大豆莢皮營養(yǎng)成分積累動態(tài)分析

刁秀楠 李文帥 高春艷 張永坡王 敏 趙晉忠 杜維俊 岳愛琴

(山西農(nóng)業(yè)大學文理學院1，太谷 030801) (山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院2，太谷 030801)

大豆莢皮作為大豆生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品，莢皮和籽粒的比例達到1∶2。由于莢皮中含有蛋白質(zhì)和纖維素等營養(yǎng)成分，因此有較高的飼用價值，可作為一種粗飼料開發(fā)應(yīng)用[1-2]。張磊[2]研究表明大豆莢皮中粗蛋白含量為12.4%，中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量分別為51.1%、 37.3%、30.5%、13.8%和6.8%。但大豆莢皮利用率低，多作為農(nóng)業(yè)廢棄物進行焚燒，對自然資源造成極大破壞[2-4]。近年來隨著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，對飼料的需求量大幅增加，探求新的飼料資源顯得越來越重要[5-6]。Sruamsiri等[7]用大豆莢皮替代部分稻草飼喂奶牛，結(jié)果表明奶牛的采食量和4%標準乳產(chǎn)量均有升高。將大豆莢皮作為家畜養(yǎng)殖的飼料，不僅可高效利用大豆莢皮，還可減少焚燒帶來的環(huán)境污染，具有一定的市場潛力和經(jīng)濟效益。

然而，有關(guān)大豆莢皮不同發(fā)育時期蛋白質(zhì)和纖維素等成分積累動態(tài)研究較少。因此，本研究通過測定9個大豆材料不同發(fā)育時期莢皮中蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量，探討大豆莢皮發(fā)育過程中蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的積累動態(tài)，為今后大豆莢皮的有效利用，尤其是為大豆莢皮飼料化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗以9個適宜山西種植的大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30、武黑、中黃13、中黃24、中黃37為供試材料。所有實驗材料均由山西農(nóng)業(yè)大學大豆育種室提供。2016年種植9個大豆材料于山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)作站。開花期對開花同一時間且在同一部位的花進行掛牌標記，分別在開花后25、32、40、50、60、70 d取大豆莢，每個材料每個時期重復(fù)3次，每次重復(fù)取100個大豆莢。分離莢皮和籽粒，莢皮冷凍干燥后磨碎，過60目篩，置于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器

Thermo Heto Power Dry LL3000凍干機：上海匯分電子科技公司；Grinoer GT200震動球磨儀：北京格瑞曼儀器設(shè)備有限公司；LWY84B控溫式遠紅外消煮爐：武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司；SmartChem140全自動間斷化學分析儀：法國Alliance公司；FIWE6纖維素測定儀：意大利VELP公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 蛋白質(zhì)的測定

取0.300 0 g莢皮粉末于100 mL消煮管中，加入濃硫酸5 mL，搖勻，再加入2 mL H2O2，380 ℃消煮20 min，稍微冷卻后重復(fù)加入2 mL H2O2，再消煮20 min。如此重復(fù)數(shù)次，之后每次添加的H2O2逐次減少，消煮至溶液呈無色透亮后，再加熱10 min，除去剩余的H2O2。消煮后冷卻，樣品溶液轉(zhuǎn)移至10 mL離心管中總氮待測。

參照陳建磊等[8]分光光度法，利用SmartChem140全自動間斷化學分析儀測定材料的總氮含量，乘以轉(zhuǎn)化系數(shù)6.25即為蛋白質(zhì)含量。

1.3.2 纖維含量的測定

取0.300 0 g莢皮粉末置于FIWE6纖維素測定儀，參照范氏洗滌纖維分析法[9]測定NDF和ADF含量，利用差重法計算出莢皮中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量。

1.3.3 相對飼用價值(RFV)的評價

參照美國全國牧草和草地委員會的牧草質(zhì)量標準，以RFV為基數(shù)評價大豆莢皮作為粗飼料的纖維指標。分為特級(>151)、1級(125～151)、2級(101～124)、3級(86～100)、4級(77～85)和一般(<77)6個等級[10]。計算公式如下：

RFV=120/NDF×(88.9-0.779×ADF)/1.29

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Microsoft Excel 2010和GraphPad prism 6.01軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆莢皮蛋白質(zhì)含量積累動態(tài)分析

蛋白質(zhì)是評價粗飼料最重要的指標，是影響反芻動物采食量的重要因素，其含量越高，粗飼料品質(zhì)越好[11-12]。

圖1 大豆莢皮蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)積累動態(tài)分析

供試9個大豆材料，莢皮中蛋白質(zhì)積累趨勢不同(圖1)。汾豆56、晉豆19、晉遺30和武黑莢皮中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)總體呈先增后減的趨勢，晉遺30在開花后40 d時質(zhì)量分數(shù)達到最大值，為5.04%，而汾豆56、晉豆19和武黑則在開花后32 d質(zhì)量分數(shù)達到最大值，分別為4.99%、7.40%和8.29%。L-6和晉大74莢皮中蛋白質(zhì)含量整個發(fā)育期呈不斷下降的趨勢，開花后25 d，蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最高，分別為7.57%和7.19%。

2.2 大豆莢皮纖維成分含量積累動態(tài)分析

采用范氏洗滌纖維分析法對9個大豆材料莢皮纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量進行測定，結(jié)果如圖2、圖3和圖4。

2.2.1 大豆莢皮纖維素含量積累動態(tài)分析

纖維素是粗飼料主要營養(yǎng)指標之一。纖維素不僅是草食動物和反芻動物的重要能量來源，而且對于反芻動物瘤胃微生物的發(fā)育及瘤胃的功能具有重要意義。

9個大豆材料整個發(fā)育時期莢皮中纖維素的積累趨勢不同(圖2)。晉大74莢皮纖維素含量總體呈先增后減趨勢，開花后40 d時含量最高，為26.21%；武黑則呈先減后增趨勢，開花后32 d時含量最低。另外7個材料汾豆56、L-6、晉豆19、晉遺30、中黃13、中黃24、中黃37在整個發(fā)育時期莢皮纖維素含量不斷增加。中黃37在開花后40、50、60、70 d莢皮纖維素含量均顯著高于同時期其他材料。

圖2 大豆莢皮纖維素質(zhì)量分數(shù)積累動態(tài)分析

2.2.2 大豆莢皮半纖維素含量積累動態(tài)分析

半纖維素是粗飼料中的主要抗營養(yǎng)成分，含量較高時降低粗飼料消化利用率，最終影響動物健康和生產(chǎn)性能[13-14]。

9個大豆材料整個發(fā)育時期莢皮半纖維素含量的積累趨勢存在差異(圖3)。汾豆56、L-6和晉大74莢皮半纖維素含量呈上升趨勢；武黑、中黃24和中黃37莢皮半纖維素含量積累呈先減后增趨勢，且中黃37在開花后40、50、60、70 d莢皮半纖維素含量均顯著低于同時期其他材料；晉遺30莢皮整個發(fā)育時期半纖維素含量處在相對較低水平，呈先升后降趨勢。中黃13莢皮半纖維素積累無明顯規(guī)律，開花后60 d半纖維素質(zhì)量分數(shù)最低，為14.13%，且開花后32 d半纖維素在9個材料積累過程中質(zhì)量分數(shù)最高，為16.79%。

圖3 大豆莢皮半纖維素質(zhì)量分數(shù)動態(tài)分析

2.2.3 大豆莢皮木質(zhì)素含量積累動態(tài)分析

木質(zhì)素是粗飼料中最不易消化的成分，阻礙動物機體對纖維素和半纖維素的消化吸收，進而在一定程度上影響著反芻動物對粗飼料的消化利用率[15-16]。

9個大豆材料莢皮發(fā)育過程中木質(zhì)素積累趨勢不同(圖4)。晉遺30、中黃13、中黃24和中黃37莢皮木質(zhì)素含量呈先增后減趨勢，晉遺30和中黃24開花后40 d木質(zhì)素含量達到最高，而中黃13和中黃37開花后60天木質(zhì)素含量達到最大值。中黃37在開花后40、50、60、70 d木質(zhì)素含量均高于同時期的其他材料。汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、武黑在發(fā)育過程中莢皮木質(zhì)素含量呈不斷上升趨勢。L-6在開花后40、50、60、70 d木質(zhì)素含量均低于同時期的其他材料。

圖4 大豆莢皮木質(zhì)素質(zhì)量分數(shù)積累動態(tài)分析

2.3 大豆莢皮纖維營養(yǎng)指標評定

NDF和ADF是評定粗飼料纖維營養(yǎng)價值的重要指標[10]。對不同大豆材料莢皮NDF和ADF進行分析，結(jié)果如圖5和圖6。

2.3.1 大豆莢皮NDF含量積累動態(tài)分析

粗飼料中NDF含量與反芻動物采食量呈負相關(guān)關(guān)系，NDF含量越低，采食量越高，粗飼料品質(zhì)越好[17-19]。

由圖5可以看出，晉遺30大豆莢皮 NDF含量呈先增后減變化趨勢，開花后40 d質(zhì)量分數(shù)最高，為46.81%。汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、武黑、中黃13、中黃24、中黃37大豆莢皮中 NDF積累趨勢是不斷上升的趨勢，且武黑開花后25、32、40 d時和中黃37開花后50、60、70 d時含量均高于同時期其他材料。

圖5 大豆莢皮NDF質(zhì)量分數(shù)積累動態(tài)分析

2.3.2 大豆莢皮ADF含量積累動態(tài)分析

粗飼料中ADF含量與其消化率呈負相關(guān)，ADF含量越低，消化率越高，粗飼料品質(zhì)越好[20]。

由圖6可以看出，汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30、武黑、中黃13、中黃24、中黃37大豆材料莢皮中ADF含量積累趨勢相似，開花后25 d莢皮ADF含量處在相對較低水平，其中晉大74含量最低，僅為26.47%，隨著莢皮的成熟ADF含量不斷上升，開花后70 d ADF含量處在最高水平，其中武黑的含量最高，為41.29%。而中黃37莢皮ADF含量前期不斷上升，在開花后60 d質(zhì)量分數(shù)達到最高水平，為51.67%，且中黃37開花后40、50、60、70 d莢皮ADF含量均高于同時期的其他材料。

圖6 大豆莢皮ADF質(zhì)量分數(shù)積累動態(tài)分析

2.3.3 大豆莢皮RFV積累動態(tài)分析

RFV是粗飼料的一項重要經(jīng)濟性狀，是飼料質(zhì)量的綜合評定指數(shù)，其值越高，說明該粗飼料的營養(yǎng)價值越高[10]。

9個供試大豆材料莢皮在發(fā)育過程中RFV總體上呈下降趨勢(圖7)。在豆莢整個發(fā)育時期，開花后25 d 9個大豆材料莢皮RFV最高，其中晉大74莢皮的RFV最高，為166.87，而武黑最低，僅118.78。中黃37開花后40、50、60、70 d莢皮RFV均低于同時期的其他材料，開花后60天時最低，僅為78.71。6個大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30和中黃24不同發(fā)育時期莢皮的RFV均大于100。

圖7 大豆莢皮RFV積累動態(tài)分析

3 討論

3.1 大豆莢皮蛋白質(zhì)分析

本研究發(fā)現(xiàn)9個大豆材料莢皮蛋白質(zhì)含量品種間及不同發(fā)育時期差異較大。其含量變化范圍為0.51%～8.29%。大豆莢皮蛋白質(zhì)含量發(fā)育前期比較高。這與吳彥奇等[21]研究牛鞭草蛋白質(zhì)含量受生長階段影響的結(jié)果一致。晉大74、武黑、晉遺30、中黃24和中黃37成熟大豆莢皮的蛋白質(zhì)含量分別為2.37%、2.41%、1.81%、3.14%和3.46%，與木薯干飼料的蛋白質(zhì)含量相近[5]。

3.2 大豆莢皮纖維分析

本研究結(jié)果表明大豆莢皮隨著生育期的推移，NDF和ADF含量呈上升的趨勢，其變異范圍分別為38.07%～57.82%和26.47%～51.67%。這與丁成龍等[22]對黑麥草進行的纖維積累動態(tài)研究結(jié)果的變化趨勢一致。袁翠林等[23]對粗飼料花生蔓中的NDF和ADF質(zhì)量分數(shù)進行了測定，分別為55.67%和49.12%，周泉城等[24]研究表明作為粗飼料的花生殼中的NDF質(zhì)量分數(shù)為80%。由于NDF和ADF在滿足動物需求的基礎(chǔ)上含量越低，粗飼料品質(zhì)越好[17-20]，所以從NDF和ADF含量考慮，與花生蔓和花生殼相比大豆莢皮的飼用價值較優(yōu)。

3.3 大豆莢皮的RFV分析

本研究9個供試大豆材料莢皮RFV在發(fā)育過程中呈下降的趨勢，其值范圍為78.71～166.87。Rohweder等研究表明RFV的值越高，該粗飼料的營養(yǎng)價值越高，當其值大于100時，粗飼料營養(yǎng)價值整體較好[10]。陳艷等[6]對玉米秸稈和稻草的RFV進行了評定，分別為68.59和68.83。本研究發(fā)現(xiàn)9個大豆材料、不同發(fā)育時期的大豆莢皮RFV最低為78.71，均優(yōu)于玉米秸稈和稻草。不同大豆材料、不同發(fā)育時期大豆莢皮的RFV不同，其中6個大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30和中黃24不同發(fā)育時期莢皮的RFV均大于100，而中黃37大豆莢皮的RFV較低。

4 結(jié)論

不同大豆材料、不同發(fā)育時期大豆莢皮的蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、NDF和ADF含量，以及RFV存在較大差異。莢皮發(fā)育過程中NDF含量和ADF含量不斷上升，而RFV不斷下降。6個大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30和中黃24不同發(fā)育時期莢皮的RFV均大于100，可作為粗飼料開發(fā)應(yīng)用。