滤袋式纤维分析仪检测饲料中粗纤维

陈建勇， 黄丽俊， 金晓威， 金惠萍， 宓晓黎， 于瑞莉， 韩莹莹

（1.上海纤维仪器有限公司，上海 201818；2.无锡市食品安全检验检测中心，江苏无锡 214412；3.江苏省菩德食品安全检测技术有限公司，江苏无锡 214063）

粗纤维（CF）是植物细胞壁的主要组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素等（GB/T 10647-2008，2008），GB 10648-2013《饲料标签》标准规定了饲料和饲料原料产品成分分析保证值项目，要求配合饲料、浓缩饲料、精料补充料和饲料原料标示粗纤维，农业农村部《饲料原料目录》中有150余种原料被强制性标识粗纤维或中性洗涤纤维项目。从现代动物营养学的观点来看，饲养动物每天需要摄入一定量的纤维素，一则作为反刍动物的一种必需营养素，以维持瘤胃正常发酵和胃肠道健康；二则可作为填充物，使家畜禽有饱腹感，同时可刺激肠道黏膜，促进肠胃的蠕动，有利于粪便的排泄；三则可维持动物正常的生产性能及为动物提供大量能量等，但饲粮中过多的粗纤维成分会对动物产生不良影响，如降低采食量及营养物质消化率等（马绍楠等，2018；欧阳富龙等，2016）。因此，检测饲料及原料中粗纤维含量对于评价饲料质量、营养价值及指导优化饲料产品配方设计均具有重要意义。

目前，与粗纤维相关的检测方法多数为经典的Weend法，涉及饲料、粮食、植物类食品、农副产品和茶叶等标准，GB/T 6434-2006和GB/T 5515-2008均等同采用ISO 6865:2000，GB/T 8310-2013修改采用ISO 15598:1999及ISO 5498-1981等，这些方法的共同特点是在特定的实验条件下，试样在酸碱消煮、有机溶剂脱脂等过程中，其盛试样容器与滤器之间多次切换，使之分析时间长，操作繁琐，试样易流失。因此，试样的转移和过滤成了方法的难点或关注点。首先是改进滤材与滤器，由布氏漏斗、古氏滤埚、垂熔玻璃滤器 到 尼 龙 布 （吴 秋 珏 等，2005；AOAC Official Method 962.09，1982；AOAC Official Method 978.10，1979）、聚酯纤维袋（张晨等，2019；Aocs Standard Procedure Ba 6a-05，2009），尤其是滤袋技术的引入，使过滤更为便捷、顺畅。另外通过增加玻璃滤器的高度，实现了不用试样转移的在线过滤，由此开发了依Weend法操作过程设计的第一代粗纤维检测仪，其半自动操作方法在相关国家标准中已得到认可。尽管简化了操作步骤，但仍然存在操作步骤繁多、过滤难、分析时间长等问题（蔡小玲，2016；何绮霞，2013）。目前，利用滤袋过滤技术的优势，滤袋代替滤埚，降低了传统实验过程中抽滤时试样易板结、堵塞滤埚的风险，研发的纤维分析仪倍受关注，并得到了应用（张晨等，2019；AOCS Standard Procedure Ba 6a-05，2009）。

本研究利用滤袋式纤维分析仪，检验检测饲料及原料中粗纤维，旨在建立更为快捷、准确，满足国家标准技术要求的检测方法，为滤袋式粗纤维分析仪器化和标准化提供实验与应用基础。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂 SLQ-6A滤埚式纤维分析仪（上海纤检仪器有限公司）；XF2800滤袋式纤维分析仪，附聚酯纤维滤袋50 mm×55 mm，25μm（上海纤检仪器有限公司）；SX-4-10箱式电阻炉（上海阳光实验仪器有限公司）；DHG-9245A电热鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）；AB104-S/A分析天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）。

饲料中粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、粗灰分标准物质BW21134（北京谱析标准技术有限公司）；硫酸、氢氧化钾、丙酮、乙醚等（分析纯，国药集团）；饲料原料和饲料产品（东方希望动物营养食品有限公司、蚌埠大北农农牧科技有公司、榆林上河湖羊养殖基地等）。

1.2 检验依据及原理 粗纤维测定方法依据GB/T 6434-2006《饲料中粗纤维的含量测定 过滤法》。试样用固定量的酸和碱，在特定条件下消煮，再用醚、丙酮除去醚溶物，经高温灼烧扣除矿物质的量，所余量称为粗纤维。

1.3 试样制备 风干试样粉碎，使其完全通过筛孔为1 mm的筛（16目）。必要时进行脱脂和除碳酸盐，置干燥器中待测。

1.4 过滤法 用滤埚式纤维分析仪，依GB/T 6434-2006标准步骤分析检测，按半自动操作方法的分析步骤，以下简称过滤法，即国标法。

1.5 滤袋法

1.5.1 操作步骤 称取约1 g试样（m），准确到0.1 mg，置滤袋（m1）中，并用封口机封口。将含样品的滤袋以及空白试验滤袋置滤袋架中，并放入滤袋式纤维分析仪的反应锅内。一次最多可以在滤袋架上放24个滤袋。在仪器界面设定酸消煮、碱消煮及水洗涤的时间、温度、频次等参数（表1），同时在试剂桶内分别盛0.13 mol/L硫酸、0.23 mol/L氢氧化钾和蒸馏水备用。进入自动模式，点击“启动”按钮。消煮结束，打开锅盖，将滤袋架从仪器反应锅中取出，轻挤压去掉多余的水。脱脂，滤袋放入烧杯中，加丙酮或石油醚至覆没滤袋，浸泡3～5 min，取出滤袋并轻轻挤压去除多余的溶剂。干燥，滤袋在105℃干燥箱中至少干燥4 h，冷却后称量（m2）。灰化，将滤袋置已知质量坩埚（m3）中，放入马弗炉中，600℃灰化至恒重，冷却后称量（m4）。同时做空白实验。

表1 仪器参数设定

1.5.2 粗纤维的计算 试样中CF含量按以下公式进行计算：

式中：XCF为试样中CF含量，g/100 g；m为样品质量，g；m1为滤袋质量，g；m2为仪器处理并烘干后滤袋和样品的总质量，g；m3为坩埚质量，g；m4为灰化后坩埚和灰分的总质量，g；C为空白滤袋校正系数（空白滤袋处理后的质量/空白滤袋的质量）。

1.6 数据处理 本研究所有数据的统计学分析均采用Microssoft Excel软件的数据分析工具进行。计量资料采用“平均值±标准差”表示，两组变量配对t检验，以P＜0.05作为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 试样粉碎粒度对粗纤维含量的影响 分别选择过1 mm筛、过0.42 mm筛和过0.42 mm上层筛且不过0.15 mm下层筛的颗粒与粉末进行实验，结果如图1，试样的粉碎粒度和分布对粗纤维含量有影响，过1 mm筛试样的粗纤维含量会略大于过0.42 mm筛；当将粒度控制在0.42～0.15 mm筛间时，与只过0.42 mm筛比较，粗纤维含量明显升高，因为过0.42～0.15 mm筛的试样中除去了过细的试样，粒度均匀分布在一定的区间。

图1 试样粒度对粗纤维含量的影响

饲料经过酸、碱处理后剩下的大部分是纤维素、木质素和少量的半纤维素，所以样品粒度对于测定值有很大影响。试样粒度大，在规定的时间内可能存在消解不完全，非纤维物质不易被破坏，不易被充分洗去，造成粗纤维测定结果偏高；反之，粒度小，在过滤时会损失粗纤维，结果会偏低；控制粒度区间结果提示，粉碎时应关注粉碎机的转速与粉碎时间，不然粒度分布对结果也有影响。有研究表明，不同粉碎方式导致样品的粒度大小及体积累积分布差异明显，但总体差异在可接受范围内（张森等，2015），过滤法也有同样的粒度问题（郭萍，2004；王仁华等，2000），另外，小粒试样黏附于抽滤器壁上会致结果反而升高，因此滤袋法结果可能更接近标准理论值。鉴于测粗纤维含量是概略方法，应严格执行公认方法的操作条件或步骤，所以试样粒度应与过滤法一致为适，制样时应选择1 mm的筛。

2.2 滤袋因素对粗纤维含量的影响 在检测粗纤维时，每次要做空白滤袋实验，采集了19次空白滤袋的校正系数，均值为0.9846±0.0036，RSD为0.37%，大部分在0.98左右，个别在0.97左右。假设空白滤袋的校正系数为0.9846或1时，粗纤维含量计算结果见表2，相对平均偏差显示，高含量时，不同校正系数引入的误差较小，反之则较大。因此对同一批滤袋，经多次检验后可确认空白滤袋的校正系数为一个常数，但不宜忽略。

表2 空白滤袋校正系数对粗纤维含量的影响

对滤袋法，在分析结果计算中是否引入空白滤袋的校正系数，有引入的（AOCS Standard Procedure Ba 6a-05，2009），也有不引入的（DB12/T 963-2020，2020）。引入空白滤袋的校正系数概念其目的主要是扣除滤袋灰化或干燥质量变化对结果的影响，同时也可作为选择滤材的依据，当校正因子C小于1时，校正因子有效，可参与计算，C大于1表示试样粒子从滤袋中流出浸入空白滤袋中，可能是滤袋孔径过大或封口不严，任何纤维粒子从滤袋中流失可导致错误结果。可通过提高滤袋的目数或减小滤袋的孔径，从而保证实验数据的准确性。

2.3 精密度实验 选择各类饲料及原料，涉及畜禽类、水产类、实验动物等配合饲料，高纤维和低纤维的饲料原料，分别用滤袋法和过滤法检测，检测结果见表3，结果提示，滤袋法的相对标准差在0.65%～6.46%；过滤法的相对标准差在0.09%～3.92%。GB/T 6434-2006标准资料性附录中所列7种试样的重复性变异系数（RSD）在1.3%～4.2%，本实验滤袋法除1例可能因为含量略低，RSD偏离外，结果重复性满足国标要求；过滤法采用的是半自动仪器操作方法避免了转移步骤，也减小了分析误差。

表3 重复性实验结果

2.4 准确度实验 采用已知粗纤维特性值为4.08 g/100 g的饲料质控样，其特性值区间为3.36～4.80 g/100 g，用滤袋法和过滤法进行检测，检测结果见表4，滤袋法和过滤法的回收率分别为93.14%和84.31%，相对标准差为3.66%和1.82%，检测结果均落在特性值区间内。滤袋法的回收率高于过滤法。

表4 回收实验结果

2.5 滤袋法与过滤法比较 滤袋法在饲料粗纤维检测中应用的标准方法尚未颁布，所以在本实验研究中均以过滤法为佐证，表3中两组数值采用t检验，检验水准选择0.05，即P＜0.05时，差异存在显著性，结果见表5，t（-0.0720），P（T＜=t）=0.9436，滤袋法与过滤法检测结果差异不显著；两组数值相关系数为0.9976，滤袋法与过滤法检测结果关联性好。因此，滤袋法适用于相关饲料及原料中粗纤维的检测。

表5 t-检验成对双样本均值分析

3 结论与讨论

滤袋技术（FBT）是一种简便易行、高效准确的分析技术。该项技术目前应用于饲料中粗纤维（CF）、中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）的测定（张丽英等，2001）。本实验研究提示，滤袋式纤维分析仪检测粗纤维具有以下特点：（1）分析操作更为简便、快捷。采用滤袋技术，试样在滤袋中完成酸碱消煮、洗涤和过滤等步骤，最为关键是解决了坩埚过滤试样易堵塞的痛点，其固体截留在袋内，酸、碱消煮液自由出入，省去了抽滤，简单压滤即可。适用于批量检测，24只滤袋可以同时放入消煮锅中，同时检测22份样品，2份滤袋空白，坩埚式仪器法同时可做4份样品，2份空白。（2）精密度和准确度高。当采用滤袋技术时，消除了分析人员因操作繁冗、样品过滤转移损失等引起的偶然误差，分析人员称样封口后，只需认真按照操作规程进行，就可一次获得准确和重复性好分析结果。且其分析结果与标准方法（过滤法）结果相吻合。（3）分析成本低。节省劳动力，提高了工作效率，样品处理过程可以无操作人员值守，批量检测更显优势，分析每个样品的劳动力成本可减少50%以上。节省试剂成本，尽管酸和碱试剂用量增加，一般一个消煮锅内加试剂2～3 L，但平均到每一样品中，消耗体积为90～140 mL，则与标准法所耗试剂用量150 mL相当，且无需消泡剂和酸洗硅藻土。

通过实验，滤袋法与过滤法间的一致性得到充分验证，并且国际上已有滤袋技术及相关仪器应用于粗纤维的检测。因此，滤袋式纤维测定法可作为国标法检测饲料中粗纤维含量，其他适用范围有待进一步实验证明。