豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物分子结构分析及营养价值评价

马占霞，田雨佳，卢冬亚，张学炜

（天津农学院动物科学与动物医学学院，天津市农业动物繁育与健康养殖重点实验室，天津 300384）

随着我国养殖业集约化、规模化程度不断提高，饲养水平不断提高，养殖业对优质的蛋白来源需求量不断增加。豆粕是饼粕类饲料原料中营养价值最佳的一类，但由于中美贸易战等原因，其价格一直居高不下；油菜是我国重要的油料作物，其加工后的副产物菜粕含有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素和矿物质等营养物质，因此也常用于奶牛日粮中[1-2]。但是由于普通菜粕中含有较高的芥酸、硫代葡糖苷及其衍生物异硫氰酸酯以及恶唑烷硫酮等抗营养物质，会影响动物适口性及消化率，限制了其在动物日粮中的添加量[3-5]；相反，双低油菜因其芥酸、硫代葡糖苷含量很低（芥酸含量<2%，硫代葡糖苷含量<30 μmol/g）在世界范围得到普遍推广，双低菜粕也得到广泛应用[6]，现已有不少有关双低菜粕替代豆粕饲喂畜禽的试验报道[7-9]。

近年来，国内对奶牛饲料营养价值的评定虽有所进展，而国外则已经深入到模型评估、饲料降解动力学测定和分子结构研究阶段[10-12]。目前，国内针对豆粕、双低菜粕及普通菜粕有关碳水化合物营养模型评估较少，其分子结构的研究鲜有报道。基于此，本研究通过测定豆粕、双低菜粕和普通菜粕中碳水化合物的分子结构，结合常规化学分析、康奈尔净碳水化合物和蛋白质体系（CNCPS）和NRC 模型估测，比较3 种饲料原料的营养价值，以期为奶牛场合理利用此3 种原料提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 分别从天津市、黑龙江省和河北省采集豆粕样品3 份；从辽宁省、福建省采集双低菜粕样品3 份；从四川省、安徽省和江苏省采集普通菜粕样品3 份。所有样品风干处理、粉碎后过0.45 mm 筛，密封袋封存置于4℃冰箱备用；同时，以四分法取出部分样品，经进一步粉碎后过0.25 mm 筛，用于分子结构分析。

1.2 试验方法

1.2.1 ATR-FT/IR 分析蛋白质和碳水化合物分子结构使用FTIR-7600 傅里叶变换红外光谱仪（天津港东科技有限公司）采集所有样品完整的光谱图，每一个样品平行10 次，仪器扫描参数：波段4 000～800 cm-1，扫描频次为64 次/min。为消除空气中CO2及水蒸气等的影响，每次采集图谱前先进行空白图谱采集。将所采集样品图谱保存为CSV 格式，利用OMNIC 8.2 软件（Thermo Nicolet，Madison，WI，US）对碳水化合物分子结构图谱进行解析。

1.2.2 湿化学分析 依据美国官方分析化学家协会（AOAC）标准方法分别测定豆粕、双低菜粕及普通菜粕中的干物质（Dry Matter，DM）、粗灰分（Ash）、粗蛋白质（Crude Protein，CP）和粗脂肪（Ether Extract，EE）等营养成分[13]。使用Megazyme 淀粉检测试剂盒（Bray，Co.Wicklow，Ireland）测定样品中的淀粉（Starch）含量[14]；可溶性糖（Sugar）含量利用紫外分光光度计蒽酮比色法进行测定[15]。中性洗涤纤维（Neutral Detergent Fiber，NDF）、酸性洗涤纤维（Acid Detergent Fiber，ADF）和酸性洗涤木质素（Acid Detergent Lignin，ADL）含量测定依据Van Soest 方法进行[16]，使用ANKOM 2000i 全自动纤维分析仪测定完成。测定NDF 和ADF 成分之后的残样分别用于测定中性洗涤不溶蛋白（Neutral Detergent Insoluble Crude Protein，NDICP）和酸性洗涤不溶蛋白（Acid Detergent Insoluble Crude Protein，ADICP） 含量。

1.2.3 CNCPS 对饲料原料碳水化合物组分的剖分 根据CNCPS 6.5[17]将饲料原料碳水化合物剖分为8 个组分：挥发性脂肪酸（CA1）、乳酸成分（CA2）、其他有机酸（CA3）、糖类（CA4）、淀粉（CB1）、可溶性纤维（CB2）、可利用的中性洗涤纤维（CB3）和不可利用的中性洗涤纤维（CC），由于豆粕、双低菜粕及普通菜粕内均不含或只含有极少量的挥发性脂肪酸、乳酸及其他有机酸成分，故本研究仅分析其中的糖类、淀粉、可溶性纤维、可利用的中性洗涤纤维及不可利用的中性洗涤纤维。计算公式：

1.2.4 NRC 模型估测真可消化养分与能值 使用NRC（2001）[18-19]奶牛模型中公式估测豆粕、双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）、真可消化中性洗涤纤维（Truly Digestible Neutral Detergent Fiber，tdNDF）、真可消化非纤维碳水化合物（Truly digestible Non-Fiber Carbo hydrate，tdNFC），然后计算维持水平下的消化能（Digestible Energy Maintenance Level，DE1×），生产水平下（3 倍维持需要的采食量）的消化能（Digestible Energy At 3 Times Maintenance Level，DEp 或 DE3×）、生产水平下的（3 倍维持需要的采食量）代谢能（Meta bolic Energy At 3 Times Maintenance Level，MEp 或ME3×）和生产水平下的（3 倍维持需要的采食量）泌乳净能（Net Energy For Lactation At 3 Times Maintenance Level，NELp或NEL3×）；采用NRC（1996）[20]肉牛模型估测各样品的维持净能（Net Energy for Maintenance Level，NEm）和增重净能（Net Energy for Growth Level，NEg）。计算公式：

式中，PAF 为加工校正因子，在NRC（2001）模型中，PAF 假设为1，NDFn 为校正中性洗涤纤维，Discount为折扣系数。

1.3 统计分析 豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物分子结构试验数据经Excel 2007 软件整理分析后，使用SAS 9.2[21]软件中的MIXED 程序进行统计分析。分析所用模型：

式中，Yij是根据变量（i、j）所得的因变量，μ 是变量（i、j）的平均值，Ti是饲料原料类型的差异，是一个固定因素，S（T）j是运行效果，是一个随机因素，eij是与变量ij相关的随机误差。

Tukey-Karmaer 多重比较检验用于比较不同处理组之间的差异。P<0.05 作为差异显著性的判断标准。

豆粕、双低菜粕及普通菜粕化学成分和碳水化合物CNCPS 组分剖分、NRC 模型估测真可消化养分与能值，试验数据经Excel 2007 软件整理分析后，使用SAS 9.2[21]软件中的PROC MIXED 程序进行统计分析。分析所用模型：

式中，Yij是根据变量（i、j）所得的因变量，μ 是变量（i、j）的平均值，Fi是饲料原料类型的差异，是一个固定因素，eij是与变量ij 相关的随机误差。

2 结果与分析

2.1 豆粕、双低菜粕及普通菜粕的碳水化合物分子结构 由于豆粕、双低菜粕及普通菜粕中的淀粉和糖类含量均较少，故本研究仅重点采集了与碳水化合物相关的β-聚葡萄糖峰高、峰面积，纤维素复合物峰高、峰面积以及总碳水化合物3 个亚峰的峰高、峰面积。由表1 可知，豆粕的β-聚葡萄糖峰高、峰面积均极显著高于普通菜粕和双低菜粕，双低菜粕的β-聚葡萄糖峰面积显著高于普通菜粕（0.207vs.0.099 IR unit）；豆粕的纤维素复合物峰高、峰面积均极显著高于普通菜粕和双低菜粕，同时双低菜粕纤维素复合物峰高极显著高于普通菜粕（0.003vs.0.002 IR unit），但双低菜粕与普通菜粕的纤维素复合物峰面积无显著差异；豆粕的CHO峰1 区峰面积极显著高于普通菜粕CHO 峰1 区峰面积（0.650vs.0.533 IR unit）；双低菜粕的CHO 峰2 区峰面积显著高于普通菜粕（3.004vs.2.537 IR unit）；豆粕的CHO 峰3 区峰高极显著高于普通菜粕（0.062vs.0.051 IR unit），双低菜粕的CHO 峰3 区峰高、峰面积均显著高于普通菜粕（0.061vs.0.051 IR unit、4.836vs.4.031 IR unit）。

2.2 豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物相关营养成分 由表2 可看出，豆粕中的ADF 极显著低于普通菜粕；豆粕内的ADL 显著低于普通菜粕。

2.3 CNCPS 对豆粕、双低菜粕及普通菜粕的碳水化合物组分的剖分 由表3 可见，豆粕内CHO 含量极显著低于双低菜粕和普通菜粕，而其CB2 含量极显著高于双低菜粕和普通菜粕，双低菜粕与普通菜粕内的CHO 和CB2 含量无显著差异；普通菜粕内的CC 含量显著高于豆粕。

2.4 NRC 模型估测豆粕、双低菜粕及普通菜粕的可消化养分含量和能值 由表4 可知，豆粕、双低菜粕和普通菜粕三者之间的tdNFC、tdNDF、tdFA 均无显著差异；豆粕的DE1×显著高于普通菜粕，其 MEp、NELp均极显著高于普通菜粕的MEp、NELp（2.93 vs.2.60 MJ/kg DM，1.86 vs.1.63 MJ/kg DM），而豆粕与双低菜粕以及双低菜粕与普通菜粕之间DE1×、MEp、NELp均无显著差异；豆粕、双低菜粕和普通菜粕三者之间的NEm、NEg 均无显著差异。

表1 豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物分子结构图谱特征

3 讨 论

3.1 豆粕、双低菜粕及普通菜粕的碳水化合物分子结构及化学指标的对比分析 本研究中，豆粕、双低菜粕及普通菜粕的ADF 和ADL 含量依次逐渐增加，而三者纤维素复合物的峰面积却依次减小，这与李欣新[22]以及Chen 等[23]以不同品种双低菜粕和豆粕为分析样本的试验结果一致。本研究结果进一步表明，饲料原料中ADF 和ADL 含量与纤维素复合物的峰面积呈负相关。综上，对于饼粕类饲料原料，纤维素复合物的峰面积越小，ADF 和ADL 含量越高，品质越差。因此，本研究中二级分子结构结果显示，就碳水化合物而言，豆粕的品质较优，双低菜粕次之，普通菜粕的品质最差。

生产应用中，评价饲料原料内碳水化合物的质量，除了分析碳水化合物组分外，还需分析饲料原料内的分子结构。3 种饲料原料内不同碳水化合物官能团吸收值不同，故其相应的内部分子结构存在差异，分子结构的差异在理论上会造成饲料原料营养价值的区别[24]，进而影响饲料养分在瘤胃内的降解率[10]以及小肠内的吸收率[25]。Yu[26]研究表明，碳水化合物的分子结构与其相对应的营养成分以及CNCPS 所剖分的各个组分均呈一定的相关性，而且相应组分分子结构的峰值或峰面积可以作为预测饲料原料营养价值的参数。

表2 豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物相关营养指标

表3 CNCPS 对豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物组分的剖分

表4 NRC 模型估测豆粕、双低菜粕及普通菜粕可消化养分含量和能值

3.2 豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物相关营养成分的对比分析 本研究发现豆粕中的ADF、ADL 含量低于双低菜粕与普通菜粕，这与许文斌[27]以及孙振华[28]的研究结果一致。而双低菜粕的ADF 与ADL 含量与普通菜粕无显著差异；ADF 含量及其可消化水平与能量的消化率有关[29]，ADL 是不被动物消化利用的。由此表明，豆粕中纤维和能量的消化率高于双低菜粕和普通菜粕，而后两者间无差异。

3.3 豆粕、双低菜粕及普通菜粕的碳水化合物组分的对比分析 CNCPS 体系能够反映出豆粕、双低菜粕及普通菜粕中的碳水化合物和蛋白质在瘤胃内的降解率和消化道内的消化率等情况，可以评定3 种饼粕饲料原料的品质，从而更好地指导反刍动物日粮的配制。本课题组已测得CNCPS 划分的CP 亚组分在豆粕、双低菜粕及普通菜粕间无差异，但豆粕的CP 含量高于双低菜粕和普通菜粕，且豆粕的氨基酸含量和组分高于双低菜粕和普通菜粕[30]。

本试验中，豆粕、双低菜粕及普通菜粕碳水化合物组分之间存在差异。豆粕的可溶性纤维组分 CB2（92.33%CHO）高于双低菜粕（44.68%CHO）和普通菜粕（33.22%CHO），并且不可利用纤维 CC 组分很低（0.01%CHO）。唐春梅[31]和许文斌[27]研究表明，豆粕的可溶性纤维组分 CB2 和可利用中性洗涤纤维组分 CB3 都高于双低菜粕，并且不可利用纤维 CC 组分很低，与本研究结果一致。本试验中普通菜粕和双低菜粕的CC 组分高于豆粕，且普通菜粕内CC 含量达到29.28%CHO，表明普通菜粕和双低菜粕的瘤胃不可降解碳水化合物含量较高，可降解碳水化合物相对较低，不利于饲料原料在瘤胃内降解消化。然而，饲料原料的实际瘤胃降解特性还需经瘤胃尼龙袋法做进一步的验证。

3.4 豆粕、双低菜粕及普通菜粕的可消化养分含量和能值的对比分析 豆粕、双低菜粕及普通菜粕中tdNDF含量虽然未达到显著差异，但仍有豆粕最高、双低菜粕次之、普通菜粕含量最低的趋势；双低菜粕的tdNFC、tdFA 含量相对略高于豆粕和普通菜粕；一般地，饲料原料中碳水化合物含量与其能值有密切的正相关关系。就本研究结果而言，其DE1×、MEp、NELp值呈现出豆粕> 双低菜粕> 普通菜粕的趋势，这与其相应的纤维含量变化规律一致。

4 结 论

本试验对豆粕、双低菜粕及普通菜粕的碳水化合物的营养成分含量、CNCPS 组分剖分、可消化养分含量和能值等指标进行系统分析和比较，结果显示豆粕的营养价值最佳，双低菜粕次之，普通菜粕最差，同时揭示出这与其分子结构的不同有密切关系。