常用粗饲料营养成分和饲用价值分析

陈艳，王之盛，张晓明，吴发莉，邹华围

(四川农业大学动物营养所，四川 雅安 625014)



常用粗饲料营养成分和饲用价值分析

陈艳，王之盛*，张晓明，吴发莉，邹华围

(四川农业大学动物营养所，四川 雅安 625014)

通过常规化学分析法和康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)评定不同粗饲料的营养成分并比较其组成差异，结合粗饲料品质评定预测公式评定其饲用价值。结果表明，1)黑麦草、甘薯蔓与牛鞭草的粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、可溶性粗蛋白质(SCP)和非蛋白氮(NPN)含量显著高于玉米秸秆和稻草，中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量显著低于玉米秸秆和稻草。 2)黑麦草和甘薯蔓的糖类(CA)、快速降解真蛋白(PB1)含量显著高于其他粗饲料，甘薯蔓、黑麦草和牛鞭草淀粉和果胶(CB1)、非结构碳水化合物(NSC)和慢速降解真蛋白(PB3)显著高于稻草和玉米秸秆。稻草的可利用纤维(CB2)含量显著高于其他粗饲料，玉米秸秆的碳水化合物(CHO)、不可利用碳水化合物(CC)和中速降解蛋白质部分(PB2)含量显著高于其他粗饲料。3)不同粗饲料氨基酸(AA)组成差异大，提供限制性氨基酸的潜力不同，黑麦草的总氨基酸(TAA)、必需氨基酸(EAA)和限制性氨基酸(LAA)的含量显著高于其他粗饲料，玉米秸秆和稻草最低。4)黑麦草的可消化干物质量(DDM)和粗饲料相对值(RFV)均显著高于其他粗饲料，甘薯蔓的干物质随意采食(DMI)和RFV显著高于牛鞭草，玉米秸秆和稻草的DMI、DDM和RFV均为最低，且两者差异不显著。因此，黑麦草的营养价值最高，其次为牛鞭草和甘薯蔓，玉米秸秆和稻草最低。

粗饲料；营养成分；康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系；饲用价值；氨基酸

粗饲料为反刍动物提供大量的营养物质，是反刍动物机体不可或缺的营养来源[1]，玉米秸秆、稻草和甘薯蔓是目前反刍动物养殖业中几种常用的粗饲料，黑麦草是我国南方冬季种植最多的优良饲草品种之一，产量高，品质好[2]，牛鞭草的种植面积也越来越广。随着我国南方农区草食畜牧业的兴起，粗饲料需求量大幅增加[3]，因此，全面、快速和准确地评定常用粗饲料的营养价值对合理配制饲粮具有指导作用，对反刍动物生产具有重要意义。目前，我国仍使用Weende和VanSoest体系进行饲料营养价值评定，但反刍动物具有特殊的消化道结构及消化生理，仅根据化学分析不能说明动物对饲料的消化利用情况，因而不能较好地反映饲料的营养价值[4]。 康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(the cornell net carbohydrate and protein system，CNCPS)是康奈尔大学诸多科研人员历时数年研发的成果，是一个基于瘤胃降解特征的饲料评价体系，在北美、欧洲和非洲的一些国家已经开始用来指导生产，并且取得了很好的效果。国内CNCPS的研究起步较晚，已有研究认为，CNCPS分析方法测定的指标多，应用CNCPS评定饲料的营养价值能够更全面、精确地反映饲料的营养价值和反刍动物对饲料的利用情况[5]，将CNCPS与中国反刍动物研究现状结合，将是反刍动物事业发展的重要理论依据及技术支撑[6-7]。但不同饲料蛋白质组分和碳水化合物组分的化学组成不同，不同地区的同一原料其蛋白质以及碳水化合物之间也存在一定的差异[5,8]，因此，有必要对不同地区更多粗饲料CNCPS组分进行测定。另外，饲料蛋白质营养价值的高低，主要取决于对小肠可消化蛋白质的贡献量，而饲料中氨基酸(amino acid，AA)的含量高低、组成特点和比例直接影响饲料品质和动物的生长[9]。Rulquin等[10]建立了反刍动物AA子模型，可应用饲料原料AA含量来估测小肠可消化蛋白质的必需氨基酸(essential amino-acid，EAA)组成与含量，故有必要进一步对饲料的AA组成模型与含量进行准确评定。本试验应用化学分析法和CNCPS体系的原理和方法评定5种常用粗饲料原料的营养成分并比较其组成差异，结合粗饲料品质评定预测公式评定其饲用价值，以期为CNCPS在我国的应用提供基础数据，为合理配制反刍动物饲粮提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2013年3-4月采集四川成都、绵阳、雅安、眉山、广安、资阳、德阳和达州8个地区的拔节期牛鞭草(Hemarthriaaltissima)、抽穗期多花黑麦草(Loliumperenne)、玉米秸秆(corn stover)、稻草(rice straw)和甘薯蔓(sweet potato stem)5种粗饲料，剪碎、于65℃烘干制成风干样，用微型粉碎机粉碎，过1 mm孔筛，备测。

1.2 试验方法

按照张丽英[11]的方法测定粗饲料样品常规养分，其中干物质(dry matter, DM)含量测定采用烘箱干燥法，粗灰分(crude ash，Ash)含量采用干灰化法，有机物(organic matter, OM)为干物质与粗灰分的差值，粗脂肪(即乙醚浸出物，ether extract，EE)含量采用残余法测定，粗蛋白(crude protein，CP)含量用凯氏定氮法测定。中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)、酸性洗涤木质素(acid detergent lignin, ADL)、中性洗涤不溶蛋白质(neutral detergent insoluble protein, NDIP)和酸性洗涤不溶蛋白质(acid detergent insoluble protein, ADIP)的分析按照Van Soest等[12]的方法进行，测定NDF、ADF、ADL含量时，在使用洗涤剂提取之前不加亚硫酸钠，NDF、ADF含量测定后的残样经处理后用于NDIP和ADIP含量测定。可溶性粗蛋白质(soluble crude protein, SCP)按照Krishnamoorthy等[13]的方法测定，非蛋白氮(non-protein nitrogen, NPN)按照Licitra等[14]的方法测定，淀粉(starch)按照AACC[15]测定。氨基酸(AA)样品经过酸水解(6 mol/L盐酸在110℃水解24 h)或氧化水解(蛋氨酸和胱氨酸使用过氧甲酸进行氧化)处理后，采用氨基酸自动分析仪(日立L-8800)测定氨基酸(色氨酸除外)含量。

1.3 计算方法

1.3.1 CNCPS组分计算 粗饲料中碳水化合物组分和蛋白质组分的划分和计算参照Sniffen等[16]的方法进行。

1)碳水化合物组分:

CHO(%DM)=100-CP(%DM)-EE(%DM)-Ash(%DM);

CA(%CHO)=[100-starch(%NSC)]×[100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)]/100;

CB1(%CHO)=starch(%NSC)×[100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)]/100;

CB2(%CHO)=100×{[NDF(%DM)-NDIP(%CP)×0.01×CP(%DM)-NDF(%DM)×

0.01×ADL(%NDF)×2.4]/CHO(%DM)};

CC(%CHO)=100×[NDF(%DM)×0.01×ADL(%NDF)×2.4]/CHO(%DM);

CNSC(%CHO)=100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)。

式中,CHO为碳水化合物，CA为糖类，CB1为淀粉和果胶，CB2是可利用纤维，CC为不可利用纤维，CNSC为非结构碳水化合物(NSC)占CHO的百分比。

2)蛋白质组分:

PA(%CP)=NPN(%SCP)×0.01×SCP(%CP);

PB1(%CP)=SCP(%CP)-PA(%CP);

PB2(%CP)=100-PA(%CP)-PB1(%CP)-PB3(%CP)-PC(%CP);

PB3(%CP)=NDIP(%CP)-ADIP(%CP);

PC(%CP)=ADIP(%CP)。

式中,PA为非蛋白氮，PB为真蛋白质(其中PB1为快速降解部分，PB2为中速降解部分，PB3为慢速降解部分)，PC为不可降解粗蛋白质。

1.3.2 饲用价值 采用美国牧草草地理事会饲草分析小组委员会提出的粗饲料相对值(relative feed value，RFV)[17]用以比较干草的饲用品质和预期采食量：RFV=DMI(%BW)×DDM(%DM)/1.29。其中：DMI(dry matter intake，DMI)为粗饲料干物质的随意采食量，单位为占体重的百分比即%BW；DDM(digestible dry matter，DDM)为可消化的干物质，单位为占干物质的百分比即%DM。DMI与DDM的预测模型公式分别为：

DMI(%BW)=120/NDF(%DM)；

DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)。

1.4 统计分析

试验数据经Excel 2010初步整理后，用SAS 9.1.3 ANOVA过程进行统计分析，所有结果用平均值±标准差表示，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 粗饲料营养成分特点

由表1可知，不同粗饲料的营养成分存在很大差异。CP和SCP含量，黑麦草显著高于依次降低的甘薯蔓、牛鞭草、玉米秸秆和稻草(P<0.05)，NDF和ADF含量，玉米秸秆和稻草中最高，两者差异不显著(P>0.05)，但显著高于依次降低的牛鞭草、甘薯蔓和黑麦草(P<0.05)。玉米秸秆ADL含量显著高于依次降低的甘薯蔓、牛鞭草、稻草和黑麦草(P<0.05)。淀粉含量，牛鞭草显著高于依次降低的甘薯蔓、黑麦草、稻草和玉米秸秆(P<0.05)，甘薯蔓和黑麦草之间差异不显著(P>0.05)。EE和NPN含量，黑麦草最高，甘薯蔓与牛鞭草次之，玉米秸秆和稻草含量最低，两者差异不显著(P>0.05)。ADIP含量，甘薯蔓最高，其次为稻草、牛鞭草和玉米秸秆，黑麦草中最低。NDIP含量，黑麦草显著高于其他原料(P<0.05)，玉米秸中最低。

表1 常用粗饲料营养成分(干物质基础)

注：同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note: In the same row, values with different small letters mean significant difference (P<0.05). The same below.

2.2 CNCPS各组分的含量

由表2可知，被测粗饲料中CHO含量为60.52%～83.13%，玉米秸秆CHO含量最高，黑麦草最低。CA含量，甘薯蔓中最高，显著高于依次降低的黑麦草、玉米秸秆、牛鞭草和稻草(P<0.05)，玉米秸秆和牛鞭草差异不显著(P>0.05)。CB1含量，牛鞭草显著高于依次降低的黑麦草、甘薯蔓、稻草和玉米秸秆(P<0.05)，但黑麦草和甘薯蔓差异不显著(P>0.05)。CB2含量，稻草中最高，显著高于依次降低的牛鞭草、玉米秸秆、黑麦草和甘薯蔓(P<0.05)。CC含量，玉米秸秆中最高，显著高于依次降低的甘薯蔓、牛鞭草、稻草和黑麦草(P<0.05)。CNS含量，甘薯蔓显著高于依次降低的黑麦草、牛鞭草、玉米秸秆和稻草(P<0.05)。

本试验粗饲料蛋白质组分特点为PA含量，黑麦草最高，显著高于依次降低的牛鞭草、甘薯蔓、稻草和玉米秸秆(P<0.05)，稻草和玉米秸秆差异不显著(P>0.05)。PB1含量，甘薯蔓中最高，显著高于依次降低的黑麦草、玉米秸秆、稻草和牛鞭草(P<0.05)。PB2含量，玉米秸秆中最高，显著高于依次降低的稻草、甘薯蔓、牛鞭草和黑麦草(P<0.05)，牛鞭草和黑麦草差异不显著(P>0.05)。PB3含量，黑麦草显著高于依次降低的甘薯蔓、牛鞭草、玉米秸秆和稻草(P<0.05)。PC含量，甘薯蔓显著高于依次降低的稻草、牛鞭草、玉米秸秆和黑麦草(P<0.05)。

2.3 氨基酸组成特点

粗饲料样品中的氨基酸含量见表3，粗饲料样品中5种氨基酸总含量差异较大，其范围为2.57%～12.48%。其中TAA含量最高的是黑麦草，而最低的则为稻草。各粗饲料其EAA含量差异较大，含量最高的是黑麦草，其次为甘薯蔓，含量最低的为稻草。各粗饲料均是Glu和Asp含量高，Cys和Met含量低。不同种类粗饲料提供限制性氨基酸的潜力不同，Lys和Met含量黑麦草最高，秸秆较低。

表2 常用粗饲料原料的蛋白质和碳水化合物组分

PA:Nonprotein nitrogen;PB1:Rapidly degraded protein; PB2:Intermediately degraded protein;PB3:Slowly rumen degradable true protein;PC:Undegradable crude protein;CHO:Carbohydrate;CA:Sugar;CB1:Pectin;CB2:Available fiber;CC:Unavailable fiber;NSC:Non-structural carbohydrates.

FAO(联合国粮农组织)/WHO(世界卫生组织)推荐，质量较好蛋白质的EAA/NEAA在60%以上，EAA/TAA在40%以上[18]。本试验5种粗饲料的EAA/NEAA为57.38%～86.79%，除稻草外，其余均高于60%。EAA/TAA为36.19%～46.85%，除玉米秸秆和稻草外，其余均高于40%，说明甘薯蔓、牛鞭草和黑麦草均能为反刍动物提供较优质的蛋白质。

2.4 饲用价值

由表4可见，黑麦草的DMI与甘薯蔓差异不显著(P>0.05)，但其DDM和RFV均显著高于其他粗饲料(P<0.05)，玉米秸秆和稻草的DMI、DDM和RFV均为最低，且两者差异不显著(P>0.05)。此外，甘薯蔓的DMI和RFV显著高于牛鞭草(P<0.05)，但二者的DDM差异不显著(P>0.05)。

3 讨论

3.1 不同粗饲料的营养成分特点

饲料的品种、种植方式、地理环境、收获期以及加工、储存方法均影响饲草的营养价值[19-20]。本试验中5种粗饲料CP和纤维物质含量差异大，这与冷静等[21]和Coblentz等[22]的报道结果较接近。黑麦草、甘薯蔓和牛鞭草CP和SCP含量高，NDF和ADL含量相对较低，是以提供蛋白质为主的粗饲料。研究表明，抽穗期为黑麦草较好的刈割时期，其干物质中含CP 18%以上，粗纤维24%以下[23]，吴彦奇和杜逸[24]报道牛鞭草拔节期的粗蛋白质含量可达12%～14%，与本试验结果相近。此外，牛鞭草淀粉含量高，而一定高水平的淀粉含量有利于瘤胃发酵。NPN是反刍动物很好的氮源，瘤胃微生物可利用其快速转化的氨合成较优质的蛋白质，秸秆的NPN含量低，玉米秸秆木质素含量最高，但木质素不能被反刍动物瘤胃降解，它与细胞壁中的多糖形成动物体内的酶难以降解的复合体，限制动物机体对植物细胞壁成分的消化吸收。虽然纤维物质在瘤胃降解速度慢，但它可以吸附酸，可减缓酸中毒的发生[25]，因此，在实际应用过程中，应综合考虑饲料原料营养特点及不同品种、不同生长阶段动物的营养需要量合理搭配饲粮。

表3 常用粗饲料原料的氨基酸组成(干物质基础)

色氨酸未检测Tryptophan did not detection. EAA:Essential amino-acid; NEAA:Non-essential amino acids; TAA:Total amino acids.

表4 常用粗饲料原料的饲用价值评定

3.2 不同粗饲料蛋白质组分和碳水化合物组分特点

本研究中，黑麦草不仅CP含量高，并且PA含量高，PC比例较低。PA中的AA、肽、天冬酰胺、谷胺酰胺对动物的营养价值与真蛋白质一致，对反刍动物具有较高的营养价值[26]，PC不能被反刍动物或瘤胃微生物消化，说明黑麦草消化、利用率较高，品质较好。与黑麦草相比，甘薯蔓的CP含量较低而PC占CP比例高，故其蛋白质组分品质次于黑麦草。稻草和玉米秸秆CP含量低但PC比例高，故其蛋白质品质也较差。牛鞭草PA占CP比例最高，达40%以上，PB1较低，说明牛鞭草CP中NPN含量高，可溶性真蛋白质含量较少。在5种饲料中真蛋白(PB1+PB2+PB3)的含量以黑麦草最高，稻草最低。

植物性饲料中CHO是反刍动物的主要能量来源，饲料CHO对反刍动物的营养价值主要取决于非结构碳水化合物含量和结构碳水化合物在瘤胃中降解程度[27]。本研究中，粗饲料的CHO含量范围为60.52%～83.13%，其中玉米秸秆和稻草CHO含量在77%以上，是以提供CHO为主的粗饲料。但玉米秸秆CNSC较低，其主要成分是结构碳水化合物，因此CC含量较高，CC是不可降解的碳水化合物，其含量主要与ADL的含量有关，初步说明玉米秸秆在瘤胃中消化较慢，利用率较低，属劣质粗饲料。稻草与玉米秸秆同属于秸秆类粗饲料，但其碳水化合物组成有很大的不同。稻草的CC含量显著低于玉米秸秆，而CB1和CB2含量显著高于玉米秸秆。与秸秆类粗饲料相比，黑麦草和甘薯蔓提供的CHO含量较少，但其CNSC、CA含量较高，具有较高的蛋白质含量和较低的纤维含量，其CHO可在瘤胃内快速降解。牛鞭草的CC含量显著低于玉米秸秆，CNSC显著高于玉米秸秆和稻草，但其淀粉和果胶含量高，因此，其品质也优于秸秆类饲料。

3.3 不同粗饲料氨基酸组成差异

氨基酸是构成动物营养所需蛋白质的基本原料，蛋白质的营养价值与其氨基酸组成密切相关，特别是必需氨基酸的含量和比例[28]。本试验测定的5种粗饲料中黑麦草的总AA含量最高，其次为甘薯蔓和牛鞭草，秸秆较低，表明不同粗饲料累积AA的能力不同。EAA是动物机体所必需的，但不能在体内充分合成，是需要从饲料中获得。本试验结果表明，黑麦草含有较高的EAA，能给动物提供较优质的蛋白。限制性AA是指饲料中的某些EAA，EAA在单胃动物营养研究和饲料蛋白质营养价值评定中得到了足够的重视，但用饲料原料中AA模式配合反刍动物饲粮仍无法实现[29]。反刍动物消化生理比较复杂，加之研究方法限制，到目前为止，还不能完全确定食用日粮条件下，反刍动物限制性氨基酸的顺序。饲料中提供赖氨酸和蛋氨酸的量是反刍动物饲料数据库中的重要参数。已有的研究表明，赖氨酸和蛋氨酸为奶牛的第一和第二限制性氨基酸[30]。黑麦草赖氨酸和蛋氨酸含量高，其次为牛鞭草，品质较好。

3.4 粗饲料的饲用价值

饲用价值是粗饲料的一项重要经济性状，相对饲用价值(RFV)是ADF和NDF的综合反映，是饲料质量的评定指数，其值越高，说明该粗饲料的营养价值越高，RFV值大于100，其营养价值整体较好[17]。本试验黑麦草和甘薯蔓的RFV均大于100，而牛鞭草接近100，玉米秸秆和稻草均在68左右。总体来看，黑麦草、甘薯蔓和牛鞭草的RFV较高，并且其DMI和DDM也较高，进一步说明其营养价值高于秸秆类粗饲料。

4 结论

1)黑麦草、甘薯蔓与牛鞭草的粗蛋白质、粗脂肪、可溶性粗蛋白质和非蛋白氮含量高于玉米秸秆和稻草，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量低于玉米秸秆和稻草。

2)从碳水化合物组成及其可利用性方面比较，牛鞭草、黑麦草和甘薯蔓的糖类、淀粉和果胶含量高，非结构碳水化合物的含量高；稻草可利用纤维含量最高，玉米秸秆总碳水化合物和不可利用纤维含量最高，结构碳水化合物含量高。从蛋白质含量及其可利用性方面比较，甘薯蔓和黑麦草质量较好，稻草、牛鞭草、玉米秸秆次之。

3)不同粗饲料氨基酸组成差异大，提供赖氨酸和蛋氨酸的潜力不同，黑麦草的总氨基酸、必需氨基酸和限制性氨基酸的含量高，玉米秸秆和稻草含量最低。

4)黑麦草的可消化干物质量和粗饲料相对值较高，甘薯蔓的干物质随意采食量较高，玉米秸秆和稻草均较低。

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Analysis of the nutritional components and feeding values of commonly used roughages

CHEN Yan, WANG Zhi-Sheng*, ZHANG Xiao-Ming, WU Fa-Li, ZOU Hua-Wei

AnimalNutritionInstituteofSichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625014，China

The nutrient composition of different roughages was evaluated using basic chemical analysis and the Cornell net carbohydrate and protein system (CNCPS). Nutrient composition was compared and feeding values calculated using the prediction formula for feeding quality evaluation. The results indicated that the contents of crude protein (CP), ether extract (EE), soluble crude protein (SCP), and non-protein nitrogen (NPN) inLoliumperenne,Hemarthriaaltissimaand sweet potato stem were significantly higher than those in corn stover and rice straw. In contrast, contents of neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent fiber (ADF) inL.perenne,H.altissimaand sweet potato stem were significantly lower than those in corn stover and rice straw. TheL.perenneand sweet potato stem had higher levels of sugar (CA) and rapidly degraded pure protein (PB1) than the other roughages analyzed. Compared to corn stover and rice straw,H.altissima,L.perenneand sweet potato stem had higher levels of starch, pectin (CB1), non-structural carbohydrates (NSC) and slowly degraded pure protein (PB3). Rice straw had the highest levels of available fiber (CB2), and corn stover had the highest levels of carbohydrate (CHO), unavailable fiber (CC) and intermediately degraded pure protein (PB2). The amino acid (AA) components of the roughages were significantly different, with different potentials for supplying limiting amino acid (LAA). Among the roughages analyzed,L.perennehad the highest level of total amino acids (TAA), essential amino-acid (EAA) and LAA, while corn stover and rice straw had the lowest.L.perennehad higher levels of digestible dry matter (DDM) and relative feed value (RFV) than the other roughages. The contents of dry matter intake (DMI) and RFV in sweet potato stem were significantly higher than those inH.altissima, while the contents of DMI, DDM and RFV in corn stover and rice straw were the lowest levels, with no significant differences between them. Therefore,L.perennehas the highest nutrient value andH.altissimaand sweet potato stem are mid-range, while corn stover and rice straw have the lowest nutrient value.

roughage; nutritional components; the cornell net carbohydrate and protein system; feeding value; amino acid

10.11686/cyxb20150514

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-04-22；改回日期：2014-06-03

农业部公益性行业专项(20090300608)资助。

陈艳(1987-)，女，陕西汉中人，在读硕士。 E-mail:317190461@qq.com *通讯作者Corresponding author. E-mail: wangzs67@163.com

陈艳, 王之盛, 张晓明, 吴发莉, 邹华围.常用粗饲料营养成分和饲用价值分析. 草业学报, 2015, 24(5): 117-125.

Chen Y, Wang Z S, Zhang X M, Wu F L, Zou H W. Analysis of the nutritional components and feeding values of commonly used roughages. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 117-125.