郝小燕 高红 张幸怡 王晓帆 丁雪 张永根
东北农业大学动物科技学院
摘要: 本试验旨在应用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)和NRC模型比较玉米纤维饲料(DCGF)与奶牛常用粗饲料(苜蓿、玉米青贮、羊草)营养价值,进而分析DCGF作为奶牛纤维饲料资源的可行性。采集东北地区不同牧场的饲料样本,测定营养成分后利用CNCPS模型对各饲料蛋白质和碳水化合物进行剖分,并预测各饲料对奶牛的潜在营养物质供给量,同时利用NRC模型对4种饲料的可消化养分和能值进行估测计算。结果表明:1)DCGF中粗蛋白质(CP)含量显著高于玉米青贮和羊草(P<0.05),中性洗涤纤维(NDF)含量显著高于苜蓿(P<0.05),且酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)含量显著低于其他3种粗饲料(P<0.05)。2)DCGF快速降解真蛋白质(PB1)和中速降解真蛋白质(PB2)含量显著低于苜蓿(P<0.05);中速降解碳水化合物(CB1)和慢速降解碳水化合物(CB2)含量显著高于其他3种粗饲料(P<0.05)。3)苜蓿的可代谢蛋白质(MP)含量最高,其次为DCGF。4)DCGF在维持水平下总可消化养分(TDNm)和净能均最高。结果提示,DCGF具有较高的营养价值,可以作为奶牛纤维类高蛋白质饲料替代奶牛饲粮中部分粗饲料,缓解我国优质粗饲料、蛋白质饲料资源紧缺的压力。
关键词: 玉米纤维饲料 粗饲料 营养价值 能值
玉米是世界上最重要的粮食资源，且我国是玉米淀粉生产大国，玉米湿磨法生产淀粉时伴随有30%的副产物产生，这些副产物主要包括玉米浆、玉米皮、玉米麸及少量玉米胚芽饼粕等。玉米纤维饲料(dry corn gluten feed, DCGF)是由玉米皮和玉米浸泡水浓缩形成的玉米浆以大约2:1的比例混合而成的一种富含可消化纤维和可消化蛋白质的纤维性饲料。DCGF的淀粉含量大约为玉米淀粉含量的1/6甚至更少，反刍动物饲粮中添加一定比例的DCGF有利于稳定瘤胃内环境，有效减少瘤胃酸中毒的发生。DCGF中除淀粉之外，各营养成分含量几乎是其原料中的3倍。随着我国奶牛养殖业的发展，优质粗饲料资源短缺日渐严重，开发新型纤维饲料资源对奶牛养殖业意义重大。为科学、全面地评价DCGF的营养价值，评估其是否可以作为奶牛的优质纤维饲料资源开发利用，本试验应用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(Cornell net carbohydrate-protein system,CNCPS)和NRC模型比较研究了DCGF与奶牛常用粗饲料苜蓿、玉米青贮、羊草的营养价值，旨在为DCGF在奶牛生产中科学、合理应用提供科学依据。
试验材料包括DCGF、苜蓿、玉米青贮和羊草，采集自东北地区的4个牧场和嘉吉生化有限公司，共11个饲料样本代表4种试验原料，其中DCGF的2个样本分别取自齐齐哈尔飞鹤原生态牧场和嘉吉生化有限公司，苜蓿、玉米青贮和羊草各3个样本分别取自山东屯荷斯坦奶牛繁育场、黑龙江九三荣军澳牛繁育中心和雀巢DFI牧场。所有样本采用四分法采集，玉米青贮于65 ℃烘干48 h后，粉碎过1 mm筛，放入自封袋中于4 ℃保存待测。
1.2.1 营养成分分析
4种饲料原料的干物质(dry matter, DM, AOAC 930.15)、粗灰分(ash, AOAC 942.05)、粗脂肪(ether extract, EE, AOAC 984.13)、粗蛋白质(crude protein, CP, AOAC 984.13)等常规营养成分含量分析参照AOAC标准进行。淀粉含量参照张旭等[5]方法测定，α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖试剂盒均购自上海荣盛生物制药有限公司。中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)、酸性洗涤木质素(acid detergent lignin, ADL)、中性洗涤不溶粗蛋白质(neutral detergent insoluble crude protein, NDICP)和酸性洗涤不溶粗蛋白质(acid detergent insoluble crude protein, ADICP)的含量参照Van Soest等的方法测定。可溶性粗蛋白质(soluble crude protein, SCP)、非蛋白氮(NPN)含量根据CNCPS的测定方法进行。碳水化合物(CHO)、非结构性碳水化合物(non-structure carbohydrate, NSC)、纤维素和半纤维素含量通过相应的公式计算得出。每种饲料样本每个指标测定3个重复。
1.2.2 CNCPS对饲料蛋白质组分的剖分
CNCPS体系评价饲料营养价值时充分考虑植物细胞成分及饲料在反刍动物体内的消化特点，使得分析结果更具有参考价值。在CNCPS蛋白质剖分体系中，饲料CP被剖分为非蛋白氮(PA)、真蛋白质(PB)和不可利用蛋白质(PC)3个部分；结合饲料瘤胃降解特性，PB可进一步剖分为快速降解真蛋白质(PB1)、中速降解真蛋白质(PB2)和慢速降解真蛋白质(PB3)3个亚组分，计算公式如下：
1.2.3 CNCPS对CHO组分的剖分
CNCPS体系从饲料CHO的降解速率角度将其剖分为4个部分，分别为快速降解碳水化合物(CA，主要为糖类)、中速降解碳水化合物(CB1，主要由淀粉和果胶组成)、慢速降解碳水化合物(CB2，主要为可消化纤维部分)和不可利用碳水化合物(CC，主要为植物细胞壁部分)，计算公式如下：
1.2.4 CNCPS模型估测潜在营养价值供给量
使用CNCPS模型来估测4种试验原料的潜在营养价值供给量，包括瘤胃可降解蛋白质(rumen degraded protein, RDP)、瘤胃非降解蛋白质(rumen-undegraded protein, RUP)、菌体蛋白质(microbial protein, MCP)、小肠可吸收菌体蛋白质(absorbable microbial protein, AMCP)、小肠可吸收瘤胃非降解蛋白质(absorbable rumen-undegraded protein, ARUP)、小肠可吸收内源真蛋白质(absorbable endogenous true protein, AECP)、可代谢蛋白质(metabolizable protein, MP)。分别以4种试验原料为单一饲料饲粮，根据CNCPS模型，瘤胃能氮供给量平衡(rumen energy nitrogen balance, RENB)由瘤胃可降解蛋白质提供的菌体蛋白质(MCPRDP)和维持水平总可消化养分(total digestible nutrients at maintenance level, TDNm)可提供的菌体蛋白质(MCPTDNm)的差值来估测，计算公式如下：
式中：A为快速降解粗蛋白质部分；B为可降解粗蛋白质部分；C为完全不降解的粗蛋白质部分；Kd为B的降解速率；Kp为待测饲料瘤胃流通速率。A、B、C通过瘤胃尼龙袋法测定。
式中：当物理有效中性洗涤纤维(peNDF)/NDF>20%时，eNDFadj=1.0；当peNDF/NDF<20%时，eNDFadj=1.0-[(20-peNDF)×0.025]。
式中：MCP中80%为PB，80%可在小肠内吸收[NRC(2001) ]。
式中：ECP为内源PB，50%的ECP能到达十二指肠，且80%为PB[NRC(2001)]。
式中：MCPTDNm=0.13×TDNm，MCPRDP=0.9×RDP。
1.2.5 NRC模型估测真可消化养分与能值
使用NRC(2001)估测模型估测4种试验原料奶牛瘤胃真可消化非纤维性碳水化合物(truly digestible non-fiber carbohydrate,tdNFC)、真可消化粗蛋白质(truly digestible crude protein,tdCP)、真可消化中性洗涤纤维(truly digestible neutral detergent fiber,tdNDF)和真可消化脂肪酸(truly digestible fatty acids,tdFA)。进而估测出各饲料的TDNm、生产水平(即采食量为维持水平的3倍时)消化能(digestible energy at production level,DEP)、生产水平代谢能(metabolizable energy at production level,MEP)及生产水平泌乳净能(net energy for lactation at production level,NELP)。同时，采用肉牛估测模型公式预测各饲料的维持净能(net energy for maintenance,NEm)和增重净能(net energy for gain,NEg)，各预测公式如下：
式中：PAF为加工校正因子(processing adjustment factor)；如果EE<1，则FA=0。
式中：DE1X为1倍维持水平的消化能；如果TDNm<60%，消化率的折扣忽略不计。
1.3 数据统计分析
所有数据采用Excel整理，并采用SAS 9.3中的Mixed模型进行统计分析。具体模型为:
式中：Yij是由变量i、j所得的因变量，μ是变量平均值，Fi表示饲料来源的固定因素，eij表示随机误差。
从表1可见，DCGF与奶牛常用粗饲料的营养成分含量有较大差异。DCGF的DM含量与苜蓿、羊草相近(P>0.05)，有机物含量显著高于苜蓿(P<0.05)。羊草的NDF、ADF含量最高，苜蓿的NDF含量最低，而DCGF的ADF、ADL含量显著低于其他3种粗饲料(P<0.05)。DCGF的纤维素含量最低，但半纤维素含量(371.7 g/kg DM)最高。DCGF的淀粉含量与玉米青贮相当(P>0.05)，显著高于苜蓿和羊草的淀粉(P<0.05)。苜蓿的CP含量(213.4 g/kg DM)最高，DCGF(205.4 g/kg DM)次之，并且显著高于青贮玉米和 羊草(P<0.05)。4种粗饲料的SCP、NPN含量有 很大差异，DCGF的NPN含量(SCP中)显著高于其他3种粗饲料。DCGF的ADICP含量(15.2 g/kg CP)显著低于其他饲料(P<0.05)，羊草的NDICP含量(386.2 g/kg CP)最高。
从表2可见，DCGF和其他3种粗饲料蛋白质和CHO组分存在显著差异(P<0.05)。用CNCPS对4种饲料原料的蛋白质组分剖分后，DCGF具有较高的PA含量(599.2 g/kg CP)，而PB含量(388.6 g/kg CP)最低。苜蓿的PB1和PB2显著高于其他3种饲料(P<0.05)，羊草的PB3含量最高，玉米青贮PB3含量最低。DCGF的PC含量(15.2 g/kg DM)最低，而玉米青贮PC含量(135.1 g/kg DM)最高。从CNCPS对CHO组分剖分结果可以看出，DCGF的CA含量最低，而CB1和CB2组分含量显著高于其他3种粗饲料(P<0.05)。羊草的CC含量(412.1 g/kg CHO)最高，苜蓿(348.6 g/kg CHO)次之，而DCGF的CC含量(81.4 g/kg CHO)最低。
利用CNCPS模型对DCGF和3种奶牛常用粗饲料对奶牛的潜在营养供应量预测结果见表3。DCGF的RDP含量为159.6 g/kg DM，显著高于其他3种粗饲料(P<0.05)，而RUP含量(41.6 g/kg DM)低于苜蓿，高于玉米青贮和羊草(P<0.05)。DCGF的MCP含量预测值为89.4 g/kg DM，显著高于其他3种粗饲料(P<0.05)。DCGF的AMCP产量最高，苜蓿的ARUP含量最高，玉米青贮的ECP含量显著低于DCGF、苜蓿和羊草(P<0.05)，而其他3种饲料差异不显著(P>0.05)。苜蓿的MP含量(106.7 g/kg DM)最高，DCGF(96.8 g/kg DM)次之，二者显著高于玉米青贮和羊草(P<0.05)。按供给的能量和MCP含量结果表明，DCGF的MCPRDP和MCPTDNm含量最高，苜蓿次之，并均显著高于玉米青贮和羊草(P<0.05)；DCGF和苜蓿的瘤胃能氮供给平衡分别为-54.5和-61.5 g/kg DM，即RDP供给过剩，而能量供给量不足。
从表4可见，4种饲料的可消化养分含量和能值存在较大差异。苜蓿的tdNFC含量最高(258.9 g/kg DM)，DCGF和玉米青贮tdNFC含量分别为212.4和211.2 g/kg DM，显著高于羊草 (P<0.05)。DCGF和苜蓿的tdCP含量显著高于 玉米青贮和羊草(P<0.05)，而苜蓿的tdNDF含量显著低于其他3种饲料(P<0.05)。DCGF的TDNm含量最高，苜蓿次之，并均显著高于玉米青贮和羊草(P<0.05)。4种饲料的DEP、MEP、NELP、NEm、NEg以DCGF最高，苜蓿次之，而羊草的各能值最低。
本试验较全面地比较分析了DCGF与奶牛常用粗饲料的营养成分差异，从常规营养成分可以看出，DCGF含有较高的NDF、CP、淀粉含量，具有作为奶牛良好的能量和蛋白质来源的潜力。Biricik等报道DCGF含有高含量的可利用NDF，是可消化纤维的优质来源。DCGF是玉米湿磨法生产淀粉所得的一种副产物，其细胞壁的木质化程度低于其他粗饲料，故ADF和ADL含量较低。3种粗饲料CP、NDF、ADF等含量差异很大，各指标含量与Coblentz等报道的结果相近。本试验中DCGF营养成分与潘春方等报道的湿玉米纤维饲料(WCGF)相比，除DM、ADF、SCP、ADICP含量略高外，其他成分含量基本相近。本试验中DCGF样本淀粉含量达106.3 g/kg DM，高于普通粗饲料，但是显著低于其原材料玉米(约660 g/kg DM)，且有关DCGF低淀粉、高果胶、高可发酵CHO对保证奶牛、肉牛瘤胃健康的报道已有很多，主要是因为在饲粮中添加一定比例的DCGF可以一定程度上避免淀粉在瘤胃中的快速发酵而引起的瘤胃酸中毒。DCGF和苜蓿含有较高比例的CP，所以总CHO含量比玉米青贮和羊草低。DCGF在生产过程中添加一定比例的玉米浓缩浆，故CP含量较高，且SCP和NPN含量较其他粗饲料显著提高。根据DCGF的营养特点，其兼具蛋白质饲料和纤维饲料的双重优势，其供应不仅可以提高奶牛饲粮的营养水平，还可以在一定程度上缓解我国豆粕产品和优质粗饲料供应的紧张状况，有利于降低饲养成本，提高经济效益。
CNCPS评价饲料营养价值时将饲料的营养成分、植物细胞壁成分以及饲料在瘤胃中的降解特点有机的结合起来，使得饲料营养价值评价结果更具有参考价值，同时也反映出动物营养学新的发展方向。本试验中结果显示苜蓿的PB2组分含量显著高于其他3种饲料，其蛋白质含量比其他饲料具有较高的优势。DCGF的CP含量较高，但其中NPN较多，PB含量低于苜蓿。DCGF是由玉米皮和玉米浆混合干燥制成，未喷浆的玉米皮CP含量大约为9.50% DM，而玉米浆CP中SCP和NPN较多，因此二者混合后生产的DCGF含有高比例的PA，PB含量较低[10]。同时，DCGF还有极低的PC含量，其蛋白质的可利用性较高。玉米青贮也有较高的PA含量，PB含量与DCGF相近，与周荣等的研究结果相符。但在玉米青贮和DCGF，PB2和PB3含量存在差异，可能与2种饲料蛋白质分子结构不同有关。
利用CNCPS体系对CHO进行剖分，4种饲料CHO各组分含量存在差异。本试验中3种粗饲料CHO组分均与靳玲品等的结果基本一致。DCGF的CA含量较低，CB1和CB2含量较高，原因是DCGF含有较高含量的淀粉、果胶及半纤维素等可溶性多糖和可降解结构性CHO。苜蓿的NSC和CA含量极显著高于其他3种饲料，说明苜蓿CHO在瘤胃内降解速率较快；同时苜蓿因富含中性洗涤可溶性CHO而使CB1含量高于禾本科的羊草。羊草的CC含量最高，说明其在瘤胃中降解速度较慢，利用率低，属于低质粗饲料；而DCGF的CC含量极低，可降解纤维CB2含量较高，可以作为一种优质的纤维饲料资源。
4种试验饲料的CNCPS潜在营养供给量存在较显著差异。DCGF和玉米青贮CP中RDP含量比苜蓿和羊草高，其原因在于DCGF和玉米青贮的NPN含量较高，在瘤胃中迅速被微生物降解利用，而剩余的少部分RUP进入真胃和小肠被分解利用。NRC(2001)建议RUP占奶牛饲粮的比例应达到33%~40%，故DCGF和玉米青贮RDP和RUP供给不平衡。在CNCPS预测模型中，MCP产量与饲料的TDNm含量呈正相关关系，本试验结果表明DCGF的TDNm含量最高，3种粗饲料TDNm含量由高到低依次为苜蓿、青贮玉米、羊草，故DCGF的MCP含量估测值最高，而羊草最低。依据CNCPS，MCP中80%为PB，其在小肠内的吸收率约为80%；而RUP在小肠中吸收率约为85%。瘤胃ECP(含80%PB)的产量与饲料DM含量正相关，且有50%的ECP可到达十二指肠被吸收利用，故玉米青贮ECP和AECP显著低于其他3种饲料。MP为小肠可吸收蛋白质的总和，以苜蓿的MP含量最高，其次为DCGF，说明苜蓿蛋白质的营养价值优于DCGF，且DCGF优于玉米青贮和羊草。
饲粮的能氮平衡RENB评价是通过计算饲粮的MCPTDNm和MCPRDP之差来体现的，因此利用CNCPS评价单一饲料RENB时则以该饲料作为单一饲粮来估测。根据张丽君等[23]的理论，如果MCPTDNm与MCPRDP差值为0，说明能氮平衡良好；如果差值为负值，则说明能量供给不足；反之，RDP供给不足。本试验中DCGF和苜蓿的RENB为负值，说明2种饲料能量供给不足，而玉米青贮和羊草RDP供给不足。以上营养供给值均属于模型预测值，能否在动物代谢试验中的得到相同的验证结果还有待于进一步的研究。
美国NRC模型根据纤维分析方法将饲料中CHO划分为两部分，即非纤维性碳水化合物(NFC)和纤维性碳水化合物(FC)。DCGF和苜蓿都含有较高含量的tdNFC和tdCP，这与其NFC和CP含量较高有关，且tdNFC含量与饲料的加工调制有关，即计算tdNFC时需考虑PAF。而饲料CP对能量供应所做的贡献也依赖于ADICP占CP比例的多少，根据NRC(2001)，tdCP与ADICP占CP比例成指数关系。4种饲料中苜蓿NDF含量最低，DCGF的NDICP、ADL含量最低，故DCGF的tdNDF含量最高，而苜蓿tdNDF含量最低，即4种饲料中DCGF的NDF对能量供应的贡献值最大。Biricik等和Kelzer等也报道DCGF的瘤胃tdNDF含量高，可发酵的纤维性碳水化合物比例较高。根据NRC模型，饲料TDNm含量为各种真可消化养分之和减去粪中可代谢TDNm(7% DM)，因而4种饲料中TDNm含量由高到低依次为DCGF、苜蓿、玉米青贮和羊草，因而各能值也有相同的趋势。这表明在提供能量方面，DCGF具有最大的优势，其次为苜蓿，而羊草所能提供的能量较少。但是，试验原料的可消化养分及各能值是基于前人的预测模型所得，非体内代谢试验实测值。模型的使用中假定饲料特性限制了能量的利用。饲料的成分和DM采食量对消化率及其能值具有显著影响，对于不能维持瘤胃最佳发酵状态的饲料，其能值的估计值可能偏高。
DCGF具有高水平的可利用CP、可利用NDF，与其他3种粗饲料相比，DCGF可以为反刍动物提供更多的MCP、MP、ME，但是均为模型推算结果，还需要在动物试验中进一步验证。
根据4种饲料可提供的营养物质结果可知，DCGF具有较高的营养价值，可以为奶牛提供较高水平的可代谢能量和蛋白质，可以作为纤维类蛋白质饲料替代奶牛饲粮中部分粗饲料，如苜蓿，缓解我国优质粗饲料资源紧缺的压力。
转自：动物营养学报
