动物营养学报    2019, Vol. 31 Issue (10): 4885-4892    PDF    
应用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系法和尼龙袋法评价麦芽根和南瓜籽饼的营养价值
周爽 , 么恩悦 , 苏阔轩 , 李洋 , 张永根     
东北农业大学动物科学技术学院, 哈尔滨 150030
摘要: 本试验旨在应用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)法和尼龙袋法评定麦芽根和南瓜籽饼2种粮食加工副产物的营养价值,丰富我国非常规饲料资源数据库,为其作为奶牛非常规饲料提供理论支持。采用CNCPS法分析麦芽根和南瓜籽饼的各营养物质的含量及蛋白质和碳水化合物组分;随后以装有永久性瘤胃瘘管的健康荷斯坦奶牛为试验对象,利用尼龙袋法测定这2种副产物的降解特性。结果表明:1)麦芽根和南瓜籽饼营养丰富,且营养水平存在显著差异,麦芽根的干物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、淀粉、非纤维性碳水化合物、非蛋白氮、中性洗涤不溶氮和酸性洗涤不溶氮含量显著高于南瓜籽饼(P < 0.05),而南瓜籽饼的粗蛋白质、粗灰分和粗脂肪含量则显著高于麦芽根(P < 0.05);且南瓜籽饼中各种氨基酸含量也显著高于麦芽根(P < 0.05)。2)麦芽根非蛋白氮含量较高,而南瓜籽饼真蛋白、快速降解蛋白和中速降解蛋白含量显著高于麦芽根(P < 0.05),二者的不可利用氮含量均较低,表明这2种副产物蛋白可利用性均较高。麦芽根碳水化合物含量显著高于南瓜籽饼(P < 0.05),且中速降解碳水化合物含量也显著高于南瓜籽饼(P < 0.05)。3)南瓜籽饼的干物质、粗蛋白质和中性洗涤纤维有效降解率均显著高于麦芽根(P < 0.05)。综上所述,麦芽根和南瓜籽饼均营养丰富,南瓜籽饼是更加优质的反刍动物蛋白质饲料,而麦芽根具有更好的碳水化合物组分。
关键词: 麦芽根    南瓜籽饼    粮食加工副产物    营养价值    
Nutritional Value of Malt Root and Pumpkin Seed Cake Evaluated by Cornell Net Carbohydrate and Protein System and Nylon Bag Technique
ZHOU Shuang , YAO Enyue , SU Kuoxuan , LI Yang , ZHANG Yonggen     
College of Animal Science and technology, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
Abstract: This experiment was conducted to evaluate the nutritional value of malt root and pumpkin seed cake that were two food processing byproducts by using Cornell net carbohydrate and protein system (CNCPS) and nylon bag method, and to enrich China's unconventional feed resources database and to provide theoretical support as a unconventional feed for dairy cows. The contents of various nutrients and protein and carbohydrate components of malt root and pumpkin seed cake were analyzed by CNCPS method. Subsequently, healthy Holstein cows with permanent rumen fistulas were used to determine degradation characteristics by nylon bag method. The results showed as follows:1) malt root and pumpkin seed cake were rich in nutrients and there were significant differences in nutrient levels, the contents of dry matter, neutral detergent fiber, acid detergent fiber, acid detergent lignin, starch, non-fibrous carbohydrate, non-protein nitrogen, neutral detergent insoluble nitrogen and acid detergent insoluble nitrogen of malt root were significantly higher than those of pumpkin seed cake (P < 0.05), while the contents of crude protein, ash and ether extract of pumpkin seed cake were significantly higher than those of malt root (P < 0.05); the contents of various amino acids of pumpkin seed cake were also significantly higher than those of malt root (P < 0.05). 2) The content of non-protein nitrogen of malt root was higher, while the contents of true protein, fast degradable protein and moderately degradable protein of pumpkin seed cake were significantly higher than those of malt root (P < 0.05). Both of them had low nitrogen content, indicating high availability of proteins. The carbohydrate content of malt root was significantly higher than that of pumpkin seed cake (P < 0.05), and the moderately degradable of carbohydrate was also significantly higher than that of pumpkin seed cake (P < 0.01). 3) The effective degradation rates of dry matter, crude protein and neutral detergent fiber of pumpkin seed cake were higher than those of malt root (P < 0.05). In summary, both the malt root and the pumpkin seed cake are nutritious, the pumpkin seed cake is a better quality ruminant protein feed, and the malt root has a better carbohydrate component.
Key words: malt root    pumpkin seed cake    by-product of food processing    nutritional value    

随着畜牧业的发展,人畜争粮问题日益凸显。优质饲料对外依存度大,饲料价格和奶牛生产成本居高不下,严重制约我国奶业发展[1]。因此,深度挖掘并充分利用地方特色奶牛非常规饲料,降低奶牛养殖成本至关重要。我国粮食加工副产物资源丰富,数量巨大。麦芽根是大麦酿酒的副产物之一。据报道,国内年产麦芽超过400万t,其产生的副产物麦芽根达10万t以上[2]。我国是籽用南瓜种植大国,年总产量达30万~50万t,种植面积和产量均居世界第一[3]。南瓜籽饼是物理压榨提取南瓜籽油的副产物,同样数量可观。研究表明,麦芽根粗蛋白质(CP)含量较高(29.2%),可作为蛋白质饲料开发[4]。生产实践表明兔饲料中添加10%~20%的麦芽根可有效降低兔养殖成本且不影响生长性能[5]。麦芽根代替棉籽粕饲喂肉牛提高了肉牛养殖效率,为麦芽根作为反刍动物非常规饲料可行性研究提供依据[6]。此外,Kim等[7]研究发现,南瓜各个部分营养均较丰富,且具有不同程度的抗氧化性。南瓜籽饼中的CP含量高于豆粕,而南瓜籽饼中抗营养因子却低于豆粕,经过合理搭配后具有代替豆粕的潜力[8]。有研究表明,10%、15%的南瓜籽饼替代豆粕不会影响肉羊的肉质[9],且采用南瓜籽饼完全代替豆粕在不影响奶山羊生产性能的前提下,能够改善乳中脂肪酸组成[10]。而作为非常规饲料,麦芽根和南瓜籽饼在营养特性、蛋白质和碳水化合物(CHO)组成以及瘤胃降解特性上都缺乏数据,影响了其在奶牛饲粮配方中的应用,造成饲料资源的浪费。因此,本试验采用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)法和尼龙袋法评定麦芽根和南瓜籽饼的营养价值,旨在丰富我国非常规饲料资源数据库,为其作为奶牛非常规饲料提供理论支持。

1 材料与方法 1.1 试验材料

本试验中麦芽根和南瓜籽饼均来自石家庄青禾饲料有限公司。样品风干粉碎后,过1 mm分析筛,于4 ℃保存备用。

1.2 营养水平分析

参照GB/T 6435—2014[11]的方法测定干物质(DM)含量,参照GB/T 6432—1994[12]的方法测定CP含量,参照GB/T 6433—2006[13]的方法测定粗脂肪(EE)含量,参照GB/T 6438—2007[14]的方法测定粗灰分(Ash)含量;参照Van Soest等[15]的方法测定酸性洗涤木质素(ADL)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤不溶性蛋白质(NDICP)和酸性洗涤不溶性蛋白质(ADICP)的含量;参照Krishnamoorthy等[16]的方法测定可溶性蛋白质(SCP)含量;按照Licitra等[17]的方法测定非蛋白氮(NPN)含量;按照张旭等[18]的方法测定淀粉(Starch)含量;非纤维性碳水化合物(NFC)、CHO含量通过公式计算得出,计算公式如下:

采用L-8900氨基酸全自动分析仪(HITACHI技术有限公司,日本)测定氨基酸含量。

1.3 CNCPS组分分析

在CNCPS体系中,CP被分为非蛋白氮(PA)、真蛋白(PB)、不可利用氮(PC)。PB又根据在瘤胃中的降解速度进一步划分为快速降解蛋白(PB1)、中速降解蛋白(PB2)以及慢速降解蛋白(PB3),PB2在瘤胃内降解量和饲料的相对消化率与流速有关;CHO根据饲料降解速度被划分为快速降解碳水化合物(CA,大部分糖类及小部分有机酸和低聚糖)、中速降解碳水化合物(CB1,淀粉和果胶)、慢速降解碳水化合物(CB2,可降解细胞壁)、不可降解碳水化合物(CC,不可利用细胞壁)[19-20]。参照Sniffen等[21]的方法对饲料蛋白质组分和CHO组分进行计算。计算公式如下:

1.4 瘤胃降解试验 1.4.1 饲养管理

试验选用3头健康、具有永久性瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛,每天饲喂2次(06:00和18:00),自由饮水。试验饲粮组成及营养水平见表 1

表 1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the experimental diet (DM basis)
1.4.2 测定步骤

准确称取7 g样品加入称重后的孔径为50 μm、大小为10 cm×20 cm尼龙袋中并用橡胶皮筋绑紧袋口。在晨饲前(06:00)将所有尼龙袋绑定在先前准备的网袋中,然后放入瘤胃内并将网袋的绳固定在瘤胃瘘管外侧。将装有麦芽根、南瓜籽饼的尼龙袋分别于放置后的2、4、8、12、16、24、36、48 h取出,用冷水冲洗,直至流水澄清为止,每头个体每个时间点设3个重复。冲洗干净的尼龙袋于65 ℃的烘箱中烘至恒重,回潮后称重。取出尼龙袋中的残余物,过1 mm孔筛,于4 ℃保存备用。

1.4.3 测定指标及方法

测定每个时间点样品的DM、CP、NDF含量。测定方法同1.2。

瘤胃降解参数参照Ørskov等[23]提出的瘤胃降解参数计算模型计算。计算公式如下:

式中:p为在t培养时间内的降解率;a为快速可降解部分;b为慢速降解部分;c为b组分的降解速率;t为培养时间点。

有效降解率计算公式如下:

式中:abc同上,Kp为外流速度,Kp=0.06/h[24]

1.5 数据分析

所有数据采用Excel 2013进行基本处理。用SAS 9.2软件中GLM过程进行方差分析,采用Duncan氏法进行多重比较。以P<0.05为差异显著。

2 结果与分析 2.1 营养成分分析

表 2可知,麦芽根和南瓜籽饼的营养价值存在差异,南瓜籽饼的Ash、CP、EE含量分别是麦芽根的0.97、1.10、1.97、16.66倍(P<0.05)。麦芽根的DM、NDF、ADF、ADL、NFC、NPN、NDIP、ADIP含量分别是南瓜籽饼的1.03、2.21、1.87、1.95、9.68、2.29、1.59、4.28倍(P<0.05)。南瓜籽饼和麦芽根间SCP含量差异不显著(P>0.05)。

表 2 麦芽根和南瓜籽饼的营养水平(干物质基础) Table 2 Nutrient levels of malt root and pumpkin seed cake (DM basis)
表 3 麦芽根和南瓜籽饼中的氨基酸含量 Table 3 Amino acids contents of malt root and pumpkin seed cake
表 4 麦芽根和南瓜籽饼CNCPS组分分析 Table 4 CNCPS components analysis of malt root and pumpkin seed cake
表 5 麦芽根和南瓜籽饼的瘤胃降解参数 Table 5 Rumen degradation parameters of malt root and pumpkin seed cake

表 3可知,麦芽根和南瓜籽饼氨基酸含量存在差异(P<0.05)。南瓜籽饼中必需氨基酸和非必需氨基酸含量均显著高于麦芽根(P<0.05)。南瓜籽饼中蛋氨酸、赖氨酸含量分别是麦芽根的1.76、1.24倍(P<0.05)。

2.2 CNCPS组分分析

表 4可知,在蛋白质组分中,麦芽根的PA、PB3和PC含量显著高于南瓜籽饼(P<0.05),而PB、PB1和PB2含量则显著低于南瓜籽饼(P<0.05),其中,南瓜籽饼的PB1和PB2含量是麦芽根的3倍左右;在CHO组分中,2种副产物间CA、CB2、NSC含量均差异不显著(P>0.05),南瓜籽饼CC含量显著高于麦芽根(P<0.05),而CB1和CHO含量均显著高于麦芽根(P<0.05)。

2.3 瘤胃降解特性

表 5可知,南瓜籽饼的DM、CP、NDF有效降解率均显著高于麦芽根(P<0.05)。与麦芽根相比,南瓜籽饼的DM和CP的快速降解部分、慢速降解速率和可降解部分均显著升高(P<0.05),而南瓜籽饼DM的慢速降解部分与麦芽根相比差异不显著(P=0.08),但粗蛋白质的慢速降解部分显著低于麦芽根(P<0.05);南瓜籽饼的NDF的快速降解部分和慢速降解速率均显著高于麦芽根(P<0.05),慢速降解部分显著低于麦芽根(P<0.05),而2种副产物间可降解部分差异不显著(P=0.46)。

3 讨论 3.1 营养成分分析

麦芽根是酿造啤酒过程中的副产物,富含维生素B和许多未知生长因子;南瓜籽饼是南瓜籽物理压榨提油后的副产物,不含各类抗营养因子,是安全的蛋白质资源[25]。本试验中测得麦芽根和南瓜籽饼的ADL含量相对较低,可能是其细胞壁木质化程度较低的缘故;并且麦芽根和南瓜籽饼的NDF、CP以及蛋氨酸、赖氨酸含量均相对较高,具有作为反刍动物优质饲料的潜力。尤其对于南瓜籽饼来说,其蛋氨酸和赖氨酸含量与豆粕接近,从抗营养物质和CP含量角度考虑南瓜籽饼具有替代豆粕的优势和可行性[25]。目前,研究麦芽根和南瓜籽饼作为反刍动物非常规饲料的研究还较少。本试验测定的麦芽根营养成分相较于韩丽等[26]测定的成分,除EE含量较低外,CP、Ash含量基本相近。麦芽根的蛋白酶等酶类含量较高,有助于动物的消化[27]。本试验测定南瓜籽饼的CP含量高达55.31%,优于豆粕等蛋白质饲料,其成分较Pirman等[28]的研究,除EE含量偏高外,CP和Ash含量基本相近。较Zdunczyk等[8]测得的CP含量略低,EE含量略高。这可能是由于压榨工艺不同导致脂肪含量有差异[29]

3.2 CNCPS组分分析

CNCPS是一个较为完善的针对反刍动物饲料蛋白质组分和CHO组分分析的一种较可靠的方法[30]。反刍动物瘤胃微生物可将NPN快速转化为可利用的优质微生物蛋白。本试验中麦芽根的PA含量最高,即麦芽根可降解蛋白部分中NPN含量较高,是反刍动物优质饲料。南瓜籽饼PB含量较高,即南瓜籽饼含氮化合物中PB含量较高,并且其PB2含量高达66.01%,所以南瓜籽饼的消化率和流通率对南瓜籽饼CP的利用效率有较大影响。麦芽根和南瓜籽饼的PC含量均较低,说明这2种粮食加工副产物的蛋白质可利用性较高。此外,麦芽根PA和PB3含量高于南瓜籽饼,而南瓜籽饼PB1、PB2含量均高于麦芽根,故南瓜籽饼的PB含量和在瘤胃内的发酵速度要高于麦芽根;麦芽根CHO含量为64.26%,约是南瓜籽饼的2.80倍。而这2种粮食加工副产物的CA、CB2和NSC含量差异不显著且占比较高,说明这2种副产物的CHO组分在瘤胃中降解速度均较快。综上,在蛋白质组分分析中,PB的含量和可利用性方面评价为南瓜籽饼的营养价值优于麦芽根,但在CHO组分分析中,可利用性方面麦芽根优于南瓜籽饼。

3.3 瘤胃降解特性

尼龙袋法是评价饲料瘤胃降解特性的常用方法。从本试验中可以看出这2种副产物各营养成分的有效降解率均很高,而本试验测得的麦芽根DM、NDF、CP的可降解部分、快速降解部分和有效降解率也与萨其仍贵[31]的研究结果基本相近。饲料DM有效降解率会影响其采食量,从而影响饲料在瘤胃内的利用程度和反刍动物的生产性能[32]。而饲料CP的瘤胃降解特性主要取决于其发酵难易程度和滞留时间。从本试验可知,南瓜籽饼和麦芽根DM和CP有效降解率均较高,可能是由于麦芽根和南瓜籽饼快速降解部分较高的原因[33],有利于奶牛瘤胃快速发酵和降解,从而促进采食。而根据CNCPS组分分析发现,麦芽根和南瓜籽饼中的PB含量较高而不可降解蛋白组分较低,这可能导致了这2种副产物蛋白质易于快速发酵,提高了瘤胃有效降解率。本试验测得的麦芽根和南瓜籽饼的蛋白质有效降解率高于奶牛常用蛋白质饲料(豆粕、菜籽粕、棉籽粕)[34],这也为日后这2种副产物的使用提供了参考。饲料NDF有效降解率是评价反刍动物饲料的一个重要的指标。本试验中的南瓜籽饼NDF有效降解率高达74.17%,这可能与南瓜籽饼纤维的颗粒大小和饲料本身固有特征有关[35]。虽然麦芽根NDF有效降解率略低,但也高于羊草和全株玉米青贮等传统粗饲料,具有很高的利用价值[36]。综合来看,麦芽根和南瓜籽饼在瘤胃中降解效果较好,可作为奶牛蛋白质饲料资源加以开发利用。

4 结论

麦芽根和南瓜籽饼营养丰富,对于反刍动物来说具有较高的可利用蛋白质和纤维含量,具有作为反刍动物优质蛋白质饲料的潜力。

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