应用体外产气法和尼龙袋法评价几种粮食加工副产物的营养价值

高 红，郝小燕，张广宁，王馨影，孙凯晶，刘 岩，张永根

（东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨 150030）

应用体外产气法和尼龙袋法评价几种粮食加工副产物的营养价值

高 红，郝小燕，张广宁，王馨影，孙凯晶，刘 岩，张永根*

（东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨 150030）

本试验旨在应用体外产气法和尼龙袋法评价4种粮食加工副产物玉米纤维饲料、大豆皮、甜菜粕和豆渣的营养价值。从东北地区不同牧场和加工厂采集了4种副产物，以3头安装有永久性瘤胃瘘管的健康荷斯坦奶牛作为瘤胃液供体动物，研究不同副产物的瘤胃发酵特性和降解特性。结果表明：（1）甜菜粕体外发酵48 h的总产气量最高，较大豆皮、玉米纤维饲料和豆渣分别提高3.0%、18.7%和23.5%（P＜0.05）；玉米纤维饲料体外发酵48 h的乙酸含量最高，其余依次为大豆皮、甜菜粕和豆渣，其中甜菜粕和豆渣的乙酸含量差异不显著（P＞0.05）；玉米纤维饲料体外发酵48 h的丙酸含量最高，其余依次为大豆皮、豆渣和甜菜粕；体外发酵48 h的NH3-N浓度由高到低依次为豆渣、甜菜粕、玉米纤维饲料和大豆皮，豆渣较其他几种副产物分别提高25.9%、75.2%和99.8%（P＜0.05）。（2）豆渣的干物质有效降解率（EDDM）最高，其余依次为玉米纤维饲料、甜菜粕和大豆皮，豆渣的EDDM高于大豆皮48.4%（P＜0.05）；豆渣的中性洗涤纤维有效降解率（EDNDF）最高，分别较甜菜粕、玉米纤维饲料和大豆皮提高43.1%、46.8%和78.7%（P＜0.05）；粗蛋白质有效降解率（EDCP）由高到低依次为甜菜粕、大豆皮、玉米纤维饲料和豆渣。研究结果表明，几种副产物均具有丰富的营养成分。豆渣可以作为奶牛的蛋白源饲料，玉米纤维饲料在提供能量方面具有优势，甜菜粕的消化性能最好。

粮食加工副产物；瘤胃发酵；瘤胃降解

我国的粮食加工副产品种类多，分布广，产量大，但由于大多数粮食加工副产物利用率很低，直接造成了资源的浪费，甚至导致环境的污染。因此，全面的评价粮食加工副产物的营养价值，可为其应用提供可靠的科学依据。

粮食加工副产物如大豆皮的粗纤维含量较高，而木质素含量较低，使得大豆皮可以作为反刍动物很好的粗饲料（侯炳刚等，2009）。玉米纤维饲料的粗蛋白质和纤维含量几乎是玉米的3倍（Firkins等，1991）。已有研究表明，非常规饲料用于反刍动物、水产动物等，可至少节约将近50%的粮食饲料（孙国栋等，2011；林祥金，2009）。因此，全面评价其营养价值具有重要的意义。体外产气法和尼龙袋法是反刍动物饲料营养价值评定的常用方法。体外产气法是Menke等（1988）建立的，成功预测了发酵底物的营养价值。它是一种基于饲料样品在体外用瘤胃液发酵所产生气体的比率来估计有机物消化率的体外模拟技术，因其具有准确性高、重复性好、可批量测定等优点，已经得到广泛的应用。但是毕竟作为一种体外模拟技术，试验环境有别于动物实际生理状况，产气量不能直接衡量饲料之间降解程度。尼龙袋法是目前我国用来评定饲料瘤胃降解率最常用的方法，能够较真实的反映饲料在瘤胃中的降解速度和程度。因其花费较少，并且不需要复杂的分析技术，能直接为实际生产提供可用的参数，已经取代了费时费力的体内法。本试验应用体外产气法和尼龙袋法从瘤胃发酵特性和瘤胃降解特性综合分析比较了玉米纤维饲料、大豆皮、甜菜粕和豆渣的营养价值，旨在为其在奶牛生产中科学、合理应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 4种粮食加工副产物包括玉米纤维饲料（DCGF）、大豆皮（SH）、甜菜粕（SBP）和豆渣（BR），共8个样本分别来自吉林省松原市嘉吉生化公司、英联饲料公司、齐齐哈尔市克东飞鹤牧场、九三豆制品厂和哈尔滨市华森畜牧科技有限公司。样品经风干、粉碎后，分别过1、2 mm分析筛，然后放入自封袋中4℃保存备用，分别用于常规营养成分分析、体外产气试验和尼龙袋试验。

1.2 营养成分分析 干物质 （DM）、粗蛋白质（CP）、粗脂肪（Fat）、粗灰分（Ash）的测定按照张丽英（2003）的方法测定；酸性洗涤纤维（ADF）和中性洗涤纤维（NDF）的测定按照Van Soest（1993）的方法测定。

1.3 体外产气发酵试验

1.3.1 试验动物及饲养管理 试验选用3只体况良好、体重（550±25）kg安装有永久性瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛。日粮精粗比为45∶55，每日饲喂两次（6∶00和18∶00），自由饮水。日粮组成及营养水平见表1。

表1 基础日粮配方及营养水平（风干基础）

1.3.2 试验步骤 于晨饲后2 h分别在奶牛瘤胃的不同位点采集瘤胃液。将采集后的瘤胃液装入39℃预热并事先通入二氧化碳 （CO2）的保温瓶内，采集的瘤胃液充分混合后用4层纱布过滤。按照卢德勋等（1990）的方法将瘤胃液和人工瘤胃培养液按照1∶2的比例混合，人工瘤胃培养液按照Menke等（1988）的方法配制。配置好的培养液持续通入CO2并保持39℃水浴。分别称取200 mg（干物质）饲料样品置于100 mL培养瓶底部，每个培养瓶准确抽取30 mL的培养液，用夹子将注射器下端的橡胶排气口密封。将培养瓶置于水浴温度和振荡速率均可调的水浴摇床上 （HZS-H型），每个样品每个时间点设置3个重复，共设置3个空白（只装有培养液）。

1.3.3 测定指标及方法 记录2、4、8、12、16、24、36、48 h培养瓶的刻度，并采集以上各时间点的培养液。立即测定pH，取10 mL于-20℃冷冻保存，用于氨态氮（NH3-N）含量的测定，另外准确取4 mL的培养液和1 mL 25%偏磷酸混合于10 mL离心管中，于-20℃冷冻保存，用于挥发性脂肪酸（VFA）含量的测定。

产气量的测定参照Menke等（1988）的方法，计算公式为：

式中：Gpt为样品在t时刻的产气量，mL；Vt为样品发酵t小时后，培养管理刻度；V0为样品在开始培养时，空白培养管刻度读数；W为样品干物质重量，mg。

VFA含量采用气相色谱仪（GC-2010，日本）测定（Erwin等，1961）；NH3-N的测定参照冯宗慈等（1993）比色法；各时间点发酵终止后，立即用sartorius PB-10型酸度计测定pH值。

1.4 瘤胃降解试验

1.4.1 试验步骤 参照Yu等（2014）的方法，准确称取7 g样品装入已称重的尼龙袋内（规格10 cm× 20 cm，孔径40微米），用橡皮筋扎紧袋口。试验选用3头牛，每个时间点同一瘘管牛设3个重复尼龙袋。在晨饲前（06∶00）将所有尼龙袋固定在网兜中并同时放入瘤胃内，将网兜的绳固定在瘘管外部。分别于放置后的4、8、12、16、24、36、48、72 h取出对应的尼龙袋，用冷水冲洗，直至流水澄清为止。冲洗干净的尼龙袋于65℃的烘箱中烘至恒重，取出尼龙袋中的残余物磨碎，过1 mm孔筛，放入自封袋中于4℃下保存备用。

1.4.2 测定指标及方法 测定各个时间点的干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）含量，参照张丽英（2003）方法测定。

待测样品成分某时间点降解率/%=[（降解前袋内含量-降解后袋内含量）/降解前袋内含量]×100。

瘤胃降解参数参照Φrskov等（1979）提出的瘤胃降解参数计算模型计算。计算公式为：

y=a+b（1-e-ct）；

式中：y为在t培养时间蛋白质降解率，a为快速可降解部分，b为潜在可降解部分，c为b组分的降解速率，t为培养时间点。

有效降解率：ED=a+b[c/（c+Kp）]；

式中：a，b，c同上，Kp为外流速度，Kp=0.046/h。

1.5 数据处理 所有数据采用Excel进行基本处理。用SAS 9.1版软件进行方差分析，均值多重比较采用Duncan’s法。

2 结果与分析

2.1 不同副产物的常规营养成分 由表2可见，4种副产物的常规营养成分存在很大差异。玉米纤维饲料的DM含量最高（942.2 g/kg），较大豆皮和甜菜粕分别提高3.5%和5.2%（P＜0.05）；甜菜粕的EE含量最低 （4.8 g/kg DM），大豆皮的EE含量最高（50.0 g/kg DM）；豆渣的CP含量最高 （231.2 g/kg DM），较甜菜粕提高78.5%（P＜0.05）；大豆皮的NDF含量较豆渣高66.7%（P＜0.05）。

表2 不同副产物的营养成分

2.2 不同副产物的体外发酵参数

2.2.1 不同副产物的体外产气量及产气参数 由表3可见，不同副产物各个时间点的产气量有很大差异。随着培养时间的增加，不同副产物体外发酵累计产气量呈递增趋势。2 h时玉米纤维饲料的产气量最高，较其他几种副产物分别提高23.7%、29.8%和22.6%（P＜0.05），其他几种副产物的产气量之间差异不显著（P＞0.05）；甜菜粕除2 h外，其他时间点的产气量都最高。几种副产物的产气速度与产气延滞期差异均不显著（P＞0.05）；甜菜粕最大产气量较玉米纤维饲料、大豆皮和豆渣分别提高76.3%、86.6%和26.2%（P＜0.05）。

表3 不同副产物的体外产气量及产气参数mL/g

2.2.2 不同副产物的体外发酵pH值 由表4可见，pH值的变化总体呈现随发酵时间延长而降低的趋势。在4、8、12 h时，甜菜粕的pH值均最低；在24 h时，豆渣的pH值最高，较玉米纤维饲料高0.7%（P＜0.05），甜菜粕的pH值最低，与大豆皮差异不显著（P＞0.05）；48 h时，几种副产物的pH值差异显著（P＜0.05），豆渣较玉米纤维饲料、大豆皮和甜菜粕的高0.5%、2%和1.6%。

2.2.3 不同副产物的体外发酵VFA含量 由表5可以看出，不同副产物VFA含量有很大差异。玉米纤维饲料的乙酸和丙酸含量都是最高的，乙酸含量较豆渣高56.9%（P＜0.05），而丙酸含量与大豆皮和豆渣差异不显著（P＞0.05）；大豆皮的丁酸含量较甜菜粕高24.3%（P＜0.05），与玉米纤维饲料和豆渣的丁酸含量差异不显著（P＞0.05）；甜菜粕的乙/丙值最高，但几种副产物的乙/丙值差异不显著（P＞0.05）。

表4 不同副产物的体外发酵pH值

表5 不同副产物体外发酵48 h VFA的含量mmol/L

2.2.4 不同副产物的体外发酵NH3-N含量 由表6可知，不同副产物NH3-N的浓度有很大差异。随着培养时间的增加，NH3-N的浓度呈逐渐上升趋势。在2 h时，玉米纤维饲料NH3-N的浓度最高；在48 h时，豆渣NH3-N的浓度较大豆皮高99.7%（P＜0.05）。

表6不同副产物的体外发酵NH3-N含量mg/100 mL

2.3 不同副产物瘤胃降解特性的研究 如表7所示，玉米纤维饲料DM快速降解部分a值最高（24.44%），大豆皮最低 （2.55%），较大豆皮高21.89%（P＜0.05）；大豆皮DM慢速降解部分b值最高。豆渣的NDF快速降解部分a值最高（10.23%），较玉米纤维饲料高8.86%（P＜0.05）；甜菜粕NDF慢速降解部分b值显著高于其他几种副产物，分别较玉米纤维饲料、大豆皮和豆渣高14.3%、12.4%和7.4%（P＜0.05），玉米纤维饲料NDF慢速降解部分b值最低（83.60%）。玉米纤维饲料CP快速降解部分a值最高，甜菜粕最低；甜菜粕CP慢速降解部分b值最高。豆渣的EDDM和EDNDF均最高，大豆皮均最低；甜菜粕的EDCP最高，较豆渣高34.2%（P＜0.05）。

表7 不同副产物瘤胃降解特性%

3 讨论

3.1 不同副产物常规营养成分 本试验测定了几种副产物的常规营养成分。大豆皮的营养成分含量与石风华等（2014）测定的结果相比，除EE含量略高外，其他成分含量基本相近。大豆皮的NDF含量较高，能有效的促进奶牛瘤胃健康。目前，玉米纤维饲料在国内的研究较少，本试验中玉米纤维饲料的营养成分含量与潘春芳等（2012）研究的湿玉米纤维饲料（WCGF）的营养成分相比，除DM、ADF含量略高外，其他成分含量基本相近。豆渣营养成分含量与穆会杰等（2013）的研究结果相比，CP含量略高，EE含量略低，其他成分含量基本接近。

3.2 不同副产物体外发酵特性的研究

3.2.1 不同副产物对体外产气量及产气参数的影响 饲料在发酵过程中会产生气体，体外产气法即利用饲料底物在产气装置中分解、代谢产生的气体引起反应空间体积或压力的变化，通过定量这种变化来定量发酵产生气体量和产气速率，从而实现对饲料营养价值的评定。产气的来源主要是瘤胃微生物消耗碳水化合物和其他营养物质产生的甲烷、氢气、二氧化碳等。在一定时间内，累计产气量的多少可以反映出被瘤胃微生物利用的程度，同时也可以反映出底物营养价值的高低。本试验以玉米纤维饲料、大豆皮、甜菜粕和豆渣为发酵底物，48 h总产气量甜菜粕＞大豆皮＞玉米纤维饲料＞豆渣，结合几种副产物的常规营养成分分析，符合汤少勋等（2006）指出的体外发酵累计总产气量与ADF、NDF含量呈负相关的结论。豆渣的CP含量最高，其48h累计产气量最低，这可能是由于豆渣的CP大部分是可溶性快速降解蛋白，而可溶性碳水化合物含量相应较低（Wolin等，1960）。产气延滞时间（Lag）是指底物被瘤胃微生物作用后开始产气的时间。汤少勋等（2006）也指出发酵底物中纤维含量较高其体外发酵将滞后即产气延滞期增长。大豆皮的NDF含量较高，因此其Lag值较大。甜菜粕的总产气量最大，且其Lag值最小，说明其消化性最好。但产气量并不能直接衡量饲料之间的降解程度，还需要结合DM消失率、NDF降解率等指标综合评定其营养价值。

3.2.2 不同副产物对体外发酵pH值和VFA含量的影响 体外产气发酵液的pH值指的是样品发酵影响下的瘤胃环境总酸度的变化情况，可以反映瘤胃微生物、代谢产物有机酸产生、吸收、排除及中和的状况。正常瘤胃液的pH值在5.5~ 7.5，最适宜范围为6.6~7.0。体外发酵瘤胃液pH值主要受瘤胃内VFA以及其他有机酸等的影响（刘春龙等，2011）。本试验中，不同副产物各个时间点的pH值均为6.6~7.0，说明体外培养液的环境稳定，适宜瘤胃微生物的生长。

反刍动物瘤胃微生物可以对碳水化合物进行有效的发酵并产生VFA，给反刍动物提供所需要的能量。VFA主要包括乙酸、丙酸和丁酸。乙酸在反刍动物体内主要用于合成乳脂，丙酸主要用于合成体脂和乳糖，乙酸和丙酸的比例可以反映能量利用的情况。正常情况下，乙酸与丙酸的比例应大于2.2∶1。本试验中，几种副产物体外发酵的乙酸/丙酸的值都符合正常的范围。试验结果表明，玉米纤维饲料的乙酸与丙酸含量均最高，说明比其他几种副产物提供能量方面更有优势。玉米纤维饲料NDF含量最高，ADF含量最低，说明其纤维的可发酵性好，所以产酸量多。

3.2.3 不同副产物对体外发酵NH3-N含量的影响瘤胃液中的NH3-N是瘤胃氮代谢过程中的重要产物，也是合成瘤胃微生物蛋白的主要氮源。NH3-N浓度变化反映了瘤胃微生物对日粮中氮的降解速度和瘤胃微生物对NH3-N的利用速度之间的平衡关系（李炯明，2007）。瘤胃中NH3-N的浓度过高或过低都不利于微生物的生长，Murphy等 （1987）的研究表明，微生物发酵的最佳NH3-N浓度为6.3~ 27.5 mg/100 mL。本试验结果表明，豆渣发酵36 h 后NH3-N的浓度超出了最佳浓度。张吉鹍等（2012）指出发酵底物中蛋白质的含量及特性会影响体外发酵体系中NH3-N的浓度。结合豆渣常规营养成分分析，豆渣的CP含量最高，豆渣发酵48 h NH3-N的浓度最高，本试验结果与其他研究结果基本一致。豆渣CP含量高也可能与豆渣发酵36 h后NH3-N的浓度超出最佳浓度有关。

3.3 不同副产物瘤胃降解特性的研究 DM降解率是影响奶牛干物质采食量的重要因素，在一定时间内，奶牛的干物质采食量与DM降解率成正比（夏科，2012）。不同副产物的DM在瘤胃中的降解率随着时间的延长而增加，但增加的幅度不同。本试验结果表明，豆渣的DM瘤胃降解率最高，即豆渣的EDDM的值最高。玉米纤维饲料的aDM值即快速降解部分显著高于其他几种副产物，原因可能是玉米纤维饲料的淀粉含量比较高，石风华（2014）指出淀粉含量与DM的快速降解部分aDM值呈正相关。玉米纤维饲料是生产玉米淀粉的副产物，因此其淀粉含量高于其他几种副产物（高红等，2016）。

饲料在瘤胃中培养时间的长短，影响着CP降解率。从试验结果可以看出，几种副产物的CP降解率随着培养时间的延长而增加。CP在瘤胃中降解先降解可溶部分，包括NPN（石风华，2014）。玉米纤维饲料的aCP值即快速降解部分显著高于其他几种副产物，这可能是由于玉米纤维饲料中的NPN含量比较高。（a+b）CP代表了CP在瘤胃中可降解部分的值，几种副产物的（a+b）CP值为玉米纤维饲料＞甜菜粕＞大豆皮＞豆渣。玉米纤维饲料的（a+b）CP最高，表明了玉米纤维饲料中可降解的蛋白质高于其他几种产物。甜菜粕的CP瘤胃降解率最高，即EDCP值最高。甜菜粕的EDCP值比玉米纤维饲料高，原因可能是甜菜粕的慢速部分降解速率即cCP值比玉米纤维饲料的cCP值小。

NDF的瘤胃降解率是评价粗饲料营养价值的一个重要指标。NDF包括纤维素、半纤维素和木质素等，木质素在瘤胃内完全不被微生物利用，所以NDF的组成会影响NDF的瘤胃降解率 （张丽英，2003）。从试验结果可以看出，豆渣的NDF在瘤胃中可降解的部分 （a+b）NDF的值最高，其NDF的瘤胃降解率即EDNDF值最高，而大豆皮的EDNDF值最低。从常规营养成分来看，豆渣的NDF含量最低，大豆皮的NDF含量最高。与王丽娟等（2012）研究的安达羊草本身NDF含量较高，其NDF的降解率较低的结论一致。

3.4 体外产气参数与瘤胃动态降解关系的研究体外产气参数可以间接反映饲料在瘤胃中的消化情况。体外发酵试验中，c值代表了产气速度。豆渣体外发酵具有较大的c值，与其在体内降解试验中DM的a值即快速降解部分比例相一致，与杜晋平等（2013）的结论一致。Cone（1999）研究表明，快速降解部分a值与CP含量呈正相关。但本研究中a值与CP含量之间并没有明显趋势，可能是因为CP含量最高的豆渣其纤维含量最低。a+b的值代表饲料中可发酵的物质。几种副产物中豆渣的（a+b）DM较高，但因其CP含量高，导致其48 h最大产气量低于其他几种副产物；甜菜粕的（a+b）DM较低，但因其纤维含量及纤维降解率较高，因此甜菜粕的产气量也较高。体内降解试验中的c值是代表慢速降解部分b的降解速率，与体外发酵试验中的延滞期Lag值比较发现，玉米纤维饲料的cNDF最小，其延滞期也较小。饲料中的碳水化合物是发酵产生气体的主要来源，而CP、EE等对其贡献较少。

4 结论

本试验结果表明，几种副产物均含有较丰富的营养成分，作为新型的饲料资源具有良好的开发应用前景。豆渣的CP含量与CP的有效降解率均优于其他3种副产物，可以作为蛋白源饲料供反刍动物利用。玉米纤维饲料在提供能量方面更具优势。甜菜粕的产气量及NDF的有效降解率最优，表明其可消化纤维含量高，具有较好的消化性能。

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This study was conducted to evaluate the nutrition values of different alternative feed sources by in situ Nylon bag and in vitro gas production technique.Dry corn gluten feed（DCGF），soy hulls（SH），sugar beet pulp（SBP）and bear residue（BR）in northeast China were selected as samples to determine nutrient composition，and 3 dairy cows fitted permanent rumen fistual were chosen，to study ruminal degradation in situ and fermention gas production characteristics in vitro.The results showed as follows：（1）After 48 h in vitro fermentation，the contents of gas production of SBP were increased by 3.0%，18.7%and 23.5%compare with SH，DCGF and BR（P＜0.05）；After 48 h in vitro fermentation，the contents of acetate from high to low in turn were DCGF，SH，SBP and BR，the contents of acetate in SBP and BR were no significant difference（P＞0.05）.After 48 h in vitro fermentation，the contents of propionate from high to low in turn were DCGF，SH，BR and SBP；after 48 h in vitro fermentation，the contents of NH3-N of BR were increased by 25.9%，75.2% and 99.8%compare with SBP，DCGF and SH（P＜0.05）.（2）The effective degradability of dry matter（EDDM）from high to low in turn were BR，DCGF，SBP and SH，the EDDMof BR was increased by 48.4%compare with SH（P＜0.05）；the effective degradability of neutral detergent fiber（EDNDF）of BR were inereased by 43.1%，46.8%and 78.7%compare with SBP，DCGF and SH（P＜0.05）；The effective degradability of crude protein （EDCP）from high to low in turn were SBP，SH，DCGF and BR.The results indicate that different alternative feed sources are rich in nutritional value.BR can be used in dairy cattle ration as a protein feed.DCGF has an advantage in providing energy.SBP has a better digestion.

alternative feed sources；rumen fermentation；rumen degradation

S816.15

A

1004-3314（2017）07-0014-06

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20170703

国家奶牛产业体系（CARS-37）

*通讯作者