豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物分子結構分析及營養價值評價

馬占霞，田雨佳，盧冬亞，張學煒

（天津農學院動物科學與動物醫學學院，天津市農業動物繁育與健康養殖重點實驗室，天津 300384）

隨著我國養殖業集約化、規?；潭炔粩嗵岣?，飼養水平不斷提高，養殖業對優質的蛋白來源需求量不斷增加。豆粕是餅粕類飼料原料中營養價值最佳的一類，但由于中美貿易戰等原因，其價格一直居高不下；油菜是我國重要的油料作物，其加工后的副產物菜粕含有豐富的蛋白質、碳水化合物、維生素和礦物質等營養物質，因此也常用于奶牛日糧中[1-2]。但是由于普通菜粕中含有較高的芥酸、硫代葡糖苷及其衍生物異硫氰酸酯以及惡唑烷硫酮等抗營養物質，會影響動物適口性及消化率，限制了其在動物日糧中的添加量[3-5]；相反，雙低油菜因其芥酸、硫代葡糖苷含量很低（芥酸含量<2%，硫代葡糖苷含量<30 μmol/g）在世界范圍得到普遍推廣，雙低菜粕也得到廣泛應用[6]，現已有不少有關雙低菜粕替代豆粕飼喂畜禽的試驗報道[7-9]。

近年來，國內對奶牛飼料營養價值的評定雖有所進展，而國外則已經深入到模型評估、飼料降解動力學測定和分子結構研究階段[10-12]。目前，國內針對豆粕、雙低菜粕及普通菜粕有關碳水化合物營養模型評估較少，其分子結構的研究鮮有報道?；诖?，本研究通過測定豆粕、雙低菜粕和普通菜粕中碳水化合物的分子結構，結合常規化學分析、康奈爾凈碳水化合物和蛋白質體系（CNCPS）和NRC 模型估測，比較3 種飼料原料的營養價值，以期為奶牛場合理利用此3 種原料提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 分別從天津市、黑龍江省和河北省采集豆粕樣品3 份；從遼寧省、福建省采集雙低菜粕樣品3 份；從四川省、安徽省和江蘇省采集普通菜粕樣品3 份。所有樣品風干處理、粉碎后過0.45 mm 篩，密封袋封存置于4℃冰箱備用；同時，以四分法取出部分樣品，經進一步粉碎后過0.25 mm 篩，用于分子結構分析。

1.2 試驗方法

1.2.1 ATR-FT/IR 分析蛋白質和碳水化合物分子結構使用FTIR-7600 傅里葉變換紅外光譜儀（天津港東科技有限公司）采集所有樣品完整的光譜圖，每一個樣品平行10 次，儀器掃描參數：波段4 000～800 cm-1，掃描頻次為64 次/min。為消除空氣中CO2及水蒸氣等的影響，每次采集圖譜前先進行空白圖譜采集。將所采集樣品圖譜保存為CSV 格式，利用OMNIC 8.2 軟件（Thermo Nicolet，Madison，WI，US）對碳水化合物分子結構圖譜進行解析。

1.2.2 濕化學分析 依據美國官方分析化學家協會（AOAC）標準方法分別測定豆粕、雙低菜粕及普通菜粕中的干物質（Dry Matter，DM）、粗灰分（Ash）、粗蛋白質（Crude Protein，CP）和粗脂肪（Ether Extract，EE）等營養成分[13]。使用Megazyme 淀粉檢測試劑盒（Bray，Co.Wicklow，Ireland）測定樣品中的淀粉（Starch）含量[14]；可溶性糖（Sugar）含量利用紫外分光光度計蒽酮比色法進行測定[15]。中性洗滌纖維（Neutral Detergent Fiber，NDF）、酸性洗滌纖維（Acid Detergent Fiber，ADF）和酸性洗滌木質素（Acid Detergent Lignin，ADL）含量測定依據Van Soest 方法進行[16]，使用ANKOM 2000i 全自動纖維分析儀測定完成。測定NDF 和ADF 成分之后的殘樣分別用于測定中性洗滌不溶蛋白（Neutral Detergent Insoluble Crude Protein，NDICP）和酸性洗滌不溶蛋白（Acid Detergent Insoluble Crude Protein，ADICP） 含量。

1.2.3 CNCPS 對飼料原料碳水化合物組分的剖分 根據CNCPS 6.5[17]將飼料原料碳水化合物剖分為8 個組分：揮發性脂肪酸（CA1）、乳酸成分（CA2）、其他有機酸（CA3）、糖類（CA4）、淀粉（CB1）、可溶性纖維（CB2）、可利用的中性洗滌纖維（CB3）和不可利用的中性洗滌纖維（CC），由于豆粕、雙低菜粕及普通菜粕內均不含或只含有極少量的揮發性脂肪酸、乳酸及其他有機酸成分，故本研究僅分析其中的糖類、淀粉、可溶性纖維、可利用的中性洗滌纖維及不可利用的中性洗滌纖維。計算公式：

1.2.4 NRC 模型估測真可消化養分與能值 使用NRC（2001）[18-19]奶牛模型中公式估測豆粕、雙低菜粕及普通菜粕在奶牛瘤胃的真可消化脂肪酸（Truly Digestible Fatty Acid，tdFA）、真可消化中性洗滌纖維（Truly Digestible Neutral Detergent Fiber，tdNDF）、真可消化非纖維碳水化合物（Truly digestible Non-Fiber Carbo hydrate，tdNFC），然后計算維持水平下的消化能（Digestible Energy Maintenance Level，DE1×），生產水平下（3 倍維持需要的采食量）的消化能（Digestible Energy At 3 Times Maintenance Level，DEp 或 DE3×）、生產水平下的（3 倍維持需要的采食量）代謝能（Meta bolic Energy At 3 Times Maintenance Level，MEp 或ME3×）和生產水平下的（3 倍維持需要的采食量）泌乳凈能（Net Energy For Lactation At 3 Times Maintenance Level，NELp或NEL3×）；采用NRC（1996）[20]肉牛模型估測各樣品的維持凈能（Net Energy for Maintenance Level，NEm）和增重凈能（Net Energy for Growth Level，NEg）。計算公式：

式中，PAF 為加工校正因子，在NRC（2001）模型中，PAF 假設為1，NDFn 為校正中性洗滌纖維，Discount為折扣系數。

1.3 統計分析 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物分子結構試驗數據經Excel 2007 軟件整理分析后，使用SAS 9.2[21]軟件中的MIXED 程序進行統計分析。分析所用模型：

式中，Yij是根據變量（i、j）所得的因變量，μ 是變量（i、j）的平均值，Ti是飼料原料類型的差異，是一個固定因素，S（T）j是運行效果，是一個隨機因素，eij是與變量ij相關的隨機誤差。

Tukey-Karmaer 多重比較檢驗用于比較不同處理組之間的差異。P<0.05 作為差異顯著性的判斷標準。

豆粕、雙低菜粕及普通菜粕化學成分和碳水化合物CNCPS 組分剖分、NRC 模型估測真可消化養分與能值，試驗數據經Excel 2007 軟件整理分析后，使用SAS 9.2[21]軟件中的PROC MIXED 程序進行統計分析。分析所用模型：

式中，Yij是根據變量（i、j）所得的因變量，μ 是變量（i、j）的平均值，Fi是飼料原料類型的差異，是一個固定因素，eij是與變量ij 相關的隨機誤差。

2 結果與分析

2.1 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的碳水化合物分子結構 由于豆粕、雙低菜粕及普通菜粕中的淀粉和糖類含量均較少，故本研究僅重點采集了與碳水化合物相關的β-聚葡萄糖峰高、峰面積，纖維素復合物峰高、峰面積以及總碳水化合物3 個亞峰的峰高、峰面積。由表1 可知，豆粕的β-聚葡萄糖峰高、峰面積均極顯著高于普通菜粕和雙低菜粕，雙低菜粕的β-聚葡萄糖峰面積顯著高于普通菜粕（0.207vs.0.099 IR unit）；豆粕的纖維素復合物峰高、峰面積均極顯著高于普通菜粕和雙低菜粕，同時雙低菜粕纖維素復合物峰高極顯著高于普通菜粕（0.003vs.0.002 IR unit），但雙低菜粕與普通菜粕的纖維素復合物峰面積無顯著差異；豆粕的CHO峰1 區峰面積極顯著高于普通菜粕CHO 峰1 區峰面積（0.650vs.0.533 IR unit）；雙低菜粕的CHO 峰2 區峰面積顯著高于普通菜粕（3.004vs.2.537 IR unit）；豆粕的CHO 峰3 區峰高極顯著高于普通菜粕（0.062vs.0.051 IR unit），雙低菜粕的CHO 峰3 區峰高、峰面積均顯著高于普通菜粕（0.061vs.0.051 IR unit、4.836vs.4.031 IR unit）。

2.2 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物相關營養成分 由表2 可看出，豆粕中的ADF 極顯著低于普通菜粕；豆粕內的ADL 顯著低于普通菜粕。

2.3 CNCPS 對豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的碳水化合物組分的剖分 由表3 可見，豆粕內CHO 含量極顯著低于雙低菜粕和普通菜粕，而其CB2 含量極顯著高于雙低菜粕和普通菜粕，雙低菜粕與普通菜粕內的CHO 和CB2 含量無顯著差異；普通菜粕內的CC 含量顯著高于豆粕。

2.4 NRC 模型估測豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的可消化養分含量和能值 由表4 可知，豆粕、雙低菜粕和普通菜粕三者之間的tdNFC、tdNDF、tdFA 均無顯著差異；豆粕的DE1×顯著高于普通菜粕，其 MEp、NELp均極顯著高于普通菜粕的MEp、NELp（2.93 vs.2.60 MJ/kg DM，1.86 vs.1.63 MJ/kg DM），而豆粕與雙低菜粕以及雙低菜粕與普通菜粕之間DE1×、MEp、NELp均無顯著差異；豆粕、雙低菜粕和普通菜粕三者之間的NEm、NEg 均無顯著差異。

表1 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物分子結構圖譜特征

3 討 論

3.1 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的碳水化合物分子結構及化學指標的對比分析 本研究中，豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的ADF 和ADL 含量依次逐漸增加，而三者纖維素復合物的峰面積卻依次減小，這與李欣新[22]以及Chen 等[23]以不同品種雙低菜粕和豆粕為分析樣本的試驗結果一致。本研究結果進一步表明，飼料原料中ADF 和ADL 含量與纖維素復合物的峰面積呈負相關。綜上，對于餅粕類飼料原料，纖維素復合物的峰面積越小，ADF 和ADL 含量越高，品質越差。因此，本研究中二級分子結構結果顯示，就碳水化合物而言，豆粕的品質較優，雙低菜粕次之，普通菜粕的品質最差。

生產應用中，評價飼料原料內碳水化合物的質量，除了分析碳水化合物組分外，還需分析飼料原料內的分子結構。3 種飼料原料內不同碳水化合物官能團吸收值不同，故其相應的內部分子結構存在差異，分子結構的差異在理論上會造成飼料原料營養價值的區別[24]，進而影響飼料養分在瘤胃內的降解率[10]以及小腸內的吸收率[25]。Yu[26]研究表明，碳水化合物的分子結構與其相對應的營養成分以及CNCPS 所剖分的各個組分均呈一定的相關性，而且相應組分分子結構的峰值或峰面積可以作為預測飼料原料營養價值的參數。

表2 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物相關營養指標

表3 CNCPS 對豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物組分的剖分

表4 NRC 模型估測豆粕、雙低菜粕及普通菜粕可消化養分含量和能值

3.2 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物相關營養成分的對比分析 本研究發現豆粕中的ADF、ADL 含量低于雙低菜粕與普通菜粕，這與許文斌[27]以及孫振華[28]的研究結果一致。而雙低菜粕的ADF 與ADL 含量與普通菜粕無顯著差異；ADF 含量及其可消化水平與能量的消化率有關[29]，ADL 是不被動物消化利用的。由此表明，豆粕中纖維和能量的消化率高于雙低菜粕和普通菜粕，而后兩者間無差異。

3.3 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的碳水化合物組分的對比分析 CNCPS 體系能夠反映出豆粕、雙低菜粕及普通菜粕中的碳水化合物和蛋白質在瘤胃內的降解率和消化道內的消化率等情況，可以評定3 種餅粕飼料原料的品質，從而更好地指導反芻動物日糧的配制。本課題組已測得CNCPS 劃分的CP 亞組分在豆粕、雙低菜粕及普通菜粕間無差異，但豆粕的CP 含量高于雙低菜粕和普通菜粕，且豆粕的氨基酸含量和組分高于雙低菜粕和普通菜粕[30]。

本試驗中，豆粕、雙低菜粕及普通菜粕碳水化合物組分之間存在差異。豆粕的可溶性纖維組分 CB2（92.33%CHO）高于雙低菜粕（44.68%CHO）和普通菜粕（33.22%CHO），并且不可利用纖維 CC 組分很低（0.01%CHO）。唐春梅[31]和許文斌[27]研究表明，豆粕的可溶性纖維組分 CB2 和可利用中性洗滌纖維組分 CB3 都高于雙低菜粕，并且不可利用纖維 CC 組分很低，與本研究結果一致。本試驗中普通菜粕和雙低菜粕的CC 組分高于豆粕，且普通菜粕內CC 含量達到29.28%CHO，表明普通菜粕和雙低菜粕的瘤胃不可降解碳水化合物含量較高，可降解碳水化合物相對較低，不利于飼料原料在瘤胃內降解消化。然而，飼料原料的實際瘤胃降解特性還需經瘤胃尼龍袋法做進一步的驗證。

3.4 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的可消化養分含量和能值的對比分析 豆粕、雙低菜粕及普通菜粕中tdNDF含量雖然未達到顯著差異，但仍有豆粕最高、雙低菜粕次之、普通菜粕含量最低的趨勢；雙低菜粕的tdNFC、tdFA 含量相對略高于豆粕和普通菜粕；一般地，飼料原料中碳水化合物含量與其能值有密切的正相關關系。就本研究結果而言，其DE1×、MEp、NELp值呈現出豆粕> 雙低菜粕> 普通菜粕的趨勢，這與其相應的纖維含量變化規律一致。

4 結 論

本試驗對豆粕、雙低菜粕及普通菜粕的碳水化合物的營養成分含量、CNCPS 組分剖分、可消化養分含量和能值等指標進行系統分析和比較，結果顯示豆粕的營養價值最佳，雙低菜粕次之，普通菜粕最差，同時揭示出這與其分子結構的不同有密切關系。