不同来源蛋白质饲料瘤胃降解特性研究

李德鹏, 宫 晨, 姜富贵, 成海建, 游 伟, 胡志勇, 宋恩亮*

（1.山东省农业科学院畜牧兽医研究所/山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室, 山东济南 250100；2.山东农业大学动物科技学院, 山东泰安 271018；3.建明（中国）科技有限公司, 广东珠海 250099）

我国是一个畜牧大国, 肉类、蛋类和水产类产量位于世界首位。目前, 畜牧业发展形势持续好转, 已成为我国农业经济增长亮点和乡村振兴的重要措施和手段。蛋白质饲料是动物养殖中不可缺少的部分（许文斌, 2017）。动物生长、运动和繁殖等一切生命活动都离不开蛋白质, 是动物所必需的营养成分, 蛋白饲料的缺乏越来越制约着畜牧业的发展（张露露等, 2016）。豆粕是养殖业最优质、需求量最大的蛋白质饲料（李丽娟和王安, 2009）。但我国豆粕的生产量远远低于需求量, 每年需要进口大量豆粕来满足畜牧业生产空缺。面对如此压力, 我国畜牧业要发展就必须充分挖掘现有低质蛋白质饲料资源, 采用先进的饲料科学理论和加工工艺, 走适合国情的节粮型畜牧业道路（张洋等, 2008）。

非常规蛋白质饲料是指在动物养殖过程中未被使用或使用量很少的蛋白饲料（刁其玉和张乃峰, 2009）。我国非常规蛋白质资源丰富, 种类繁多, 分布广泛。其大多数为农副产品, 具有可快速消化的细胞壁和少量不可消化的残留物, 表明它们非常适合反刍动物使用。

瘤胃降解率是评定饲料营养价值的重要指标（Kaur等, 2011）。在反刍动物蛋白质新体系中, 饲料蛋白质瘤胃降解率具有重要地位, 它不仅是反刍动物蛋白质需要和饲料蛋白质新体系评定的基本参数, 也是反刍动物饲料分类的指标（贺瑶等, 2017；颜品勋等, 1996）。尼龙袋法可以清晰呈现饲料在瘤胃内的降解情况（张颖等, 2014；吴仙, 2009）。么学博等（2007）采用尼龙袋法测定棉粕、豆粕、啤酒糟蛋白和啤酒糟等原料在瘤胃内的降解特性, 其研究对反刍动物生产过程具有重要的指导作用。

本试验采用尼龙袋法测定10种非常规蛋白质饲料原料营养成分在瘤胃中的降解规律, 为合理利用我国现有蛋白质饲料资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验样品采集与处理 豆粕、湿豆渣、棕榈粕、味精渣、芝麻饼粕、葵花粕和DDGS来自山东省饲料工业有限公司, 啤酒糟来自济南佳宝乳业有限公司, 牡丹籽粕、棉籽粕来自泰安金兰奶牛养殖有限公司。将原料于鼓风干燥机65℃烘干48 h, 用粉碎机粉碎, 分成2个等份, 取其中一份过1 mm孔筛, 用于测定营养成分；另一份过2 mm孔筛, 做瘤胃降解试验。

1.2 试验动物及日粮组成 选择3头健康状况良好, 体重（750±30）kg的装有瘤胃瘘管的鲁西黄牛×利木赞牛杂肉牛作为试验动物。试验于山东菱花畜牧科技有限公司进行。按照牛场日粮标准饲喂试验牛, 试验日粮及营养水平如表1。试验牛单圈饲喂, 每天6：00、15：00饲喂两次, 自由饮水。

表1 试验日粮组成及营养物质含量 %

1.3 试验方法 尼龙袋法测瘤胃降解特性。选择孔隙为300目80 mm×120 mm的尼龙袋, 并记录袋重。准确称取5 g样品放入已知重量的尼龙袋中, 每头牛、每种原料同一时间点设4个重复。将尼龙袋于晨饲前通过瘤胃瘘管放入瘤胃腹囊中, 尼龙袋应始终沉浸于瘤胃内容物中。在放袋后的2、4、8、12、24、36和48 h取出尼龙袋, 立即用自来水冲洗至水清为止, 然后65℃烘干48 h至恒重, 用分析天平称重, 尼龙袋中残余物磨碎, 过1 mm孔筛, 备测。

1.4 测定指标 营养成分参照AOAC（2005）方法进行测定, 其中DM含量采用重量法测定, CP含量采用凯氏定氮法测定, EE含量采用索氏浸提法测定（王亚芳等, 2020）, NDF、ADF含量参照van Soes等（1991）的方法, 采用Ringbio纤维分析仪测定。

1.5 计算方法

1.5.1 瘤胃降解率 饲料样品在不同时间点的瘤胃降解率计算公式如下：

式中：A为饲料某养分的瘤胃降解率, %；B为饲料中某养分的质量, g；C为残渣中某养分的质量, g。

1.5.2 瘤胃有效降解率 参照Orekov等（1979）提出的数学模型, 利用最小二乘法算出模型中的参数a、b和c, 模型如下：

式中：dP为某养分在t时间的瘤胃降解率, %；a为快速降解部分含量, %；b为慢速降解部分含量, %；c为慢速降解部分的降解速率, %/h。

利用a、b和c值, 计算原料成分的有效降解率：

式中：ED为有效降解率, %；k为饲料原料的外流速度, %/h。本试验中k值参考颜品勋等（1994）取k=0.031%/h。

1.5.3 预测能值指标 总可消化养分按照Weiss等（1992）的方法测定。

式中：NDFn为无氮中性洗涤纤维=NDFNDICP。

1.5.4 营养价值综合评价 采用模糊数学隶属函数法（孙红等, 2014）对10种蛋白质饲料进行排序, 计算公式如下：

式中：Xi为指标测定值, Xmin和Xmax分别为某一指标所有测定值中的最小值和最大值。

1.6 统计方法 试验数据采用SAS 9.2的NLIN程序计算a、b、c值（SAS, 2004）；采用SPSS20进行统计分析, P＜0.05表示组间差异显著, 试验结果用“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同来源蛋白质饲料原料营养成分 由表2可知, 棕榈粕EE含量最高, 葵花粕EE含量最低。豆粕与棉籽粕CP含量之间无显著差异（P＞0.05）, 味精渣CP含量最高。芝麻饼粕Ca、P含量均显著高于其他原料（P＞0.05）。葵花粕TDN含量显著低于其余其他原料（P＜0.05）, 味精渣与DDGS的TDN含量无显著差异（P＞0.05）。

表2 不同来源蛋白质饲料原料营养成分含量 %

2.2 不同来源蛋白质饲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种原料在各时间点DM瘤胃降解率存在较大差异。所有时间点味精渣和豆粕DM降解率均显著高于其他几种原料（P＜0.05）, 48 h味精渣DM降解率最高达到99.38%, 其次豆粕达到87.11%, 显著高于其他原料（P＜0.05）。DDGS的快速降解部分含量最高为28.39%。芝麻饼粕慢速降解部分含量最高为84.80%, 其次为味精渣83.18%。豆粕有效降解率为65.14%, 显著低于味精渣（P＜0.05）。啤酒糟与牡丹籽粕有效降解率之间差异不显著（P＞0.05）。

表3 不同来源蛋白质饲料DM瘤胃降解率及降解参数

2.2.2 CP瘤胃降解特性 由表4可知, 2 h时, 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时豆粕CP降解率显著高于其他原料（P＜0.05）, 8 h时味精渣CP降解率达到84.21%, 显著高于其他原料（P＜0.05）, 24 h后味精渣CP降解率达到100%, 完全被降解。豆渣、DDGS的快速降解部分含量达到30%以上, 显著高于其他8种原料（P＜0.05）。葵花粕快速降解部分含量最低为4.20%, 但其慢速降解部分含量最高为95.15%。10种原料慢速降解部分含量之间均有显著差异（P＜0.05）。棉籽粕的有效降解率最高, 其次为牡丹籽粕、豆粕。

表4 不同来源蛋白质饲料CP瘤胃降解率及降解参数

2.2.3 NDF瘤胃降解特性 由表5可知, 2 h时, 味精渣降解率显著高于其他原料（P＜0.05）, 8 h时, 味精渣的降解率达到91.13%。48 h时, 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, 无显著差异（P＞0.05）。味精渣快速降解部分含量最高为55.31%。啤酒糟和味精渣的慢速降解部分含量分别为37.69%、38.50%, 无显著差异（P＞0.05）。豆粕、棉籽粕的慢速降解部分含量无显著差异（P＞0.05）。NDF有效降解率前三位分别为味精渣、棉籽粕、豆粕。

表5 不同来源蛋白质饲料NDF瘤胃降解率及降解参数

2.2.4 ADF瘤胃降解特性 由表6可知, 2 h时, 味精渣ADF降解率已达到89.47%。2、4和8 h, 3个时间点DDGS的ADF降解率均处于较低水平, 但在12 h后, ADF降解率升幅较大。48 h时, 味精渣ADF降解率最高为97.99%, 其次豆粕为85.80%。DDGS的快速降解部分含量为2.57%, 显著低于其他原料（P＜0.05）。味精渣的慢速降解部分含量最低为0.82%, 豆粕与芝麻饼粕慢速降解部分含量均在60%左右, 二者之间无显著差异（P＞0.05）。豆渣的ADF有效降解率最低, 10种原料的ADF有效降解率存在显著差异（P＜0.05）。

2.3 不同来源蛋白质饲料原料营养价值综合评价 由表7可知, 依据平均隶属函数值进行排序, 数值越大, 综合营养价值越高。前四位分别是味精渣、豆粕、棉籽粕、DDGS。

表7 不同来源蛋白质原料营养价值综合评价

3 讨论

3.1 不同来源蛋白质原料营养成分 本试验发现, 味精渣CP含量较高, 达到83.47%, 这是由于味精渣是食品工业提取谷氨酸后得到的菌体蛋白, 绝大多数为可溶性蛋白质, 其他成分含量较少, 但味精渣中富含多种氨基酸、微量元素、生长因子和消化酶等成分, 有利于动物的消化吸收, 且味精渣的氨基酸组成与豆粕相近, 适合作为豆粕替代品。棕榈粕ADF、NDF含量较高, ADF含量达到60.27%, 这可能是棕榈粕在制作过程中, 棕榈籽未脱壳。葵花粕和棉籽粕的EE含量较低, 与么学博等（2007）的结果接近。豆粕、棉籽粕、味精渣和芝麻饼粕的粗蛋白质含量较高, 营养价值较高。棕榈粕虽然其粗蛋白质含量低, 但其氨基酸利用率较高, 研究表明, 棕榈仁粕的蛋白质有较高的营养价值, 具有较好的溶解性、乳化性和热稳定性, 是丰富的植物蛋白资源（Chee等, 2012）。DDGS是以玉米为基础生产乙醇过程中经过发酵和蒸馏后产生的（Boila等, 1994）, 是极好的反刍动物饲料原料。尽管与玉米相似, 但DDGS通常富含蛋白质、脂肪和纤维（Castro-perez等, 2014）。DDGS中CP、EE、ADF和NDF的浓度差异很大程度上受原始谷物中的营养含量及淀粉转乙醇发酵效率的影响（Li等, 2012；Mjoun等, 2010）。

3.2 不同来源蛋白质原料瘤胃降解特性 饲料在瘤胃中的降解实质上是瘤胃微生物生理活动对饲料养分产生的一系列作用, 随着饲料在瘤胃中停留时间的增加, 饲料的瘤胃降解率逐渐增大, 不同饲料瘤胃降解率不同（富丽霞等, 2018）。蛋白质饲料是构成反刍动物日粮的重要组成部分, 粗蛋白质在瘤胃内的降解对反刍动物所需能量、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内正常生长繁殖所需的蛋白质主要来源于饲粮中的粗蛋白。为满足可代谢蛋白质的要求, 最大限度地减少氮排泄, 日粮蛋白质必须分为DIP和UIP部分, 这需要精确估计日粮中饲料成分在瘤胃中的蛋白质降解（Hedqvist等, 2006）。

3.2.1 不同来源蛋白质原料DM瘤胃降解特性 反刍动物DMI与饲料在瘤胃内DM降解率密切相关。豆粕与豆渣的快速降解部分含量分别为25.03%、0.08%, 慢速降解部分含量为68.14%、63.07%, 豆粕的粗蛋白质含量高出豆渣33.33%, 由此可以推断, 豆粕的干物质快速降解部分主要为粗蛋白质。啤酒糟的DM有效降解率为41.09%, 显著低于张永根等（2013）的结果, 这可能是酿酒原料的产地和加工工艺不同造成的（张永根等, 2013）。棉籽粕DM瘤胃降解率较低, 这是由游离棉酚可以结合可溶性蛋白, 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, 在反刍动物日粮中添加棉籽粕, 检测发现, 瘤胃液中部分赖氨酸与棉酚结合, Randel等（1996）研究表明, 棉籽粕中的棉酚降低了赖氨酸吸收率。

3.2.2 不同来源蛋白质原料CP瘤胃降解特性 为了精确配制日粮以满足反刍动物的蛋白质需求, 迫切需要更具体地表征饲料原料在瘤胃中的 蛋 白 质 降 解 动 力 学（Westreicher等, 2013；Hedqvist等, 2006）。CP降解率是新蛋白质体系的重要参数, 饲粮中CP降解率与原料本身特性相关, 如抗营养因子、细胞壁的屏障作用等（张力莉等, 2010）。本试验中味精渣的CP降解率在24 h时已达到100%, 这是由于味精渣的蛋白质主要是可溶性蛋白质, 研究表明, SCP在瘤胃内会被快速降解。啤酒糟CP降解率较低, 这是由于小麦外壳中含有大量的细胞壁纤维素结构, 使原料蛋白质成分在瘤胃内较难释放和分解。饲料中蛋白质可以分为快速降解蛋白、慢速降解蛋白和不易降解蛋白3个部分（曹善勇, 2015）, 不同饲料各部分所占比例不同（Larry, 1986）。试验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为59.43%, 棉籽粕的有效降解率为78.82%, 这是由于棉籽粕的慢速降解部分的降解速率高出豆粕0.12%。本试验结果与夏科得出的结论一致：棉籽粕慢速降解部分含量与降解速率较高, 蛋白质营养价值较高（夏科等, 2012）。棉籽粕的CP有效降解率达到78.82%, 瘤胃降解率较高, 直接饲喂动物会造成蛋白质饲料的浪费, 在实际生产应用过程中, 要考虑真蛋白的过瘤胃保护, 降低棉籽粕在瘤胃内的消化, 增加其在小肠内的消化, 进而提高棉籽粕粗蛋白质的利用率。本试验葵花粕CP有效降解率为45.23%, 与赵天章的结果一致。DDGS通常被认为具有较高的瘤胃非降解蛋白（UIP）含量, 这是因为玉米中大部分易降解的蛋白质在发酵过程中直接被降解（Klopfenstein等, 2008）。NRC（2007）中玉米DDGS含有30%左右的CP, 其中UIP构成大约73%的CP。

3.2.3 不同来源蛋白质原料NDF和ADF瘤胃降解特性 饲料中的ADF和NDF主要来源于细胞壁, 较难被反刍动物消化（张子仪, 2000）。反刍动物瘤胃微生物能正常进行发酵功能与饲料中的NDF、ADF密切相关。NDF、ADF瘤胃降解率受饲料纤维组成的影响, 不同饲料原料因其自身特性不同, 故有效降解率存在较大差异（Acbagladohnani等, 2001）, 这与本试验得出的结果一致。本试验NDF的瘤胃有效降解率大多数高于ADF的瘤胃有效降解率, 这是由于ADF的主要组成部分是木质素、纤维素和二氧化硅等, 木质素在瘤胃内几乎不被分解, SiO2属于矿物质, 在瘤胃内不被利用, 故ADF在瘤胃内的降解率普遍较低。本试验中豆粕NDF有效降解率为63.67%, 与包淋斌等（2015）的结果一致。本试验结果显示, 豆粕中NDF和ADF含量相比于其他几种原料均处于较低水平, 尽管牡丹籽粕、棕榈粕、啤酒糟、豆腐渣、芝麻饼粕和葵花饼等原料ADF、NDF含量高于豆粕, 但有效降解率并没有随着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达到40%以上, 说明豆渣ADF、NDF在瘤胃内降解主要发生在24 h之后。从本研究降解动态参数看, 豆粕、棉籽粕优于其他原料, NDF、ADF更利于消化。

4 结论

不同来源蛋白质饲料的营养成分及其瘤胃降解率各有差异。采用隶属函数进行综合营养价值评价, 由高到低依次为味精渣、豆粕、棉籽粕、DDGS、牡丹籽粕、芝麻饼粕、酒糟、豆渣、葵花粕、棕榈粕。