n07第七章-消化率的測(cè)定

動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究方法與

實(shí)驗(yàn)技術(shù)趙勝軍博士第六章消化實(shí)驗(yàn)本章內(nèi)容第一節(jié)消化試驗(yàn)概述第二節(jié)體內(nèi)消化試驗(yàn)第三節(jié)半體內(nèi)消化試驗(yàn)〔尼龍袋法〕第四節(jié)體外消化試驗(yàn)第五節(jié)數(shù)字模擬消化試驗(yàn)第一節(jié)消化試驗(yàn)概述一、消化試驗(yàn)概念、目的與種類1、概念以測(cè)定動(dòng)物對(duì)飼料養(yǎng)分的消化能力或飼料養(yǎng)分的可消化性為目的的試驗(yàn)2、目的準(zhǔn)確地量化飼料中各種養(yǎng)分被動(dòng)物消化利用的程度，也是評(píng)定飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要方法3、種類離體〔invitro〕消化實(shí)驗(yàn)消化道消化液人工消化液消化實(shí)驗(yàn)體內(nèi)〔invivo〕消化實(shí)驗(yàn)離體〔invitro〕消化實(shí)驗(yàn)全食糜指示劑法消化道消化液人工消化液大腸內(nèi)源指示劑外源指示劑消化實(shí)驗(yàn)方法剖析消化道不同部位消化實(shí)驗(yàn)胃小腸全消化道消化實(shí)驗(yàn)半體內(nèi)消化實(shí)驗(yàn)數(shù)字模擬消化實(shí)驗(yàn)第二節(jié)體內(nèi)消化試驗(yàn)一、全消化道消化試驗(yàn)全收糞法指示劑法1、全收糞法優(yōu)點(diǎn)試驗(yàn)操作方便、測(cè)定較準(zhǔn)確缺點(diǎn)排泄物污染嚴(yán)重采食量、排瀉量難以準(zhǔn)確記錄食糜中養(yǎng)分含量受環(huán)境影響大工作量大食糜養(yǎng)分組成

飼料中未消化的養(yǎng)分;消化道分泌物;消化道脫落細(xì)胞;消化道微生物及其代謝產(chǎn)物。表觀消化率=（食入養(yǎng)分-糞中養(yǎng)分）食入養(yǎng)分X100%消化率計(jì)算公式真消化率=[食入養(yǎng)分-（食糜中養(yǎng)分-內(nèi)源養(yǎng)分）]食入養(yǎng)分X100%真消化率食入飼料總能-糞中總能食入飼料總量（kg）表觀消化能(MJ/kg)食入總能-（糞中總能-內(nèi)源能）食入飼料總量（kg）真消化能(MJ/kg)消化能消化能2、指示劑法優(yōu)點(diǎn)在于減少收集全部糞便帶來(lái)的麻煩，省時(shí)省力，尤其是在收集全部糞便較困難時(shí)缺點(diǎn)指示劑回收率對(duì)消化率影響較大，并且很難找到回收率很理想的指示物質(zhì)分析困難，較難獲得重復(fù)性高的測(cè)定數(shù)據(jù)工作量大對(duì)指示劑的要求不能被動(dòng)物消化吸收在飼料中、糞便中能均勻分布有很高的回收率對(duì)動(dòng)物沒(méi)有毒副作用易于檢測(cè)種類外源指示劑飼料本身不含，人為參加飼料中的指示物質(zhì)一般多用Cr2O3,EDTACo內(nèi)源指示劑飼料本身含有，不能被動(dòng)物消化吸收但可以測(cè)定的成分多用酸性不容灰分〔AIAacidinsolubleash〕[2mol或4molHCl不溶]原理：食入指示劑量=排出指示劑量飼糧指示劑含量食糜養(yǎng)分含量食糜中指示劑含量飼糧養(yǎng)分含量100-×100×養(yǎng)分消化率（%）=指示劑法消化率的計(jì)算二、消化道不同位點(diǎn)消化試驗(yàn)不同位點(diǎn)瘺管安裝十二指腸近端回盲口1、屠宰法在飼喂某一日糧一定時(shí)間后，將動(dòng)物“屠宰”，于距回盲瓣一定距離處取樣優(yōu)點(diǎn)該方法不受日糧種類限制，試期短，采樣時(shí)動(dòng)物消化道干擾小，且可在幾個(gè)不同點(diǎn)取樣缺點(diǎn)不易取得代表性的樣本，不能重復(fù)操作由于食糜通過(guò)小腸是間歇性的，所以在任一時(shí)間，回腸末端僅有少量食糜動(dòng)物死后，黏膜細(xì)胞很快脫落進(jìn)入腸腔，從而干擾食糜中氨基酸的正確測(cè)定。使得取樣必須在動(dòng)物處于麻醉狀態(tài)下進(jìn)行，故嚴(yán)格講此方法應(yīng)叫麻醉狀態(tài)下回腸末端取食糜法2、瘺管法概念在腸道的某一部位置一套管，通過(guò)套管來(lái)取得樣本測(cè)定動(dòng)物消化率的方法分類橋式瘺管法T型瘺管法缺點(diǎn)瘺管法因套管堵塞和滲漏等現(xiàn)象的發(fā)生而無(wú)法用于測(cè)定高纖維日糧，尤其是非淀粉多糖含量高的日糧。橋式瘺管法需截?cái)嗄c道，在截?cái)喽烁髦惨粋€(gè)T型套管收集其全部食糜，測(cè)試完畢的食糜，加溫后可從遠(yuǎn)端套管送回豬體內(nèi)，以保持動(dòng)物體內(nèi)的正常生理代謝優(yōu)缺點(diǎn)屬于全取樣法，樣本代表性好，可不用指示劑操作復(fù)雜綿羊內(nèi)臟腸管結(jié)構(gòu)模型圖〔引自Huntington等，1989〕a、隔膜；b、肝臟；c、膽囊；d、門靜脈；e、胃脾靜脈；f、空腸；g、前腸系膜靜脈；h、腸系膜靜脈側(cè)枝；i、腸系膜靜脈遠(yuǎn)端分枝；j、盲腸；k、回盲靜脈；l、大腸；I、灌注對(duì)氨基馬尿酸〔PAH〕需做插管處；M、采集腸系膜血液需做插管處；P、采集門靜脈血液需做插管處；H、采集肝靜脈需做插管處H單T型瘺管不截?cái)嗄c道，安裝一根T型瘺管，使食糜自然流出優(yōu)點(diǎn)安瘺管后對(duì)荷術(shù)動(dòng)物生理影響小，能保證動(dòng)物正常的水、鹽代謝采樣方便缺點(diǎn)因不可能收集全部糞尿，屬于局部采樣方法，必須用指示劑取樣可能不均勻，缺乏代表性，而且較麻煩單T型瘺管示意圖代謝籠中裝了瘺管的豬十二指腸瘺與回腸瘺雙T型瘺管由于是雙管T形管，采樣時(shí)比單管更方便單管只能取到定時(shí)的局部樣品，而雙管能接受到全部的消化液能保證動(dòng)物消化和水鹽代謝的正常3、回腸一直腸吻合術(shù)(IRA)是通過(guò)外科手術(shù)將回腸末端和直腸相吻合根據(jù)吻合部位的不同和術(shù)后有無(wú)回盲瓣將其分為四種瓣前端端吻合術(shù)瓣前端側(cè)吻合術(shù)瓣后端側(cè)吻合術(shù)瓣后端端吻合術(shù)回腸—直腸吻合術(shù)優(yōu)點(diǎn)手術(shù)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，豬恢復(fù)快，易于收集到代表性的樣本，日糧類型不受限制缺點(diǎn)由于游離大腸，使得受術(shù)豬的正常生理狀況受到影響，能量、氮、水、電解質(zhì)均有不同程度的改變回—直腸吻合術(shù)

家禽盲腸切除法4、活動(dòng)尼龍袋技術(shù)(MBNT)采用體外胃蛋白酶預(yù)消化，然后用作了回直腸吻合術(shù)的豬，經(jīng)十二腸“T”型瘺管放入尼龍袋測(cè)定豬飼料蛋白回腸消化率優(yōu)點(diǎn)工作量小，本錢低，一次可以做大批量的飼料可以對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行排隊(duì)，取得飼料相對(duì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。與常規(guī)全收糜法測(cè)得的真消化率很接近缺點(diǎn)不適用于腸道十分狹窄的動(dòng)物5、動(dòng)物模型法以大鼠作為動(dòng)物模型來(lái)測(cè)定豬對(duì)大麥、肉骨粉、魚粉及其混合日糧氮和氨基酸回腸消化率研究發(fā)現(xiàn)，大鼠和豬對(duì)于魚粉的氨基酸回腸末端消化率除了絲氨酸外沒(méi)有種屬差異大鼠作為生長(zhǎng)豬的模型動(dòng)物具有一定研究?jī)r(jià)值，但大鼠的生理結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)豬的生理結(jié)構(gòu)有一定的差異，估測(cè)的氨基酸回腸末端消化率有一定的誤差三、消化率的測(cè)定直接測(cè)定法間接測(cè)定法1直接測(cè)定法適合配合飼料和某些原料優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單，直接以待測(cè)飼料為全部飼糧，無(wú)養(yǎng)分互作的干擾缺點(diǎn)某些飼料適口性差，時(shí)間長(zhǎng)后可能導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)缺乏癥2間接測(cè)定法飼料替代法，套算法或二次試驗(yàn)法原理被測(cè)料替代實(shí)際根底飼料的一局部，分別測(cè)定根底飼糧和替代后飼糧的養(yǎng)分優(yōu)點(diǎn)克服養(yǎng)分不平衡的影響缺點(diǎn)根底飼糧營(yíng)養(yǎng)平衡，那么代入被測(cè)飼料后可能出現(xiàn)不平衡需作兩次試驗(yàn)養(yǎng)分間存在互作效應(yīng)，導(dǎo)致偏差間接測(cè)定法步驟第一次消化試驗(yàn)測(cè)定根底飼糧養(yǎng)分消化率第二次消化試驗(yàn)測(cè)定新飼糧養(yǎng)分消化率要求為減少動(dòng)物的影響，用二組動(dòng)物同時(shí)試驗(yàn)新飼糧組成：70-85%根底飼糧+15-30%被測(cè)飼料

第一組

第二組第一次消化試驗(yàn)基礎(chǔ)日糧

預(yù)飼期試驗(yàn)期

基礎(chǔ)日糧+被測(cè)飼料

5—7天過(guò)渡期

第二次消化試驗(yàn)基礎(chǔ)日糧+被測(cè)飼料

試驗(yàn)期基礎(chǔ)日糧

交叉試驗(yàn)步驟示意

套算法的試驗(yàn)步驟式中：D為被測(cè)飼料養(yǎng)分消化率A為根底飼糧養(yǎng)分消化率B為混合飼糧養(yǎng)分消化率F為被測(cè)飼料養(yǎng)分占混合飼糧該養(yǎng)分的比例。FX100＋AD(％)＝(B-A)消化率的計(jì)算假定根底飼糧養(yǎng)分消化率不變養(yǎng)分間無(wú)互作效應(yīng)1、動(dòng)物選擇2、日糧配制3、試驗(yàn)步驟4、食糜的收集和處理5、成分分析和養(yǎng)分消化率、消化能的計(jì)算四、消化試驗(yàn)的根本步驟與要求試驗(yàn)步驟預(yù)試期適應(yīng)環(huán)境摸清采食量排糞規(guī)律正試期記錄采食量收集排糞時(shí)間單胃動(dòng)物5-10天；反芻動(dòng)物7-14天

預(yù)備試驗(yàn)期正式試驗(yàn)期牛、羊10-14天10-14天馬7-10天8-10天豬5-10天6-10天家禽*3-5天4-5天表不同種類的動(dòng)物的試驗(yàn)期規(guī)定*一般是進(jìn)行代謝實(shí)驗(yàn)，采用強(qiáng)飼法，試驗(yàn)期為1-2天。食糜的收集和處理收糞方法專用消化柜或消化欄動(dòng)物肛門上套收糞袋糞樣處理全糞法：收集全部糞便指示劑法：每天定時(shí)收糞糞樣稱重，混勻，按總重的1/10-1/50取樣，加10％鹽酸10mL/100g鮮糞樣和少量甲苯，固氮防腐。全收糞法養(yǎng)分消化率計(jì)算例1：測(cè)定仔豬飼糧CP消化率

日采食量：1000g，飼糧CP含量：16%日排糞量：250g，糞中CP含量：12%

CP消化率=(1000×16%-250×12%）（1000×16%）×100=81.2%例2:某飼糧消化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下,計(jì)算CF消化率飼料CF含量:40%糞中CF含量:40%飼料指示劑添加量:3%糞中指示劑含量:6%CF消化率=100－364040×100×=50指示劑法養(yǎng)分消化率計(jì)算消化能值的計(jì)算直接測(cè)定根據(jù)消化試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)合能值測(cè)定進(jìn)行DE=〔GE-FE〕/采食量〔kg〕例如體重50Kg的豬，每日食入日糧2Kg，含總能33.47MJ，每日排糞中的總能為8.34MJ，計(jì)算其采食飼料的的消化能。飼料消化能=〔〕/2=12.57〔MJ/Kg〕間接推算根據(jù)每日食入的可消化粗蛋白質(zhì)〔X1〕、可消化粗脂肪〔X2〕、可消化粗纖維〔X3〕、可消化無(wú)氮浸出物〔X4〕的量〔克〕，用以下回歸公式計(jì)算每日食入飼料的消化能〔Y千焦〕Y〔綿羊〕=23.93X1+37.87X2+18.33X3+16.99X4±3.77%Y〔豬〕=24.18X1+39.41X2+18.41X3+17.03X4±4.18%Y〔?！?24.23X1+34.10X2+18.49X3+16.99X4±4.18%不同動(dòng)物飼料消化能值的測(cè)定第三節(jié)半體內(nèi)消化試驗(yàn)〔尼龍袋法〕尼龍袋法原理接將飼料樣品裝入尼龍袋中，通過(guò)瘤胃瘺管將其懸置于瘤胃中測(cè)定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解率。認(rèn)為從尼龍袋中透過(guò)的飼料是已被消化吸收了的飼料，將尼龍袋當(dāng)作是腸道細(xì)胞膜〔起濾過(guò)作用〕。瘤胃瘺管操作將待測(cè)飼料裝入孔徑40-60μm2〔14×9cm〕的尼龍袋中，通過(guò)瘤胃瘺管放入瘤胃培養(yǎng)不同的時(shí)間，最長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間：精料：12—36h優(yōu)質(zhì)飼草：24—60h劣質(zhì)飼草：48—72h在一定的時(shí)間里4、8、16、24、48h〔精料〕，8、16、24、48、72h〔粗飼料〕取出，沖洗，枯燥，恒重待測(cè)飼料瘤胃流通速率的測(cè)定：鉻標(biāo)記纖維法計(jì)算〔1〕干物質(zhì)有效降解率〔P〕根據(jù)Φrskov和McDonald〔1979〕提出的公式計(jì)算：dp=a+b〔1-e-Kd〔t〕〕和P=a+〔b×Kd〕/〔Kd+Kp〕式中：dp——某一時(shí)間點(diǎn)的降解率a——快速降解局部b——慢速降解局部Kd——b的降解速率常數(shù)Kp——外流速率常數(shù)P——有效降解率計(jì)算〔2〕淀粉有效降解率〔P〕根據(jù)Φrskov和McDonald〔1979〕提出的公式計(jì)算：R〔t〕=U+D×e-Kd〔t〕式中：R〔t〕——某一時(shí)間點(diǎn)的剩余率U——淀粉中不可降解的局部〔理論上認(rèn)為這一值為零〕D——淀粉中慢速降解的局部〔理論上認(rèn)為D=100-S，S為快速降解局部〕Kd——D的降解速率常數(shù)優(yōu)點(diǎn)將反芻動(dòng)物飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)定和營(yíng)養(yǎng)需要的研究，真正和瘤胃內(nèi)微生物活動(dòng)掛起鉤來(lái)，充分表達(dá)了反芻動(dòng)物的生物學(xué)特性，為其蛋白質(zhì)飼養(yǎng)新體系指標(biāo)〔RDP和UDP〕的提出奠定了根底工作量小，本錢低，一次可以做大批量的飼料可以對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行排隊(duì)，取得飼料相對(duì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值缺點(diǎn)孔徑大小不好確定將飼料限制在尼龍袋內(nèi)，無(wú)法充分混合，微生物也不能進(jìn)入。瘤胃內(nèi)消失的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并不是全部降解了，其中一局部逃避了微生物的作用，進(jìn)入了下一段消化道，結(jié)果一般無(wú)法與飼料真消化率相匹配。因此，這種瘤胃內(nèi)的降解率又稱作“消失率”。第四節(jié)體外消化試驗(yàn)活體試驗(yàn)技術(shù)的局限1864年Emilvanwolff首次發(fā)表以可消化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為指標(biāo)的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)科學(xué)開(kāi)始從化學(xué)分析時(shí)代進(jìn)入了可消化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)評(píng)定時(shí)代在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家進(jìn)行了大量卓有成效的工作，開(kāi)展并改進(jìn)了消化試驗(yàn)這種經(jīng)典研究方法傳統(tǒng)活體試驗(yàn)方法存在測(cè)定工作費(fèi)時(shí)、費(fèi)人力和費(fèi)物力,消化率指標(biāo)的表觀性等缺陷。飼料工業(yè)呼喚快速、簡(jiǎn)便、可靠的消化試驗(yàn)技術(shù)體外模擬技術(shù)的產(chǎn)生Bell(1953)首次把“一級(jí)離體消化試驗(yàn)法”應(yīng)用到羊的飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定中。1963年Tilly和Terry在一級(jí)離體消化試驗(yàn)法的根底上，提出兩級(jí)離體消化試驗(yàn)法，模擬飼料在瘤胃、皺胃和局部小腸的消化，即第一階段瘤胃液消化；第二階段酸性胃蛋白質(zhì)酶的消化。從此，開(kāi)創(chuàng)了動(dòng)物消化、吸收的體外模擬的新時(shí)代?，F(xiàn)在，動(dòng)物消化、吸收的體外模擬不僅由反芻動(dòng)物開(kāi)展到豬和禽，而且這一體外動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)模擬方法在技術(shù)水平上也不斷現(xiàn)代化，取得了令人矚目的技術(shù)成果。一、反芻動(dòng)物兩級(jí)離體消化法兩級(jí)離體消化法的建立1963年Tilly和Terry提出的兩級(jí)離體消化法主要包括兩階段消化48h瘤胃液消化48h酸性蛋白酶的消化整個(gè)消化試驗(yàn)的模擬局部都是在玻璃離心管內(nèi)(其容量要在50ml以上，以80～90ml為宜)進(jìn)行與活體動(dòng)物消化道內(nèi)環(huán)境相似的條件厭氧條件在應(yīng)用瘤胃液，依靠微生物消化的第一階段，必須始終保持離心管內(nèi)處于厭氧狀態(tài)。在采集瘤胃液后，從盛裝到保溫瓶、粗濾到三角瓶，直至分裝到離心管培養(yǎng)整個(gè)過(guò)程必須通入二氧化碳取代空氣，使其到達(dá)飽和狀態(tài)，以保證自始至終地維持厭氧環(huán)境。適宜溫度瘤胃微生物活動(dòng)和酶的作用都需要適宜的溫度(38～39)。為此，在將瘤胃液盛裝于保溫瓶時(shí)，參加的緩沖液必須預(yù)熱；在隨后階段分裝的離心管也必須放置于熱水浴內(nèi)。整個(gè)消化培養(yǎng)都要在培養(yǎng)箱內(nèi)(保持恒溫)內(nèi)進(jìn)行。恒定的pH在第一階段瘤胃液消化，pH要保持在6.7～6.9。當(dāng)取自飼喂青草的羊的瘤胃液含有較多的食物碎片時(shí)，需要在培養(yǎng)后6～24h不斷檢查PH。如果有變化，那么應(yīng)參加Na2CO3來(lái)調(diào)整。在第二階段胃蛋白酶消化時(shí)，通過(guò)加酸使pH降到1.5。如使用纖維素酶那么需將PH調(diào)整到4.8。在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程內(nèi)，培養(yǎng)液都必須保持恒定。優(yōu)點(diǎn)此法能較準(zhǔn)確地估測(cè)飼料樣本不消化的細(xì)胞壁物質(zhì)，比較好地模擬了飼草在瘤胃內(nèi)消化過(guò)程。應(yīng)用此法測(cè)定的飼草消化率數(shù)據(jù)與活體消化試驗(yàn)結(jié)果存在著強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。為此，Tilley和Terry法在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究中獲得了廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)要求4個(gè)整天的培養(yǎng)，再加上準(zhǔn)備工作和分析以及需要瘺管動(dòng)物提供瘤胃液，仍然是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的方法。此法所用的瘤胃液由于其間微生物區(qū)系的不斷變化，在長(zhǎng)達(dá)2d培養(yǎng)時(shí)間由瘤胃液內(nèi)的微生物區(qū)系在培養(yǎng)開(kāi)始與結(jié)束時(shí)都會(huì)有所不同；同時(shí)由于瘤胃微生物發(fā)酵使離心管內(nèi)的發(fā)酵環(huán)境可能也有所變化。事實(shí)說(shuō)明，此法應(yīng)用于低質(zhì)牧草和秸稈時(shí)，測(cè)定結(jié)果并不令人滿意。只是用于中等以上質(zhì)量牧草和不施加任何補(bǔ)飼的飼草料消化率測(cè)定時(shí)才能獲得較理想的結(jié)果。技術(shù)改進(jìn)第一，用McDougall’s人工唾液來(lái)代替此法原來(lái)采用的磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉緩沖液。這樣做可使在第二階段時(shí)直接酸化和參加胃蛋白酶，縮短到了第二階段消化所需的時(shí)間(由2d縮短為ld)。第二，在第二階段用中性洗滌劑代替胃蛋白酶進(jìn)行消化處理，將測(cè)定時(shí)間縮短一半(Coering和VanSoest，1970)。第三，在第一階段用纖維酶代替瘤胃液(Jones和Hayward，1975)。第四，開(kāi)展用于混合飼料的測(cè)定方法(Alderman，1985)。二、酶法離體消化法酶法離體消化法的建立1970年Jarrige及其同事首次成功地利用纖維素酶進(jìn)行了離體消化試驗(yàn)。他們使用的纖維素酶粗制劑是由土壤擔(dān)子菌體提取的。Jarrige的結(jié)果說(shuō)明，使用酶法測(cè)定的牧草的溶解度的結(jié)果與活體消化試驗(yàn)數(shù)據(jù)呈高度相關(guān)(r=0.92)。酶法離體消化法的開(kāi)展實(shí)際上Jarrige所用的纖維素酶并非純制劑，其中含有具有活性的半纖維素酶和蛋白酶。后來(lái)在單一使用纖維素酶的根底上又開(kāi)展為使用包括纖維素酶、淀粉酶和蛋白酶等多種酶的處理技術(shù)。估測(cè)動(dòng)物真胃和小腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化程度Akeson和Stahmann(1964)最早提出用酶法估測(cè)動(dòng)物真胃和小腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化程度根本原理將飼料樣本用鹽酸—蛋白酶消化將培養(yǎng)液的pH調(diào)至7.5，再用胰蛋白酶消化他們發(fā)現(xiàn)使用此法在測(cè)得可溶性氮數(shù)量和大鼠蛋白質(zhì)消化率之間存在高度相關(guān)(r=0.98)優(yōu)缺點(diǎn)由于各種測(cè)定條件的影響，多數(shù)人認(rèn)為酶法實(shí)際上仍然趕不上利用消化液進(jìn)行的離體消化試驗(yàn)法。盡管如此，它在牧草育種中間用于篩選目的，仍不失為一種快速、可靠和本錢低廉的測(cè)定消化率的方法。三、用糞便作為離體消化法培養(yǎng)的微生物來(lái)源產(chǎn)生背景在應(yīng)用Tilley和Terry法進(jìn)行離體消化試驗(yàn)時(shí)，許多研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃接種體(rumeninocula)的活性往往受到提供瘤胃液的瘺管動(dòng)物的日糧影響使用瘺管動(dòng)物在一些國(guó)家受到限制，同時(shí)飼養(yǎng)費(fèi)用甚高。大大影響了離體消化試驗(yàn)法的普及和廣泛使用。由此用綿羊糞便來(lái)代替瘤胃液來(lái)進(jìn)行離體消化試驗(yàn)就提上了日程。方法的建立Ralfe(1985)首先使用綿羊糞便的提取液來(lái)進(jìn)行飼草離體消化試驗(yàn)。她將Tilley和Terry法修訂的離體消化試驗(yàn)法(Rogers和Whitmore,1996)中使用的瘤胃液用人工唾液勻漿的綿羊糞便過(guò)濾液來(lái)代替。她的試驗(yàn)首次說(shuō)明濾紙可以被綿羊糞便濾液所消化；所獲得3種青草樣本和1種干草樣本的干物質(zhì)消化率與活體動(dòng)物消化試驗(yàn)所得結(jié)果呈高度相關(guān)關(guān)系(r=0.93)。發(fā)展后來(lái)人們還發(fā)現(xiàn)在馬和牛的糞便中也有類似的微生物活性存在。Elshaer等(1987)和Omed等(l989a，b)進(jìn)一步改進(jìn)了Belfe(1985)方法,使其更易于進(jìn)行批次操作。Sunvold等(1995)使用豬糞作為離體消化法培養(yǎng)的微生物來(lái)源測(cè)定纖維素、甜菜渣、柑橘渣和柑橘果膠的有機(jī)物質(zhì)的消化率，發(fā)現(xiàn)該測(cè)定值與活體消化試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果具有很好的相關(guān)性(R2=0.9)。優(yōu)缺點(diǎn)盡管動(dòng)物糞便濾液內(nèi)微生物活性也會(huì)受到諸多因素影響，使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生誤差。但是不少人認(rèn)為這一誤差不會(huì)超過(guò)使用瘤胃液所產(chǎn)生的誤差。此法是用于放牧家畜營(yíng)養(yǎng)的一種有效的技術(shù)手段。此法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便、本錢低，不需要飼養(yǎng)瘺管動(dòng)物。如果配合使用近紅外測(cè)定技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)不僅相當(dāng)快捷，而且對(duì)儀器設(shè)備的要求也不高，極適用于一些設(shè)備和條件較差的開(kāi)展中國(guó)家使用，有廣闊的應(yīng)用前景。四、人工瘤胃法產(chǎn)生背景瘤胃是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，很難在活體動(dòng)物身上進(jìn)行研究。即使使用瘤胃瘺管也難以真正搞清楚飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在瘤胃內(nèi)發(fā)酵、流通、微生物攝取和吸收等動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。使用兩級(jí)離體消化法和尼龍袋法也只能是估測(cè)瘤胃內(nèi)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率和降解率，根本不能真正模擬瘤胃的生理功能?，F(xiàn)代人工瘤胃就是模擬瘤胃生理功能的體外模擬系統(tǒng)，是反芻動(dòng)物體外營(yíng)養(yǎng)模擬技術(shù)現(xiàn)代化開(kāi)展的標(biāo)志。1．研究目標(biāo)——常規(guī)分析——特定研究目標(biāo)——模擬瘤胃功能2.感興趣的研究范圍——?dú)庀唷合唷趁宇w粒3.瘤胃微生物——混合瘤胃內(nèi)容物——部分微生物——純培養(yǎng)4.測(cè)定時(shí)間——2～8h——24h——1d以上人工瘤胃設(shè)計(jì)所涉及的不同要求人工瘤胃的類型及要求如果研究目標(biāo)僅限于測(cè)定飼料消化率或者用于研究一些對(duì)瘤胃發(fā)酵有抑制作用物質(zhì)對(duì)瘤胃發(fā)酵的影響，人工瘤胃設(shè)計(jì)就可以非常簡(jiǎn)單。如果研究目標(biāo)是某種特定目標(biāo)，比方研究瘤胃中某些反響的動(dòng)態(tài)變化或用于模擬瘤胃的大局部功能那么需要設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的人工瘤胃系統(tǒng)。在感興趣的研究范圍方面，如果是研究瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)的合成和降解，人工瘤胃就可設(shè)計(jì)得相對(duì)簡(jiǎn)單一些。如果要研究瘤胃發(fā)酵過(guò)程中氣體的形成和吸收等過(guò)程，人工瘤胃系統(tǒng)就必須是封閉系統(tǒng)。如果在人工瘤胃培養(yǎng)中使用經(jīng)過(guò)過(guò)濾的瘤胃液接種培養(yǎng)，發(fā)酵罐就不必經(jīng)過(guò)消毒。如果瘤胃液采集比較容易，發(fā)酵罐設(shè)計(jì)就可以大一些。用于某種瘤胃細(xì)菌純培養(yǎng)時(shí)，那么要求發(fā)酵罐必須具有特殊的設(shè)計(jì)，具有消毒的條件，容積也要小一些。人工瘤胃系統(tǒng)必須滿足的條件——溫度控制;——氧化復(fù)原電位控制;——重復(fù)性高;——易于操作和獲取測(cè)定數(shù)據(jù);——能有效地?cái)嚢?——發(fā)酵產(chǎn)物能向外轉(zhuǎn)移;——能測(cè)定氣體交換;——具有消毒的條件。人工瘤胃人工瘤胃連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)人工瘤胃系統(tǒng)分類Rustitec系統(tǒng)(Cizerkaws，1986)其特點(diǎn)是把待測(cè)日糧放入尼龍袋內(nèi)，再把尼龍袋放入發(fā)酵罐內(nèi)供微生物降解。這一系統(tǒng)依靠尼龍袋把發(fā)酵罐內(nèi)的內(nèi)容物分為固相和液相，使兩者的外流速度不同，以維持一定的原蟲數(shù)量。這一系統(tǒng)的缺點(diǎn)是發(fā)酵罐內(nèi)固相和液相分界明顯，微生物區(qū)系的分布與瘤胃實(shí)際情況不同。其次，使用此系統(tǒng)，操作比較麻煩。每天必須更換尼龍袋，且只能喂料一次。必須很好地控制喂量，否那么就會(huì)影響微生物正常活動(dòng)。連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)(孟慶翔，1999)這是一種更接近于活體動(dòng)物體內(nèi)瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)?，F(xiàn)有單外流(single-flow)和雙外流(dual-flow)兩種連續(xù)培養(yǎng)裝置。所謂單外流裝置是指瘤胃內(nèi)容物固相和液相均以相同外流速度向外流的裝置；而雙外流型裝置是能將瘤胃內(nèi)容物固相和液相外流速度分別加以控制的裝置。在活體動(dòng)物體內(nèi)，瘤胃內(nèi)容物液相外流速度與固相外流速度是不同的。一般液相外流速度(4%/h～10%/h)明顯高于固相外流速度(2%/h～7%/h)。由此可見(jiàn),雙外流裝置更接近于活體動(dòng)物內(nèi)瘤胃的生理功能。目前由美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)和西弗基尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)的體外連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)(continousculturesystem，CCS)獲得了較廣泛的應(yīng)用。在中國(guó)，由王加啟和馮仰廉(1995)及孟慶翔(1999)研制的雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)已經(jīng)問(wèn)世。它們汲取了國(guó)際上瘤胃模擬系統(tǒng)技術(shù)的成果,在某些方面有所創(chuàng)新。這些模擬系統(tǒng)不僅可以用于諸如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解率等常規(guī)指標(biāo)的測(cè)定，而且還可作為瘤胃的發(fā)酵功能及相關(guān)生理、生化和微生物學(xué)的研究。五、產(chǎn)氣法方法的建立早在1943年，Quin就首次在具玻塞的燒瓶?jī)?nèi)用瘤胃液培養(yǎng)飼料，用測(cè)壓的方法測(cè)定發(fā)酵產(chǎn)氣量。到20世紀(jì)60年代，開(kāi)始采用液體容積被排放的方法測(cè)定產(chǎn)氣量，用以評(píng)定反芻動(dòng)物飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值(Johnson，1963；Trei等，1970)。為了簡(jiǎn)化用測(cè)壓法測(cè)定產(chǎn)氣量，O’Hara等(1974)提出了一種改進(jìn)的方法,在用于發(fā)酵的具塞燒瓶上連接一個(gè)注射器用來(lái)測(cè)定產(chǎn)氣容積。德國(guó)Hohenheim大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所的研究者首次使用l00ml注射器來(lái)研究飼料體外發(fā)酵情況可以完整地記錄24h的產(chǎn)氣量(Menke和Ehrensvard，1974),并用此法來(lái)測(cè)定反芻動(dòng)物飼料代謝能值(Menke和Steingass,1988)。Bl?mmel和Φrskov(1993)將產(chǎn)氣法用于觀察不同發(fā)酵時(shí)間的產(chǎn)氣量的變化，為將產(chǎn)氣法用于研究發(fā)酵過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化奠定了根底技術(shù)要點(diǎn)第一，在l00ml注射器內(nèi)，置入l0ml瘤胃液，20ml緩沖液和200mg樣本。將注射器固定在旋轉(zhuǎn)盤上，在39℃水浴內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，讀取產(chǎn)氣容積。第二，產(chǎn)氣裝置既可用于消化率測(cè)定(培養(yǎng)24h)，也可用于動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)定(在培養(yǎng)時(shí)間為4，8，12，24和32h讀數(shù))。第三，每次測(cè)定都必須同時(shí)測(cè)定空白管(4個(gè)注射器不加任何發(fā)酵底物)。第四，在測(cè)定時(shí)，一定要記錄氣壓變化值。上述第三點(diǎn)的校正法就是為了校正不同批次測(cè)定時(shí)氣壓變化的差異。產(chǎn)氣法裝置分類手工記錄產(chǎn)氣量裝置用測(cè)壓法或使用注射器記錄都屬于此類裝置。自動(dòng)記錄產(chǎn)氣量裝置使用計(jì)算機(jī)控制的壓敏計(jì)記錄產(chǎn)氣量或使用壓力傳感器記錄產(chǎn)氣量。測(cè)定指標(biāo)產(chǎn)氣量VFA產(chǎn)量和比例微生物蛋白產(chǎn)量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解率用途評(píng)定反芻動(dòng)物飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值測(cè)定瘤胃內(nèi)能量載體物質(zhì)和含氮物質(zhì)釋放的同步性飼草料和不同來(lái)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組合效應(yīng)與牧草中鏈烷物質(zhì)分析結(jié)合估測(cè)乳牛放牧采食量抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用的研究?jī)?yōu)點(diǎn)該技術(shù)具對(duì)設(shè)備要求低操作簡(jiǎn)單，測(cè)定快速可靠重復(fù)性較好缺點(diǎn)批次培養(yǎng)，隨時(shí)間的增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)累積，導(dǎo)致發(fā)酵效率降低不同批次之間存在誤差優(yōu)缺點(diǎn)六、豬兩級(jí)離體消化法方法的建立張子儀等(1995)在總結(jié)前人工作的根底上，提出了豬兩級(jí)離體消化法。原理第一階段以鹽酸—蛋白酶溶液消化第二階段以豬小腸液(PIF)凍干粉消化。經(jīng)全國(guó)7個(gè)實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合測(cè)定，他們發(fā)現(xiàn)豬活體消化法與兩級(jí)離體消化法測(cè)值之間存在強(qiáng)相關(guān)(r＝0.95～0.98)。優(yōu)缺點(diǎn)在控制PIF凍干粉的生成工藝條件與測(cè)試條件下均可獲得良好的重要結(jié)果。PIF凍干粉可在室溫下至少保持3個(gè)月效價(jià)不變。使用此法僅需3d左右時(shí)間，不受試驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量的限制,可以連續(xù)大批量測(cè)定，能顯著節(jié)約測(cè)定費(fèi)用。七、豬的全消化道消化過(guò)程模擬方法的建立荷蘭TNO營(yíng)養(yǎng)和食品研究所的學(xué)者研制成功一套模擬豬的全消化道消化過(guò)程的設(shè)備和技術(shù)(Minekus,1996)。原理這個(gè)模擬設(shè)備由帶有柔軟內(nèi)壁用來(lái)模擬胃和腸道玻璃管道組成總共有四大局部，分別用來(lái)模擬胃、十二指腸、空腸和回腸它們相互之間由計(jì)算機(jī)控制的泵膜連接這一模擬裝置的可靠性檢驗(yàn)試驗(yàn)說(shuō)明，它與用活體動(dòng)物消化法測(cè)得的結(jié)果有強(qiáng)的相關(guān)?？赡M豬消化道功能第一，模擬消化道蠕動(dòng)。蠕動(dòng)速率和強(qiáng)度大小與活體內(nèi)一樣，均取決于這些模擬器的容積大小。各模擬器上安裝有特定的泵膜系統(tǒng)(pump-valivgsystem)以保證那些黏性的內(nèi)容物順利地在整個(gè)模擬系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)而不會(huì)阻塞。第二，模擬胃的排空和消化液分泌。這種模擬是通過(guò)活體動(dòng)物試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的冪指數(shù)函數(shù)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)模擬的方法實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的泵來(lái)控制被模擬的胃液、膽汁和胰液分泌進(jìn)入相應(yīng)的模擬器內(nèi)。第三，模擬小腸吸收。在空腸和回腸模擬器裝有半透孔的纖維織物，以保證諸如氨基酸和小分子單糖等消化產(chǎn)物被吸收。水的吸收也在控制下進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)這一技術(shù)可以廣泛應(yīng)用測(cè)定豬飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的組合效應(yīng)、飼用酶的飼用效果和機(jī)制、消化道微生物區(qū)系及其代謝等等方面。在這一裝置運(yùn)行過(guò)程中所有的運(yùn)行參數(shù)，其中包括飼料攝入量，小腸和胃內(nèi)PH變化，胃液、胰液和膽汁的分泌，與胃和腸道容積充滿程度相關(guān)的消化道蠕動(dòng)、胃排空和腸道內(nèi)食糜流通以及水的吸收都可以調(diào)節(jié)并被記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)。它是一個(gè)本錢低廉、快捷、重復(fù)性好、便于操作的豬的營(yíng)養(yǎng)研究技術(shù)。缺點(diǎn)胃的排空在活體動(dòng)物體內(nèi)是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)和小腸內(nèi)分泌的激素來(lái)調(diào)節(jié)的在該裝置模擬過(guò)程內(nèi)，也設(shè)有一些負(fù)反響系統(tǒng)使其與內(nèi)部信號(hào)相互作用，但是決不會(huì)完全與活體動(dòng)物體內(nèi)的激素調(diào)節(jié)一樣。第五節(jié)數(shù)字模擬技術(shù)前言模型化技術(shù)是研究復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具，是各門科學(xué)尤其是系統(tǒng)科學(xué)廣泛使用的技術(shù)應(yīng)用模型化技術(shù)的水平已成為各門學(xué)科開(kāi)展水平的標(biāo)志它不僅是對(duì)該門學(xué)科過(guò)去的科研成果的總結(jié)和現(xiàn)有理論知識(shí)的整合，而且也是該門科學(xué)通向未來(lái)的起點(diǎn)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)中應(yīng)用的必要性對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝和利用知識(shí)的整合提供強(qiáng)有力工具發(fā)現(xiàn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論知識(shí)在量化方面的缺陷和缺乏在建模后，通過(guò)試驗(yàn)可不斷對(duì)模型的立論和各個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)模型化技術(shù)不僅用于描述目的，而且還可以用于營(yíng)養(yǎng)預(yù)測(cè)和決策，減少進(jìn)行不必要的動(dòng)物試驗(yàn)次數(shù)，降低研究本錢一門科學(xué)，只有在其中能成功地運(yùn)用了數(shù)學(xué)，才算到達(dá)了完善的地步。

——馬克思營(yíng)養(yǎng)模型化的開(kāi)展必將推動(dòng)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)，最終實(shí)現(xiàn)由描述科學(xué)向控制科學(xué)的歷史轉(zhuǎn)變，也為計(jì)算機(jī)技術(shù)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)新時(shí)代。數(shù)學(xué)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中應(yīng)用的歷史回憶傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法適用范圍研究大量事件的活動(dòng)規(guī)律對(duì)去除隨機(jī)因素影響揭示在個(gè)體差異下的規(guī)律局限研究個(gè)體的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)過(guò)程分析探討機(jī)體內(nèi)部各局部之間的聯(lián)系模型化技術(shù)優(yōu)勢(shì)正確的模型可以使復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜問(wèn)題的處理大大簡(jiǎn)化，且又能保證不會(huì)發(fā)生大的偏差模型化技術(shù)研究復(fù)雜系統(tǒng)，可先研究理想模型，然后再對(duì)模型的研究結(jié)果不斷加以種種修正，使之逐步與實(shí)際情況完全相符為止應(yīng)用模型化技術(shù)可對(duì)現(xiàn)有理論知識(shí)進(jìn)行整合，獲得科學(xué)的結(jié)論模型化技術(shù)的運(yùn)用，能使人們更好的發(fā)揮思維的力量，揭示新的研究方向，形成新的科學(xué)預(yù)見(jiàn)面對(duì)大量由黑箱方法獲得的數(shù)據(jù)以及殘缺不全的機(jī)體內(nèi)部生理、生化過(guò)程的研究資料，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)根本不具備應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)模型的可能。直到20世紀(jì)80年代，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)開(kāi)展取得了許多突破性進(jìn)展，動(dòng)物消化生理、瘤胃微生物代謝、動(dòng)物整體和各組織內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝及調(diào)解等方面碩果累累。為模型化技術(shù)的應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。營(yíng)養(yǎng)模型化技術(shù)會(huì)議1979年，第一次動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)數(shù)學(xué)模型化會(huì)議：“Whowantstorecordbabytalk,butwelearned”。1984年第二次會(huì)議〔美國(guó)加利福尼亞Davis〕，正式出版論文集〔Baldwin和Bywater，1984〕。以后每隔五年舉辦一次，大大推動(dòng)了模型化技術(shù)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。學(xué)術(shù)著作《數(shù)學(xué)模型在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用》France.J和J.H.MThornley，1981，Butterworths出版《反芻動(dòng)物消化和代謝的計(jì)量研究》和J.France，1993，CABIPublishing出版《反芻動(dòng)物消化和代謝的數(shù)學(xué)模型化》BaldwinR.L,1995，Chapman&Hall出版《家畜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的模型化》McNamare,J.P;J.France和D.Beever,CABIPublishing出版《泌乳乳牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化代謝動(dòng)態(tài)模型》Dnafer,A.1990,丹麥全國(guó)畜牧研究所No.671報(bào)告20多年前，英國(guó)科學(xué)家Whitemore〔1979〕曾對(duì)數(shù)學(xué)模型的前景有過(guò)一段精彩的預(yù)言：“家畜營(yíng)養(yǎng)科學(xué)在今后幾年內(nèi)將會(huì)從探索性研究的時(shí)代推進(jìn)到一個(gè)模擬、建立模型動(dòng)物和計(jì)算機(jī)化的時(shí)代”。這一科學(xué)預(yù)見(jiàn)已為今天動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域數(shù)學(xué)模型技術(shù)的蓬勃開(kāi)展