀的分布在预测曲线的附近，基本拟合这条曲线，而且消化率的极值并未达到1，约在0.8至0.85左右，符合实际中的情况，曲线拟合较为确切。24 h干物质消化率与支直比的模型可以定为：=-1.53+1.51x-0.25x2（0≤y≤1）代表的是24 h的干物质消化率，而x代表的是支直比例。

如图3所示，玉米淀粉支直比与36 h干物质体外消化率的散点图也较为接近抛物线，与24 h所呈现出来的结果具有相同趋势。

2.3.2 不同支链/直链淀粉玉米的淀粉消化速率 如表3所示，13号和9号样品1 h的淀粉消化速率显著高于8号、5号、23号、1号、4号和12号样品（P<0.05），13号与9号样品间无显著性差异（P>0.05），8号、5号、1号样品显著高于23号和12号样品（P<0.05），8号、5号、1号、4号样品间无显著差异（P>0.05），4号、23号和12号样品间无显著性差异（P>0.05）；8号、13号样品2 h的淀粉消化速率显著高于5号、23号、1号、4号、12号样品（P<0.05），8号与13号样品之间2 h的淀粉消化速率无显著差异（P>0.05），5号和9号样品2 h的淀粉消化速率显著高于23号、1号、4号和12号样品（P<0.05），5号和9号样品之间无显著性差异（P>0.05）；8号、13号和5号样品3 h的淀粉消化速率显著高于4号、23号样品（P<0.05），8号、13号和5号样品3 h的淀粉消化速率无显著性差异（P>0.05），9号、1号、12号、4号和 23号样品 3 h的淀粉消化速率无显著性差异（P>0.05）；4 h后8组样品间淀粉消化速率差异均不显著（P>0.05）。

利用R语言对数据进行分析。玉米淀粉支直比与1 h淀粉消化速率之间相关系数为0.27（P=0.51>0.05），与4 h平均淀粉消化速率之间相关系数为-0.32（P=0.45>0.05）。直链淀粉含量与1 h淀粉消化速率之间相关系数为0.02（P=0.97>0.05）；与4 h平均淀粉消化速率之间相关系数为0.51（P=0.19>0.05）。支链淀粉与1 h淀粉消化速率之间相关系数为0.38（P=0.35>0.05）；与4 h平均淀粉消化速率之间相关系数为-0.32（P=0.45>0.05）。总淀粉含量与1 h淀粉消化速率之间相关系数为0.51（P=0.20>0.05）；与4 h平均淀粉消化速率之间相关系数为0.47（P=0.24>0.05）。

表3 不同玉米的淀粉消化速率

2.4 干物质体外消化率预测模型验证试验

挑选6个已知淀粉支直比的玉米样品进行仿生消化，测定其干物质体外消化率，以验证模型的质量，得到的24 h干物质体外消化率。如表4，预测模型计算结果与实际得到的结果的相对标准差（RSD）在0.79%～2.10%之间，预测模型较准确。

表4 预测模型验证结果

3 讨论

3.1 玉米淀粉支直比对干物质体外消化率的影响

玉米是畜禽饲粮中主要能量原料，其主要组成成分是淀粉，玉米品质的变异与淀粉的变异息息相关。早期研究认为玉米总淀粉含量比较稳定且容易被利用。随着人们对淀粉结构和消化率的深入了解，发现支、直链淀粉比例的变异是造成淀粉品质差异的重要原因[5-6]，淀粉构成的变异直接影响动物的生长性能[7]。淀粉的支直比是反映淀粉消化性的重要指标[8]。支直比通过介导淀粉颗粒大小和结构有序性影响淀粉消化性，支链淀粉和直链淀粉的含量、分子结构和化学性质都可能影响消化率。本试验结果表示，淀粉支直比为2.94的23号样品24 h干物质消化率显著高于其他7个样品，淀粉支直比为3.15的1号样品36 h干物质消化率显著高于其他7个样品，推测淀粉支直比为2.94～3.15存在最佳支直比。刘建高等研究表明低于最佳淀粉支直比时，随着淀粉支直比的比例增加，干物质体外消化率也随之增加，也就是在直链淀粉含量相对较少时，干物质体外消化率较高。直链淀粉难消化可能的原因是由于直链淀粉分子比支链淀粉分子小，其分子侧链比支链淀粉长，葡萄糖链之间的氢键也较强，导致消化酶难以作用于直链淀粉[9]。此外，直链淀粉较支链淀粉难消化的原因还可能是与支链淀粉比起来，直链淀粉易与油脂等化合物形成复合物，导致其更难被消化。

赵凯研究表明高于最佳淀粉支直比时，随着淀粉支直比的比例增加，干物质体外消化率也随之降低，也就是支链淀粉含量相对较高时，干物质体外消化率也会降低。支链淀粉作为淀粉的主要结构，其本身的特性在很大程度决定淀粉的性质，一方面支链淀粉影响淀粉的结晶特性，另一方面支链淀粉的结构和侧链长度影响淀粉颗粒的形状大小。支链淀粉为复杂的分支结构，聚合度和分子量都较大，其含量较大时，使淀粉颗粒的结构变得复杂，不利于分解，故使消化率降低[10]。本试验分别进行了24 h和36 h的仿生消化，结果表示，24 h干物质体外消化率在55.47%～77.08%之间，最大消化率是支直比为2.94的23号样品，高支直比的样品比低支直比干物质体外消化率降低；36 h干物质体外消化率在71.03%～80.78%之间，最大消化率是支直比为3.15的1号样品，低支直比的样品比高支直比干物质体外消化率增加。本试验与刘建高等和赵凯的研究一致，表明玉米淀粉支直比与玉米干物质体外消化率不仅相关，并且对于最大消化率存在最佳淀粉支直比，玉米淀粉支直比高于或低于最佳支直比均会导致玉米干物质体外消化率降低。

玉米淀粉支直比与24 h干物质体外消化率显著二次曲线相关，在此基础上通过建立玉米淀粉支直比对24 h干物质体外消化率的预测模型如下：=-1.53+1.51x-0.25x2（0≤y≤1），代表 24 h 的干物质体外消化率，x代表玉米淀粉支直比例。通过测定其他已知淀粉支直比的样品进行干物质体外消化率与预测模型所预测的干物质体外消化率进行比较，二者得到的结果之间相对偏差小于2%，表明该预测模型具有准确性。但直链淀粉、支链淀粉含量、以及总淀粉含量与玉米干物质36 h体外消化率相关性不显著，可能是玉米的其他主要成分与总淀粉含量共同影响干物质体外消化率。

3.2 玉米淀粉支直比对淀粉消化速率的影响

戴求仲等研究显示支链淀粉与直链淀粉的不同比例对肉仔鸡能量及养分利用率差异显著[11]。这可能是因为不同饲粮支直链淀粉比改变消化道中葡萄糖的供给状态。有研究表明，淀粉在动物体内的消化速度决定了体内葡萄糖的供给和利用场所[4，6]，动物消化道中葡萄糖和氨基酸供给程度较同步的饲粮淀粉具较高的能量利用效率[4，12]。淀粉消化速度适宜的饲粮有利于猪对饲料氨基酸的消化吸收及机体内蛋白质沉积[4，12]。玉米的能量主要受淀粉含量与体外/体内消化率、以及淀粉消化速率的影响。本试验研究结果表示淀粉支直比分别为3.93、3.51的13号和9号样品1 h淀粉消化速率显著高于其他6组。饲粮淀粉中支链淀粉量越多，对淀粉消化率的贡献越大，消化速度越快[13]。谭碧娥等研究认为饲粮中支链淀粉含量越高，仔猪肠道淀粉消化速率则越快[14]，与本试验结果一致。本试验结果表示，1 h的淀粉消化速率在33～38 mg/h之间，2 h淀粉消化速率在43～48 mg/h之间，3 h淀粉消化速率在46～52 mg/h之间，4 h淀粉消化速率在48～53 mg/h之间，总的淀粉消化速率在12～155 mg/h之间，前1 h淀粉消化速率显著高于总的淀粉消化速率，4 h淀粉消化速率无显著影响。这表明在仿生消化中，玉米中的淀粉主要是在前1 h被酶消化分解为葡萄糖，即大部分淀粉在前期就被消化，后期消化的淀粉量较少。

总淀粉含量是玉米的主要化学品质指标之一，也是畜禽所需能量的重要来源（40%以上），不同来源玉米理化品质变异度较大，玉米有效能方面存在显著差异[2]。张遨然研究表明，玉米饲用价值不稳定的主要原因是淀粉含量及支直比的变异，在玉米干物质含量相近的前提下，总淀粉含量多少可以反映玉米总能值的高低[3]。聂大娃研究表明60种玉米肉仔鸡AME值与常规成分建立的最佳预测方程为AME=12.87-0.048DM+0.092CP+0.07EE-0.45CF-0.062NDF-0.36CA-0.000 1VW+0.105 7ST（R2＝0.533 9，P＝0.000 1）。式中AME指表观代谢能值，DM指干物质，CP指粗蛋白质，EE指粗脂肪，CF指粗纤维，NDF指中性洗涤纤维，CA指钙，VW指容重，ST指淀粉，其中淀粉含量与AME的相关性很好，可以作为第2个引入的预测因子[15]，所以淀粉的含量和淀粉消化率决定淀粉提供的能量，淀粉的消化率受淀粉组成即支链与直链淀粉的比例的影响，研究表明用体外酶解的方法测定的猪体外养分消化率与体内消化率之间存在强相关[1，16]，所以通过测定玉米淀粉的含量及支链与直链淀粉的比例可以预测猪玉米的消化能值和禽的代谢能值，为畜禽精准饲养提供基础能量数据。

4 结论

玉米淀粉支直比与玉米干物质体外消化率不仅相关，而且对于最大消化率存在最佳淀粉支直比，玉米淀粉支直比高于或低于最佳支直比均会导致玉米干物质体外消化率降低，支链淀粉与直链淀粉的比例可以用于预测玉米淀粉的消化率，进而预测淀粉的有效能值。