不同处理玉米秸秆营养成分及其肉鸡表观代谢能评定

王 平，刘梦洁，常 娟，刘超齐，尹清强*，党晓伟，高天增

（1. 河南农业大学牧医工程学院，河南郑州 450002；2. 河南德邻生物制品有限公司，河南新乡 453000； 3. 河南广安生物科技股份有限公司，河南郑州 450001）

随着畜牧业的迅速发展，动物饲料、人类食物和生物燃料之间的竞争日益激烈，研究不同结构碳水化合物（如非淀粉多糖）的消化代谢利用规律及合理加工替代传统的能量原料，是畜牧饲料资源开发的热点之一。

秸秆木质纤维素作为结构碳水化合物是自然界丰富的可再生资源，含有75% 以上的多糖[1]。目前秸秆已被广泛应用于反刍动物饲料中，且效果显著[2-3]。单胃动物尤其是家禽，胃肠道结构简单，对秸秆木质纤维素消化能力较弱，因此木质纤维素应用于单胃动物难度更大。郭红伟[4]报道，爆破- 微生物处理秸秆替代育肥猪饲料中5%～10% 的玉米是可行的。Chang 等[5]利用蒸汽爆破和米曲霉发酵相结合处理秸秆替代肉鸡日粮中4%～8%的玉米对营养代谢率无影响。至今关于玉米秸秆在肉鸡规模化生产中应用的报道不多。本研究根据单胃动物的生理和营养需要，采用物理、化学、酶解和微生物发酵相结合的方法，开发了糖化玉米秸秆（Saccharification Corn Straw，SCS）和酵母发酵玉米秸秆（Yeast Fermented Corn Straw，YFCS），对比分析SCS 和YFCS 营养价值及代谢能值，为玉米秸秆资源在饲料中应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 预处理玉米秸秆 玉米秸秆经粉碎机粉碎后（80%过16 目筛），经40- Ⅰ型饲料膨化机膨化；按液固比13:1 加水，1 000 W、80℃超声波处理30 min；再加入6%（w/w）CaO、2%（w/w）NaOH， 84℃水浴处理6 h；降温至室温加入3%（v/v）双氧水，处理4 h，风干。

1.1.2 SCS 制备 将上述预处理玉米秸秆酶解，液固比为10:1，用盐酸和硫酸调pH 至4.3，加入纤维素酶量32.30 FPU/g（包含木聚糖酶50 U/g），50℃酶解82 h，风干。

1.1.3 YFCS 制备 玉米秸秆预处理和酶解步骤与SCS相同，酶解结束后加入硫酸铵3.06 g/L，产朊假丝酵母2%（v/v），28℃培养48 h，自然风干。

1.1.4 菌种 产朊假丝酵母购自中国科学院微生物研究所，经本实验室对比筛选确定为产菌体蛋白较高的菌种。

1.2 试验设计

1.2.1 直接法测定玉米秸秆代谢能 选用42 日龄体重为（2.6±0.24）kg、健康的AA 商品肉鸡15 只，随机分成3 个处理，每个处理5 只鸡，进行单笼编号饲养。预试期3 d，期间自由采食待测饲料，在进入正试期前饥饿2 d，期间自由饮水。在正式期第1 天08:00，3 个处理组分别强饲15 g 100%未处理玉米秸秆、50 g 100% SCS、50 g 100% YFCS。采用全收粪法，分别于鸡肛门部系集粪袋收集排泄物。强饲结束后，每12 h 准确收集粪样1 次，共收集48 h 内的粪样。粪便收集后立即加入10%的硫酸固氮（每100 g 鲜粪加入10%硫酸10 mL），收集全部排泄物。60～65℃烘干，自然状态下回潮24 h，称重记录每只试验鸡的风干排泄物重，粉碎过40 目筛备用。试验饲粮的表观代谢能计算公式：

表观代谢能（MJ/kg）=（食入饲料总能－排泄物总能）/饲料采食量

1.2.2 差量法[6]测定鸡的代谢能 选用42 日龄体重（2.6±0.24）kg、健康的AA 商品肉鸡25 只，随机分为5 组，每组5 只鸡，进行单笼编号饲养。对照组饲喂基础饲粮，试验组分别在基础日粮中添加4%、8%、12%SCS 和8%YFCS 替代等量玉米。预试期5 d，正试期3 d，每天定时饲喂试验日粮，自由采食和饮水，记录每天采食量。采用全收粪法，在鸡笼下设粪盘，及时拣出皮屑、羽毛和饲料等杂物。每12 h 收集粪样1 次，共收集3 d 粪样。粪样处理同1.2.1。试验饲粮营养水平参照NRC（1994）配制，饲粮的饲料配方和营养成分见表1。

SCS（YFCS）的表观代谢能（MJ/kg）=（饲料的代谢能－玉米的代谢能值×玉米占饲粮比例－豆粕的代谢能值×豆粕占饲粮比例－鱼粉的代谢能值×鱼粉占饲粮比例－豆油的代谢能值×豆油占饲粮比例－麸皮的代谢能值×麸皮占饲粮比例）/ SCS（YFCS）占饲粮比例

表1 饲粮组成及营养成分（风干基础）

1.2.3 SCS 表观代谢能验证 选择1 日龄健康的雌性AA 肉仔鸡250 只，分为前期（1～21 d）和后期（22～42 d）2 个阶段进行饲养。前期250 只鸡，按体重分为5 个处理，每个处理5 个重复，每个重复10 只鸡。后期重新分组，选择250 只体重相同的鸡，分为5 个处理，每个处理5 个重复，每个重复10 只鸡。采用3 层笼养，自由采食和饮水；免疫程序按7、21 日龄免疫新-支二联苗，14、28 日龄免疫法氏囊多价苗。

在饲养试验过程中，收集第17～19 天和37～39 天的排泄物，收集方法同1.2.2，粪样处理同1.2.1。饲粮配方及营养成分见表2。对照组饲喂基础饲粮；SCS 组在饲粮中分别添加4%、8%、12% SCS，代谢能按照差量法计算分别为15.85、15.81、14.38 MJ/kg；8% SCS（高油）组在饲粮中添加8% SCS，代谢能按照直接法计算为4.85 MJ/kg，不足能量添加豆油调整。

表2 饲粮的组成及营养成分（风干基础）

1.3 测定指标及方法 副产物：取10 g 不同处理玉米秸秆加入到100 mL 去离子水中，在室温浸泡搅拌2 h，用滤纸过滤，滤液经10 000 r/min 离心10 min，上清液经0.22 μm 滤膜过滤后，采用色谱仪测定[6]。

还原糖：取处理后玉米秸秆5.000 0 g，加入50 mL蒸馏水，浸泡24 h，滤纸过滤，取滤液测还原糖，采用DNS 法[7]。

木质纤维素：采用Van Soest[8]滤袋法测定中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、酸性洗涤木质素（ADL）。

真蛋白含量[9]：取2 g 待测样品于烧杯中，在搅拌状态下加入50 mL 蒸馏水，并煮沸，依此加入20 mL 10%硫酸铜溶液和2.5%氢氧化钠溶液，混匀，静置1 h，用滤纸过滤，用热水反复冲洗直至滤液无SO42-。将滤纸与残渣在65℃烘干，用凯式定氮法进行测定。

饲料和粪中粗蛋白质、粗脂肪、钙、磷测定分别采用凯氏定氮法、乙醚浸提法、乙二胺四乙酸二钠络合滴定法、钼黄法；总能测定采用全自动氧弹测热计（IKA-C2000，德国IKA 公司）；氨基酸含量测定采用氨基酸自动分析仪（L-8800 型，日立）[9]。

1.4 统计分析 试验数据经Excel 初步整理后，采用SPSS 20.0 统计分析软件进行方差分析和Duncan´s 多重比较检验，结果表示为平均值± 标准差，P＜0.05 表示差异显著。

2 结 果

2.1 不同玉米秸秆化学成分分析

2.1.1 不同玉米秸秆主要营养成分分析 由表3 可知，SCS 中还原糖含量较未处理玉米秸秆提高808.26%（P＜0.05），YFCS 中还原糖含量较SCS 降低78.69%（P＜0.05）。与未处理玉米秸秆相比，SCS 和YFCS 中粗蛋白质、真蛋白、钙、磷和灰分均显著提高，且以YFCS 最高（P＜0.05）；NDF、ADF、半纤维素、纤维素和木质素含量显著降低；且YFCS 中NDF、ADF、纤维素和木质素显著低于SCS。

表3 不同玉米秸秆主要营养成分分析（干物质基础）

2.1.2 不同玉米秸秆主要氨基酸含量 由表4 可知，与未处理玉米秸秆对比，SCS 中天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、苏氨酸、丙氨酸和色氨酸均有所增加，其余氨基酸均减少。在YFCS 中除胱氨酸，其他氨基酸均高于SCS；总氨基酸含量高于未处理玉米秸秆和SCS，较SCS 提高41%；这表明酵母具有提高除胱氨酸外的所有氨基酸的能力。

2.1.3 不同处理玉米秸秆副产物分析 由表5 可知，未处理玉米秸秆含有少量的5- 羟甲基糠醛和糠醛。玉米秸秆经物理+ 化学复合处理后，5- 羟甲基糠醛含量提高2 倍，糠醛含量降低33.33%，出现新的产物4 -羟基苯甲醛和香豆酸。预处理玉米秸秆经纤维素酶糖化后5-羟甲基糠醛和4-羟基苯甲醛降低50%和58.33%，而未检出糠醛和香豆酸。SCS 经酵母发酵后，5- 羟甲基糠醛降低16.67%，而4-羟基苯甲醛和香豆酸含量增加。

2.2 不同玉米秸秆表观代谢能分析

2.2.1 直接法测定玉米秸秆代谢能 由表6 可知，肉鸡对未处理玉米秸秆表观代谢率和代谢能均为负值，表明肉鸡无法利用未处理玉米秸秆，且直接强饲大量木质纤维素对肉鸡应激较大。SCS 和YFCS 的表观代谢率、代谢能均无显著差异。

2.2.2 差量法测定玉米秸秆代谢能分析 由表7 可知，肉鸡对4%、8%、12%SCS 和8%YFCS 饲粮的表观能量代谢率与基础饲粮差异不显著；而8%YFCS 组的表观代谢率显著低于4%SCS 组。对照组与4%、8% 和12%SCS 组肉鸡代谢能差异不显著；8%YFCS 组肉鸡代谢能显著低于其他各组。通过差量法计算，从4%、8%和12%SCS 饲粮组分别推算出SCS 的代谢能为15.85、15.81、14.38 MJ/kg；从8%YFCS 饲粮中推算出YFCS的代谢能为8.61 MJ/kg。

表4 不同玉米秸秆氨基酸含量（干物质基础） %

表5 不同处理玉米秸秆副产物分析（干物质基础） %

表6 直接法测定肉鸡对不同玉米秸秆表观代谢率和表观代谢能（风干基础）

表7 差量法测定不同玉米秸秆肉鸡表观代谢率和表观代谢能（风干基础）

2.3 SCS 表观代谢能验证 由表8 可知，无论肉鸡前期和后期试验，4%、8%和12%SCS 组饲粮代谢能与对照组均差异不显著，8% SCS（高油）组显著高于其他各组。

表8 肉鸡饲粮和SCS 代谢能（风干基础） MJ/kg

3 讨 论

3.1 不同玉米秸秆化学成分分析 玉米秸秆经过预处理和酶解后，其原有的木质纤维素形态结构、物理特性和化学成分均发生很大变化[10]。物理性状由原来的体积膨大、容重小、系水性强的蓬松短杆状物质变成体积小、容重大、易溶于水的固体粉状颗粒。SCS 经酵母菌发酵后具有香味。在秸秆饲料化研究中，酵母菌和产纤维素酶菌种混合固体发酵产生菌体蛋白，可提高秸秆的适口性[11]。本研究结果显示，与SCS 对比，YFCS 中还原糖降低78.69%，粗蛋白质提高77.49%，真蛋白提高29.64%，总氨基酸含量增加。这表明酵母菌满足自身生长消耗大量还原糖并转化成菌体蛋白，也证明产朊假丝酵母具有较强的氨基酸合成能力。因部分无机氮残留，粗蛋白质显著高于真蛋白。本研究中，SCS 中氨基酸的组成和含量与未处理玉米秸秆相比有明显不同，其原因为碱性氧化热处理改变了氨基酸的组成和含量。杨林等[12]报道，碱处理能够影响蛋白质中氨基酸的组成和含量。在秸秆预处理时添加适量氧化钙使得SCS 中钙含量增加，适量的钙含量依据SCS 在饲料中的添加量可以部分或全部替代饲料中的石粉。YFCS 中NDF、ADF、纤维素显著降低，其原因为还原糖被酵母大量消耗后，剩余的纤维素酶继续发生酶解[13]。YFCS 中5-羟基糠醛较SCS 低，表明酵母菌具有去除糠醛的能力；而木质素的降低和木质素分解产物4- 羟基苯甲醛和香豆酸的增加证明该酵母菌与纤维素酶酶解共同作用时对木质素分解具有一定促进作用。预处理玉米秸秆经酶解糖化后，副产物减少或消除，证明纤维素酶酶解也具有消除糠醛及木质素分解产物的能力。

3.2 直接法和差量法对不同玉米秸秆代谢能分析 客观精确评定饲料原料的代谢能值是确定该原料在动物营养配方中作用的依据，对新型饲料资源营养价值评定具有重要的意义。在饲料原料的代谢能评定过程中，往往受饲料原料、动物自身生理特性、饲料间组合效应等不可控因素影响，在代谢能评定方面很难真正精确地体现该原料的代谢能[14]。目前关于饲料代谢能评定常用的方法有直接法（强饲法）[15]、套算法[6]和差量法[16]，三者各自具有优缺点。

本研究根据待测原料的物理性状、化学组成和适口特性，选择直接法和差量法测定其表观代谢能，结果表明通过直接法测定未处理玉米秸秆表观代谢率和代谢能均为负值。玉米秸秆因容积大，容重小，营养元素含量低，单独强饲玉米秸秆对肉鸡造成严重应激，刺激内源代谢。从SCS 和YFCS 的营养成分分析，SCS 中还原糖显著高于YFCS，推测其代谢能应高于YFCS，而直接法测得2 种玉米秸秆代谢能差异不显著，这表明SCS和YFCS 同样对肉鸡代谢产生应激，未能表现出真实代谢能值。SCS 和YFCS 虽在容积、容重和营养价值上较未处理玉米秸秆有很大改善，但在玉米秸秆处理过程中加入大量Ca2+和Na+，单独饲喂SCS 和YFCS 造成这些离子超出动物营养需求，对动物机体产生刺激（如饮水量增加、拉稀），造成代谢能值低估。本研究结果表明，对动物产生应激较大的待测原料不适宜采用直接强饲法。

由于SCS 和YFCS 容重大，且含有大量Ca2+和Na+，饲粮中替代比例越大对肉鸡造成应激越大，因此本试验仅选择4%、8%、12%SCS 和8%YFCS 进行差量法测定。通过差量法得出饲粮表观能量代谢率、代谢能、SCS 和YFCS 表观代谢能显著高于强饲法。从代谢试验实际观察，在差量法测定过程中，肉鸡在强饲代谢试验中所表现出的异常症状消失，这表明差量法消除了肉鸡应激，能较好地体现待测原料的代谢能。常娟等[6]研究表明，强饲法和套算法均低估了生物玉米秸秆的代谢能，差量法更能准确反映代谢能值。同时由于不同添加比例表现出不同的表观代谢能，也进一步证明待测原料和饲粮中其他原料产生的组合效应。Sibbald 等[17]指出，饲粮中各原料间的组合效应及待测原料所占饲粮比例是导致待测原料表观代谢能变异的主要原因。张子仪等[18]指出，能量原料（如玉米）的表观代谢能值随待测原料在饲粮中所占比例的增加而减小，而粗饲料则相反。本研究中SCS 已属于能量饲料的范围，代谢能值随着添加量的增加逐渐减少，与前人报道一致。YFCS组成的饲粮中能量代谢率和代谢能均低于SCS 组，且YFCS 表观代谢能低于SCS，这与酵母消耗大量还原糖有关，这一结果符合理论推理。本试验未考虑氮校正会造成代谢能低估，通过氮校正AME 的精确度会提高。

3.3 SCS 表观代谢能验证分析 根据强饲法和差量法获得不同比例SCS 的表观代谢能，设计肉鸡饲粮配方并调整各营养水平平衡，进行饲养试验。本研究结果显示，8%SCS 高油组的饲粮表观代谢能显著高于配方设计水平，这说明强饲法极大地低估了SCS 代谢能。

4 结 论

本研究结果显示，玉米秸秆经过处理后再经过酶解转化成富含还原糖和钙的SCS；SCS 经酵母发酵后还原糖降低，氨基酸含量提高，并且经过酶解和酵母发酵后副产物含量降低。通过直接法和差量法测定不同玉米秸秆表观代谢能，表明对鸡产生较大应激的待测原料不适宜采用直接法测定代谢能。利用差量法测得不同比例SCS 饲粮的鸡表观代谢能为14.38～15.85 MJ/kg，显著高于玉米的代谢能值（13.56 MJ/kg）和YFCS 代谢能值（8.61 MJ/kg），并通过饲养试验验证差量法测定的SCS 表观代谢能结果可信。这表明SCS 可以作为饲料能量原料；YFCS 同时富有蛋白、能量和酵母菌可以作为多功能玉米秸秆饲料进一步研究。