不同來源蛋白質飼料瘤胃降解特性研究

李德鵬, 宮 晨, 姜富貴, 成海建, 游 偉, 胡志勇, 宋恩亮*

（1.山東省農業科學院畜牧獸醫研究所/山東省畜禽疫病防治與繁育重點實驗室, 山東濟南 250100；2.山東農業大學動物科技學院, 山東泰安 271018；3.建明（中國）科技有限公司, 廣東珠海 250099）

我國是一個畜牧大國, 肉類、蛋類和水產類產量位于世界首位。目前, 畜牧業發展形勢持續好轉, 已成為我國農業經濟增長亮點和鄉村振興的重要措施和手段。蛋白質飼料是動物養殖中不可缺少的部分（許文斌, 2017）。動物生長、運動和繁殖等一切生命活動都離不開蛋白質, 是動物所必需的營養成分, 蛋白飼料的缺乏越來越制約著畜牧業的發展（張露露等, 2016）。豆粕是養殖業最優質、需求量最大的蛋白質飼料（李麗娟和王安, 2009）。但我國豆粕的生產量遠遠低于需求量, 每年需要進口大量豆粕來滿足畜牧業生產空缺。面對如此壓力, 我國畜牧業要發展就必須充分挖掘現有低質蛋白質飼料資源, 采用先進的飼料科學理論和加工工藝, 走適合國情的節糧型畜牧業道路（張洋等, 2008）。

非常規蛋白質飼料是指在動物養殖過程中未被使用或使用量很少的蛋白飼料（刁其玉和張乃峰, 2009）。我國非常規蛋白質資源豐富, 種類繁多, 分布廣泛。其大多數為農副產品, 具有可快速消化的細胞壁和少量不可消化的殘留物, 表明它們非常適合反芻動物使用。

瘤胃降解率是評定飼料營養價值的重要指標（Kaur等, 2011）。在反芻動物蛋白質新體系中, 飼料蛋白質瘤胃降解率具有重要地位, 它不僅是反芻動物蛋白質需要和飼料蛋白質新體系評定的基本參數, 也是反芻動物飼料分類的指標（賀瑤等, 2017；顏品勛等, 1996）。尼龍袋法可以清晰呈現飼料在瘤胃內的降解情況（張穎等, 2014；吳仙, 2009）。么學博等（2007）采用尼龍袋法測定棉粕、豆粕、啤酒糟蛋白和啤酒糟等原料在瘤胃內的降解特性, 其研究對反芻動物生產過程具有重要的指導作用。

本試驗采用尼龍袋法測定10種非常規蛋白質飼料原料營養成分在瘤胃中的降解規律, 為合理利用我國現有蛋白質飼料資源提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品采集與處理 豆粕、濕豆渣、棕櫚粕、味精渣、芝麻餅粕、葵花粕和DDGS來自山東省飼料工業有限公司, 啤酒糟來自濟南佳寶乳業有限公司, 牡丹籽粕、棉籽粕來自泰安金蘭奶牛養殖有限公司。將原料于鼓風干燥機65℃烘干48 h, 用粉碎機粉碎, 分成2個等份, 取其中一份過1 mm孔篩, 用于測定營養成分；另一份過2 mm孔篩, 做瘤胃降解試驗。

1.2 試驗動物及日糧組成 選擇3頭健康狀況良好, 體重（750±30）kg的裝有瘤胃瘺管的魯西黃牛×利木贊牛雜肉牛作為試驗動物。試驗于山東菱花畜牧科技有限公司進行。按照牛場日糧標準飼喂試驗牛, 試驗日糧及營養水平如表1。試驗牛單圈飼喂, 每天6：00、15：00飼喂兩次, 自由飲水。

表1 試驗日糧組成及營養物質含量 %

1.3 試驗方法 尼龍袋法測瘤胃降解特性。選擇孔隙為300目80 mm×120 mm的尼龍袋, 并記錄袋重。準確稱取5 g樣品放入已知重量的尼龍袋中, 每頭牛、每種原料同一時間點設4個重復。將尼龍袋于晨飼前通過瘤胃瘺管放入瘤胃腹囊中, 尼龍袋應始終沉浸于瘤胃內容物中。在放袋后的2、4、8、12、24、36和48 h取出尼龍袋, 立即用自來水沖洗至水清為止, 然后65℃烘干48 h至恒重, 用分析天平稱重, 尼龍袋中殘余物磨碎, 過1 mm孔篩, 備測。

1.4 測定指標 營養成分參照AOAC（2005）方法進行測定, 其中DM含量采用重量法測定, CP含量采用凱氏定氮法測定, EE含量采用索氏浸提法測定（王亞芳等, 2020）, NDF、ADF含量參照van Soes等（1991）的方法, 采用Ringbio纖維分析儀測定。

1.5 計算方法

1.5.1 瘤胃降解率 飼料樣品在不同時間點的瘤胃降解率計算公式如下：

式中：A為飼料某養分的瘤胃降解率, %；B為飼料中某養分的質量, g；C為殘渣中某養分的質量, g。

1.5.2 瘤胃有效降解率 參照Orekov等（1979）提出的數學模型, 利用最小二乘法算出模型中的參數a、b和c, 模型如下：

式中：dP為某養分在t時間的瘤胃降解率, %；a為快速降解部分含量, %；b為慢速降解部分含量, %；c為慢速降解部分的降解速率, %/h。

利用a、b和c值, 計算原料成分的有效降解率：

式中：ED為有效降解率, %；k為飼料原料的外流速度, %/h。本試驗中k值參考顏品勛等（1994）取k=0.031%/h。

1.5.3 預測能值指標 總可消化養分按照Weiss等（1992）的方法測定。

式中：NDFn為無氮中性洗滌纖維=NDFNDICP。

1.5.4 營養價值綜合評價 采用模糊數學隸屬函數法（孫紅等, 2014）對10種蛋白質飼料進行排序, 計算公式如下：

式中：Xi為指標測定值, Xmin和Xmax分別為某一指標所有測定值中的最小值和最大值。

1.6 統計方法 試驗數據采用SAS 9.2的NLIN程序計算a、b、c值（SAS, 2004）；采用SPSS20進行統計分析, P＜0.05表示組間差異顯著, 試驗結果用“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同來源蛋白質飼料原料營養成分 由表2可知, 棕櫚粕EE含量最高, 葵花粕EE含量最低。豆粕與棉籽粕CP含量之間無顯著差異（P＞0.05）, 味精渣CP含量最高。芝麻餅粕Ca、P含量均顯著高于其他原料（P＞0.05）。葵花粕TDN含量顯著低于其余其他原料（P＜0.05）, 味精渣與DDGS的TDN含量無顯著差異（P＞0.05）。

表2 不同來源蛋白質飼料原料營養成分含量 %

2.2 不同來源蛋白質飼料原料瘤胃降解特性

2.2.1 DM瘤胃降解特性 由表3可知, 10種原料在各時間點DM瘤胃降解率存在較大差異。所有時間點味精渣和豆粕DM降解率均顯著高于其他幾種原料（P＜0.05）, 48 h味精渣DM降解率最高達到99.38%, 其次豆粕達到87.11%, 顯著高于其他原料（P＜0.05）。DDGS的快速降解部分含量最高為28.39%。芝麻餅粕慢速降解部分含量最高為84.80%, 其次為味精渣83.18%。豆粕有效降解率為65.14%, 顯著低于味精渣（P＜0.05）。啤酒糟與牡丹籽粕有效降解率之間差異不顯著（P＞0.05）。

表3 不同來源蛋白質飼料DM瘤胃降解率及降解參數

2.2.2 CP瘤胃降解特性 由表4可知, 2 h時, 啤酒糟、味精渣和葵花粕的CP降解率均低于10%；豆粕、豆渣和DDGS的CP降解率高于30%。4 h時豆粕CP降解率顯著高于其他原料（P＜0.05）, 8 h時味精渣CP降解率達到84.21%, 顯著高于其他原料（P＜0.05）, 24 h后味精渣CP降解率達到100%, 完全被降解。豆渣、DDGS的快速降解部分含量達到30%以上, 顯著高于其他8種原料（P＜0.05）。葵花粕快速降解部分含量最低為4.20%, 但其慢速降解部分含量最高為95.15%。10種原料慢速降解部分含量之間均有顯著差異（P＜0.05）。棉籽粕的有效降解率最高, 其次為牡丹籽粕、豆粕。

表4 不同來源蛋白質飼料CP瘤胃降解率及降解參數

2.2.3 NDF瘤胃降解特性 由表5可知, 2 h時, 味精渣降解率顯著高于其他原料（P＜0.05）, 8 h時, 味精渣的降解率達到91.13%。48 h時, 味精渣降解率最高, 啤酒糟降解率最低, 棉籽粕和DDGS的NDF降解率在65%左右, 無顯著差異（P＞0.05）。味精渣快速降解部分含量最高為55.31%。啤酒糟和味精渣的慢速降解部分含量分別為37.69%、38.50%, 無顯著差異（P＞0.05）。豆粕、棉籽粕的慢速降解部分含量無顯著差異（P＞0.05）。NDF有效降解率前三位分別為味精渣、棉籽粕、豆粕。

表5 不同來源蛋白質飼料NDF瘤胃降解率及降解參數

2.2.4 ADF瘤胃降解特性 由表6可知, 2 h時, 味精渣ADF降解率已達到89.47%。2、4和8 h, 3個時間點DDGS的ADF降解率均處于較低水平, 但在12 h后, ADF降解率升幅較大。48 h時, 味精渣ADF降解率最高為97.99%, 其次豆粕為85.80%。DDGS的快速降解部分含量為2.57%, 顯著低于其他原料（P＜0.05）。味精渣的慢速降解部分含量最低為0.82%, 豆粕與芝麻餅粕慢速降解部分含量均在60%左右, 二者之間無顯著差異（P＞0.05）。豆渣的ADF有效降解率最低, 10種原料的ADF有效降解率存在顯著差異（P＜0.05）。

2.3 不同來源蛋白質飼料原料營養價值綜合評價 由表7可知, 依據平均隸屬函數值進行排序, 數值越大, 綜合營養價值越高。前四位分別是味精渣、豆粕、棉籽粕、DDGS。

表7 不同來源蛋白質原料營養價值綜合評價

3 討論

3.1 不同來源蛋白質原料營養成分 本試驗發現, 味精渣CP含量較高, 達到83.47%, 這是由于味精渣是食品工業提取谷氨酸后得到的菌體蛋白, 絕大多數為可溶性蛋白質, 其他成分含量較少, 但味精渣中富含多種氨基酸、微量元素、生長因子和消化酶等成分, 有利于動物的消化吸收, 且味精渣的氨基酸組成與豆粕相近, 適合作為豆粕替代品。棕櫚粕ADF、NDF含量較高, ADF含量達到60.27%, 這可能是棕櫚粕在制作過程中, 棕櫚籽未脫殼。葵花粕和棉籽粕的EE含量較低, 與么學博等（2007）的結果接近。豆粕、棉籽粕、味精渣和芝麻餅粕的粗蛋白質含量較高, 營養價值較高。棕櫚粕雖然其粗蛋白質含量低, 但其氨基酸利用率較高, 研究表明, 棕櫚仁粕的蛋白質有較高的營養價值, 具有較好的溶解性、乳化性和熱穩定性, 是豐富的植物蛋白資源（Chee等, 2012）。DDGS是以玉米為基礎生產乙醇過程中經過發酵和蒸餾后產生的（Boila等, 1994）, 是極好的反芻動物飼料原料。盡管與玉米相似, 但DDGS通常富含蛋白質、脂肪和纖維（Castro-perez等, 2014）。DDGS中CP、EE、ADF和NDF的濃度差異很大程度上受原始谷物中的營養含量及淀粉轉乙醇發酵效率的影響（Li等, 2012；Mjoun等, 2010）。

3.2 不同來源蛋白質原料瘤胃降解特性 飼料在瘤胃中的降解實質上是瘤胃微生物生理活動對飼料養分產生的一系列作用, 隨著飼料在瘤胃中停留時間的增加, 飼料的瘤胃降解率逐漸增大, 不同飼料瘤胃降解率不同（富麗霞等, 2018）。蛋白質飼料是構成反芻動物日糧的重要組成部分, 粗蛋白質在瘤胃內的降解對反芻動物所需能量、瘤胃降解蛋白和非降解蛋白具有重要作用, 且瘤胃微生物在瘤胃內正常生長繁殖所需的蛋白質主要來源于飼糧中的粗蛋白。為滿足可代謝蛋白質的要求, 最大限度地減少氮排泄, 日糧蛋白質必須分為DIP和UIP部分, 這需要精確估計日糧中飼料成分在瘤胃中的蛋白質降解（Hedqvist等, 2006）。

3.2.1 不同來源蛋白質原料DM瘤胃降解特性 反芻動物DMI與飼料在瘤胃內DM降解率密切相關。豆粕與豆渣的快速降解部分含量分別為25.03%、0.08%, 慢速降解部分含量為68.14%、63.07%, 豆粕的粗蛋白質含量高出豆渣33.33%, 由此可以推斷, 豆粕的干物質快速降解部分主要為粗蛋白質。啤酒糟的DM有效降解率為41.09%, 顯著低于張永根等（2013）的結果, 這可能是釀酒原料的產地和加工工藝不同造成的（張永根等, 2013）。棉籽粕DM瘤胃降解率較低, 這是由游離棉酚可以結合可溶性蛋白, 降低瘤胃微生物蛋白合成速度, 使其消化率降低（Calhoun等, 1995）。Raymond等（1962）研究表明, 在反芻動物日糧中添加棉籽粕, 檢測發現, 瘤胃液中部分賴氨酸與棉酚結合, Randel等（1996）研究表明, 棉籽粕中的棉酚降低了賴氨酸吸收率。

3.2.2 不同來源蛋白質原料CP瘤胃降解特性 為了精確配制日糧以滿足反芻動物的蛋白質需求, 迫切需要更具體地表征飼料原料在瘤胃中的 蛋 白 質 降 解 動 力 學（Westreicher等, 2013；Hedqvist等, 2006）。CP降解率是新蛋白質體系的重要參數, 飼糧中CP降解率與原料本身特性相關, 如抗營養因子、細胞壁的屏障作用等（張力莉等, 2010）。本試驗中味精渣的CP降解率在24 h時已達到100%, 這是由于味精渣的蛋白質主要是可溶性蛋白質, 研究表明, SCP在瘤胃內會被快速降解。啤酒糟CP降解率較低, 這是由于小麥外殼中含有大量的細胞壁纖維素結構, 使原料蛋白質成分在瘤胃內較難釋放和分解。飼料中蛋白質可以分為快速降解蛋白、慢速降解蛋白和不易降解蛋白3個部分（曹善勇, 2015）, 不同飼料各部分所占比例不同（Larry, 1986）。試驗中豆粕的快速降解部分含量高出棉籽粕的10%, 慢速降解部分含量低于棉籽粕5%, 但豆粕的有效降解率為59.43%, 棉籽粕的有效降解率為78.82%, 這是由于棉籽粕的慢速降解部分的降解速率高出豆粕0.12%。本試驗結果與夏科得出的結論一致：棉籽粕慢速降解部分含量與降解速率較高, 蛋白質營養價值較高（夏科等, 2012）。棉籽粕的CP有效降解率達到78.82%, 瘤胃降解率較高, 直接飼喂動物會造成蛋白質飼料的浪費, 在實際生產應用過程中, 要考慮真蛋白的過瘤胃保護, 降低棉籽粕在瘤胃內的消化, 增加其在小腸內的消化, 進而提高棉籽粕粗蛋白質的利用率。本試驗葵花粕CP有效降解率為45.23%, 與趙天章的結果一致。DDGS通常被認為具有較高的瘤胃非降解蛋白（UIP）含量, 這是因為玉米中大部分易降解的蛋白質在發酵過程中直接被降解（Klopfenstein等, 2008）。NRC（2007）中玉米DDGS含有30%左右的CP, 其中UIP構成大約73%的CP。

3.2.3 不同來源蛋白質原料NDF和ADF瘤胃降解特性 飼料中的ADF和NDF主要來源于細胞壁, 較難被反芻動物消化（張子儀, 2000）。反芻動物瘤胃微生物能正常進行發酵功能與飼料中的NDF、ADF密切相關。NDF、ADF瘤胃降解率受飼料纖維組成的影響, 不同飼料原料因其自身特性不同, 故有效降解率存在較大差異（Acbagladohnani等, 2001）, 這與本試驗得出的結果一致。本試驗NDF的瘤胃有效降解率大多數高于ADF的瘤胃有效降解率, 這是由于ADF的主要組成部分是木質素、纖維素和二氧化硅等, 木質素在瘤胃內幾乎不被分解, SiO2屬于礦物質, 在瘤胃內不被利用, 故ADF在瘤胃內的降解率普遍較低。本試驗中豆粕NDF有效降解率為63.67%, 與包淋斌等（2015）的結果一致。本試驗結果顯示, 豆粕中NDF和ADF含量相比于其他幾種原料均處于較低水平, 盡管牡丹籽粕、棕櫚粕、啤酒糟、豆腐渣、芝麻餅粕和葵花餅等原料ADF、NDF含量高于豆粕, 但有效降解率并沒有隨著ADF和NDF含量的增加而增加。豆渣12 h前NDF、ADF降解率低于20%, 24 h達到40%以上, 說明豆渣ADF、NDF在瘤胃內降解主要發生在24 h之后。從本研究降解動態參數看, 豆粕、棉籽粕優于其他原料, NDF、ADF更利于消化。

4 結論

不同來源蛋白質飼料的營養成分及其瘤胃降解率各有差異。采用隸屬函數進行綜合營養價值評價, 由高到低依次為味精渣、豆粕、棉籽粕、DDGS、牡丹籽粕、芝麻餅粕、酒糟、豆渣、葵花粕、棕櫚粕。