基于康奈爾凈碳水化合物-蛋白質(zhì)體系法和尼龍袋法評價工業(yè)大麻副產(chǎn)物的營養(yǎng)價值

王一強 呂靜儀 程傳騰 周 爽 李 洋 張永根

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030)

隨著我國奶牛存欄數(shù)由降轉(zhuǎn)增，生產(chǎn)效益日趨向好，優(yōu)質(zhì)粗飼料短缺的問題也日漸突出，飼料的短缺無法滿足家畜日益增長的需求，每年需要從國外大量的進(jìn)口優(yōu)質(zhì)的飼草產(chǎn)品，因此需要迫切尋找優(yōu)質(zhì)的飼料資源[1]。工業(yè)大麻(industrial hemp)是指花、種子、莖葉和根部的四氫大麻酚(tetrahydrocannabinol，THC)含量小于0.3%的大麻科(Cannabinaceae)大麻屬(CannabisL.)的一年生草本植物(又稱漢麻、火麻)及其加工產(chǎn)品[2]。我國是工業(yè)大麻種植面積最大的國家，同時也是世界上最大的工業(yè)大麻生產(chǎn)國和出口國[3]。有研究表明，工業(yè)大麻具有豐富的營養(yǎng)價值，特別是大麻籽中含有25%～35%的脂肪、20%～25%的粗蛋白質(zhì)(CP)、20%～30%的碳水化合物(CHO)、10%～15%的不溶性纖維和豐富的礦物質(zhì)磷、鉀、鎂、鈣、鐵和鋅等[4]，此外工業(yè)大麻副產(chǎn)物也普遍具有較高的營養(yǎng)和應(yīng)用價值。據(jù)報道，在蛋雞的飼糧中分別添加12%和20%的大麻籽和大麻籽油，不會對蛋雞的性能產(chǎn)生不利影響，并可增加雞蛋中脂肪酸含量[5]；在生長育肥豬飼糧中添加一定量的大麻籽粕，在平均日增重、平均日采食量、飼料利用率及肉品質(zhì)方面與飼喂豆粕相比較均無顯著差異，且屠宰后測得四氫大麻酚、大麻二酚和大麻酚含量極低，安全性較好[6]。

由此可見，工業(yè)大麻及其副產(chǎn)物可以開發(fā)為畜禽飼料，但目前在反芻動物上應(yīng)用較少，我國對反芻動物高效利用工業(yè)大麻副產(chǎn)物作為動物飼料尚缺乏系統(tǒng)的研究。因此，本試驗旨在應(yīng)用康奈爾凈碳水化合物-蛋白質(zhì)體系(CNCPS)法、尼龍袋法和改進(jìn)三步體外法通過對比工業(yè)大麻副產(chǎn)物與玉米秸稈和苜蓿干草的常規(guī)營養(yǎng)成分含量、CHO和蛋白質(zhì)組成、瘤胃降解特性和小腸消化率，彌補相關(guān)數(shù)據(jù)上的空白，豐富我國的非常規(guī)飼料資源數(shù)據(jù)庫，為工業(yè)大麻及其副產(chǎn)物在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗中玉米秸稈(完熟期后，n=3)和苜蓿干草(美國安德森Anderson，一級牧草，n=3)取自黑龍江省哈爾濱市阿城區(qū)，工業(yè)大麻副產(chǎn)物(火麻一號，花葉∶糠皮=1∶1，n=3)收集于黑龍江省黑河市孫吳縣，以上樣品均經(jīng)過初步粉碎后通過四分法取樣。樣品收集后在60 ℃烘箱烘干置恒重，制成風(fēng)干樣品，用微型粉碎機粉碎后過篩待測。

1.2 常規(guī)營養(yǎng)成分測定

3種樣品的干物質(zhì)(DM)、CP、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)和淀粉(Starch)含量按照AOAC(2000)[7]的方法測定；中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)、中性洗滌不溶蛋白質(zhì)(NDIP)和酸性洗滌不溶蛋白質(zhì)(ADIP)的含量參照Van Soest等[8]的方法測定；可溶性蛋白質(zhì)(SCP)含量參照周榮等[9]的方法測定；非蛋白氮(NPN)含量按照Licitra等[10]的方法測定；非纖維性碳水化合物(NFC)含量通過公式計算得出，計算公式如下:

NFC(% DM)=100-NDF(% DM)-CP(% DM)-EE(% DM)-Ash(% DM)。

1.3 CNCPS組分計算

CNCPS將飼料的蛋白質(zhì)分為非蛋白氮(PA)、快速降解蛋白質(zhì)(PB1)、中速降解蛋白質(zhì)(PB2)、慢速降解蛋白質(zhì)(PB3)和不可降解氮(PC)；將CHO分為快速降解碳水化合物(CA，大部分糖類)、中速降解碳水化合物(CB1，Starch和果膠)、慢速降解碳水化合物(CB2，可利用纖維)和不可降解碳水化合物(CC，不可利用纖維)[11]。相關(guān)組分計算公式[12]如下：

PA(% CP)=NPN(% SCP)×0.01×SCP(% CP)；PB1(% CP)=SCP(% CP)-PA(% CP)；PB2(% CP)=100-PA(% CP)-PB1(% CP)-PB3(% CP)-PC(% CP)；PB3(% CP)=NDIP(% CP)-ADIP(% CP)；PC(% CP)=ADIP(% CP)；CHO(% DM)=100-CP(% DM)-EE(% DM)-Ash(% DM)；CC(% CHO)=100×[NDF(% DM)×0.01×ADL(% NDF)×2.4]/CHO(% DM)；CB2(% CHO)=100×[(NDF(% DM)-NDIP(% CP)×0.01×CP(% DM)-NDF(% DM)×0.01×ADL(% NDF)×2.4)]/CHO(% DM)；非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC，% CHO)=100-CB2(% CHO)-CC(% CHO)；CB1(% CHO)=Starch(% NSC)×[100-CB2(% CHO)-CC(% CHO)]/100；CA(% CHO)=[100-Starch(% NSC)]×[100-CB2(% CHO)-CC(% CHO)]/100。

1.4 瘤胃降解試驗

1.4.1 試驗動物及飼養(yǎng)管理

選用3頭體況良好的荷斯坦瘤胃瘺管奶牛作為3個重復(fù)。試驗于2020年11月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)阿城試驗基地進(jìn)行，試驗牛單圈飼養(yǎng)，每日于06:00和18:00各飼喂1次，自由飲水，試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of the experimental diet (DM basis) %

1.4.2 試驗設(shè)計

向已知重量的孔徑為50 μm、大小為10 cm×20 cm的尼龍袋中放入稱取的7 g樣品并用橡膠皮筋扎緊袋口。每頭牛的每個樣品在每個時間點設(shè)置3個平行，采用“分次放入，同時取出”的方法。將分別裝有玉米秸稈、苜蓿干草和工業(yè)大麻副產(chǎn)物的尼龍袋綁定在先前準(zhǔn)備的網(wǎng)袋中，然后放入瘤胃內(nèi)并將網(wǎng)袋上端繩固定在瘤胃瘺管外側(cè)，于72 h同時取出，使得尼龍袋在瘤胃內(nèi)降解時間為0、4、8、12、16、24、36、48、72 h，其中0 h的尼龍袋為空白組。用冷水沖洗所有尼龍袋至水澄清，將洗凈后的尼龍袋于60 ℃的烘箱中烘48 h至恒重，回潮24 h后稱重。取出尼龍袋中的殘余物，過1 mm孔篩后裝入自封袋，于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4.3 測定指標(biāo)及方法

按照1.2測定方法，測定每個時間點樣品的DM、CP、NDF含量。參照Фrskov等[14]提出的瘤胃動力學(xué)數(shù)學(xué)模型計算瘤胃降解參數(shù)，公式如下：

p=a+b(1-e-ct)。

式中：p為待測飼料的營養(yǎng)成分在瘤胃t培養(yǎng)時間內(nèi)的降解率(%)；a為快速降解部分(%)；b為慢速降解部分(%)；c為慢速降解部分的降解速率(%/h)；t為瘤胃內(nèi)培養(yǎng)時間(h)。

有效降解率(ED)計算公式如下：

ED=a+b[c/(c+Kp)]。

式中：a、b、c同上，Kp為外流速度，Kp=0.04 h-1[15]。

1.5 小腸消化率的計算

將瘤胃培養(yǎng)16 h的樣品殘渣，參照Gargallo等[16]改進(jìn)三步體外法的原理和方法測定過瘤胃粗蛋白質(zhì)(RUP)和過瘤胃干物質(zhì)(RUDM)的小腸消化率(Idg)。將取出的小腸尼龍袋用冷水洗至水清后，在55 ℃烘箱內(nèi)烘48 h至恒重，回潮后稱重，并測定CP的含量，計算公式[17]如下:

Idg=[(瘤胃降解16 h后殘渣養(yǎng)分含量-小腸消化后殘渣養(yǎng)分含量)/瘤胃降解16 h后殘渣養(yǎng)分含量×]100。

1.6 數(shù)據(jù)分析

本試驗所有數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行初步整理后，用SAS 9.4分析軟件中NLIN程序來確定樣品的降解參數(shù)a、b和c值，使用GLM過程進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)方差分析，采用Duncan氏法進(jìn)行多重比較，以P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)營養(yǎng)成分

由表2可知，3種飼料營養(yǎng)成分差異很大，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的Ash、CP、EE、NDIP和ADIP含量均顯著高于玉米秸稈和苜蓿干草(P<0.05)；工業(yè)大麻副產(chǎn)物的NDF、ADF和Starch含量顯著低于玉米秸稈和苜蓿干草(P<0.05)；工業(yè)大麻副產(chǎn)物的NPN和SCP含量顯著低于苜蓿干草但高于玉米秸稈(P<0.05)；工業(yè)大麻副產(chǎn)物和苜蓿干草的ADL含量顯著高于玉米秸稈(P<0.05)；三者間NFC含量差異不顯著(P>0.05)。

表2 玉米秸稈、苜蓿干草和工業(yè)大麻副產(chǎn)物的營養(yǎng)成分(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 2 Nutrient composition of corn straw,alfalfa hay and industrial hemp by-product (DM basis) %

2.2 CNCPS組分

由表3可知，在蛋白質(zhì)組分中，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的PA、PB1和PB2含量顯著低于苜蓿干草但高于玉米秸稈(P<0.05)，其PB3和PC含量顯著高于其他兩者(P<0.05)；在CHO組分中，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的CA、NSC含量顯著高于玉米秸稈和苜蓿干草(P<0.05)，其CC含量顯著高于玉米秸稈(P<0.05)，但與苜蓿干草差異不顯著(P>0.05)，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的CB1、CB2和CHO含量顯著低于玉米秸稈和苜蓿干草(P<0.05)。

表3 玉米秸稈、苜蓿干草和工業(yè)大麻副產(chǎn)物CNCPS組分分析Table 3 CNCPS components analysis of corn straw,alfalfa hay and industrial hemp by-product

2.3 瘤胃降解特性

由表4可知，在DM瘤胃降解參數(shù)中，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的a顯著低于其他兩者(P<0.05)，三者b無顯著差異(P>0.05)，玉米秸稈和工業(yè)大麻副產(chǎn)物的c顯著低于苜蓿干草(P<0.05)，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的ED顯著低于苜蓿干草但高于玉米秸稈(P<0.05)；在CP瘤胃降解參數(shù)中，玉米秸稈和工業(yè)大麻副產(chǎn)物的a顯著低于苜蓿干草(P<0.05)，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的b和RUP顯著高于其他兩者(P<0.05)，玉米秸稈的c顯著高于苜蓿干草和工業(yè)大麻副產(chǎn)物(P<0.05)，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的ED顯著低于其他兩者(P<0.05)；在NDF瘤胃降解參數(shù)中，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的a顯著低于玉米秸稈和苜蓿干草(P<0.05)，其b顯著高于其他兩者(P<0.05)，其c和ED顯著低于苜蓿干草但高于玉米秸稈(P<0.05)。

表4 玉米秸稈、苜蓿干草和工業(yè)大麻副產(chǎn)物的瘤胃降解參數(shù)Table 4 Rumen degradation parameters of corn straw,alfalfa hay and industrial hemp by-product

2.4 小腸消化率

由表5可知，工業(yè)大麻副產(chǎn)物的DM和CP的小腸消化率顯著高于玉米秸稈和苜蓿干草(P<0.05)。

表5 玉米秸稈、苜蓿干草和工業(yè)大麻副產(chǎn)物的小腸消化率Table 5 Small intestinal degradation ratio of corn straw,alfalfa hay and industrial hemp by-product %

3 討 論

3.1 常規(guī)營養(yǎng)成分

常規(guī)營養(yǎng)成分測定是粗飼料資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)[18]。本試驗測得工業(yè)大麻副產(chǎn)物的CP含量為16.25%，且其他大多數(shù)營養(yǎng)成分與玉米秸稈和苜蓿干草相比價值較高，是一種潛在的優(yōu)質(zhì)反芻動物蛋白質(zhì)飼料。家畜礦物質(zhì)大多數(shù)來自Ash，本試驗測得工業(yè)大麻副產(chǎn)物Ash含量較高，是由于工業(yè)大麻中富含磷、鉀、鎂、鈣、鋅等礦物質(zhì)[19]。NDF是奶牛營養(yǎng)中CHO的重要組成成分，代表了粗飼料總纖維水平，ADF成分很難被家畜有效利用，本試驗測得工業(yè)大麻副產(chǎn)物NDF、ADF含量較其他兩者低，既可以提供CHO營養(yǎng)，又能維持瘤胃發(fā)酵正常進(jìn)行。工業(yè)大麻副產(chǎn)物ADL含量較高且與多糖結(jié)合很難被酶分解，因此限制了動物對其利用[20]。NDIP是可以被動物利用的緩慢降解的飼料蛋白質(zhì)成分，而ADIP很難被動物利用。工業(yè)大麻副產(chǎn)物的NDIP含量極顯著高于玉米秸稈和苜蓿干草，而三者ADIP含量差距較小，說明工業(yè)大麻副產(chǎn)物的蛋白質(zhì)利用率更高。工業(yè)大麻副產(chǎn)物CP含量較高，且SCP中NPN含量為79.56%，比其他兩者低，說明工業(yè)大麻副產(chǎn)物中可利用的真蛋白質(zhì)較多。本試驗玉米秸稈的營養(yǎng)成分與陳艷等[21]研究結(jié)果相似，NDF含量較低，ADF含量較高可能與收獲時間有關(guān)。本試驗苜蓿干草的營養(yǎng)成分與孫紅紅等[22]的研究結(jié)果一致，CP和Starch含量較低可能是由于種植地區(qū)差異。以上營養(yǎng)成分表明工業(yè)大麻副產(chǎn)物是具有潛在價值的家畜飼料。

3.2 CNCPS組分

CNCPS是一個連接飼料價值分析和牛的營養(yǎng)需求的針對于反芻動物飼料分析的方法。PA主要成分是NPN，反芻動物瘤胃中微生物可以利用PA部分快速產(chǎn)生的氨合成微生物蛋白，從而為動物機體提供較高的營養(yǎng)價值[23]。工業(yè)大麻副產(chǎn)物PA含量較低，說明其真蛋白含量較多。PB1在反芻動物瘤胃中易被很快降解，一部分在瘤胃中發(fā)酵，一些進(jìn)入到下一段消化道。PB2含量多少取決于消化和通過的相對速度。PB3與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)有關(guān)，溶于酸性洗滌溶液，在瘤胃中可以被緩慢降解[24]。本試驗測得工業(yè)大麻副產(chǎn)物PB1含量較低，PB2+PB3含量較高說明其可溶性蛋白較高，能夠一部分在瘤胃中被消化降解，而不能被瘤胃降解的蛋白質(zhì)則進(jìn)入到動物消化道后段被消化利用，具有很好的過瘤胃效果。PC主要是飼料中的ADIP，不能被瘤胃微生物或者反芻動物消化利用[24]，工業(yè)大麻副產(chǎn)物PC含量較高，因此在飼料應(yīng)用時應(yīng)注意添加比例[25]。

飼料NSC中的糖類在瘤胃中能夠被瘤胃微生物快速發(fā)酵。工業(yè)大麻副產(chǎn)物NSC、CA含量較高，因為其可消化的糖含量較高[26]，在瘤胃中降解速度較快，為瘤胃微生物提供能量，能夠被動物機體快速利用，有助于能氮平衡。玉米秸稈的CB1和CB2含量較高說明其CHO發(fā)酵較慢，但是仍為潛在可用的CHO，這與其營養(yǎng)成分中淀粉和纖維含量較高相一致。CC組分為飼料中不可降解的部分，是瘤胃微生物不能利用的植物細(xì)胞壁[24]。工業(yè)大麻副產(chǎn)物和苜蓿干草的CC含量略高，但不影響其作為優(yōu)秀蛋白質(zhì)飼料。

3.3 瘤胃降解特性

DM瘤胃降解率會影響家畜對干物質(zhì)的采食量，是評定飼料營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)，取決于飼料原料纖維素的含量和木質(zhì)化程度，能夠反映飼料被消化的難易程度[27]。本試驗測得工業(yè)大麻副產(chǎn)物DM有效降解率略低，可能是由于其ADL含量較高導(dǎo)致。有很多因素可以影響瘤胃蛋白質(zhì)降解率，如飼料可以使瘤胃微生物接觸的有效面積、某些物質(zhì)對蛋白質(zhì)的保護作用以及蛋白質(zhì)自身的一些物理和化學(xué)特性等[28]。工業(yè)大麻副產(chǎn)物蛋白質(zhì)瘤胃慢速降解部分顯著高于玉米秸稈和苜蓿干草，使得其瘤胃有效降解蛋白質(zhì)比例較低，過瘤胃蛋白質(zhì)含量較高，這與CNCPS組分分析中PB3含量較高相對應(yīng)，這可能與工業(yè)大麻副產(chǎn)物蛋白質(zhì)組成有關(guān)，推測工業(yè)大麻副產(chǎn)物中蛋白質(zhì)大部分進(jìn)入消化道后段進(jìn)行消化和吸收。NDF瘤胃降解率體現(xiàn)了反芻動物對飼料纖維物質(zhì)的利用程度，飼料中的纖維可以充實瘤胃，對牛瘤胃的正常發(fā)酵具有重要的作用。工業(yè)大麻副產(chǎn)物NDF的慢速降解部分較高，有效降解率較低，說明其不易在瘤胃中被消化。

3.4 小腸消化率

小腸可以消化大部分不能被瘤胃降解的蛋白質(zhì)[29]，飼料在全消化道的消化率一定，所以其在瘤胃中降解較少，則在小腸部分消化較多[30]。對于反芻動物來說，過多的蛋白質(zhì)在瘤胃中被降解，會導(dǎo)致進(jìn)入小腸的蛋白質(zhì)不能滿足生長發(fā)育快、蛋白質(zhì)需求量大的反芻動物的營養(yǎng)需求，因此優(yōu)質(zhì)飼料應(yīng)使得大部分蛋白質(zhì)進(jìn)入小腸消化利用[31]。本試驗測得玉米秸稈RUP的小腸消化率與岳群等[32]結(jié)果一致，苜蓿RUP的小腸消化率與周榮[33]結(jié)果一致。本試驗中工業(yè)大麻副產(chǎn)物的DM和CP的小腸消化率均高于其他2種飼料，說明未被瘤胃降解的工業(yè)大麻副產(chǎn)物纖維和蛋白質(zhì)可更容易在小腸中被進(jìn)一步消化吸收，因此工業(yè)大麻副產(chǎn)物可以為反芻動物提供較好的蛋白質(zhì)營養(yǎng)，且有研究表明大麻蛋白質(zhì)中較多為麻仁球蛋白和白蛋白，可被動物很好地消化吸收利用[34]。

4 結(jié) 論

工業(yè)大麻副產(chǎn)物具有較高的營養(yǎng)價值，可以為反芻動物提供豐富優(yōu)良的蛋白質(zhì)和纖維，可以作為反芻動物優(yōu)質(zhì)的飼料資源。