体外产气法评价几种非常规饲料的营养价值

张 宁，张力莉，徐晓锋，王小伟

（宁夏大学农学院，宁夏银川 750021）

长期以来，我国非常规牧草资源的发展利用不足，畜牧业的发展在很大程度上依赖于饲料的供应。大多数农业地区农副产品丰富，有着种类和数量都较多的非常规牧草资源，但其中很多都被舍弃，既造成环境污染又浪费资源。然而，“人多地少”的现实决定了我国饲料行业将长期面临饲料资源严重短缺的压力，已成为影响我国饲料行业和养殖业发展的重要因素。随着人畜争粮矛盾日益尖锐、畜牧业结构调整和环境污染问题突出，非常规饲料资源的开发利用显得更加重要（陈鑫珠，2020；耿爽，2020）。

葡萄渣是葡萄酒酿造后的副产品，约占葡萄鲜重的25%左右，其营养丰富，含有较多的蛋白质及矿物质元素等，在动物营养和免疫机能方面具有较高的饲用价值。将葡萄渣应用于动物饲料中，不但可以提高动物机体的免疫功能，动物的生产性能和产品质量得到改善，对于节约常规饲料资源，降低饲养成本也有很大作用（郝小燕，2019）。2016年我国生产11.4亿升葡萄酒，产生葡萄酒渣28万～48万t，约占全球葡萄皮渣产量的4.3%。2015年宁夏葡萄皮渣产量约为5万t（冯玲霞，2018）。

番茄渣是生产加工后的副产品，约占番茄鲜重的4%，其主要由番茄皮、种子和残浆组成。干物质方面，番茄渣中粗蛋白质含量为14%～22%，粗纤维含量约为34%，含有番茄红素等营养物质，是一种良好的蛋白质饲料资源。我国是世界上最大的番茄和番茄产品生产国，2013年番茄年产量612万t，占世界产量的18.5%。据统计，番茄渣年产量约25万t（桑吉惹，2017）。

欧李，俗称钙果，含有丰富的糖、蛋白质、矿物质元素、维生素、氨基酸等营养物质。因钙、铁含量高，易被人体吸收，被称为“钙果”（曹慧琴，2015）。经测定，每100 g新鲜钙果含蛋白质1.5 g、维生素C 7 g、钙360 mg、铁58 mg。其果实中含有糖、维生素B等营养成分。维生素E、维生素C、维生素B2高于苹果、梨、杏、葡萄、草莓等水果（李金峰，2005）。

体外产气法通常用于饲料营养价值的评定，这种方法能更好的模拟瘤胃发酵的过程，通过体外发酵测定各种指标并预测各种饲料体外瘤胃降解率和饲料能值。

1 材料与方法

1.1 试验材料 葡萄残渣、番茄渣和钙果渣来源于宁夏大学农学院葡萄与葡萄酒研究教育部工程技术中心，经过48 h在65℃烘箱中烘干处理，制作成风干样后，粉碎通过40 mm筛。在室温下保存于自封袋中用于常规养分测定和体外发酵试验。

1.2 试验设计 取三种不同饲料样品进行体外产气试验，每个样品6个重复，并设置空白组，分别培养至3、6、9、12、24、48 h并记录产气量，发酵结束后取上清液放入4℃环境冷藏用于测定24 h和48 h发酵液pH、微生物蛋白、氨态氮以及干物质降解率。

1.3 试验方法

1.3.1 常规养分含量测定 按实验室饲料常规方法测定样品的钙、磷、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、粗脂肪（EE）、粗灰分（Ash）、粗蛋白质（CP）含量。其中，粗蛋白质含量使用自动凯氏定氮仪测定，粗脂肪含量用索氏抽脂器测定，纤维含量使用Van Soest（1967）的纤维分析法测定，磷使用钼蓝比色法（向晓黎，2015）测定，粗灰分的测定采用马弗炉灰化法。

1.3.2 体外培养体系 本试验采用Menke等（1988）的方法进行体外发酵试验，按照试验设计相关方法提前制备了人工唾液。采集到瘤胃液后密封带回实验室，将其用4层纱布过滤后与在39℃水浴中预热过的人工唾液按2:1的比例均匀混合，作为混合培养基。在这段时间内，持续通入CO2气体，并保持39℃水浴，以确保厌氧环境。在注射器中加入50 mL培养基，包好密封条，放入恒温水浴箱中，开始培养。

1.3.3 瘤胃液供体动物 瘤胃液采自平吉堡第三

奶牛场安装永久瘘管的成年奶牛。

1.4 测定指标和方法

1.4.1 产气量的测定 培养开始后，记录3、6、9、12、24、48 h的产气管刻度读数。产气量计算公式如下：

产气量=Vt-V0；

式中：Vt为发酵t小时后产气管刻度读数，V0为开始培养时产气管读数。

1.4.2 pH的测定 采用便携式pH计测定pH，精确度为0.1。

1.4.3 氨态氮的测定 取体外发酵24 h和48 h的培养液10 mL在3500～4000 r/min下离心10 min后，吸取2 mL上清液，依据冯宗慈（2010）的比色法进行测定。用氯化铵制作标准系列溶液，用分光光度计比色，在700 nm下比色并记录数据制作出标准曲线，样品处理后将测得的吸光值带入回归公式计算原样中氨态氮含量。

1.4.4 微生物蛋白的测定 微生物蛋白的测定依据Wang等（2008）差速离心法将微生物分离，取体外发酵24 h和48 h的培养液1.5 mL于2 mL的离心管中，3000 r/min下离心5 min，移上清至1.5 mL的离心管中，4℃、12000 r/min离心30 min弃去上清，向离心管中加入1.5 mL 0.25 mol/L的氢氧化钠溶液，沸水浴中反应20 min，再在4℃条件下，1200 r/min离心30 min，取100 mL上清于10 mL玻璃管中，加考马斯亮蓝溶液5 mL混匀595 nm处比色（王孝平，2009）。以生血清白蛋白作为标准品，制作标准曲线。将数值带入回归公式计算原样中微生物蛋白含量。

1.4.5 体外营养物质消化率测定 经过24 h和48 h体外培养，将两个阶段发酵液经10000 r/min离心10 min后弃去上清液，剩余残渣在烘箱中65℃烘24 h，105℃再烘6 h后称重，称离心管和残渣重量，把离心管洗干净烘干2 h（105℃）后再称离心管的重量，两者之差就是残渣的重量，计算体外干物质降解率。

体外干物质降解率/%=（底物质量-残渣质量）/底物质量×100。

1.4.6 代谢能值计算 回归公式（钱元诚，1989）如下：

代 谢 能/（MJ/kg DM）=.01456GV+0.07675%CP+0.1462%EE+1.198；

式中：GV为饲料样本24 h产气量；CP为粗蛋白质含量；EE为粗脂肪含量。

1.5 数据分析 通过Excel将所有的数据进行处理，再利用SPSS 23.0单因素方差分析法和LDS法对其进行分析，分析的数据结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 三种饲料常规成分含量 由表1可见，番茄渣的粗蛋白质含量最高，为20.35%；粗脂肪含量差异很大，最高的为番茄渣（14.33%），最低的为钙果渣（1.64%）；中性洗涤纤维从大到小分别为葡萄渣＞番茄渣＞钙果渣，含量分别为49.14%、47.17%、30.24%；酸性洗涤纤维含量葡萄渣＞番茄渣＞钙果渣；粗灰分葡萄渣最高，钙果渣最低；钙葡萄渣含量最高；磷番茄渣含量最高。粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分和钙磷均存在显著性差异（P＜0.05），中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维中番茄渣与葡萄渣均不存在显著性差异（P＞0.05）。

表1 三种饲料的常规营养成分含量（干物质基础）%

2.2 不同饲料体外发酵产气量 由图1可知，随发酵时间的延长，三种饲料的产气量呈现递增趋势，葡萄渣和番茄渣都是缓慢递增，钙果渣先快速增长后缓慢增长，12～24 h增长趋势最明显。产气量由高到低为钙果渣＞番茄渣＞葡萄渣，三种饲料体外产气量间都存在显著性差异。

图1三种非常规饲料累积产气量

2.3 体外瘤胃发酵产气参数 由表2和表3可知，24 h葡萄渣与番茄渣的pH差异性不显著（P＞0.05），钙果渣与葡萄渣和番茄渣之间都存在显著性差异（P＜0.05），48 h也表现出同样特点；微生物蛋白浓度和氨态氮浓度三者都有显著性差异（P＜0.05），微生物蛋白含量从大到小依次为钙果渣＞番茄渣＞葡萄渣；氨态氮含量从大到小依次为番茄渣＞葡萄渣＞钙果渣。

表2 三种饲料的24 h体外发酵氨态氮、微生物蛋白浓度、pH

表3 三种饲料的48 h体外发酵氨态氮、微生物蛋白浓度、p H

2.4 体外瘤胃干物质降解率 由表4可知，三种饲料24 h和48 h的干物质降解率在组间和组内都有显著性差异（P＜0.05），钙果渣的干物质降解率相比其他两种饲料高，24 h降解率达到了53.67%，48 h降解率达到67.05%。葡萄渣降解率最低，24 h和48 h都未达到30%。

表4 三种饲料的体外干物质降解率%

2.5 代谢能 由表5可知，计算得到的代谢能钙果渣最高，达到了22.54 MJ/kg DM，葡萄渣代谢能最低，为6.66 MJ/kg DM，番茄渣居中，代谢能为10.87 MJ/kg DM，三种饲料代谢能之间存在显著性差异（P＜0.05）。

表5 三种饲料的代谢能

3 讨论

3.1 三种饲料营养成分分析 粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量是评价反刍动物的非粮饲料营养价值和实际饲用价值的重要指标。Baumgartel等（2005）研究报道，新鲜的红葡萄渣中含粗蛋白质（CP）15.50%、粗脂肪（EE）7.00%、粗 灰 分 （Ash）5.70%、中 性 洗 涤 纤 维（NDF）50.70%、酸性洗涤纤维（ADF）36.50%。试验中测得葡萄渣粗蛋白质平均含量为11.17%，略低于上述研究，可能是因为品种不同导致，粗脂肪略高，其余指标无太大差异。张雪峰等（2016）研究也指出，从葡萄籽常规养分含量来看，葡萄籽的粗蛋白质、粗脂肪和Ca含量较高，高于玉米、高粱、大麦、稻谷和碎大米；粗脂肪含量高于豌豆、蚕豆和黑豆，接近黄豆（18.4%）；Ca含量高于禾本科和豆科籽实类（苏秀侠，2008）。早热古丽·热合曼（2012）研究指出，番茄渣粗蛋白质含量为（19.3±0.8）%，略低于试验结果（20.35±0.53）%，粗脂肪含量为（16.7±0.2）%，略高于（14.33±1.92）%。目前关于钙果渣的研究较少，李娜等（2016）的研究中显示，钙果渣蛋白质含量2.41 g/100 g、脂肪5.81 g/100 g、灰分6.36 g/100 g，本试验测定结果与其差异性较大。

3.2 体外瘤胃发酵产气分析 体外发酵产气主要底物是碳水化合物，一定时间内产气量的多少代表其底物营养价值的高低程度（唐一国等，2003），张桂杰等（2010）研究表明，牧草品质越好，其产气量越大。从本试验的体外产气结果来看，三种非常规饲料48 h累积产气量从多到少依次为钙果渣、番茄渣、葡萄渣，说明钙果渣的营养价值更高。本试验中三种饲料随发酵时间延长，产气量呈上升的趋势，培养一定时间后产气量的增加逐渐趋于平缓，这一结果符合体外产气的一般规律。但各种草料之间的发酵效果也存在一定差异，这可能与各草料本身的营养成分有关。钙果粗蛋白质和粗脂肪含量不高，说明它还含有一些其他的淀粉或可溶性糖类，钱诚（2013）提到钙果可溶性糖含量较高，高达14.88%，另外中洗和酸洗的含量都低于其他二者，说明其总体纤维含量较低，冯媛媛（2015）研究表明，钙果的粗纤维含量较低，验证了这一猜想，所以它的产气速度快，产气量高。葡萄渣产气量最低，但试验测得纤维含量较高，徐元君（2014）的测定结果也说明葡萄渣粗纤维含量较高，不利于消化利用。

3.3 瘤胃发酵参数分析 瘤胃液的pH是影响瘤胃发酵的一个重要指标，其波动的主要原因是日粮结构与营养水平的差异（周玲等，2017）。李满双等（2015）研究报道，pH的正常变化范围为5.5～7.5，过高或过低都会影响瘤胃微生物的活力，本试验中三种饲料pH均在正常变化范围内，说明符合饲料发酵的规律。

氨态氮含量是衡量瘤胃氮代谢的重要指标，并能间接反映瘤胃微生物利用NH3-N合成微生物蛋白和微生物分解饲料中蛋白质生成氨态氮的平衡情况（徐俊等，2013）。Illius（1989）研究表明，瘤胃液中NH3-N的含量为6～30 mg/100 mL，本试验的氨态氮浓度为10.39～14.27 mg/100 mL，研究结果均在范围内，说明其都能够促进氨态氮转化为微生物蛋白。Khan等（2007）研究得出，过多的可溶性蛋白将会引起瘤胃内的pH和NH3-N浓度升高，三种饲料蛋白含量和pH、氨态氮含量均符合这一结论。

微生物蛋白质浓度在一定程度上可以反映瘤胃微生物种群数量，说明微生物蛋白质合成的生长速度和活性主要与饲料蛋白质和能量有关，当瘤胃能量符合氮源释放的数量和速度时，可最大限度地提高微生物蛋白质合成的效率（韩肖敏等，2017），张红梅等（2020）提到在氮源充足的情况下，能量是微生物蛋白合成的第一限制性因素，主要取决于可发酵碳水化合物的发酵速率，三种材料中钙果可溶性碳水化合物含量最高，所以其微生物蛋白含量也较高。微生物蛋白含量从大到小依次为钙果渣、番茄渣、葡萄渣，说明钙果渣微生物利用氨态氮和蛋白质的效率最高。

3.4 体外干物质消化率与代谢能值评估 粗饲料的干物质消化率受饲料中的纤维素含量和木质化程度的影响，反映了粗饲料在体内消化降解的难易程度，一般来说，粗饲料的干物质消化率越高，品质就越好（涂远璐等，2019）。本试验中钙果渣干物质降解率最高，说明其品质优于其他二者。干物质降解主要是粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪。Cheema等（1991）研究发现，干物质瘤胃降解率与日粮中蛋白质水平呈正相关，虽然钙果渣粗蛋白质等含量并不高，但干物质消化率最高，说明其和蛋白含量无关。张欢等（2019）研究指出，葡萄渣可溶性碳水化合物含量不足1%。雷恒等（2014）研究也表明，番茄渣可溶性碳水化合物含量不高，钙果中含量最高，所以其干物质降解率最高，和产气量规律一致，番茄渣和葡萄渣二者差异则在于粗蛋白质和粗脂肪含量，番茄渣均大于葡萄渣。

代谢能是评定反刍动物能量需要重要体系。赵江波（2016）指出，饲料中的粗蛋白质含量与代谢能的相关性达到显著水平，虽然钙果渣代谢能最高，但是粗蛋白质含量并不高，因此可看出粗蛋白质含量对钙果渣的代谢能影响不大。由回归公式可知，代谢能和产气量、粗蛋白质含量及粗脂肪含量有关，产气法评定饲料能量价值的根据是瘤胃产生的气体主要来自碳水化合物，气体由CO2和CH4组成，饲料中粗蛋白质和粗脂肪只产生少量气体，粗蛋白质大部分被降解为氨，又重新被瘤胃微生物利用，脂肪在瘤胃中分解很少（钱元诚等，1989），因此碳水化合物是影响钙果渣代谢能的主要因素。《中国饲料成分及营养价值表》中部分常规饲料有效代谢能值中玉米为13.60 MJ/kg、豆粕11.22 MJ/kg、高粱12.34 MJ/kg，黄香等（2018）也测定了一些非常规饲料的代谢能值，麦麸、米糠、菜粕的代谢能值分别为 （8.9733±0.7284）、（5.1396±0.3012）、（10.1397±0.4271）MJ/kg。相比于这些饲料钙果渣的代谢能值较高，有较好的饲喂价值。

4 小结

通过常规营养成分分析、体外产气量、瘤胃发酵参数、干物质体外瘤胃降解率以及代谢能评估，钙果渣营养价值更好。