利用近紅外光譜法（NIRS）測定小麥中的多糖

■段智勇 勞 曄 娜塔莎·斯梅茨 菲利普·紐茵斯

(1.建明工業(yè)（珠海）有限公司；2.建明歐洲公司，比利時)

高淀粉和蛋白質(zhì)含量的小麥?zhǔn)菤W洲家禽飼料的一種主要原料。但眾所周知，小麥中的非淀粉多糖(NSP)對家禽具有抗?fàn)I養(yǎng)作用，且其含量存在較大變異。目前，飼料配方尚未考慮這種變異。本文探討了NSP在肉雞營養(yǎng)中的重要性以及用近紅外反射光譜法(NIRS)監(jiān)測其含量的可行性。

關(guān)于小麥中非淀粉多糖(NSP)的抗?fàn)I養(yǎng)作用主要有兩種理論。第一種稱“屏蔽效應(yīng)”，即細(xì)胞壁中的NSP會阻止內(nèi)源性消化酶與細(xì)胞內(nèi)溶物的接觸，從而降低飼料的營養(yǎng)價值，這主要是由原料中的不溶性NSP造成的；第二種理論則認(rèn)為可溶性NSP增加了腸道內(nèi)溶物的黏度，從而導(dǎo)致一些消化方面的問題。在日糧中添加木聚糖酶、β-葡聚糖酶和纖維素酶等飼用酶，則可降解這些NSP成分。

由于品種、生長環(huán)境、貯存和氣候環(huán)境不同，小麥的化學(xué)成分可能存在較大的差異，而這種差異會導(dǎo)致飼料的表觀代謝能（AME）產(chǎn)生很大的變異。小麥的AME變異主要是由于NSP含量不同造成的，據(jù)報道，小麥AME的變異范圍為8.49～15.9 MJ/kg。

在目前的研究項(xiàng)目中，從13個歐洲國家的最近三個收獲季節(jié)收集了120多份小麥樣品。采用化學(xué)方法分析了所有樣品的NSP成分，用α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶降解樣品中的淀粉，然后進(jìn)行過濾，分離得到濾液(可溶性NSP)和不可溶物(不溶性NSP)。用硫酸水解不可溶物，通過硼氫化物還原并在有甲基咪唑的條件下用乙酸酐處理，將釋放的單糖轉(zhuǎn)化成多羥糖醇乙酸酯，接著，使用帶火焰離子化檢測器的氣液色譜對多羥糖醇乙酸酯進(jìn)行定量。最后通過原料中阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖的總和來計算可溶性和不溶性NSP的含量。

可溶性和不溶性NSP含量的巨大差異如圖1所示。可溶性NSP含量的范圍在0.83%～1.83%（干物質(zhì)），而不溶性NSP的含量則為6.25%～9.61%（干物質(zhì)）。由于NSP含量的差異會使日糧AME產(chǎn)生波動，所以會對畜禽生產(chǎn)性能造成重大影響。

圖1 歐洲小麥中可溶和不可溶非淀粉多糖的變異

1 小麥NSP對酶水解的敏感性

有人指出，添加NSP酶對NSP含量較高的低營養(yǎng)價值谷物類飼料作用最大，使用飼用酶降解NSP可降低因小麥質(zhì)量差異對動物生長性能的影響。如果我們能分析小麥質(zhì)量并據(jù)此調(diào)整用酶方案，可消除動物生長性能的差異，但由于傳統(tǒng)化學(xué)方法對日常飼料生產(chǎn)來說太費(fèi)時，在實(shí)際生產(chǎn)中并不適用。

而小麥的質(zhì)量又直接決定了用酶的效果，我們使用體外法評估了添加單一木聚糖酶對不同小麥樣品的影響，根據(jù)NSP的組成選擇五個不同的小麥樣品，用淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶進(jìn)行處理，然后添加來源于八寶威的木聚糖單酶，并在40℃下培養(yǎng)樣品4 h。培養(yǎng)結(jié)束后，離心培養(yǎng)物，分離出可溶性和不溶性NSP，并測定各自中的單糖含量。處理組和空白對照組相比，NSP含量降低的幅度作為木聚糖酶對NSP的降解量(見圖2)?？扇苄訬SP的降解在15%～37%，而不溶性NSP的降解為17%～21%。該結(jié)果表明，酶試驗(yàn)組的效果取決于所使用的小麥。

圖2 相當(dāng)木聚糖酶處理下不同小麥中可溶和不可溶非淀粉多糖的降解

2 使用NIRS快速測定NSP

由于小麥的NSP含量是其營養(yǎng)價值的一個非常重要的參數(shù)，若有一種快速有效的NSP測定方法，對實(shí)際生產(chǎn)幫助是非常大的。不同于費(fèi)時的化學(xué)分析法，NIRS是一種已在飼料工業(yè)中廣泛使用的快速分析技術(shù)，用于檢測飼料質(zhì)量如能量和蛋白質(zhì)含量。目前，歐洲小麥NSP含量和NSP成分的差異性是用化學(xué)方法來測定的，這些數(shù)據(jù)可以用作校正方程來開發(fā)NIRS模型從而使快速測量小麥中NSP成為可能。第一組NSP的NIRS校正方程已經(jīng)完成：所有小麥樣品用步琪NIRFlex N-500系統(tǒng)掃描，組合光譜和化學(xué)數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)NIR波長范圍(1100～2500 nm)進(jìn)行化學(xué)統(tǒng)計分析。全小麥的總NSP的相關(guān)系數(shù)為0.80，粉碎小麥的可溶性和不溶性NSP的相關(guān)系數(shù)分別為0.74和0.80。相對于小麥NSP的高變異性來說，NIRS校正的標(biāo)準(zhǔn)誤差是比較低的，所以用NIRS來測定小麥NSP具有可行性。

3 在飼料工業(yè)中的應(yīng)用潛力

本研究的目的是跟蹤NSP含量的變異，并開發(fā)出一種快速、方便和經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)來監(jiān)測小麥中的這些NSP。研究表明，使用NIRS預(yù)測小麥中的NSP是可行的，用NIRS測量小麥中的NSP使我們可以根據(jù)小麥的實(shí)際質(zhì)量來調(diào)整用酶方案。同時，這種快速、可靠的方法能讓飼料廠根據(jù)NSP的含量標(biāo)準(zhǔn)來采購小麥。飼料占肉雞生產(chǎn)總成本的70%左右，加上原料價格的持續(xù)上漲，監(jiān)控飼料中的NSP是優(yōu)化飼料成本和保證動物生產(chǎn)性能的一個關(guān)鍵因素，而飼用酶的應(yīng)用將在此扮演著不可或缺的角色。

近紅外反射光譜法（NIRS）可能是一種測量小麥中NSP變異的有效工具（照片：瑞士步琪）。