生姜茎叶营养价值及其在奶牛瘤胃中的降解特性研究

2021-11-05王富伟邵大富李毓华毕小兵张乃锋刁其玉毕研亮

动物营养学报 2021年10期

李平王富伟邵大富李毓华毕小兵张乃锋屠焰刁其玉毕研亮**

(1.山东省潍坊市峡山区农业农村和水资源局，潍坊 261325；2.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100076；3.中国农业科学院信息所，北京 100081；4.宁夏固原市畜牧技术推广服务中心，固原 756000；5.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京 100081)

生姜是我国农产品市场经济中重要的经济作物之一，种植规模与产量均居世界首位。我国生姜常年种植面积20万hm2左右，总产量800万t以上[1]。我国是生姜的发源地及主要出产国之一，大部分地区均有种植[2]，主产地主要在我国中东部、东南部至西南部，北方主产区生姜产量占全国总产量的65%，其中山东生姜产量占全国总产量的30%～40%，特别是山东昌邑、莱芜、安丘等地出产的生姜尤为知名[1]。目前，对生姜的开发利用主要集中在地下块茎部分，对地上茎叶部分的开发利用研究鲜有报道。2018年，我国生姜总产量846万t[3]，按新鲜生姜植株地下块茎质量是地上茎叶质量的2倍左右计算[4]，我国生姜地上茎叶产量达400万t以上。然而在生姜主产区，生姜茎叶被随意丢弃、焚烧的现象随处可见，不仅造成资源浪费，还容易引起环境污染和病虫害扩散传播[5]。生姜茎叶含有丰富的蛋白质、可溶性糖类、粗纤维、脂肪、维生素及微量元素等[6-7]，将生姜茎叶作为粗饲料开发利用，变废为宝，可缓解我国家畜养殖中优质牧草短缺问题，同时有利于提高农民收入，减轻环境污染，稳定农业生态平衡，促进绿色农业循环产业的发展。牧草的饲用价值是评价牧草品质的重要指标，它包括牧草的营养成分、降解率和有效降解率等指标[8]。瘤胃尼龙袋法是评定饲料降解率的有效方法，目前已广泛应用于反刍动物饲料瘤胃降解率的评价，但生姜茎叶营养成分在奶牛瘤胃中降解率的研究未见报道。因此，本研究旨在对新鲜生姜茎叶的营养成分进行分析，并探讨生姜茎叶主要营养成分在奶牛瘤胃中的降解率，为生姜茎叶作为粗饲料资源的开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在10月份生姜收获时，从山东省潍坊市昌邑县不同地块采集10份品种为金昌面姜的新鲜生姜茎叶(生姜的地上部分)原料，每份样品重量在8 kg左右，详细记录每份新鲜生姜茎叶的重量，然后低温邮寄至中国农业科学院饲料研究所反刍动物饲料创新团队进行常规营养成分检测和瘤胃降解率测定。在饲料研究所实验室，生姜茎叶原料先进行初步切碎至约5 cm长度，再进行65 ℃烘干处理，烘干后用粉碎机粉碎，过2 mm孔筛。

1.2 试验动物与饲粮

生姜茎叶奶牛瘤胃降解率试验于2020年1月于北京中地畜牧科技有限公司进行。选用3头装有永久性瘤胃瘘管、健康状况良好的荷斯坦奶牛为试验动物，泌乳量平均为32 kg/d。试验饲粮以全株玉米青贮、苜蓿干草和混合精料为主要原料，饲粮参照NRC(2001)奶牛营养需要进行配制。基础饲粮组成及营养水平见表1，试验牛每日饲喂3次(07:30、13:30、18:30)，自由饮水。

表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

续表1项目 Items含量 Content苜蓿草 Alfalfa hay7.93燕麦草 Oat hay2.31酵母培养物 Yeast culture0.06脱霉剂 Mycotoxin remover agent0.06预混料 Premix1)1.81碳酸氢钠 NaHCO30.28合计 Total100.00营养水平 Nutrient levels2)干物质 DM94.55粗蛋白质 CP16.00中性洗涤纤维 NDF38.18酸性洗涤纤维 ADF25.32淀粉 Starch26.82钙 Ca0.79磷 P0.38

1.3 营养成分测定指标及方法

分别测定生姜茎叶原料及在奶牛瘤胃不同降解时间点生姜茎叶的初水分、干物质(DM)、有机物(OM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、钙(Ca)、磷(P)等常规营养成分，明确生姜茎叶营养成分含量及DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中不同时间点的降解率。DM、OM、EE、Ca和P含量测定参照张丽英[9]的方法，CP含量测定采用全自动凯氏定氮仪，NDF和ADF含量测定采用Van Soest[10]的方法。

1.4 尼龙袋试验方法

选用尼龙袋孔径300目(0.05 mm)，尺寸为8 cm×12 cm，准确称取5 g过2 mm筛的样品装入尼龙袋中，每头奶牛每个待测时间点做2个平行样品，每2个平行样固定在一段塑料管的细缝中并用尼龙扎带固定。采用同时放入，分别取出的方法，在0(空白)、4、8、12、24、48及72 h，从瘤胃中取出尼龙袋，随后立即连同软塑料管一起浸泡在冷水中，用手轻轻漂洗，多次换水，直至滤出水澄清为止。将冲洗过的尼龙袋于65 ℃烘干48 h，称重并记录尼龙袋和残渣的总重量。回潮24 h，放入自封袋中用于测定DM、CP、NDF和ADF的含量。

1.5 降解率的计算[8]

1.5.1 饲料样品量的校正

样品逃逸率(%)=100×[空白样重(g)-
空白袋中残渣重(g)]/空白样重(g)；校正饲料样重(g)=实际饲料样重(g)×
[1-逃逸率(%)]。

1.5.2 营养成分降解率的计算

营养成分某时间点的降解量(g)=[校正
饲料样重(g)×空白残渣中营养成分的
含量(%)]-[某时间点残渣重(g)×某时间点
残渣中营养成分的含量(%)]；某营养成分瘤胃降解率(%)=100×营养成分
某时间点的降解量(g)/[校正饲料
样重(g)×空白残渣中营养成分的
含量(%)]。

1.5.3 瘤胃降解参数和有效降解率的计算[11]

P=a+b(1-e-ct)；ED=a+b×c/(c+K)。

式中：P为t时间点时的降解率；a为快速降解部分；b为慢速降解部分；a+b为潜在降解部分；c为b的降解速率；ED为待测样品目标养分的有效降解率；t为瘤胃降解时间；K为饲料瘤胃外流速率，本试验K取值0.031 4/h[12]。

1.6 数据统计分析

结果数据用平均值±标准差表示。降解参数用SAS 9.4 NLIN(nonlinear regression)程序计算。降解率和降解参数采用SAS 9.4的one-way ANOVA程序进行单因素方差分析，采用Duncan氏多重比较法进行差异显著性分析。P<0.05作为差异显著的判断标准。

2 结果与分析

2.1 生姜茎叶的营养成分

新鲜生姜茎叶的初水分含量为(90.91±0.54)%，生姜茎叶风干样中DM含量为(93.28±1.41)%，生姜茎叶DM基础样中OM含量为(83.52±0.97)%，CP含量为(17.24±0.51)%，EE含量为(3.51±0.48)%，NDF含量为(47.36±2.20)%，ADF含量为(27.99±1.37)%，Ca含量为(1.20±0.19)%，P含量为(0.25±0.02)%(表2)。

表2 生姜茎叶的主要营养成分(干物质基础)

2.2 生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中的降解率和降解参数

由图1可知，生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中各个时间点的降解率差异显著(P<0.05)，但降解趋势相似，均随停留时间的延长而增加。生姜茎叶DM各时间点的瘤胃降解率最高，4 h降解率就超过了20.00%，24 h降解率达到了60.37%，48和72 h的降解率分别为70.63%和74.62%。生姜茎叶CP在4 h降解率为7.22%，24 h降解率为40.83%，48和72 h的降解率分别为50.65%和57.29%。NDF和ADF的降解率在4 h时降解率很低，只有3.18%和3.93%，24 h后降解率迅速升高，24 h的降解率分别达到了43.81%和44.99%，72 h的降解率分别为68.09%和68.78%。

数据点标注不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

由表3可知，生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中的降解参数存在显著差异(P<0.05)。DM的快速降解部分较低，而CP、NDF和ADF没有快速降解部分，NDF的慢速降解部分和潜在降解部分显著高于DM、CP和ADF(P<0.05)，但NDF、DM、CP和ADF的慢速降解部分和潜在降解部分都非常高，都在66.00%以上。生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF的有效降解率也存在显著差异(P<0.05)，DM、NDF、ADF和CP的有效降解率依次降低，DM的有效降解率最高，为53.80%，CP的有效降解率最低，为40.82%。

表3 生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中的降解参数

3 讨论

3.1 生姜茎叶营养成分

本试验结果表明，新鲜生姜茎叶中的DM含量较低，只有8.48%，但生姜茎叶含有丰富的营养物质，CP含量达到17.24%，EE含量达到3.51%，Ca和P的含量分别为1.20%和0.25%，同时生姜茎叶含有较低的纤维含量，NDF和ADF含量分别为47.36%和27.99%。从营养成分上分析，生姜茎叶是一种高品质的粗饲料资源。焦洪超[13]研究了新鲜姜苗的营养成分，发现姜苗的CP含量为16.63%，P含量为0.26%，与本研究结果相似。王红萍等[7]和石太渊等[6]检测了生姜叶中CP含量分别为6.30%和10.45%，EE含量分别为2.79%和2.67%，其中CP含量均显著低于本试验的研究结果，EE含量稍低于本试验的结果，原因可能是所用的检测方法和仪器设备不同，或是生姜品种不同引起的。刘公言等[14]研究了生姜秸秆粉的化学组成，发现生姜秸秆粉的CP含量为12.53%，EE含量为1.23%，NDF和ADF含量分别为58.19%和50.13%，其中CP和EE含量均低于本试验研究结果，NDF和ADF含量均高于本试验研究结果，原因可能是生姜秸秆在晾晒的过程中营养物质流失，造成CP和EE含量降低及NDF和ADF含量升高。

将生姜茎叶与苜蓿干草的营养成分进行比较，发现两者具有相似的营养成分。郭涛等[15]研究了国内160份苜蓿干草营养成分，发现苜蓿干草的CP、EE、NDF和ADF的平均含量分别为16.03%、2.44%、48.48%和35.19%，与本试验中生姜茎叶各营养成分相似。单贵莲等[16]研究了不同刈割时期对紫花苜蓿营养品质的影响，发现不同刈割时期紫花苜蓿的CP含量不同，现蕾期(22.43%)>初花期(19.68%)>盛花期(15.37%)。本试验中生姜茎叶的CP含量为17.24%，相当于初花期和盛花期之间苜蓿CP含量，同时达到中国畜牧业协会发布的苜蓿干草质量分级标准[17]中二级苜蓿干草的CP标准。从营养成分分析可知，生姜茎叶营养成分与优质苜蓿干草的成分相似，可作为优质粗饲料资源用于反刍动物生产。

3.2 生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF的瘤胃降解率

瘤胃降解率反映了饲料原料被消化利用的难易程度，是饲料营养成分被机体利用程度的重要标志，是饲用价值高低的体现，较高的有效降解率标志着饲料可以更好地被微生物和机体组织利用[18]。本研究中，生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF各个时间点的瘤胃降解率存在显著差异，其中DM、NDF、ADF和CP 72 h瘤胃降解率依次降低，但降解率都超过了57%，说明生姜茎叶DM、NDF、ADF和CP的瘤胃降解率高。NDF和ADF瘤胃降解率的大小反映了粗饲料消化的难易程度，生姜茎叶NDF和ADF 72 h瘤胃降解率都超过了66%，表明生姜茎叶的纤维物质容易被微生物利用。本研究中发现，生姜茎叶CP 48和72 h瘤胃降解率及有效降解率均显著低于NDF和ADF降解率，而其他粗饲料如苜蓿、辣木叶等CP的瘤胃降解率均高于NDF和ADF降解率，原因可能是生姜茎叶的CP与其他成分结合不容易降解或生姜茎叶的NDF和ADF比较容易被微生物降解利用。目前，国内外对生姜茎叶的营养特性及瘤胃降解率研究较少，具体原因需要进一步的研究。

将生姜茎叶主要营养成分的有效降解率与我国奶牛、肉牛常用高CP粗饲料原料的有效降解率比较，生姜茎叶DM的有效降解率略高于贾海军[19]测定苜蓿干草DM的有效降解率，但是低于侯玉洁等[20]报道的结果，介于两者之间，不同研究中苜蓿干草DM的有效降解率的不同可能是苜蓿品种及收获期不同所致。生姜茎叶CP的有效降解率低于苜蓿干草CP的有效降解率，但生姜茎叶NDF和ADF有效降解率均显著高于苜蓿干草NDF和ADF有效降解率[19-20]。生姜茎叶DM、NDF和ADF有效降解率均高于辣木叶在奶牛和肉牛瘤胃中的有效降解率，但生姜茎叶CP有效降解率低于辣木叶CP的有效降解率[21-22]。生姜茎叶DM、CP、NDF和ADF的瘤胃有效降解率均低于构树叶各营养成分的有效降解率[23]。由此可见，生姜茎叶主要营养成分的有效降解率和苜蓿、辣木叶相当，可作为优质粗饲料资源用于反刍动物生产。