不同栗樹副產(chǎn)品營養(yǎng)價值的研究

■李德勇 孟慶翔 韓苗苗 張 迎 任麗萍

（動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

糧食安全是關(guān)系我國國民經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定的全局性重大戰(zhàn)略問題。我國目前糧食消費結(jié)構(gòu)，主要是食用消費、飼料消費和以糧食為原料的工業(yè)消費。隨著近年來我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)計飼料消費在2020年將增加到41%[1]。由于飼料消費占糧食總消費的比重大且增速快，所以未來我國的糧食壓力主要來自于飼料消費而非口糧消費?！叭诵鬆幖Z”問題已經(jīng)成為我國畜牧業(yè)發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)和阻礙。加快推進(jìn)非糧飼料的開發(fā)和利用成為保障糧食安全的重要途徑，生產(chǎn)實踐證明，在不影響畜禽生產(chǎn)性能的前提下，用非糧飼料替代部分糧食飼料，可節(jié)省20%～30%的飼料日糧[2-3]。

板栗(Castanea mollissima Blume)為殼斗科（Fagacaea）栗屬（Castanea）植物的落葉果木，又名栗子。板栗在我國有悠久的種植歷史，分布多達(dá)26個省（市、自治區(qū)）。2011年我國板栗總產(chǎn)量和結(jié)果園面積分別為170萬噸和31萬畝，均居世界第一[4]。板栗種植生產(chǎn)出大量的副產(chǎn)物，據(jù)統(tǒng)計每年生產(chǎn)的副產(chǎn)物多達(dá)10～15萬噸，主要包括板栗殼、板栗總苞和板栗葉等。有研究報道顯示，栗樹副產(chǎn)品中含有多酚、有機酸、黃酮、植物甾酮等多種活性成分，栗樹葉中甚至多達(dá)22種揮發(fā)性成分[4-6]。因板栗及其副產(chǎn)品含有多種活性成分，目前的報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藥理學(xué)上的應(yīng)用，而關(guān)于其化學(xué)成分及含量的研究鮮有報道。

隨著飼料加工技術(shù)的進(jìn)步，將這些板栗副產(chǎn)品經(jīng)過適當(dāng)處理后作為反芻動物的粗飼料，能夠在一定程度上緩解“人畜爭糧”的矛盾，同時能夠降低生產(chǎn)成本。為了更好地利用栗樹副產(chǎn)品替代部分日糧，在使用前必須了解其營養(yǎng)成分及營養(yǎng)水平。因此，本研究收集了北京懷柔地區(qū)的板栗副產(chǎn)品并對其化學(xué)成分和體外發(fā)酵特性進(jìn)行研究，以期為板栗副產(chǎn)品作為反芻動物飼料的開發(fā)利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用的栗樹副產(chǎn)品，包括栗樹葉(chestnut leaves，CL)、總苞(chestnut involucre，CI)和栗子殼(chestnut shell，CS)。樣品采集于北京懷柔燕山山脈的栗子主產(chǎn)區(qū)，分別在3個不同的加工廠1次性采集并混合，樣品取回后進(jìn)行風(fēng)干、粉碎處理（粉碎至1 mm）。

1.2 測定指標(biāo)及測定方法

測定指標(biāo)：干物質(zhì)（DM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、粗脂肪（EE）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、中性洗滌不容氮（NDIN）、酸性洗滌不容氮（ADIN）、酸性洗滌木質(zhì)素（ADL）和粗灰分（Ash）。

測定方法：樣品中干物質(zhì)的測定按照GB 6435-2006飼料中水分的測定方法進(jìn)行；粗蛋白質(zhì)測定采用GB/T 24318-2009中的方法進(jìn)行，所用儀器為德國Elementary公司生產(chǎn)的RapidⅢ快氮分析儀；粗脂肪的測定參照GB/T 6433-2006中的方法進(jìn)行，所用儀器為ANKOM全自動脂肪分析儀；中性洗滌纖維的測定參照GB/T 20806-2006中的方法進(jìn)行，所用儀器為ANKOM纖維分析儀；酸性洗滌纖維的測定參照NY/T 1459-2007中的方法進(jìn)行，所用儀器為ANKOM纖維分析儀；中性洗滌不溶氮和酸性洗滌不溶氮的測定方法是飼料樣品測定NDF和ADF后再測定氮含量；酸性洗滌木質(zhì)素的測定參照GB/T 20805-2006中的方法進(jìn)行；粗灰分的測定按照GB/T6438-2007中的方法進(jìn)行。

1.3 體外培養(yǎng)

1.3.1 試驗動物及基礎(chǔ)日糧

選擇3頭體重約為400 kg、裝有永久性瘤胃瘺管的西門塔爾牛作為瘤胃液供體動物。供體動物的基礎(chǔ)日糧精粗比為50∶50。粗料為玉米青貯和啤酒糟，飼喂量分別為3、0.6 kg/(d·頭)，精料配置參照2004年中國肉牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，精料組成及營養(yǎng)水平見表1。試驗牛每天限量飼喂兩次（8:00和16:00），自由飲水。試驗前供體動物預(yù)飼1周。

表1 日糧配方及營養(yǎng)水平

1.3.2 人工瘤胃培養(yǎng)液的配制

按照Menke等[7]的活體外產(chǎn)氣量法進(jìn)行配制，由瘤胃液和人工培養(yǎng)液以1∶1的比例配合而成。人工培養(yǎng)液于瘤胃液采集前配好裝入接受瓶中，充分通入CO2并于39℃水浴中保存待用。于晨飼前采集3頭供體瘺管牛的瘤胃液，采集到的瘤胃液迅速用四層紗布過濾于接受瓶中，立即放入到39℃水浴中保存。

1.3.3 人工瘤胃產(chǎn)氣量法

準(zhǔn)確稱量0.2 g（準(zhǔn)確至0.000 1 g）飼料樣品置于100 ml玻璃培養(yǎng)管（德國）中，以不加發(fā)酵底物的培養(yǎng)管作為空白對照管。樣品管經(jīng)39℃預(yù)熱后加入30 ml保存于39℃水浴中的經(jīng)CO2充分飽和的人工瘤胃培養(yǎng)液，排出培養(yǎng)液中氣泡，密封，記錄初始刻度后置于39 ℃恒溫水浴培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。分別記錄0、2、4、6、8、10、12、18、24、30、36、42、48、54、60、72 h的氣體產(chǎn)生量（ml）。

1.3.4 樣品采集及測定

待發(fā)酵至72 h時，用冰水終止發(fā)酵后迅速排出培養(yǎng)管中的發(fā)酵液，用pH計（雷磁PHS-3C型精密pH計，精度為0.01，上海雷磁儀器廠生產(chǎn)）測定發(fā)酵液pH值。然后將發(fā)酵液離心（10 000 g，10 min）后，取1 ml上清液，加入25%偏磷酸溶液0.2 ml，混勻，冷凍過夜后，10 000 g離心10 min，取上清液供VFA[8]；另取一部分上清液用于NH3-N測定[9]。

1.3.5 能值預(yù)測

根據(jù)飼料中各營養(yǎng)成分含量預(yù)測能量的計算方法如下：

總可消化養(yǎng)分：TDN(%)=0.98×(100-NDFN-CPEE-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)；

代謝能：ME(Mcal/kg)=1.01×DE-0.45(NRC,1984)；

維持凈能：NEm（Mcal/kg）=1.37ME-0.138ME2+0.01

0 5ME3-1.12（NRC，2000）；

增重凈能：NEg（Mcal/kg）=1.42ME-0.174ME2+0.012 2ME3-1.65（NRC，2000）；

1 Mcal=4.184 MJ。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，計算常規(guī)化學(xué)成分及發(fā)酵底物各培養(yǎng)時間點（0.2 g DM）的產(chǎn)氣量和發(fā)酵參數(shù)。根據(jù)動態(tài)發(fā)酵模型，采用SAS9.0軟件中NON-LINEAR方法計算動態(tài)發(fā)酵參數(shù)。該模型為GP=B×(1-e-c×t)，式中：GP 為t時間點0.2 g發(fā)酵底物（DM）的產(chǎn)氣量（ml）；B為0.2 g發(fā)酵底物（DM）的理論最大產(chǎn)氣量（ml）；c為樣本的產(chǎn)氣速度常數(shù)(h-1)；t為活體外培養(yǎng)時間(h)。采用SAS9.0中的GLM方法對常規(guī)化學(xué)成分、動態(tài)發(fā)酵參數(shù)和體外發(fā)酵參數(shù)（pH、NH3-N、VFA）進(jìn)行方差分析，采用Duncan氏法進(jìn)行多重比較，顯著水平值為P＜0.05，當(dāng)0.05＜P＜0.1做趨勢化解釋，P＞0.1為差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栗樹副產(chǎn)品化學(xué)成分的比較

不同板栗副產(chǎn)品的主要化學(xué)成分見表2。表2可見，除DM之外，其余各指標(biāo)之間均有顯著性差異，其中總苞的CP顯著高于栗葉和栗殼(P＜0.01)；栗葉的EE最高，而栗殼的EE最低(P＜0.01)。NDF和ADF的呈現(xiàn)類似的差異性，以栗殼最高、栗葉最低（P＜0.01），而ADL值以栗殼最高、總苞最低；NDIN和ADIN表現(xiàn)出相似的差異，均以栗殼最高，栗葉最低（P＜0.01）。

2.2 不同栗樹副產(chǎn)品發(fā)酵特性

2.2.1 不同栗樹副產(chǎn)品動態(tài)發(fā)酵的比較

表3顯示了不同栗樹副產(chǎn)品72 h動態(tài)發(fā)酵參數(shù)的差異。由表3可知，發(fā)酵至72 h時，總苞（CI）的產(chǎn)氣量最多，栗殼（CS）的產(chǎn)氣量最少，且3者之間差異極顯著（P＜0.01），理論最大產(chǎn)氣量與72 h產(chǎn)氣量表現(xiàn)出相同的變化趨勢，且差異顯著（P＜0.01）；總苞（CI）的產(chǎn)氣速率最快，栗殼（CS）的產(chǎn)氣速率最慢，且3者差異顯著（P＜0.01）。

表2 不同栗樹副產(chǎn)品營養(yǎng)成分的比較（DM）

表3 不同栗樹副產(chǎn)品的動態(tài)發(fā)酵參數(shù)（n=3）

圖1為栗葉（CL）、總苞（CI）、栗殼（CS）（200 mg DM）72 h動態(tài)產(chǎn)氣過程。由圖1可知，3種副產(chǎn)品發(fā)酵至72 h時均達(dá)到平臺期，其中以總苞（CI）72 h的產(chǎn)氣量最多，栗殼（CS）的產(chǎn)氣量最少，并且差異極顯著（P＜0.01）。同時，由圖1可知，總苞（CI）的產(chǎn)氣速率顯著高于栗葉和栗殼的產(chǎn)氣速率。

圖1 不同栗樹副產(chǎn)品體外發(fā)酵的產(chǎn)氣動態(tài)

2.2.2 不同栗樹副產(chǎn)品體外發(fā)酵參數(shù)的比較

表4所示為不同栗樹副產(chǎn)品72 h體外發(fā)酵參數(shù)。由表4可知，3種栗樹副產(chǎn)品的pH值和NH3-N之間沒有顯著性差異（P＞0.05）；總苞、栗葉和栗殼的TVFA依次降低且差異顯著（P＜0.05）；3者之間的乙酸濃度差異不顯著，總苞相比于栗葉和栗殼有增加的趨勢；3者體外發(fā)酵的丙酸濃度有顯著差異（P＜0.05），其中以總苞濃度最高，栗殼濃度最低；丁酸濃度以栗殼最高，總苞最低，且差異顯著（P＜0.05），異丁酸、異戊酸表現(xiàn)出相同的變化趨勢，均以栗殼最高、總苞最低，且差異顯著（P＜0.05）；栗葉的戊酸濃度最高，而總苞的最低，差異顯著（P＜0.05）；3種副產(chǎn)品的乙酸∶丙酸比差異顯著，以栗殼最高，栗葉最低。

表4 不同栗樹副產(chǎn)品的體外發(fā)酵參數(shù)（n=3）

2.2.3 不同栗樹副產(chǎn)品體外發(fā)酵氣體成分的比較

表5顯示了不同栗樹副產(chǎn)品體外發(fā)酵氣體成分的差異。由表5可知，3者的甲烷產(chǎn)量差異顯著（P＜0.05），其中以栗殼的產(chǎn)量最高，總苞的產(chǎn)量最低；3者的CO2產(chǎn)量無顯著性差異（P＞0.05）。

表5 不同栗樹副產(chǎn)品的體外發(fā)酵的氣體成分（n=3）

2.3 不同栗樹副產(chǎn)品能量價值的預(yù)測

表6所示為不同栗樹副產(chǎn)品能值的預(yù)測值。由表6可知，栗葉的可消化養(yǎng)分、消化能、代謝能、維持凈能和增重凈能均是3種副產(chǎn)品中最高的，而栗殼的上述預(yù)測值均最低，維持凈能和增重凈能甚至呈現(xiàn)負(fù)值。

表6 不同栗樹副產(chǎn)品的能值預(yù)測

3 討論

3.1 不同栗樹副產(chǎn)品化學(xué)成分的比較

飼料的化學(xué)成分很大程度上決定了其飼用價值。本試驗中所選栗樹總苞的粗蛋白含量達(dá)到7.5%，和國內(nèi)常用的粗飼料相當(dāng)，如青貯玉米秸、稻草等。栗葉的粗脂肪達(dá)到5.75%，要高于很多常用粗飼料，說明二者均有較高的利用價值。飼料中的含氮物質(zhì)在高溫下會與ADF中的木質(zhì)素結(jié)合發(fā)生美拉德反應(yīng)生成ADIN[10]。由于ADIN不能完全在家畜的消化道內(nèi)消化吸收，其含量的多少則會影響飼料的飼用品質(zhì)[11]。3種栗樹副產(chǎn)品的ADIN和DNIN含量均較低，不會影響其蛋白質(zhì)的消化性。3種副產(chǎn)品的纖維含量（NDF、ADF、ADL）均較高，其中ADL結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，是一種以苯基丙烷為基本結(jié)構(gòu)的不規(guī)則三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，不易被動物消化，其含量的多少會影響飼料的飼用價值[12]。高含量纖維在一定程度上限制了其應(yīng)用，但考慮到其易收集和廉價性，依然具有很好的開發(fā)利用價值。

3.2 不同栗樹副產(chǎn)品發(fā)酵特性

3.2.1 不同栗樹副產(chǎn)品動態(tài)發(fā)酵的比較

體外發(fā)酵參數(shù)顯示，總苞的總揮發(fā)酸含量最高，這與其體外發(fā)酵產(chǎn)氣量最高（達(dá)到51.37 mmol/l）結(jié)果一致，栗葉的總揮發(fā)酸稍低，但也達(dá)到40.63 mmol/l，說明二者均有較好的發(fā)酵特性。栗殼體外發(fā)酵最慢，產(chǎn)氣延滯期也最大，這也導(dǎo)致了其體外產(chǎn)氣量和總揮發(fā)酸濃度較低，說明栗殼在瘤胃內(nèi)降解率和降解速率均較差，不適宜直接飼喂動物。

發(fā)酵液中的氨態(tài)氮主要來自飼料蛋白質(zhì)的降解。瘤胃微生物能夠?qū)暳现械牡鞍踪|(zhì)降解為氨態(tài)氮，進(jìn)而被瘤胃微生物利用合成微生物蛋白供動物利用[13]。氨態(tài)氮濃度主要受飼料和微生物活性的影響，同時也與pH值有一定的關(guān)系。3種副產(chǎn)品的粗蛋白含量存在顯著差異，但是氨態(tài)氮濃度并未顯示出差異性，可能與選擇測定氨態(tài)氮的時間點有關(guān)。測定氨態(tài)氮的樣品是收集發(fā)酵72 h時的發(fā)酵液，隨著發(fā)酵時間的延長，總苞和栗葉中被降解的氨態(tài)氮可能有一部分已經(jīng)被微生物利用合成微生物蛋白，而栗殼是降解最慢的，從而三者的氨態(tài)氮濃度并無差異。

發(fā)酵液中的揮發(fā)酸主要來自飼料中碳水化合物的降解，是反芻動物和瘤胃微生物維持和生長的主要能量來源，乙酸和丙酸是飼料在瘤胃內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生的兩大主要有機酸[13]。飼料種類和微生物區(qū)系的不同，發(fā)酵產(chǎn)生乙酸和丙酸的比值也不同。非結(jié)構(gòu)性碳水化合物在瘤胃中的發(fā)酵效率很高，產(chǎn)生的揮發(fā)酸總量較多，但是乙酸與丙酸比值較低，而粗飼料正好相反[14]。3種栗樹副產(chǎn)品體外發(fā)酵都生成大量乙酸，從而造成較高的乙酸與丙酸比值，即典型的乙酸發(fā)酵型飼料，這與其常規(guī)成分中高纖維含量是一致的。其中，栗殼的乙酸與丙酸比值顯著高于總苞和栗葉，表明栗殼中的可溶性碳水化合物含量較低，這個結(jié)論也與其體外發(fā)酵參數(shù)一致。由于微生物生長對底物的選擇性，乙酸與丙酸比值也會影響微生物蛋白質(zhì)的合成以及不同區(qū)系瘤胃微生物的群體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響整個機體的消化與營養(yǎng)代謝[15]。因此，選擇栗樹副產(chǎn)品作為粗飼料飼喂動物時，一定要考慮精料的添加，從而保證瘤胃正常的發(fā)酵功能。

3.2.2 不同栗樹副產(chǎn)品體外發(fā)酵氣體成分的比較

栗殼體外發(fā)酵的氣體成分中，甲烷含量顯著高于總苞和栗葉，而3者的二氧化碳含量之間無顯著性的差異。甲烷是攝入的碳水化合物經(jīng)瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生，不能被動物利用而排放到大氣中，造成飼料的浪費。甲烷的產(chǎn)生是造成瘤胃發(fā)酵能量損失的重要原因，因飼養(yǎng)水平、日糧組成的不同，以甲烷形式損失的能量大約占到飼料總能的2%～15%[16]。瘤胃甲烷產(chǎn)生量主要取決于日糧中可消化結(jié)構(gòu)性碳水化合物（纖維素、半纖維素）的水平，其水平越高，甲烷產(chǎn)生量越大[17]。栗殼的甲烷產(chǎn)量高，與其常規(guī)成分測定中酸性洗滌纖維、中性洗滌洗纖維和酸性洗滌木質(zhì)素含量極顯著地高于總苞和栗葉呈現(xiàn)一致，從而也說明栗殼作為飼料原料的能量利用率低。活體外人工瘤胃產(chǎn)氣量法測定的氣體成分以溫室氣體為主，其中每分子的甲烷氣體吸收的紅外能量是二氧化碳的20～30倍，嚴(yán)重影響全球的氣候。3種副產(chǎn)品的甲烷產(chǎn)量均較高，這與其纖維含量高有一定的關(guān)系。為了能夠更好地利用栗樹副產(chǎn)品，在飼喂動物前應(yīng)該對其進(jìn)行物理或化學(xué)上的處理，例如青貯、堿處理或者氣爆等。

3.3 不同栗樹副產(chǎn)品能量價值的預(yù)測

利用NRC對3種栗樹副產(chǎn)品的能值進(jìn)行預(yù)測，栗葉的可消化養(yǎng)分以及消化能、代謝能都是最高的，這與其常規(guī)成分中CP、EE等的含量高保持一致，其預(yù)測能值與中等苜蓿和青貯玉米秸稈相當(dāng)，說明栗葉具有很好的利用價值，可以不經(jīng)任何處理替代部分青貯直接飼喂動物，從而節(jié)約飼養(yǎng)成本?？偘哪芰款A(yù)測值較栗葉稍低，但也具有很好的應(yīng)用前景，經(jīng)過適當(dāng)處理可以用來飼喂動物。栗殼的預(yù)測值是最低的，維持凈能和增重凈能甚至出現(xiàn)負(fù)值，這與其纖維含量高、體外降解率低有關(guān)，因此，栗殼不能直接用來飼喂動物，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行處理。考慮其價格廉價、產(chǎn)量高等優(yōu)勢，因而也具有一定的開發(fā)利用前景。

4 結(jié)論

栗樹總苞的粗蛋白含量較高，栗葉粗脂肪含量較高，均和我國常用粗飼料相當(dāng)，說明二者具有較好的營養(yǎng)價值；體外產(chǎn)氣量法證明總苞和栗葉都有較好的發(fā)酵特性，可以替代部分粗飼料直接飼喂反芻動物，從而降低飼養(yǎng)成本。栗殼含有較高的纖維素，抑制了其在瘤胃內(nèi)的發(fā)酵和消化，可以利用堿處理、氣爆等方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗笞鳛榉雌c動物的粗飼料。因為栗樹副產(chǎn)品（栗葉、總苞和栗殼）產(chǎn)量大、價格低廉，同時具有較高的營養(yǎng)價值，作為反芻動物的粗飼料具有很好的開發(fā)利用價值。