體外模擬消化技術

體外消化模擬技術是通過模擬動物消化生理特點，採用與動物體內相近的消化環境和消化酶系，在體外評定飼料消化吸收的一種方法。其優點是：試驗條件可控，干擾因素少，結果的重現性較好，試驗時間短，成本低。但體外消化模擬技術是處於非生理狀態下的儀器檢測，其結果的準確性需要通過體內試驗加以驗證。

基本介紹

• 中文名：體外模擬消化技術
• 外文名：In vitro digestion methods
• 套用領域：飼料營養價值評定

發展歷程

雖然飼料養分在禽類體內的消化是一個非常複雜的過程，但與其他家畜（特別是反芻動物）的消化過程相比，還是相對簡單的。酶的消化作用是家禽最主要的消化方法，微生物的消化作用較小。因此，用體外消化法評定家禽飼料的營養價值，較其他畜禽相比更具有說服力，營養學家對家禽體外消化方法的研究也取得了許多成功經驗。

禽類體外消化模擬方法的發展分為以下3個階段：

豬的體外消化法評定飼料營養價值

20世紀80年代，Sakamoto 等利用胃蛋白酶-豬小腸液測定了4種雞飼料乾物質和粗蛋白質的消化率，發現與雞體內消化代謝試驗結果存在顯著相關；用胃蛋白酶-豬小腸液凍乾粉估測雞飼料的代謝能值，亦取得了較好的結果。這說明利用豬的消化酶譜來模擬機體內消化過程在一定範圍內是可行的。雖然利用豬體外消化模擬操作方法和採用豬的內源消化酶能夠在一定程度上估測出雞體內的養分消化率，但由於家禽與豬消化生理特點差異巨大，簡單地利用豬來替代家禽評定飼料的營養價值，其結果並不能被完全接受。

利用人工消化液評定飼料營養價值

人們最早是以豬胃蛋白酶和胰酶為消化酶源，在與雞消化道內pH接近的條件下，通過研究不同的胃蛋白酶和胰酶水平以及消化時間對食糜粘性的影響，確立適合於雞的酶法評定飼料營養物質消化率的操作程式。在此基礎上，Zyla等以火雞為試驗動物對該方法進行了改進，實際測定了火雞嗉囊、胃和小腸內食糜的pH作為酶法模擬中的pH參數，不僅對胃和小腸的消化過程進行了模擬，還模擬了雞的嗉囊。同時，還將透析法套用於該方法中，消除消化產物對酶促反應的抑制作用，該方法是家禽體外消化模擬方法中較為成熟的一種。荷蘭學者 Larsson 等(1997)對Zyla等的操作方法進行改進，使用胃腸道動態模型，包括胃、十二指腸、空腸、迴腸 4 個連續模擬室，並通過計算機來調控人工小腸液的分泌及消化環境的調節，使其結果更接近雞消化代謝的試驗結果。人工消化液法由於所有消化酶均來自於人工合成，因此其消化環境適應能力、最適反應條件可能都與家禽消化道有所差異，因此，其測定結果與實際家禽飼養試驗結果可能存在系統差異，需要進行校正。

採取禽類腸液評定飼料營養價值

近年來，為克服人工配製消化液的缺點，人們開始模擬豬體外消化模式，採取引流提取家禽消化液作為反應液，進行飼料體外消化模擬實驗。該方法的主要缺陷是採集消化液對禽類應激過大，造成消化液可能會與健康動物有一定差異。

方法

單酶法

測定PH法

該方法主要用來預測飼料蛋白質體內消化率和對其品質進行評定。其主要原理是蛋白質在蛋白酶的作用下肽鍵斷裂，氫離子從斷裂的肽鍵上釋放出來，使溶液PH降低。利用PH降低幅度和蛋白質體內消化率之間的關係建立回歸方程，預測蛋白質體內消化率，進而評定蛋白質的營養價值。根據蛋白質水解過程中溶液PH的變化能夠對飼料蛋白質體內消化率和品質進行預測和評定，但該方法僅限於對飼料中蛋白質這一種養分的營養價值和體內消化率進行評價和預測，不適合於對其它營養成分的評定。

測定蛋白質消化率法

測定蛋白質消化率法的主要原理是利用蛋白酶水解飼料中的蛋白質，並通過測定蛋白質的水解程度判斷蛋白質品質並預測其在動物體內的消化情況。所用蛋白酶主要以胃蛋白酶為主，其次還有木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和鏈霉蛋白酶等。利用胃蛋白酶評定蛋白質飼料品質易受飼料粒度和胃蛋白酶劑量等因素的影響。

多酶法

胃-小腸兩步法

兩步法是單胃動物體外消化模擬研究中套用最多的方法，依據所使用消化酶的來源不同又分為胃蛋白酶&胰酶法和胃蛋白酶&小腸液法。其原理是：首先用胃蛋白酶在酸性條件下完成飼料在胃內的消化過程，再用胰酶或豬小腸液在中性條件下繼續消化，完成養分在小腸內的消化過程； 最後將已消化養分與未消化養分分離開來。

胃蛋白酶-小腸液法

畜禽採食的飼料經過胃初步消化後，通過胃運動分批轉運到下一段消化道十二指腸。在這裡，豬胰腺分泌的各種消化酶和肝臟分泌的膽汁等經由開口於十二指腸處的胰腺導管排入消化道內，並與胃蛋白酶消化後的食糜混合，對飼料養分進一步進行消化分解。因此，如果利用豬小腸液測定飼料體外消化率，除胰蛋白酶、糜蛋白酶、澱粉酶和脂肪酶等主要消化酶外，胰臟分泌的微量物質、肝臟分泌物及腸肽酶等一些影響養分消化的成分均可通過豬小腸液來獲得。這樣可以使體外消化模擬過程與體內更接近，所測定結果也更可靠合理。

套用

隨著研究者對動物消化生理研究的不斷深入和現代科學技術的發展，體外消化模擬技術也日益成熟。大量試驗研究表明，通過體外消化模擬技術所獲得的飼料養分消化率與其體內養分消化率之間存在顯著相關，體外消化模擬技術在生產中主要套用於以下幾方面：

預測飼料養分消化率

飼料生物學價值的準確評價，是合理利用飼料原料，為畜禽提供精準營養的前提。通過體外模擬消化試驗，測定飼料原料或產品養分消化率，建立飼料營養價值資料庫，是開發畜禽消化仿生模擬器的主要目的。試驗證實，體外模擬裝置設計越合理，對飼料評價越準確。

對飼料添加劑進行效果評價

對某些促消化功能性飼料添加劑進行效果評價，也是套用體外模擬技術的意義之一。可評價的添加劑主要是指能夠直接促進養分降解，或提高畜禽體內消化酶活性、補充消化酶不足的添加劑類，包括酸化劑、酶製劑等。多數飼料原料中都含有一種或多種抗營養因子，會嚴重影響畜禽（尤其是單胃動物）對飼料養分的吸收利用。對於抗營養因子的去除，主要的營養手段是向飼料中添加相應的水解酶，使抗營養因子在畜禽消化道中被水解成可消化吸收的小分子成分。體外消化模擬技術可以快速、準確地測定外源酶對飼料中抗營養因子的降解速度和數量。

篩選複合酶的最佳組合和適宜用量

由於飼料中抗營養因子的存在和幼齡動物消化道內酶活不足，向飼料中添加酶製劑時，往往是多種酶製劑進行有效配伍。利用體外消化模擬技術可以對複合酶製劑效果進行快速、準確的評價，同時，還可以通過模擬技術，進行複合酶組合篩選和添加劑量確定。