模拟猪饲料养分消化的全自动仿生系统研究

针对现有酶法模拟饲料养分消化的过程具有较大的随意性与不稳定性，缺乏专用自动化测试工具，本项目根据猪胃肠道消化过程，首先在功能上设计易于实现自动化控制的模拟消化器，然后采用组态软件技术通过电脑程控进入模拟消化器内的缓冲液自动输入-排空-切换系统、消化液自动分泌系统、水解产物自动清洗系统、恒温控制系统、混合强度自动控制系统、电子元件信号检测系统等模块，实现对猪胃肠道消化过程的全自动模拟。通过比较消化仿生系统模拟猪胃肠道消化过程与体内消化过程的差异，分析测试全自动仿生系统的计量性能、测试结果的重演性、精度、可加性及与体内法的吻合度五个方面检验该系统能否实现对猪饲料能量及氨基酸生物学效价的定量测定。本研究将从动物营养学与自动化控制技术相结合的层面上，全面创新用于猪饲料养分生物学效价测定的模拟消化测试工具，其结果将为我国乃至全球饲料原料养分生物学效价快速评定标准方法的制定提供科学依据。

由于传统动物试验方法比较耗时、费力，因此本项目的目标是建立猪模拟肠液制备方法及基于模拟肠液的猪饲料养分仿生消化技术，为饲料原料营养价值的快速评定提供科学依据。研究工作分四部分进行，即模拟消化器的设计及模拟消化过程自动化控制的研究，全自动仿生消化系统模拟猪胃肠道消化过程与体内消化过程的比较研究，全自动仿生消化系统计量性能及测试结果重演性、精度、可加性的研究，仿生消化系统与体内法测定猪日粮消化能及氨基酸消化率吻合度的研究。针对研究任务累计开展了12个试验，即：（1）猪胃肠道模拟消化器的研制；（2）猪仿生消化系统的研制；（3）单胃动物仿生消化系统的组装与推广；（4）猪用肠道套管的研制；（5）生长猪食糜排空时间与其营养物质消化率的相关性研究；（6）猪生长阶段与饲粮类型对酸不溶灰分法测定养分消化率的影响；（7）生长猪空肠液中主要消化酶活性与饲粮养分消化率的相关性研究；（8）生长猪仿生消化过程与体内消化过程的比较研究；（9）全自动消化仿生系统计量性能及测试结果重演性与精度的研究；（10）全自动消化仿生系统测定结果的可加性的研究；（11）仿生消化系统与体内法测定猪日粮消化能吻合度的研究；（12）仿生消化系统与体内法测定猪饲料氨基酸消化率吻合度的研究。研究结果如下：（1）建立了一套体外模拟猪胃肠道消化的“第二代单胃动物仿生消化系统（SDS-2）”；（2）研制了猪用肠道套管，获得了猪肠道食糜排空时间、猪肠道消化酶活性的基本参数；（3）比较了5个不同实验室间仿生消化系统测定饲料酶水解物能值（EHGE）的重演性、精度及可加性，得出不同实验室间仿生消化系统的测试结果具有高度可重复性，原料的EHGE在日粮中可加，EHGE的测定精度可以控制在100 cal/g以内；（4）仿生消化系统与体内法测定猪19个棉籽粕日粮的消化能的相关系数为0.94，采用仿生法测得的10个棉籽粕的15种氨基酸的体外平均真消化率与体内测值相关系数为0.91。本项目建立的全自动单胃动物仿生消化系统具有完全的自主知识产权，为我国饲料原料养分生物学效价的快速评定提供了科学依据。已发表论文3篇，获得国家专利9项，软件著作权9项，培养研究生3名。单胃动物仿生消化系统已在21家大型龙头饲料企业（其中上市企业6家）推广，同时中国饲料数据库（2015年版）已收录了采用该系统测定的21类313个猪、鸡、鸭饲料原料的酶水解物能值供行业使用。