大豆荚皮营养成分积累动态分析

刁秀楠 李文帅 高春艳 张永坡王 敏 赵晋忠 杜维俊 岳爱琴

(山西农业大学文理学院1，太谷 030801) (山西农业大学农学院2，太谷 030801)

大豆荚皮作为大豆生产的主要副产品，荚皮和籽粒的比例达到1∶2。由于荚皮中含有蛋白质和纤维素等营养成分，因此有较高的饲用价值，可作为一种粗饲料开发应用[1-2]。张磊[2]研究表明大豆荚皮中粗蛋白含量为12.4%，中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、纤维素、半纤维素和木质素含量分别为51.1%、 37.3%、30.5%、13.8%和6.8%。但大豆荚皮利用率低，多作为农业废弃物进行焚烧，对自然资源造成极大破坏[2-4]。近年来随着畜牧业的迅速发展，对饲料的需求量大幅增加，探求新的饲料资源显得越来越重要[5-6]。Sruamsiri等[7]用大豆荚皮替代部分稻草饲喂奶牛，结果表明奶牛的采食量和4%标准乳产量均有升高。将大豆荚皮作为家畜养殖的饲料，不仅可高效利用大豆荚皮，还可减少焚烧带来的环境污染，具有一定的市场潜力和经济效益。

然而，有关大豆荚皮不同发育时期蛋白质和纤维素等成分积累动态研究较少。因此，本研究通过测定9个大豆材料不同发育时期荚皮中蛋白质、纤维素、半纤维素和木质素的含量，探讨大豆荚皮发育过程中蛋白质、纤维素、半纤维素和木质素的积累动态，为今后大豆荚皮的有效利用，尤其是为大豆荚皮饲料化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

本实验以9个适宜山西种植的大豆材料汾豆56、L-6、晋大74、晋豆19、晋遗30、武黑、中黄13、中黄24、中黄37为供试材料。所有实验材料均由山西农业大学大豆育种室提供。2016年种植9个大豆材料于山西农业大学农作站。开花期对开花同一时间且在同一部位的花进行挂牌标记，分别在开花后25、32、40、50、60、70 d取大豆荚，每个材料每个时期重复3次，每次重复取100个大豆荚。分离荚皮和籽粒，荚皮冷冻干燥后磨碎，过60目筛，置于-20 ℃冰箱保存备用。

1.2 主要仪器

Thermo Heto Power Dry LL3000冻干机：上海汇分电子科技公司；Grinoer GT200震动球磨仪：北京格瑞曼仪器设备有限公司；LWY84B控温式远红外消煮炉：武汉格莱莫检测设备有限公司；SmartChem140全自动间断化学分析仪：法国Alliance公司；FIWE6纤维素测定仪：意大利VELP公司。

1.3 实验方法

1.3.1 蛋白质的测定

取0.300 0 g荚皮粉末于100 mL消煮管中，加入浓硫酸5 mL，摇匀，再加入2 mL H2O2，380 ℃消煮20 min，稍微冷却后重复加入2 mL H2O2，再消煮20 min。如此重复数次，之后每次添加的H2O2逐次减少，消煮至溶液呈无色透亮后，再加热10 min，除去剩余的H2O2。消煮后冷却，样品溶液转移至10 mL离心管中总氮待测。

参照陈建磊等[8]分光光度法，利用SmartChem140全自动间断化学分析仪测定材料的总氮含量，乘以转化系数6.25即为蛋白质含量。

1.3.2 纤维含量的测定

取0.300 0 g荚皮粉末置于FIWE6纤维素测定仪，参照范氏洗涤纤维分析法[9]测定NDF和ADF含量，利用差重法计算出荚皮中纤维素、半纤维素和木质素含量。

1.3.3 相对饲用价值(RFV)的评价

参照美国全国牧草和草地委员会的牧草质量标准，以RFV为基数评价大豆荚皮作为粗饲料的纤维指标。分为特级(>151)、1级(125～151)、2级(101～124)、3级(86～100)、4级(77～85)和一般(<77)6个等级[10]。计算公式如下：

RFV=120/NDF×(88.9-0.779×ADF)/1.29

1.3.4 数据分析

应用Microsoft Excel 2010和GraphPad prism 6.01软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 大豆荚皮蛋白质含量积累动态分析

蛋白质是评价粗饲料最重要的指标，是影响反刍动物采食量的重要因素，其含量越高，粗饲料品质越好[11-12]。

图1 大豆荚皮蛋白质质量分数积累动态分析

供试9个大豆材料，荚皮中蛋白质积累趋势不同(图1)。汾豆56、晋豆19、晋遗30和武黑荚皮中蛋白质质量分数总体呈先增后减的趋势，晋遗30在开花后40 d时质量分数达到最大值，为5.04%，而汾豆56、晋豆19和武黑则在开花后32 d质量分数达到最大值，分别为4.99%、7.40%和8.29%。L-6和晋大74荚皮中蛋白质含量整个发育期呈不断下降的趋势，开花后25 d，蛋白质质量分数最高，分别为7.57%和7.19%。

2.2 大豆荚皮纤维成分含量积累动态分析

采用范氏洗涤纤维分析法对9个大豆材料荚皮纤维素、半纤维素和木质素含量进行测定，结果如图2、图3和图4。

2.2.1 大豆荚皮纤维素含量积累动态分析

纤维素是粗饲料主要营养指标之一。纤维素不仅是草食动物和反刍动物的重要能量来源，而且对于反刍动物瘤胃微生物的发育及瘤胃的功能具有重要意义。

9个大豆材料整个发育时期荚皮中纤维素的积累趋势不同(图2)。晋大74荚皮纤维素含量总体呈先增后减趋势，开花后40 d时含量最高，为26.21%；武黑则呈先减后增趋势，开花后32 d时含量最低。另外7个材料汾豆56、L-6、晋豆19、晋遗30、中黄13、中黄24、中黄37在整个发育时期荚皮纤维素含量不断增加。中黄37在开花后40、50、60、70 d荚皮纤维素含量均显著高于同时期其他材料。

图2 大豆荚皮纤维素质量分数积累动态分析

2.2.2 大豆荚皮半纤维素含量积累动态分析

半纤维素是粗饲料中的主要抗营养成分，含量较高时降低粗饲料消化利用率，最终影响动物健康和生产性能[13-14]。

9个大豆材料整个发育时期荚皮半纤维素含量的积累趋势存在差异(图3)。汾豆56、L-6和晋大74荚皮半纤维素含量呈上升趋势；武黑、中黄24和中黄37荚皮半纤维素含量积累呈先减后增趋势，且中黄37在开花后40、50、60、70 d荚皮半纤维素含量均显著低于同时期其他材料；晋遗30荚皮整个发育时期半纤维素含量处在相对较低水平，呈先升后降趋势。中黄13荚皮半纤维素积累无明显规律，开花后60 d半纤维素质量分数最低，为14.13%，且开花后32 d半纤维素在9个材料积累过程中质量分数最高，为16.79%。

图3 大豆荚皮半纤维素质量分数动态分析

2.2.3 大豆荚皮木质素含量积累动态分析

木质素是粗饲料中最不易消化的成分，阻碍动物机体对纤维素和半纤维素的消化吸收，进而在一定程度上影响着反刍动物对粗饲料的消化利用率[15-16]。

9个大豆材料荚皮发育过程中木质素积累趋势不同(图4)。晋遗30、中黄13、中黄24和中黄37荚皮木质素含量呈先增后减趋势，晋遗30和中黄24开花后40 d木质素含量达到最高，而中黄13和中黄37开花后60天木质素含量达到最大值。中黄37在开花后40、50、60、70 d木质素含量均高于同时期的其他材料。汾豆56、L-6、晋大74、晋豆19、武黑在发育过程中荚皮木质素含量呈不断上升趋势。L-6在开花后40、50、60、70 d木质素含量均低于同时期的其他材料。

图4 大豆荚皮木质素质量分数积累动态分析

2.3 大豆荚皮纤维营养指标评定

NDF和ADF是评定粗饲料纤维营养价值的重要指标[10]。对不同大豆材料荚皮NDF和ADF进行分析，结果如图5和图6。

2.3.1 大豆荚皮NDF含量积累动态分析

粗饲料中NDF含量与反刍动物采食量呈负相关关系，NDF含量越低，采食量越高，粗饲料品质越好[17-19]。

由图5可以看出，晋遗30大豆荚皮 NDF含量呈先增后减变化趋势，开花后40 d质量分数最高，为46.81%。汾豆56、L-6、晋大74、晋豆19、武黑、中黄13、中黄24、中黄37大豆荚皮中 NDF积累趋势是不断上升的趋势，且武黑开花后25、32、40 d时和中黄37开花后50、60、70 d时含量均高于同时期其他材料。

图5 大豆荚皮NDF质量分数积累动态分析

2.3.2 大豆荚皮ADF含量积累动态分析

粗饲料中ADF含量与其消化率呈负相关，ADF含量越低，消化率越高，粗饲料品质越好[20]。

由图6可以看出，汾豆56、L-6、晋大74、晋豆19、晋遗30、武黑、中黄13、中黄24、中黄37大豆材料荚皮中ADF含量积累趋势相似，开花后25 d荚皮ADF含量处在相对较低水平，其中晋大74含量最低，仅为26.47%，随着荚皮的成熟ADF含量不断上升，开花后70 d ADF含量处在最高水平，其中武黑的含量最高，为41.29%。而中黄37荚皮ADF含量前期不断上升，在开花后60 d质量分数达到最高水平，为51.67%，且中黄37开花后40、50、60、70 d荚皮ADF含量均高于同时期的其他材料。

图6 大豆荚皮ADF质量分数积累动态分析

2.3.3 大豆荚皮RFV积累动态分析

RFV是粗饲料的一项重要经济性状，是饲料质量的综合评定指数，其值越高，说明该粗饲料的营养价值越高[10]。

9个供试大豆材料荚皮在发育过程中RFV总体上呈下降趋势(图7)。在豆荚整个发育时期，开花后25 d 9个大豆材料荚皮RFV最高，其中晋大74荚皮的RFV最高，为166.87，而武黑最低，仅118.78。中黄37开花后40、50、60、70 d荚皮RFV均低于同时期的其他材料，开花后60天时最低，仅为78.71。6个大豆材料汾豆56、L-6、晋大74、晋豆19、晋遗30和中黄24不同发育时期荚皮的RFV均大于100。

图7 大豆荚皮RFV积累动态分析

3 讨论

3.1 大豆荚皮蛋白质分析

本研究发现9个大豆材料荚皮蛋白质含量品种间及不同发育时期差异较大。其含量变化范围为0.51%～8.29%。大豆荚皮蛋白质含量发育前期比较高。这与吴彦奇等[21]研究牛鞭草蛋白质含量受生长阶段影响的结果一致。晋大74、武黑、晋遗30、中黄24和中黄37成熟大豆荚皮的蛋白质含量分别为2.37%、2.41%、1.81%、3.14%和3.46%，与木薯干饲料的蛋白质含量相近[5]。

3.2 大豆荚皮纤维分析

本研究结果表明大豆荚皮随着生育期的推移，NDF和ADF含量呈上升的趋势，其变异范围分别为38.07%～57.82%和26.47%～51.67%。这与丁成龙等[22]对黑麦草进行的纤维积累动态研究结果的变化趋势一致。袁翠林等[23]对粗饲料花生蔓中的NDF和ADF质量分数进行了测定，分别为55.67%和49.12%，周泉城等[24]研究表明作为粗饲料的花生壳中的NDF质量分数为80%。由于NDF和ADF在满足动物需求的基础上含量越低，粗饲料品质越好[17-20]，所以从NDF和ADF含量考虑，与花生蔓和花生壳相比大豆荚皮的饲用价值较优。

3.3 大豆荚皮的RFV分析

本研究9个供试大豆材料荚皮RFV在发育过程中呈下降的趋势，其值范围为78.71～166.87。Rohweder等研究表明RFV的值越高，该粗饲料的营养价值越高，当其值大于100时，粗饲料营养价值整体较好[10]。陈艳等[6]对玉米秸秆和稻草的RFV进行了评定，分别为68.59和68.83。本研究发现9个大豆材料、不同发育时期的大豆荚皮RFV最低为78.71，均优于玉米秸秆和稻草。不同大豆材料、不同发育时期大豆荚皮的RFV不同，其中6个大豆材料汾豆56、L-6、晋大74、晋豆19、晋遗30和中黄24不同发育时期荚皮的RFV均大于100，而中黄37大豆荚皮的RFV较低。

4 结论

不同大豆材料、不同发育时期大豆荚皮的蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素、NDF和ADF含量，以及RFV存在较大差异。荚皮发育过程中NDF含量和ADF含量不断上升，而RFV不断下降。6个大豆材料汾豆56、L-6、晋大74、晋豆19、晋遗30和中黄24不同发育时期荚皮的RFV均大于100，可作为粗饲料开发应用。