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水产饲料离体消化率测定方法及其应用
1 基本原理
离体消化率测定的基本原理是模拟试验动物的消化生理条件,以动物消化道内酶液或人工酶液为消化酶,利用酶催化反应的作用原理,在试管、三角瓶等容器内对饲料物质进行离体消化水解作用,对水解后饲料进行过滤或离心处理,以得到其残渣。将溶解于水体的饲料物质或饲料成分视为已经被消化了的产物,分析消化前饲料和消化后残渣的量或营养成分量,以此计算饲料或饲料成分的消化率:
消化率(%)=[(饲料量或饲料某营养成分量-残渣量或残渣某营养成分量)/饲料量或饲料某营养成分量]×100
离体消化率计算方法类似于全收粪消化率测定方法,是以消化前后饲料或饲料成分的绝对量差值(溶解于水中的量)占消化前饲料或饲料成分量的百分比计算消化率。
离体消化率与在体消化率有何差异?离体消化率测定意义何在?与在体消化率测定相比较,离体消化率测定可以在实验室内进行,工作量大大减少;可以进行批量测定试验,这是在体消化率测定难以达到的;可以在较短时间内得到试验结果,大大缩短了试验时间。这是离体消化率测定方法的重要优点,也是得以发展的主要依据。
那么是否可以用离体消化率结果代替在体消化率呢?我们分析一下在体与离体消化率测定的主要条件差异:(1)消化反应的环境条件如温度、酸碱度及反应产物的积累条件(在体条件下消化产物随时被动物肠道吸收、转运走了)等有很大的差异,这些可能使反应速度发生变化,要求离体消化率测定时尽可能模拟在体动物的条件;(2)在体消化率计算时被消化吸收的量是被动物消化道吸收的量,而离体消化率测定时为溶解于水体的饲料或饲料成分量作为被吸收的量;(3)消化酶种类和数量有很大的差异,在体条件下消化酶是一类对饲料物质起消化作用的消化酶群体,同时细胞或消化腺分泌的消化酶不断进入消化道产生作用,而离体消化酶主要依赖于人为添加,在种类上和消化酶的补充方面难以与在体条件相比较。因此,离体消化率与在体消化率结果有一定的差异。但是,如果在消化酶反应条件、消化反应过程等方面尽可能模拟活体动物的条件,稳定消化酶的种类和数量,经过大量试验后将离体消化率测定结果与在体消化率测定结果进行相关分析,在求得两者的相关系数后以离体消化率测定结果换算一定系数后就可以推算出在体消化率的结果。这在畜禽动物饲料消化率测定、营养评价方面已经得到很好的应用,水产动物离体消化率测定方法也在向这方面发展。
离体消化率测定结果除了尽可能代替在体消化率结果外,在其他方面也有重要的作用。首先,在饲料原料和配合饲料质量检验时可以使用离体消化率,此时只需要在相同的条件下以消化率大小对饲料原料或配合饲料进行可消化性评价,并不需要用离体消化率的大小来替代在体消化率。例如在饲料原料真假和营养价值鉴定时,如果原料中掺入了不易消化的物质则可以采用离体消化率测定方法进行鉴别和鉴定。例如在鱼粉中掺入了不容易消化的角蛋白(如羽毛粉、皮革粉、蹄角粉等)、血粉等物质时,如果仅以蛋白质含量或氨基酸总量就难以进行鉴定和鉴别,此时可以将待测鱼粉与标准鱼粉在相同试验条件下作离体消化率测定,比较两种鱼粉的消化率大小就可以对待测鱼粉是否掺假作出判定。我们在对一种肉松状鱼粉进行质量鉴定时,其离体消化率与标准鱼粉的结果相差达到了20个百分点,结合显微镜分析该种鱼粉实际上为掺入了膨化毛发、羽毛粉的鱼粉。
在评价配合饲料的可消化性时,如果只是比较不同配方或不同生产厂家的配合饲料的可消化性,就可以在相同条件下对不同的配合饲料进行离体消化率测定,以离体消化率的大小认定为不同配合饲料的可消化性。在对大批量饲料原料进行营养价值和生物利用评价时,如果采用在体消化率测定就需要很长的时间和大量的工作量才能得到结果,此时也可以采用离体消化率测定方法在较短的时间内获得结果。例如在针对不同养殖对象的饲料原料选择时,可以利用该种养殖动物的消化酶作为离体消化的消化酶,对所有原料进行离体消化率的测定,根据所得消化率结果,尽可能选择对该种动物消化率高的饲料原料组成饲料配方,这样可以使配合饲料的消化率保持很高的水平。例如在我们以前的试验中,在相同的试验条件下大口鲶对蚕蛹蛋白质的离体消化率为55.53%、长吻鲟为14.74%、鲤鱼为53.21%,因此在大口鲶和鲤鱼的配合饲料中就可以使用蚕蛹,而长吻鲟配合饲料中则不宜使用蚕蛹。类似的在对不同生产厂家和产地的饲料原料、对新的饲料原料进行选用时也可以依据离体消化率的结果作为依据之一。
2 消化过程和条件 为了使离体消化率测定结果与在体消化率结果相一致,要尽可能模拟活体动物对饲料的消化生理条件和消化过程。酶消化水解的过程包括胃水解和肠道水解2个主要过程。酶水解条件包括温度、pH等尽可能模拟活体动物的消化生理条件,如陆生恒温动物体温37℃,胃酸pH1~2、肠道pH 7~8;而水产动物为变温动物,多数水产动物适应温度在28℃左右,且水产动物多数是无胃动物,对饲料物质的消化主要在肠道进行。因此,水产动物的离体消化率测定可以采用“一步法”,只模拟肠道消化条件,在28℃水解即可。而对于陆生恒温动物离体消化时可以采用“胃蛋白酶-胰酶”2步水解的方法:第1步是模拟胃的消化环境,用胃蛋白酶的盐酸溶液处理饲料;第2步模拟肠道消化条件,将第1步消化过滤或离心后的残渣再用胰蛋白酶中性溶液进行消化。
3 消化酶 试验消化酶可以用动物消化道酶液,也可以使用人工消化酶进行离体消化率测定,应根据不同的试验目的进行选择。如果只是在相同的试验条件下比较不同的饲料原料或配合饲料的可消化性的,并不涉及到对特定的养殖动物,此时就可以采用人工消化酶作为酶源。人工消化酶可以利用商品化的胃蛋白酶、胰蛋白酶或糜蛋白酶等作为消化酶原料进行饲料的离体消化率测定,对具有大量试验样品的离体消化率测定时(如饲料企业质检部门对饲料原料的品质鉴定)还可以选用人体医用多酶片作为消化酶原料。多酶片含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶,对饲料的消化较为全面;同时,多酶片容易购买,质量也较为稳定。对于商品胃蛋白酶、胰蛋白酶等的配制一般是按照酶活力的大小在使用时现配现用。
对于涉及特定养殖动物的消化率测定时,应该以该养殖动物消化道提取的消化酶作为酶源,因为不同种类养殖动物具有不同生化和生理特征的消化酶。消化道酶液的获取可以采用外科手术的方法在活体动物胃或肠道安置瘘管,从瘘管中获得含有消化酶的消化液。消化液可以直接使用,也可以进行冷冻干燥成冻干粉保存、使用。对于水产动物实施外科手术还没有成熟的试验方法,一般是将动物杀死,从胃或肠道组织中提取试验需要的消化酶液。
4 离体消化率测定的基本操作方法 饲料原料或配合饲料经过粉碎,100%地通过80目筛,定量称取饲料样品进行测定。如果采用20mL带塞试管可以称取0.2000g饲料样品,如果采用100mL带塞三角瓶时可以称取1.0000g饲料样品。
多酶片消化酶液制备方法是取人用多酶片10片,加入0.2mol/L、pH7.4的磷酸缓冲液20mL,过滤得滤液。或3000r/min冷冻离心20min取上清液备用,所得溶液含有胃蛋白酶24IU/mL、胰蛋白酶80IU/mL、胰淀粉酶850IU/mL、胰脂肪酶100IU/mL。肠道消化酶提取方法,常规解剖取出鱼的肠道和肝胰脏,去除脂肪和肠道内容物后,分别称取肠道和肝胰脏,按照肝胰脏、肠道重量的10倍量取pH7.4、0.2mol/L的磷酸缓冲液,用玻璃匀浆器进行匀浆。匀浆液在3500r/min冷冻离心20min,取上清液作为粗酶提取液冰箱冷冻保存备用。
消化酶水解条件和方法。称取0.2000g饲料样品2份于20mL带塞试管中,加入pH7.4、0.2mol/L的磷酸缓冲液15mL,分别加入消化酶液5mL。在28℃的生化培养箱(或水浴锅)中培养、摇床以50r/min振摇进行酶解。水解时间控制在6~8h。过滤(滤纸先在105℃下烘干、恒重后称重),并用28℃水洗2~3次,得滤渣。滤渣在105℃下烘干、恒重后分别称重。将滤渣(连同滤纸)和饲料样品(在相同温度下烘干)按照粗蛋白质测定方法测定蛋白质含量。如果采用离心的方法则先将离心试管烘干、称重,再将水解样品定量转移到离心试管中(可以分2次转移)在4000r/min离心20min,将上清液用于测定氨基酸的含量(定量吸取0.1mL、作3个平行),沉淀再用蒸馏水洗涤2次(加水10mL摇匀后再在4000r/min离心20min,重复2次)。将试管和样品在105℃下烘干、恒重后称重,计算残渣的重量,定量取残渣测定蛋白质含量。
也可以根据水解液氨基酸的生成量计算氨基酸生成率。水解液中氨基酸的测定可以采用茚三酮方法(叶元土等,1993)进行定量。
5 计算 蛋白质消化率=[(饲料样品重量×样品粗蛋白质%)-(滤渣样品重×滤渣粗蛋白质%)]/(饲料样品重量×样品粗蛋白质%)
样品消化率=(饲料样品重量-滤渣样品重)/饲料样品重量。
氨基酸生成率=生成的氨基酸总量/饲料样品重量(或饲料蛋白质重量)。