近年来我国玉米深加工业发展迅速，玉米在国内的主要去向之一便是玉米深加工，用于生产酒精、淀粉等。玉米深加工过程中约伴随产生30%的副产物，主要有玉米蛋白粉、玉米纤维饲料、胚芽饼(粕)、酒精糟等。这些副产物含有丰富的营养成分，是畜禽良好的饲料资源[1]。
湿磨法生产玉米淀粉的加工流程大致可以分为“浸泡、磨碎、分离”3个基本的生产阶段。玉米的浸泡是指将净化后的玉米浸泡在浓度为0.2%亚硫酸水溶液中，浸泡温度为50 ℃左右，连续浸泡60~70 h[2]。浸泡的主要目的是软化玉米，降低玉米的机械强度以便磨碎；其次是破坏玉米胚乳细胞中的蛋白质结构以释放出游离淀粉，便于分离淀粉。完成浸泡后的浸泡液为也称稀玉米浆，其干物质(DM)含量为7%~9%，pH为3.9~4.1。稀玉米浆经过三效降膜式蒸发系统，浓缩成DM含量为40%左右的浓缩玉米浆以备用[2]。浸泡后的玉米水分含量在45%左右，经过3次磨碎后将胚芽、淀粉、种皮等分离，淀粉乳经沉淀、洗涤、脱纤维、干燥等步骤生产出淀粉产品。胚芽经过洗涤、脱水、干燥等工序后用于生产玉米油和玉米胚芽粕。而分离得到的玉米纤维(玉米种皮、胚芽根、根帽)经过逆流洗涤后脱水，DM含量在40%左右[3]。玉米纤维按照一定比例[与成品粗蛋白质(crude protein，CP)含量有关]与浓缩玉米浆混合，经过大型搅拌机充分混匀后，制成的DM含量40%左右的湿玉米纤维饲料(wet corn gluten feed, WCGF)来直接用作动物饲料，或者将WCGF经过管束式干燥机干燥至水分含量12%左右，即制成干玉米纤维饲料(dry corn gluten feed, DCGF)[4]。在国外，大部分玉米纤维饲料以WCGF的形式被牧场利用，并获得良好的饲养效果[5-6]。但是，因受到贮存和运输条件的限制，国内很多生产厂家多以DCGF形式生产。
不同加工工艺可能会影响饲料营养价值，目前有关WCGF和DCGF营养价值的比较还缺乏研究。因此，本试验从营养成分含量、瘤胃降解特性、代谢蛋白质和氨基酸供给量方面对比WCGF和DCGF营养价值的差异，探究加热烘干对玉米纤维饲料营养价值的影响，为科学、合理利用玉米纤维饲料提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验动物与试验材料选取3头体重600 kg左右健康并装有永久性瘤胃瘘管的干奶期荷斯坦奶牛为试验动物。DCGF和WCGF采自吉林省松原市嘉吉生化有限公司和飞鹤原生态牧场的各2个批次，每种饲料4个样品，其中WCGF于65 ℃烘干48 h，风干样粉碎过1 mm筛备用。
1.2 基础饲粮与饲养管理试验牛的基础饲粮参照NRC(2001)[7]奶牛营养需要配制，其组成及营养水平见表 1。每天饲喂2次(06:00和18:00)，自由饮水。
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表 1 基础饲粮组成及营养水平 Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet |
DCGF和WCGF的DM、粗灰分(ash)、CP、粗脂肪(ether extract，EE)等常规营养成分含量参照AOAC(1997)[9]中的方法测定；淀粉含量参照张旭等[10]的酶法测定，试剂盒购自上海荣盛生物制药公司；中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、酸性洗涤木质素(acid detergent lignin，ADL)、中性洗涤不溶粗蛋白质(neutral detergent insoluble crude protein，NDICP)和酸性洗涤不溶粗蛋白质(acid detergent insoluble crude protein，ADICP)的含量按照Van Soest等[11]方法测定；非蛋白氮(non-protein nitrogen，NPN)和可溶性蛋白质(soluble protein，SP)含量参照康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)方法测定[12]。每个样品每个指标重复测定3次。
1.3.2 尼龙袋法测定瘤胃降解率尼龙袋法的操作参照Nuez-Ortín等[13]介绍的步骤。称取7 g(精确到0.000 1 g)装入面积为10 cm×20 cm、孔径为50 μm的尼龙袋中，样品重尼龙袋表面的比率为17.5 mg/cm2。尼龙袋置于3头试验牛瘤胃中分别培养0、4、8、12、24、36、48、72 h后取出，取出的尼龙袋立即用冷自来水冲洗以去除尼龙袋表面的食糜及残渣，终止微生物的发酵活动。继续用冷自来水清洗至水清、无味后不甩干，于65 ℃烘干48 h，将袋中样品粉碎待测营养成分含量。0~12 h每个时间点设3个平行尼龙袋，16~48 h每个时间点设4个平行尼龙袋，瘤胃内尼龙袋不超过30个。参照Ørskow等[14]的非线性模型计算瘤胃动态降解参数：
P=100×(降解前样品中营养成分含量-降解后样品中营养成分含量)/降解前样品中营养成分含量；
P=a+b[1-exp(-ct)]。
式中：P为各时间点营养物质降解率(%)；a为快速降解部分(可溶性部分)含量(%)；b为慢速降解部分含量(%)；c为慢速降解部分的降解速率(%/h)(c＞0)，a+b为潜在可降解部分(%)。
有效降解率计算公式如下：
ED=a+bc/(c+Kp)[13]。
式中：ED为有效降解率(%)；Kp为饲料在瘤胃的外流速率，值取4.6%/h[7]。
1.3.3 三步体外法测定瘤胃非降解蛋白质(rumen undegraded protein，RUP)的小肠消化率采用改进的三步体外法测定RUP的小肠消化率[15-16]。称取在瘤胃培养16 h后尼龙袋内的残渣5 g于50 mL离心管中，加入10 mL胃蛋白酶溶液(Sigma p-7012，Sigma-Aldrich公司，美国)(pH=1.9)，于37 ℃水浴摇床中培养60 min。然后在培养液中加入13.5 mL胰蛋白酶溶液(Sigma p-7545，Sigma-Aldrich公司，美国)和0.5 mL浓度为1 mol/L的NaOH溶液，使培养液pH为7.9。离心管在38 ℃水浴摇床中继续培养24 h，且每隔8 h漩涡振荡1次。培养结束后在培养液中加入3 mL 100%的三氯乙酸(TCA)，漩涡混匀后于10 000×g离心15 min。凯氏定氮法测定培养液CP的含量，培养液中CP的含量与16 h瘤胃降解残渣中CP含量的比例即为RUP的小肠消化率。
IDP=RUP×dIDP；
TDP=IDP+RDP。
式中：IDP为小肠可消化蛋白质；dIDP为RUP的小肠消化率(%)；TDP为总可消化蛋白质；RDP为瘤胃可降解蛋白质。
1.3.4 NRC模型预测代谢蛋白质供给量使用NRC(2001)[7]中的模型来估测2种饲料的潜在营养物质供给量，包括总可消化养分、微生物蛋白质、小肠可吸收微生物蛋白质、小肠可吸收RUP、内源真蛋白质、小肠可吸收内源真蛋白质、代谢蛋白质。根据NRC模型，饲料营养物质供给量公式[7]如下：
TDN=dNFC+dCP+(dFA×2.25) +dNDF-7；
MCP=0.13×TDN；
AMCP=0.80×0.80×MCP；
ARUP=RUP×dIDP；
ECP=6.25×1.9×DM；
AECP=0.50×0.80×ECP；
MP=ARUP+AMCP+AECP。
式中：TDN为总可消化养分(g/kg DM)；dNFC为可消化非纤维性碳水化合物(NFC)(%)；dCP为可消化CP(%)；dFA为可消化脂肪酸(FA)(%)；dNDF为可消化NDF(%)；MCP为微生物蛋白质(g/kg DM)；AMCP为小肠可吸收微生物蛋白质(g/kg DM)；ARUP为小肠可吸收RUP(g/kg DM)；ECP为内源真蛋白质(g/kg DM)；AECP为小肠可吸收内源真蛋白质(g/kg DM)；MP为代谢蛋白质(g/kg DM)。
1.3.5 NRC模型预测氨基酸供给量氨基酸含量采用酸水解法测定[17]，水解液于日立L-8800型全自动氨基酸分析仪上测定。检测波长：440和570 nm；柱温：57 ℃；反应柱温度：135 ℃；流速：0.400 mL/min；柱后衍生试剂流速：0.350 mL/min；进样量：20 μL。
依据NRC(2001)[7]的预测模型，计算RUP提供的必需氨基酸含量：
EAAiRUP=CP×RUP×EAAi×0.001；
TEAARUP=∑EAAiRUP。
式中：EAAiRUP为饲料RUP提供的某种必需氨基酸含量(g/kg DM)；EAAi为某种必需氨基酸含量(% CP)；TEAARUP为饲料RUP提供的总必需氨基酸含量(g/kg DM)。
1.4 数据统计分析数据采用SAS 9.2 NLIN程序计算瘤胃动态降解参数，数据采用MIXED模型进行统计分析。
2 结果与分析 2.1 WCGF和DCGF营养成分含量DCGF和WCGF营养成分含量见表 2。2种饲料的粗灰分、EE含量差异不显著(P > 0.05)。在碳水化合物方面，DCGF含有较高水平的NDF含量，显著高于WCGF(P < 0.05，520.9 g/kg vs. 490.8 g/kg DM)，但淀粉、ADF、ADL含量差异不显著(P > 0.05)。在蛋白质成分方面，2种饲料CP含量差异不显著(P > 0.05)，但DCGF的NDICP、ADICP以及NPN含量均显著高于WCGF(P < 0.05)。
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表 2 DCGF和WCGF营养成分含量 Table 2 Nutrient contents of DCGF and WCGF (n=4) |
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表 5 DCGF和WCGF蛋白质小肠消化特性的比较 Table 5 Comparison of intestinal digestion characteristic of protein of DCGF and WCGF (n=4) |
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表 6 NRC模型预测DCGF和WCGF代谢蛋白质供给量 Table 6 Supplemental amount of metabolizable protein of DCGF and WCGF predicted NRC model (n=4) |
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表 7 DCGF和WCGF必需氨基酸营养价值 Table 7 The nutritional value of EAA for DCGF and WCGF (n=4) |
DCGF和WCGF在瘤胃不同时间点的DM、CP及NDF降解率见表 3。随着饲料在瘤胃中降解时间的延长，DM、CP、NDF在瘤胃内降解率都在逐渐增加。DCGF的DM降解率在4、24、48 h时显著低于WCGF(P < 0.05)，其他时间点二者DM降解率差异不显著(P > 0.05)。2种饲料CP降解率在8 h之前差异不显著(P > 0.05)，12 h之后WCGF的CP降解率较高，均显著高于DCGF(P < 0.05)，72 h时WCGF的CP降解率达到91.51%。2种饲料NDF降解率在各时间点差异不显著(P > 0.05)，说明2种饲料NDF在瘤胃中的降解特性相似。
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表 3 DCGF和WCGF在瘤胃不同时间点的DM、CP及NDF降解率 Table 3 DM, CP and NDF degradability of DCGF and WCGF in rumen at different time points (n=4) |
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表 4 DCGF和WCGF的DM、CP、NDF瘤胃动态降解参数 Table 4 Ruminal dynamic degradation parameters of DM, CP and NDF of DCGF and WCGF (n=4) |
应用SAS 9.2软件中的非线性拟合法分析DCGF和WCGF的DM、CP、NDF瘤胃动态降解参数，列入表 4。2种饲料DM快速降解部分含量差异不显著(P > 0.05)，而DCGF的DM慢速降解部分含量显著高于WCGF(P < 0.05)，慢速降解部分的降解速率和有效降解率显著低于WCGF(P < 0.05)。WCGF的CP慢速降解部分和潜在可降解部分含量显著高于DCGF(P < 0.05)，快速降解部分含量差异不显著(P > 0.05)，WCGF的CP有效降解率显著高于DCGF(67.01% CP vs. 64.08% CP，P < 0.05)。2种饲料NDF的各瘤胃降解参数差异均不显著(P > 0.05)。
2.3 DCGF和WCGF蛋白质小肠消化特性的比较DCGF和WCGF蛋白质小肠消化特性的比较见表 5。DCGF的RUP的小肠消化率显著低于WCGF(P < 0.05，65.31% vs. 71.49%)。2种饲料的小肠可消化蛋白质和总可消化蛋白质含量差异不显著(P > 0.05)。
2.4 NRC模型估测DCGF和WCGF代谢蛋白质供给量NRC模型预测DCGF和WCGF代谢蛋白质供给量结果见表 6。2种饲料的总可消化养分含量差异不显著(P > 0.05)，相应地，微生物蛋白质和小肠可吸收微生物蛋白质含量差异也不显著(P > 0.05)。2种饲料的蛋白质在瘤胃中的降解特点不同，DCGF的RUP含量显著高于WCGF(P < 0.05，75.30 g/kg DM vs. 66.80 g/kg DM)；由于RUP的小肠消化率的差异，导致2种饲料小肠可吸收RUP含量差异不显著(P > 0.05)；最终DCGF和WCGF的代谢蛋白质含量差异不显著(P > 0.05)，分别为110.90和108.42 g/kg DM。
2.5 DCGF和WCGF必需氨基酸营养价值DCGF和WCGF必需氨基酸营养价值见表 7。2种饲料必需氨基酸中除异亮氨酸(Ile)、苏氨酸(Thr)和总必需氨基酸(TEAA)外，其余各种饲料必需氨基酸含量差异不显著(P > 0.05)；而RUP提供的必需氨基酸中，DCGF的组氨酸(His)、苯丙氨酸(Phe)、Ile含量显著高于WCGF(P < 0.05)，其余RUP提供的必需氨基酸含量差异均不显著(P > 0.05)，但DCGF的RUP提供的TEAA含量显著高于WCGF(26.33 g/kg DM vs. 24.43 g/kg DM)。DCGF中RUP提供的Lys和Met含量分别为2.72和1.06 g/kg DM，WCGF中分别为2.57和1.01 g/kg DM；2种饲料Lys与Met比值分别为2.56和2.54，说明Lys为第一限制性氨基酸，且氨基酸平衡性较差。
3 讨论 3.1 WCGF和DCGF营养成分含量本试验全面分析比较了WCGF和DCGF的营养成分差异，从常规营养成分上可以看出，2种饲料均含有较高含量的NDF、CP和淀粉，是奶牛良好的纤维和蛋白质来源。其中DCGF的NDF含量显著高于WCGF，ADF、ADL和淀粉含量与WCGF差异不显著，因此在能量方面可能更具有优势。本试验测得WCGF营养成分含量与潘春芳[3]所报道结果相比，除NDICP含量略低外，其他营养成分含量基本接近，但与国外学者报道的DCGF、WCGF营养成分含量存在一定的差异，原因可能是用于加工淀粉的玉米本身在品种和质量上存在差异[18-19]。DCGF的DM、CP、NDF和ADF含量与林谦等[1]研究结果相当，但EE和粗灰分含量较高，可能是不同产地和加工程序所致的差异。本试验中DCGF的NDICP、ADICP含量显著高于WCGF，说明DCGF蛋白质的可降解程度低于WCGF，原因可能是玉米皮喷浆后烘干的过程中热变性蛋白质(美拉德反应的产物)比例增加所造成的[12]。饲料蛋白质的加工方法不同，会造成蛋白质分子内和分子间以及蛋白质与碳水化合物之间的三维立体结构及化学键(如交联键)产生差异[20]。
3.2 WCGF和DCGF的DM、CP及NDF瘤胃降解特性目前有关玉米纤维饲料在瘤胃中的降解规律的研究资料较少，可参照比较的试验数据很有限，本试验中WCGF瘤胃降解特性结果与李洋[21]研究结果相近。饲料在瘤胃中的降解主要取决于其发酵的难易程度和在瘤胃内的滞留时间[22]，过瘤胃速度绝大多数取决于饲料的比重和颗粒大小[23]。颗粒小可与瘤胃充分接触，在瘤胃内可充分发酵，促进饲料在瘤胃内的降解。本试验中，在瘤胃降解的72 h之内，DCGF的DM降解率在4、24和48 h时低于WCGF，其他时间点差异不显著，说明WCGF比DCGF更容易降解。2种饲料DM降解率在起始时(4 h)较高，24 h后趋于平稳，说明其DM主要在24 h之内降解。DCGF的DM慢速降解部分含量高于WCGF，但慢速降解部分的降解速率显著低于WCGF，DM有效降解率显著低于WCGF。WCGF的CP降解快，慢速降解部分含量和慢速降解部分的降解速率显著高于DCGF，原因可能是加热烘干过程中蛋白质变性，导致降解特性改变。NRC(2001)[7]提出加热处理会降低饲料CP的可利用性，因此RUP含量的差异很可能是由于加热处理导致。2种饲料NDF在24 h之内降解率均较慢，24 h之后大量降解，NDF有效降解率差异不显著，说明烘干过程不影响饲料纤维的可利用性。Hristov等[24]报道了WCGF的高比重使其瘤胃滞留时间短，饲粮瘤胃通过率更高。因其提供的纤维是非饲草性短纤维，该纤维比重较大，在瘤胃内滞留时间相对短，因此，Allen等[25]提出了在含有玉米纤维饲料的饲粮中添加适当的苜蓿干草，可以提高饲粮瘤胃滞留时间和饲粮瘤胃NDF降解率。
3.3 DCGF和WCGF蛋白质小肠消化特性RUP和微生物蛋白质进入小肠后，其消化过程与单胃动物相似，在小肠内依靠胰蛋白酶等的水解作用形成游离氨基酸，经小肠上皮细胞吸收，这2者构成总可消化蛋白质。本试验中，DCGF的RUP的小肠消化率显著低于WCGF，可能是DCGF在加工过程中蛋白质结构有所改变，造成与纤维素结合的蛋白质含量的变化，进而影响蛋白质的消化率。较低的蛋白质消化率导致DCGF的小肠可吸收RUP、代谢蛋白质含量与WCGF相近。饲料蛋白质的营养价值取决于代谢蛋白质的含量[15]。
3.4 DCGF和WCGF对真可吸收蛋白质供给量的预测根据NRC模型，饲料总可消化养分由可消化CP、可消化NDF、可消化NFC和可消化FA含量决定，DCGF的NDF含量高于WCGF，而WCGF含有较多的NFC，因此2种饲料总可消化养分含量差异不显著，即在能量供给方面2种饲料的营养价值相近。尽管2种饲料RUP含量不同，但2种饲料RUP的小肠消化率的差异导致2种饲料小肠可吸收RUP含量无显著差异。在NRC模型中，微生物蛋白质含量与饲料的总可消化养分含量呈正相关，本试验中，DCGF的微生物蛋白质含量与WCGF差异不显著。微生物蛋白质中80%为真蛋白质，其在小肠内的吸收率约为80%；瘤胃内源氮(含80%真蛋白质)的含量与饲料DM含量呈正相关，且有50%的内源真蛋白质可到达十二指肠被吸收利用，故WCGF的内源真蛋白质和小肠可吸收内源真蛋白质含量显著低于DCGF。进入小肠的代谢蛋白质由小肠可吸收RUP、小肠可吸收微生物蛋白质、小肠可吸收内源真蛋白质组成，WCGF的代谢蛋白质含量与DCGF无显著差异，故从代谢蛋白质角度来看，二者的营养价值也相近。
3.5 DCGF和WCGF必需氨基酸营养价值由饲料RUP、瘤胃微生物蛋白质和内源真蛋白质所提供的各种氨基酸是体组织和乳蛋白合成必不可少的原料。此外，少量氨基酸也是机体合成其他代谢物所必需的前体物质。本试验中分别测定了DCGF和WCGF的10种必需氨基酸含量，其中WCGF各必需氨基酸含量与潘春芳[3]研究的结果相近，DCGF各必需氨基酸含量与林谦等[1]研究结果相近。由于2种饲料RUP含量差异显著，造成DCGF的RUP提供的TEAA含量显著高于DCGF。研究表明，代谢蛋白质用于蛋白质合成的效率取决于代谢蛋白质中必需氨基酸的比例与动物需要比例的的匹配程度以及代谢蛋白质中TEAA含量[7]。绝大多数研究表明。Lys和Met是奶牛代谢蛋白质中的第一限制性必需氨基酸，但是Met和Lys的限制性顺序取决于二者在RUP中的相对含量[26]。当由玉米或其副产物提供饲粮中大部分或全部RUP时，Lys为奶牛的第一限制性氨基酸[27]。估测饲料可消化氨基酸的供给量，要考虑2个“氨基酸池”，第1个“池”是RUP提供的必需氨基酸含量。第2个“池”为微生物蛋白质和内源真蛋白质的必需氨基酸含量。本试验中只考虑了RUP提供的必需氨基酸含量。由于DCGF的瘤胃CP降解率较低，RUP提供了较多的必需氨基酸，但其RUP的小肠消化率显著低于WCGF，可能会影响必需氨基酸的营养价值。
4 结论① DCGF和WCGF均含有高含量的可利用纤维和可降解蛋白质，可以作为奶牛的纤维、蛋白质源饲料。
② DCGF和WCGF的瘤胃NDF降解率差异不显著，但DCGF的瘤胃CP降解率和RUP的小肠消化率有所降低，影响其蛋白质的营养价值。
③ DCGF和WCGF为奶牛提供的总可消化养分和微生物蛋白质差异不显著，二者在代谢蛋白质供应方面营养价值相近。
④ DCGF的RUP提供的总必需氨基酸含量高于WCGF，但DCGF较低的RUP的小肠消化率可能降低氨基酸的营养价值。
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