全 文 :SILIAO GONGYE2014年第35卷第23期 总第476期
粮食安全是关系我国国民经济发展和社会稳定
的全局性重大战略问题。我国目前粮食消费结构,主
要是食用消费、饲料消费和以粮食为原料的工业消
费。随着近年来我国畜牧业的快速发展,预计饲料消
费在 2020年将增加到 41%[1]。由于饲料消费占粮食
总消费的比重大且增速快,所以未来我国的粮食压力
主要来自于饲料消费而非口粮消费。“人畜争粮”问题
已经成为我国畜牧业发展所面临的重大挑战和阻
碍。加快推进非粮饲料的开发和利用成为保障粮食
安全的重要途径,生产实践证明,在不影响畜禽生产
性能的前提下,用非粮饲料替代部分粮食饲料,可节
省20%~30%的饲料日粮[2-3]。
板栗(Castanea mollissima Blume)为壳斗科(Faga⁃
caea)栗属(Castanea)植物的落叶果木,又名栗子。板
不 同 栗 树 副 产 品 营 养 价 值 的 研 究
■ 李德勇 孟庆翔 韩苗苗 张 迎 任丽萍
(动物营养学国家重点实验室 中国农业大学动物科学技术学院,北京 100193)
作者简介:李德勇,博士,主要从事反刍动物营养与饲料
科学研究。
通讯作者:任丽萍,教授,博士生导师。
收稿日期:2014-09-02
基金项目:国家肉牛牦牛产业技术体系[CARS-38];北京
市共建项目[201202910411136]
摘 要:为了开发新的饲料资源,试验利用常规测定方法和体外产气量法研究了北京怀柔地区
的栗树副产品栗叶、总苞和栗壳的化学成分及体外发酵特性。结果表明:①3种副产品的化学成分均
表现出显著性差异(P<0.05),其中以栗叶EE最高,总苞的CP含量最高,栗壳的纤维含量最高(NDF、
ADF、ADL)(P<0.05),栗叶的Ash显著高于栗壳和总苞的含量(P<0.05);②体外发酵表明,总苞的72 h
产气显著高于栗叶和栗壳(P<0.05),且发酵速率显著高于后者(P<0.05);3者的乙酸浓度无显著性差
异(P>0.05),而丙酸浓度差异显著,其中以总苞最高,栗壳最低,其余各酸之间也表现出显著性差异
(P<0.05);③栗壳的甲烷产量最高,总苞的最低,且差异显著(P<0.05)。综上所述,栗树副产品因其化
学成分和较高的营养特性,具有一定的开发利用价值,有望作为反刍动物的饲料。
关键词:栗树副产品;化学成分;体外产气法;营养价值
doi:10.13302/j.cnki.fi.2014.23.005
中图分类号:S816.15 文献标识码:A 文章编号:1001-991X(2014)23-0021-05
Study of nutritive value of different chestnuts by-products
Li Deyong, Meng Qingxiang, Han Miaomiao, Zhang Ying, Ren Liping
Abstract:The research has been conducted to study the chemical components and the fermentation
characters of three kinds of chestnuts by-products: chestnut leaves(CL), chestnuts involucre(CI) and
chestnut shell(CS). The results showed that all kinds of chemical components of CL, CI, CS had a sig⁃
nificant difference(P<0.05). The CI had the highest CP and the CL’s EE was the highest. The fiber
(NDF, ADF, ADL) of CS was the highest among the three by-products. The gas production had a sig⁃
nificant difference(P<0.05) and the CI was the most and CS was the least. The rate of fermented also
had a significant difference(P<0.05). The acetic acid had no difference but the propionic of CI was sig⁃
nificantly higher than CL and CS(P<0.05). The other volatile fatty acid(VFA) also had a significant dif⁃
ference(P<0.05). The CS produced the most methane and CI was the least and the difference was sig⁃
nificant (P<0.05). The conclusion was that the chestnut by-products had a high nutritive value and
was promising to developed and used as roughage, especially CI and CL.
Key words:chestnuts by-products;chemical components;gas production;nutritional value
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营 养 研 究 2014年第35卷第23期 总第476期
栗在我国有悠久的种植历史,分布多达 26个省(市、
自治区)。2011年我国板栗总产量和结果园面积分别
为 170万吨和 31万亩,均居世界第一[4]。板栗种植生
产出大量的副产物,据统计每年生产的副产物多达
10~15万吨,主要包括板栗壳、板栗总苞和板栗叶等。
有研究报道显示,栗树副产品中含有多酚、有机酸、黄
酮、植物甾酮等多种活性成分,栗树叶中甚至多达 22
种挥发性成分[4-6]。因板栗及其副产品含有多种活性
成分,目前的报道主要集中于研究它的抗氧化、消炎、
抗菌等生理功能及其在药理学上的应用,而关于其化
学成分及含量的研究鲜有报道。
随着饲料加工技术的进步,将这些板栗副产品经
过适当处理后作为反刍动物的粗饲料,能够在一定程
度上缓解“人畜争粮”的矛盾,同时能够降低生产成
本。为了更好地利用栗树副产品替代部分日粮,在使
用前必须了解其营养成分及营养水平。因此,本研究
收集了北京怀柔地区的板栗副产品并对其化学成分
和体外发酵特性进行研究,以期为板栗副产品作为反
刍动物饲料的开发利用提供一定的参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验所用的栗树副产品,包括栗树叶 (chestnut
leaves,CL)、总苞(chestnut involucre,CI)和栗子壳(chest⁃
nut shell,CS)。样品采集于北京怀柔燕山山脉的栗子
主产区,分别在3个不同的加工厂1次性采集并混合,样
品取回后进行风干、粉碎处理(粉碎至1 mm)。
1.2 测定指标及测定方法
测定指标:干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪
(EE)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、中
性洗涤不容氮(NDIN)、酸性洗涤不容氮(ADIN)、酸性
洗涤木质素(ADL)和粗灰分(Ash)。
测定方法:样品中干物质的测定按照GB 6435-
2006饲料中水分的测定方法进行;粗蛋白质测定采用
GB/T 24318-2009中的方法进行,所用仪器为德国El⁃
ementary公司生产的Rapid Ⅲ快氮分析仪;粗脂肪的
测定参照GB/T 6433-2006 中的方法进行,所用仪器
为ANKOM全自动脂肪分析仪;中性洗涤纤维的测定
参照 GB/T 20806-2006中的方法进行,所用仪器为
ANKOM纤维分析仪;酸性洗涤纤维的测定参照NY/
T 1459-2007中的方法进行,所用仪器为ANKOM纤
维分析仪;中性洗涤不溶氮和酸性洗涤不溶氮的测定
方法是饲料样品测定NDF和ADF后再测定氮含量;
酸性洗涤木质素的测定参照GB/T 20805-2006中的
方法进行;粗灰分的测定按照GB/T6438-2007中的方
法进行。
1.3 体外培养
1.3.1 试验动物及基础日粮
选择 3头体重约为 400 kg、装有永久性瘤胃瘘管
的西门塔尔牛作为瘤胃液供体动物。供体动物的基
础日粮精粗比为5050。粗料为玉米青贮和啤酒糟,
饲喂量分别为 3、0.6 kg/(d·头),精料配置参照 2004年
中国肉牛饲养标准,精料组成及营养水平见表 1。试
验牛每天限量饲喂两次(8:00和 16:00),自由饮水。
试验前供体动物预饲1周。
表1 日粮配方及营养水平
原料
玉米青贮
啤酒糟
玉米
棉籽饼
石粉
磷酸氢钙
食盐
预混料
含量(%)42.08.141.56.80.20.30.50.7
营养水平
代谢能ME(MJ/kg)
粗蛋白质(%)
钙(%)
磷(%)
10.711.00.40.3
1.3.2 人工瘤胃培养液的配制
按照Menke等[7]的活体外产气量法进行配制,由
瘤胃液和人工培养液以11的比例配合而成。人工
培养液于瘤胃液采集前配好装入接受瓶中,充分通入
CO2并于39 ℃水浴中保存待用。于晨饲前采集3头供
体瘘管牛的瘤胃液,采集到的瘤胃液迅速用四层纱布
过滤于接受瓶中,立即放入到39 ℃水浴中保存。
1.3.3 人工瘤胃产气量法
准确称量 0.2 g(准确至 0.000 1 g)饲料样品置于
100 ml玻璃培养管(德国)中,以不加发酵底物的培养
管作为空白对照管。样品管经39 ℃预热后加入30 ml
保存于 39 ℃水浴中的经CO2充分饱和的人工瘤胃培
养液,排出培养液中气泡,密封,记录初始刻度后置于
39 ℃恒温水浴培养箱中培养。分别记录0、2、4、6、8、
10、12、18、24、30、36、42、48、54、60、72 h的气体产生
量(ml)。
1.3.4 样品采集及测定
待发酵至72 h时,用冰水终止发酵后迅速排出培
养管中的发酵液,用 pH计(雷磁 PHS-3C型精密 pH
计,精度为 0.01,上海雷磁仪器厂生产)测定发酵液
pH值。然后将发酵液离心(10 000 g,10 min)后,取
1 ml上清液,加入25%偏磷酸溶液0.2 ml,混匀,冷冻
过夜后,10 000 g离心 10 min,取上清液供VFA[8];另
22
SILIAO GONGYE2014年第35卷第23期 总第476期
取一部分上清液用于NH3-N测定[9]。
1.3.5 能值预测
根据饲料中各营养成分含量预测能量的计算方
法如下:
NDFN=NDF-6.25×NDIN(NRC,2001);
总可消化养分:TDN(%)=0.98×(100-NDFN-CP-
EE-Ash)+0.93×CP+2.25×(EE-1)+0.75×(NDFN-ADL)×
[1-(ADL/NDFN)0.667]-7(Weiss,1993);
消化能:DE(Mcal/kg)=4.409×TDN/100(NRC,1984);
代谢能:ME(Mcal/kg)=1.01×DE-0.45(NRC,1984);
维持净能:NEm(Mcal/kg)=1.37ME- 0.138ME2 +
0.010 5ME3-1.12(NRC,2000);
增重净能:NEg(Mcal/kg)=1.42ME- 0.174ME2 +
0.012 2ME3-1.65(NRC,2000);
1 Mcal=4.184 MJ。
1.4 数据分析
采用Excel软件进行原始数据处理,计算常规化
学成分及发酵底物各培养时间点(0.2 g DM)的产气
量和发酵参数。根据动态发酵模型,采用SAS9.0软件
中NON-LINEAR方法计算动态发酵参数。该模型为
GP=B×(1-e-c× t),式中:GP为 t时间点 0.2 g发酵底物
(DM)的产气量(ml);B为0.2 g发酵底物(DM)的理论
最大产气量(ml);c为样本的产气速度常数(h-1);t为活
体外培养时间(h)。采用SAS9.0中的GLM方法对常规
化学成分、动态发酵参数和体外发酵参数(pH、NH3-
N、VFA)进行方差分析,采用Duncan氏法进行多重比
较,显著水平值为 P<0.05,当 0.05
释,P>0.1为差异不显著。
2 结果与分析
2.1 不同栗树副产品化学成分的比较
不同板栗副产品的主要化学成分见表2。表2可
见,除DM之外,其余各指标之间均有显著性差异,其
中总苞的CP显著高于栗叶和栗壳(P<0.01);栗叶的EE
最高,而栗壳的EE最低(P<0.01)。NDF和ADF的呈现
类似的差异性,以栗壳最高、栗叶最低(P<0.01),而
ADL值以栗壳最高、总苞最低;NDIN和ADIN表现出
相似的差异,均以栗壳最高,栗叶最低(P<0.01)。
2.2 不同栗树副产品发酵特性
2.2.1 不同栗树副产品动态发酵的比较
表 3显示了不同栗树副产品 72 h动态发酵参数
的差异。由表 3可知,发酵至 72 h时,总苞(CI)的产
气量最多,栗壳(CS)的产气量最少,且 3者之间差异
极显著(P<0.01),理论最大产气量与72 h产气量表现
出相同的变化趋势,且差异显著(P<0.01);总苞(CI)
的产气速率最快,栗壳(CS)的产气速率最慢,且 3者
差异显著(P<0.01)。
表2 不同栗树副产品营养成分的比较(DM)
项目DMCPEENDFADFADLAshNDINADIN
栗叶(%)90.983.99b5.75a43.20c29.24c12.63b8.10a0.43c0.35b
总苞(%)89.307.50a1.61b54.16b38.99b12.30c3.53b0.49b0.24b
栗壳(%)88.734.16b0.81c70.33a58.67a33.06a1.47c0.74a1.00a
SEM0.3460.0960.1590.1430.6350.8930.0010.0230.018
P值0.68<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.010.002<0.01
注:同行数据肩标字母相异表示差异显著(P<0.05),字母相同表示
差异不显著(P>0.05)。下表同。
表3 不同栗树副产品的动态发酵参数(n=3)
项目72 h产气量(GP,ml)
理论最大产气量(B,ml)
产气速率(c,h-1)
栗叶19.75b20.36a0.053b
总苞22.08a22.81a0.073a
栗壳9.85c9.94c0.047b
SEM0.4400.4590.003
P值<0.01<0.010.003
图 1为栗叶(CL)、总苞(CI)、栗壳(CS)(200 mg
DM)72 h动态产气过程。由图 1可知,3种副产品发
酵至72 h时均达到平台期,其中以总苞(CI)72 h的产
气量最多,栗壳(CS)的产气量最少,并且差异极显著
(P<0.01)。同时,由图1可知,总苞(CI)的产气速率显
著高于栗叶和栗壳的产气速率。
产
气
量(
ml)
12 24 36 720
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00 48 60
CI
CL
CS
时间(h)
图1 不同栗树副产品体外发酵的产气动态
2.2.2 不同栗树副产品体外发酵参数的比较
表 4所示为不同栗树副产品 72 h体外发酵参
数。由表4可知,3种栗树副产品的pH值和NH3-N之
间没有显著性差异(P>0.05);总苞、栗叶和栗壳的TV⁃
FA依次降低且差异显著(P<0.05);3者之间的乙酸浓
度差异不显著,总苞相比于栗叶和栗壳有增加的趋
势;3者体外发酵的丙酸浓度有显著差异(P<0.05),其
中以总苞浓度最高,栗壳浓度最低;丁酸浓度以栗壳
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最高,总苞最低,且差异显著(P<0.05),异丁酸、异戊
酸表现出相同的变化趋势,均以栗壳最高、总苞最低,
且差异显著(P<0.05);栗叶的戊酸浓度最高,而总苞
的最低,差异显著(P<0.05);3种副产品的乙酸丙酸
比差异显著,以栗壳最高,栗叶最低。
表4 不同栗树副产品的体外发酵参数(n=3)
项目pH值NH3-N(mg/100 ml)TVFA(mmol/l)
挥发酸摩尔比(%)ACEPROPBUTYISOBISOVVALACEPROP
栗叶6.861.0640.63b
71.4316.90a7.72b1.29a2.00b0.92a4.23b
总苞6.860.9651.37a
73.1816.94a7.13c0.88b1.75b0.65c4.32b
栗壳6.911.1534.34b
71.4715.65b8.42a1.31a2.33a0.82b4.57a
SEM0.0230.0822.810
0.4650.0740.1620.0720.0840.0740.044
P值0.1770.2450.024
0.062<0.010.0040.006 40.0080.0050.004
注:NH3-N、TVFA、ACE、PROP、BUTY、ISOB、ISOV、VAL分别表示
氨态氮、总挥发性脂肪酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸和
戊酸。
2.2.3 不同栗树副产品体外发酵气体成分的比较
表 5显示了不同栗树副产品体外发酵气体成分
的差异。由表 5可知,3者的甲烷产量差异显著(P<
0.05),其中以栗壳的产量最高,总苞的产量最低;3者
的CO2产量无显著性差异(P>0.05)。
表5 不同栗树副产品的体外发酵的气体成分(n=3)
项目
甲烷(%)
二氧化碳(%)
栗叶18.61b58.57
总苞16.23b67.43
栗壳23.66a58.5
SEM0.0120.05
P值0.0130.416
2.3 不同栗树副产品能量价值的预测
表6所示为不同栗树副产品能值的预测值。由表
6可知,栗叶的可消化养分、消化能、代谢能、维持净能
和增重净能均是3种副产品中最高的,而栗壳的上述
预测值均最低,维持净能和增重净能甚至呈现负值。
表6 不同栗树副产品的能值预测
项目
可消化养分TDN(%)
消化能DE(MJ/kg)
代谢能ME(MJ/kg)
维持净能NEm(MJ/kg)
增重净能NEg(MJ/kg)
栗叶59.5110.989.211.953.19
总苞54.7310.108.311.802.42
栗壳32.746.044.21-0.22-1.60
3 讨论
3.1 不同栗树副产品化学成分的比较
饲料的化学成分很大程度上决定了其饲用价
值。本试验中所选栗树总苞的粗蛋白含量达到
7.5%,和国内常用的粗饲料相当,如青贮玉米秸、稻草
等。栗叶的粗脂肪达到 5.75%,要高于很多常用粗饲
料,说明二者均有较高的利用价值。饲料中的含氮物
质在高温下会与ADF中的木质素结合发生美拉德反
应生成ADIN[10]。 由于ADIN不能完全在家畜的消化
道内消化吸收,其含量的多少则会影响饲料的饲用品
质[11]。3种栗树副产品的ADIN和DNIN含量均较低,
不会影响其蛋白质的消化性。3种副产品的纤维含量
(NDF、ADF、ADL)均较高,其中ADL结构比较复杂,
是一种以苯基丙烷为基本结构的不规则三维网状结
构的高聚物,不易被动物消化,其含量的多少会影响
饲料的饲用价值 [12]。高含量纤维在一定程度上限制
了其应用,但考虑到其易收集和廉价性,依然具有很
好的开发利用价值。
3.2 不同栗树副产品发酵特性
3.2.1 不同栗树副产品动态发酵的比较
体外发酵参数显示,总苞的总挥发酸含量最高,
这与其体外发酵产气量最高(达到51.37 mmol/l)结果
一致,栗叶的总挥发酸稍低,但也达到 40.63 mmol/l,
说明二者均有较好的发酵特性。栗壳体外发酵最慢,
产气延滞期也最大,这也导致了其体外产气量和总挥
发酸浓度较低,说明栗壳在瘤胃内降解率和降解速率
均较差,不适宜直接饲喂动物。
发酵液中的氨态氮主要来自饲料蛋白质的降
解。瘤胃微生物能够将饲料中的蛋白质降解为氨态
氮,进而被瘤胃微生物利用合成微生物蛋白供动物利
用[13]。氨态氮浓度主要受饲料和微生物活性的影响,
同时也与 pH值有一定的关系。3种副产品的粗蛋白
含量存在显著差异,但是氨态氮浓度并未显示出差异
性,可能与选择测定氨态氮的时间点有关。测定氨态
氮的样品是收集发酵72 h时的发酵液,随着发酵时间
的延长,总苞和栗叶中被降解的氨态氮可能有一部分
已经被微生物利用合成微生物蛋白,而栗壳是降解最
慢的,从而三者的氨态氮浓度并无差异。
发酵液中的挥发酸主要来自饲料中碳水化合物
的降解,是反刍动物和瘤胃微生物维持和生长的主要
能量来源,乙酸和丙酸是饲料在瘤胃内发酵产生的两
大主要有机酸[13]。饲料种类和微生物区系的不同,发
酵产生乙酸和丙酸的比值也不同。非结构性碳水化合
物在瘤胃中的发酵效率很高,产生的挥发酸总量较多,
但是乙酸与丙酸比值较低,而粗饲料正好相反[14]。3种
栗树副产品体外发酵都生成大量乙酸,从而造成较高
的乙酸与丙酸比值,即典型的乙酸发酵型饲料,这与
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其常规成分中高纤维含量是一致的。其中,栗壳的乙
酸与丙酸比值显著高于总苞和栗叶,表明栗壳中的可
溶性碳水化合物含量较低,这个结论也与其体外发酵
参数一致。由于微生物生长对底物的选择性,乙酸与丙
酸比值也会影响微生物蛋白质的合成以及不同区系
瘤胃微生物的群体结构,进而影响整个机体的消化与
营养代谢[15]。因此,选择栗树副产品作为粗饲料饲喂
动物时,一定要考虑精料的添加,从而保证瘤胃正常
的发酵功能。
3.2.2 不同栗树副产品体外发酵气体成分的比较
栗壳体外发酵的气体成分中,甲烷含量显著高于
总苞和栗叶,而3者的二氧化碳含量之间无显著性的
差异。甲烷是摄入的碳水化合物经瘤胃微生物发酵
产生,不能被动物利用而排放到大气中,造成饲料的
浪费。甲烷的产生是造成瘤胃发酵能量损失的重要
原因,因饲养水平、日粮组成的不同,以甲烷形式损失
的能量大约占到饲料总能的2%~15%[16]。瘤胃甲烷产
生量主要取决于日粮中可消化结构性碳水化合物(纤
维素、半纤维素)的水平,其水平越高,甲烷产生量越
大[17]。栗壳的甲烷产量高,与其常规成分测定中酸性
洗涤纤维、中性洗涤洗纤维和酸性洗涤木质素含量极
显著地高于总苞和栗叶呈现一致,从而也说明栗壳作
为饲料原料的能量利用率低。活体外人工瘤胃产气
量法测定的气体成分以温室气体为主,其中每分子的
甲烷气体吸收的红外能量是二氧化碳的20~30倍,严
重影响全球的气候。3种副产品的甲烷产量均较高,
这与其纤维含量高有一定的关系。为了能够更好地
利用栗树副产品,在饲喂动物前应该对其进行物理或
化学上的处理,例如青贮、碱处理或者气爆等。
3.3 不同栗树副产品能量价值的预测
利用NRC对3种栗树副产品的能值进行预测,栗
叶的可消化养分以及消化能、代谢能都是最高的,这
与其常规成分中CP、EE等的含量高保持一致,其预测
能值与中等苜蓿和青贮玉米秸秆相当,说明栗叶具有
很好的利用价值,可以不经任何处理替代部分青贮直
接饲喂动物,从而节约饲养成本。总苞的能量预测值
较栗叶稍低,但也具有很好的应用前景,经过适当处
理可以用来饲喂动物。栗壳的预测值是最低的,维持
净能和增重净能甚至出现负值,这与其纤维含量高、
体外降解率低有关,因此,栗壳不能直接用来饲喂动
物,必须经过适当的方式进行处理。考虑其价格廉
价、产量高等优势,因而也具有一定的开发利用前景。
4 结论
栗树总苞的粗蛋白含量较高,栗叶粗脂肪含量较
高,均和我国常用粗饲料相当,说明二者具有较好的
营养价值;体外产气量法证明总苞和栗叶都有较好的
发酵特性,可以替代部分粗饲料直接饲喂反刍动物,
从而降低饲养成本。栗壳含有较高的纤维素,抑制了
其在瘤胃内的发酵和消化,可以利用碱处理、气爆等
方式进行适当的处理后作为反刍动物的粗饲料。因
为栗树副产品(栗叶、总苞和栗壳)产量大、价格低廉,
同时具有较高的营养价值,作为反刍动物的粗饲料具
有很好的开发利用价值。
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(编辑:文奇男,wenqinan@sohu.com)
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