[科普中国]-体外模拟消化技术

发展历程

虽然饲料养分在禽类体内的消化是一个非常复杂的过程，但与其他家畜（特别是反刍动物）的消化过程相比，还是相对简单的。酶的消化作用是家禽最主要的消化方法，微生物的消化作用较小。因此，用体外消化法评定家禽饲料的营养价值，较其他畜禽相比更具有说服力，营养学家对家禽体外消化方法的研究也取得了许多成功经验。

禽类体外消化模拟方法的发展分为以下3个阶段：

猪的体外消化法评定饲料营养价值20世纪80年代，Sakamoto 等2利用胃蛋白酶-猪小肠液测定了4种鸡饲料干物质和粗蛋白质的消化率，发现与鸡体内消化代谢试验结果存在显著相关；用胃蛋白酶-猪小肠液冻干粉估测鸡饲料的代谢能值，亦取得了较好的结果3。这说明利用猪的消化酶谱来模拟机体内消化过程在一定范围内是可行的。虽然利用猪体外消化模拟操作方法和采用猪的内源消化酶能够在一定程度上估测出鸡体内的养分消化率，但由于家禽与猪消化生理特点差异巨大，简单地利用猪来替代家禽评定饲料的营养价值，其结果并不能被完全接受。

利用人工消化液评定饲料营养价值人们最早是以猪胃蛋白酶和胰酶为消化酶源，在与鸡消化道内pH接近的条件下，通过研究不同的胃蛋白酶和胰酶水平以及消化时间对食糜粘性的影响，确立适合于鸡的酶法评定饲料营养物质消化率的操作程序。在此基础上，Zyla等4以火鸡为试验动物对该方法进行了改进，实际测定了火鸡嗉囊、胃和小肠内食糜的pH作为酶法模拟中的pH参数，不仅对胃和小肠的消化过程进行了模拟，还模拟了鸡的嗉囊。同时，还将透析法应用于该方法中，消除消化产物对酶促反应的抑制作用，该方法是目前家禽体外消化模拟方法中较为成熟的一种。荷兰学者 Larsson 等5(1997)对Zyla等的操作方法进行改进，使用胃肠道动态模型，包括胃、十二指肠、空肠、回肠 4 个连续模拟室，并通过计算机来调控人工小肠液的分泌及消化环境的调节，使其结果更接近鸡消化代谢的试验结果。人工消化液法由于所有消化酶均来自于人工合成，因此其消化环境适应能力、最适反应条件可能都与家禽消化道有所差异，因此，其测定结果与实际家禽饲养试验结果可能存在系统差异，需要进行校正。

采取禽类肠液评定饲料营养价值近年来，为克服人工配制消化液的缺点，人们开始模拟猪体外消化模式，采取引流提取家禽消化液作为反应液，进行饲料体外消化模拟实验。该方法的主要缺陷是采集消化液对禽类应激过大，造成消化液可能会与健康动物有一定差异。

方法单酶法（一步法）测定PH法

该方法主要用来预测饲料蛋白质体内消化率和对其品质进行评定。其主要原理是蛋白质在蛋白酶的作用下肽键断裂，氢离子从断裂的肽键上释放出来，使溶液PH降低。利用PH降低幅度和蛋白质体内消化率之间的关系建立回归方程，预测蛋白质体内消化率，进而评定蛋白质的营养价值。根据蛋白质水解过程中溶液PH的变化能够对饲料蛋白质体内消化率和品质进行预测和评定，但该方法仅限于对饲料中蛋白质这一种养分的营养价值和体内消化率进行评价和预测，不适合于对其它营养成分的评定。

测定蛋白质消化率法

测定蛋白质消化率法的主要原理是利用蛋白酶水解饲料中的蛋白质，并通过测定蛋白质的水解程度判断蛋白质品质并预测其在动物体内的消化情况。所用蛋白酶主要以胃蛋白酶为主，其次还有木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和链霉蛋白酶等。利用胃蛋白酶评定蛋白质饲料品质易受饲料粒度和胃蛋白酶剂量等因素的影响。

多酶法胃-小肠两步法

两步法是单胃动物体外消化模拟研究中应用最多的方法，依据所使用消化酶的来源不同又分为胃蛋白酶&胰酶法和胃蛋白酶&小肠液法。其原理是：首先用胃蛋白酶在酸性条件下完成饲料在胃内的消化过程，再用胰酶或猪小肠液在中性条件下继续消化，完成养分在小肠内的消化过程； 最后将已消化养分与未消化养分分离开来。

胃蛋白酶-小肠液法

畜禽采食的饲料经过胃初步消化后，通过胃运动分批转运到下一段消化道十二指肠。在这里，猪胰腺分泌的各种消化酶和肝脏分泌的胆汁等经由开口于十二指肠处的胰腺导管排入消化道内，并与胃蛋白酶消化后的食糜混合，对饲料养分进一步进行消化分解。因此，如果利用猪小肠液测定饲料体外消化率，除胰蛋白酶、糜蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等主要消化酶外，胰脏分泌的微量物质、肝脏分泌物及肠肽酶等一些影响养分消化的成分均可通过猪小肠液来获得。这样可以使体外消化模拟过程与体内更接近，所测定结果也更可靠合理6。

应用随着研究者对动物消化生理研究的不断深入和现代科学技术的发展，体外消化模拟技术也日益成熟。大量试验研究表明，通过体外消化模拟技术所获得的饲料养分消化率与其体内养分消化率之间存在显著相关，体外消化模拟技术在生产中主要应用于以下几方面：

预测饲料养分消化率饲料生物学价值的准确评价，是合理利用饲料原料，为畜禽提供精准营养的前提。通过体外模拟消化试验，测定饲料原料或产品养分消化率，建立饲料营养价值数据库，是开发畜禽消化仿生模拟器的主要目的。试验证实，体外模拟装置设计越合理，对饲料评价越准确。

对饲料添加剂进行效果评价对某些促消化功能性饲料添加剂进行效果评价，也是应用体外模拟技术的意义之一。可评价的添加剂主要是指能够直接促进养分降解，或提高畜禽体内消化酶活性、补充消化酶不足的添加剂类，包括酸化剂、酶制剂等。多数饲料原料中都含有一种或多种抗营养因子，会严重影响畜禽（尤其是单胃动物）对饲料养分的吸收利用。对于抗营养因子的去除，主要的营养手段是向饲料中添加相应的水解酶，使抗营养因子在畜禽消化道中被水解成可消化吸收的小分子成分。体外消化模拟技术可以快速、准确地测定外源酶对饲料中抗营养因子的降解速度和数量。

筛选复合酶的最佳组合和适宜用量由于饲料中抗营养因子的存在和幼龄动物消化道内酶活不足，向饲料中添加酶制剂时，往往是多种酶制剂进行有效配伍。利用体外消化模拟技术可以对复合酶制剂效果进行快速、准确的评价，同时，还可以通过模拟技术，进行复合酶组合筛选和添加剂量确定6。