表觀消化率

“消化率”或“利用率”是指食物中某一種或某一類營養素（如粗蛋白）在通過消化道時消失的量或比例，或者隨廢物排出的量或比例。因此，消化率首先是用來度量營養素消失的。被消化的營養素通常認為被機體生長和代謝所用，雖然事實常常並非如此。消化率還用來描述營養素的消化過程，比如蛋白質在被吸收之前先被水解成氨基酸。而營養素（比如氨基酸）的生物利用率則被定義為從某一特定原料中攝取的營養素可用於動物機體代謝的部分。營養素的生物利用率可以通過一系列方法學手段來評估。

當食物被機體攝入後，在消化道中，食物混合物經過消化道的蠕動等物理作用被混合成更細小均一的食糜，並在此過程中以自由擴散、協助擴散和主動運輸等方式被機體吸收。沒有被吸收的部分則作為廢物排出體外。所以在計算消化率時需要測量糞便中的營養素或能量的含量。以可消化能為例，可消化能事實上衡量了攝入的總能與糞便中總能的差異。

測定食物或飼料的消化率首先需要收集糞便。收集糞便的方法有直接法和間接法。不論直接法還是間接法都可以將被測物質單獨投餵，也可以將被測物質加到飼料中作為飼料的一部分一起投餵，一般後者比較常用。

在魚類中使用直接法時，用一定量的飼料投餵實驗魚，然後收集所有的糞便。但是，收集水生動物的所有糞便難度較大，因為在水環境中很難將所有的糞便跟未吃完的飼料顆粒區分開，而且在水生環境中，糞便與通過尿和鰓排出的排泄物也混合在一起。Smith曾發明了一套限制飼餵系統來改進此方法。直接法最大的優點是糞便中所有的營養素和飼料組分都被收集起來，連水溶性的成分都被收集起來，這就消除了糞便取樣所可能帶來的誤差。

直接法的缺點是實驗魚需要被限制在一個穩態水環境中被強制投餵，由此產生的應激可能會影響實驗魚的消化和代謝過程，從而使消化率的值變得不可信 ^[1]  。

在大多數魚蝦消化率測定中被廣泛應用的是間接測定法。這種方法使用添加到飼料中的無毒、惰性、不被消化的氧化鉻、氧化釔作為指示劑，只需要採集代表性的糞便樣品。指示劑同食物一起通過消化道，而且不受消化過程的影響，如不會被吸收掉。營養素的消化率則通過比較營養素和指示劑在飼料及糞便中的水平來獲得。與直接法不同，間接法是在一段時間的連續投餵中收集代表性的糞便，並假定收集的樣品在連續投餵的這段時間內具有代表性。使用間接法時，實驗魚蝦可以養殖在正常的養殖桶內，也可以養殖在為了方便用被動法收集糞便而特殊設計的桶內。與直接法相比，間接法具有一系列的優點。首先，在正常的飼養環境中，魚蝦可以避免大的應激。而且，可以使用一個（重複）桶養殖多條魚（蝦）來代替一條實驗魚（蝦），這對集羣種類來説優勢尤其明顯。最後，間接法對魚蝦的大小沒有嚴格的要求，而且不用強制投餵。

糞便以主動或被動法收集。飼料中營養素的表觀消化率（ADC）通過計算飼料和糞便中指示劑（以氧化鉻為例）的含量來獲得，計算方程：

表觀消化率=1-飼料中Cr₂O₃含量/糞便中Cr₂O₃含量

某一種或一類特定營養素及能量的表觀消化率則如下計算：

表觀消化率=1-飼料中Cr₂O₃含量×糞便中營養素含量/糞便中Cr₂O₃×飼料中營養素含量

間接法的糞便收集可以通過主動或被動兩種方法進行。

主動收集包括人工擠壓、解剖及真空吸取。擠壓法通常是將魚輕微麻醉後，輕輕擠壓腹部，從腸的末端擠出少量糞便。一般來説，要獲得足量的糞便，需要從每個重複桶中選取20-30尾足夠大的魚（100g以上）來實施擠壓。擠壓時不能太用力，以免造成魚體損傷或者將未消化完全的飼料以及體液擠出。解剖法是指將魚殺死後從其腸末端獲取糞便的方法。使用此方法時，將魚冷凍後更易操作。真空吸取法是指將一個小管插入魚的肛門並通過施加一定的真空壓力吸取糞便。當然，所有這三種方法都有可能使收集的糞便中摻雜有未完全消化的物質及魚體內源物質。

被動法收集糞便可以收集魚蝦自然排出的糞便。可以通過對桶中廢水的篩濾收集糞便，也可以將懸浮有糞便的廢水導入低速流水裝置進行沉降，還可以通過虹吸法或者網撈法來收集。一些特殊的養殖桶，如圭爾夫系統及改進的圭爾夫系統，已經被設計出來利用沉降法提高糞便收集效率。這些系統中，通過對水流速度的調整，糞便排出後迅速被衝進一個垂直的沉降柱中，沉降柱中的水流速度非常慢，以保證糞便顆粒可以順利沉降，而廢水可以從柱子頂部緩緩流出。一般地，實驗魚在特定的時間投餵，比如一天中的晚些時候，喂完後，清除桶中沒吃完的飼料，然後收集飼料一個晚上，清晨時取出收集的糞便。還有一種收集糞便的方法是使養殖桶中的廢水流向一個帶收集盒的移動的篩濾系統，使糞便集中到收集盒中。Ogino等發明了一種叫“TUF”的系統，當含有糞便顆粒的廢水流經的時候，糞便顆粒會陷落到一個柱子中從而實現糞便的收集。 在蝦中，主動收集法顯然無法適用。所以， 一般通過虹吸、網撈或者使用改進過的圭爾夫系統來沉澱收集廢水中懸浮的糞便顆粒。一些研究者習慣在每桶中放相對少的蝦數量而在每個飼料設置很多重複桶數並通過長時間投餵來收集足量的糞便（一般需要2g幹物質或濕重30g）。另外一些研究者則傾向於使用相對少的重複但是每個重複桶中放養很多蝦來收集。大多數學者在投餵後的某一固定時間收集糞便，也有一些人在糞便一開始產生就開始收集。糞便接觸水的時間越長，其中水溶性的營養素流失就越嚴重，最後測得的值也越容易比實際值偏大。儘管存在糞便溶失、糞便被重新攝食、蝦之間相互殘食、糞便中混有蝦蜕的殼以及量少等問題，已經發表的蝦對常規飼料原料的消化率跟在魚上測得的值差異不十分大 ^[2]  。

糞便收集方法對錶觀消化率精確性的影響一直是學者們討論的焦點。不同研究間得到的飼料或原料的表觀消化率之間通常很難進行比較，因為即使同一個實驗室裏得到的數據，通常也都會有差異。當然，這也跟不同原料批次間的差異有關。這一點在動物蛋白和魚粉中尤為明顯，雖然在其他原料中也存在這樣的問題。而相反地，不論採用什麼樣的糞便收集方法，不同實驗室純化原料（如酪蛋白）表觀消化率測定結果之間差異卻不大。對飼料或原料的實驗室分析時引入的微小分析誤差也是不同表觀消化率值之間差異產生的原因之一。一些未經驗證的經驗還表明，糞便在海水中的穩定性不如在淡水中強，這也會使在海水中測定的表觀消化率值偏大。在基礎飼料中添加一些粘合成分（如膠糖）會有助於增加糞便在水中的穩定性，從而提高用沉降法收集糞便時的數據精確性。

飼料的蛋白、氨基酸、能量和脂肪的表觀消化率可以通過將其各部分原料的相應營養素的表觀消化率值相加來推算，這種方法假定原料中測定的表觀消化率值不受飼料生產過程的影響。但是，這種估測方法對碳水化合物（粗分類中的無氮浸出物）卻不適用。考慮到更復雜的因素，某一類營養素的表觀消化率會受到其他類型營養素、某種特定營養素及飼料生產條件的影響。脂類物質的消化率甚至還受到水温的影響。這些因素對飼料脂肪、碳水化合物及磷消化率的影響導致了飼料中各部分相應物質表觀消化率值的不可加性。一些新改進的消化率評估模型已充分考慮了脂類中不同類型脂肪及不同來源磷的表觀消化率之間的差異。這些模型有助於利用原料及其組成成分的表觀消化率值對飼料的表觀消化率進行更準確的評估 ^[3]  。