[2006第7期]不同加工處理玉米的OM和蛋白質和在奶牛瘤胃中降解規律的研究

新飼料

原載《新飼料》雜志2006年第7期
廊坊市廣陽區畜牧局/王淑香
廊坊市農林科學院畜牧研究所/盧壽鋒  路國強
內蒙古農業大學動物科學與醫學學院/嘎爾迪

摘要 ：本試驗以4頭裝有永久性瘤胃瘺管的中國荷斯坦奶牛為試驗動物，采用4×4拉丁方試驗設計，在1.3M飼養水平上利用尼龍袋法測定了不同的物理加工處理（膨化、制粒、壓扁、烘炒及生玉米）的玉米在奶牛瘤胃中有機物質（OM）和粗蛋白（CP）的降解率。結果表明：玉米經不同加工處理后其OM和CP的瘤胃降解模型參數a、b、c和P 值發生了顯著的變化。各組玉米OM和CP的有效降解率P值從大到小依次均為：膨化玉米〉顆粒玉米〉壓扁玉米〉對照玉米〉烘炒玉米。試驗結果表明，與對照玉米相比，膨化玉米和顆粒玉米的OM和CP有效降解率P值顯著增加，壓扁玉米的P值差異不顯著，烘炒玉米的P值顯著降低。OM和粗蛋白的有效降解率P值的顯著改變可能是在水分、熱量和壓力的作用下，玉米籽實的結構發生了變化，導致各組玉米的瘤胃降解率也不同。

關鍵詞 ：玉米  加工處理；有機物質；粗蛋白；泌乳奶牛；瘤胃；降解規律

1.前言
玉米是我國的主要農作物之一，當前我國玉米消費主要有口糧、飼料、工業用和種子用四個方面。近年來玉米的工業消費（以飼料消費為主）一直占總消費量的80%左右，并呈不斷上升的趨勢。玉米是一種常見的谷物飼料，也是奶牛最重要的能量飼料之一。按干物質計算，玉米含碳水化合物70%-80%，OM中淀粉含量大約為72%-76%，粗蛋白含量為8%-14%。

傳統的玉米－豆粕型日糧在瘤胃中能氮釋放不匹配。在大多數情況下，約有25%以上的氮以氨的形式損失（Nolan，1975），從而限制了其在奶牛生產中的應用。加工處理可以改變玉米在消化道中的消化位點和消化比例（Huntington，1997）。采用適當的加工技術，可以調控瘤胃降解和小腸消化的營養物質的比例，一方面維持瘤胃發酵的正常進行，促使瘤胃內能氮同步釋放；另一方面降低氮的排出量，減少代謝產物對環境的污染，使飼料利用達到最大效率，以提高產品質量和飼養效果。

隨著瘤胃營養生理研究的深入和發展，飼料營養物質在瘤胃內的動態降解率已成為現代反芻動物營養新體系的一項重要指標。目前廣泛采用尼龍袋法研究飼料營養物質在瘤胃中的降解規律，尼龍袋法簡便易行，比體內法省時省工，又能較好的代表動物的實際情況，因而是一種較好的測定方法。

玉米經過不同加工處理，其OM和CP在瘤胃內的降解參數可能會發生改變。本試驗采用尼龍袋法研究不同加工處理對OM和CP降解規律的影響，為生產實踐提供科學依據。有關玉米加工處理對DM和淀粉的影響，參見《不同加工處理玉米的干物質和淀粉在奶牛瘤胃中降解規律的研究》(飼料廣角2005年16期)。

2  材料與方法
1.1 玉米的加工處理方法
1.1.1 對照玉米:內蒙古呼和浩特市的本地玉米；
1.1.2 膨化玉米：由內蒙古伊利飼料有限公司生產（130℃，30min）；
1.1.3 顆粒玉米：在內蒙古農業大學機電工程學院進行，由山西大同農牧機械廠制造的9KS304型顆粒機生產。顆粒機孔徑大小為8mm,制粒時先用粉碎機粉碎，然后加入20%的自來水進行攪拌、制粒。
1.1.4 壓扁玉米：由內蒙古呼和浩特市石羊橋炒貨廠組合對輥機生產（0.8mm壓扁）。
1.1.5 烘炒玉米：由內蒙古呼和浩特市石羊橋炒貨廠旋轉式炒爐生產（160℃，15min）。
1.2 實驗動物與日糧
選擇4頭健康狀況良好，年齡、體重、胎次、泌乳期相近的安裝永久性瘤胃瘺管的黑白花奶牛，按照NRC(2001)飼養標準配合日糧。日糧的精粗比為55:45。四種日糧的不同之處在于各種加工處理的玉米，其它營養成分相同，見表1。

表1 日糧組成及營養水平
Table 1 Dietary composition and its nutrition level

日糧組成 Dietary Composition	組分含量 Content (%OM)	營養成分 Ingredient	營養水平 Nutrition Level
青干草Hay	24.55	NND	2.04
玉米青貯Corn silage	21.96	NEL（Mcal/Kg）	1.53
玉米Control corn	27.20	CP（%）	16.58
麩皮Wheat bran	3.33	NDF（%）	35.32
豆粕Soybean meal	15.24	Ca（%）	0.79
胡麻餅Flaxseed meal	3.92	P（%）	0.54
尿素Urea	0.42
磷酸氫鈣CaHPO4	1.11
食鹽Salt	0.42
碳酸氫鈉NaHCO3	0.53
添加劑Additive	0.53

注：*礦物質預混料由FeSO4.7H2O 31200mg/Kg；CuSO4.5H2O  1500mg/Kg；ZnSO4.7H2O  17500mg/Kg ；MnSO4.5H2O  7800mg/Kg；碘鈣粉（含1%KI）17000mg/Kg； Na2SeO3  4.3mg/Kg ；CoCI2.6H2O 1030mg/Kg和沸石粉組成。維生素預混料中每公斤含VA  5400萬IU；VD3 1080萬IU；VE  18000IU；VK35g；VB1 2g；VB2 15g；VB12 0.03g；VB5 35g；泛酸鈣25g；葉酸0.5g；抗氧化劑0.2g。**NEL為計算值，其它均為實測值。

1.3 實驗設計與飼養管理
采用單因子完全隨機試驗，試驗牛于每天早晨6:00和下午4:00飼喂，順序為：玉米青貯、青干草、混合精料。試驗牛在飼喂和擠奶時栓在畜舍內，其余時間在運動場中自由運動。每天在早晨6:30和晚上6:30擠奶兩次，自由飲水，預試期為10天。

1.4 實驗樣品的制備
分別稱取5g不同加工處理的玉米風干樣品，裝入標號、已恒重的尼龍袋中，尼龍袋大小為10×17cm2,孔徑為40μm（300目）。將兩個裝有平行樣的尼龍袋用工程線和橡皮筋纏緊，穿過長約50cm的塑料管，工程線的另一頭固定在瘤胃瘺管上；按照“依次加入，一齊取出”的原則，于第一天20:00，第二天8:00、12:00、16:00、18:00 分別投入到瘤胃中，20:00取出（尼龍袋分別降解0h、2h、4h、8h、12h、24h）。取出尼龍袋后，立即用自來水沖洗尼龍袋的外表面，然后在冷水中浸泡55分鐘，用自來水洗干凈后，將尼龍袋放在65ºC烘箱中烘干；樣品在4ºC保存以備分析，尼龍袋殘渣通過1mm篩粉碎進行分析。

1.5 測定指標與樣品分析
對所有尼龍袋內樣品測定OM和CP兩個指標，采用實驗室常規方法測定。

1.6 計算公式

1.6.1 待測飼料在瘤胃中不同時間點消失率的計算公式
A(%)=100× (B-C)/B
其中：A：待測飼料營養物質的瘤胃消失率（%）
B：樣品中待測飼料營養物質的質量（g）
C：殘渣中待測飼料營養物質的質量（g）

1.6.2 待測飼料OM和CP的有效降解率（P）的計算
有效降解率（P）根據Ørskov和McDonald(1979)提出的公式進行計算。公式如下：
dp=a+b(1-e-Kd×(t))           P=a+(b×Kd)/(Kd+Kp)   
其中：dp: t時間營養物質消失率   a: 快速降解部分（%）
b: 慢速降解部分（%）     t: 待測飼料在瘤胃中滯留時間(h)  
Kd: b的降解速率          P:待測飼料中營養物質有效降解率
Kp: 待測飼料的瘤胃流通速率，這里Kp=0.06/h (Tamminga等,1994)

1.7 統計處理
試驗數據統計分析利用SAS軟件包中平衡實驗設計方差分析過程（ANOVA）和非平衡實驗設計方差分析過程（GLM）進行。

2. 結果與分析
2.1 不同加工處理對玉米瘤胃OM降解率的影響
玉米進行不同的加工處理后，OM含量變化不大（P>0.05），但OM的降解率發生了的 改變（表2）。比較各組玉米OM的降解模型，可以看出顆粒玉米的快速降解部分a顯著高于對照玉米和壓扁玉米（P<0.05），極顯著的高于烘炒玉米和膨化玉米的a值（P<0.01）。與對照玉米相比，顆粒玉米的a值顯著增加（P<0.05），膨化玉米和烘炒玉米的a值顯著或極顯著降低，壓扁玉米的a值則差異不顯著（P>0.05）。

表2  不同處理對玉米瘤胃OM降解率的影響
Table 2 Effects of different processing methods on corn OM ruminal degradability

項目 瘤胃降解模型參數	組 別 Group
	E	P	D	R	C
a（%）	14.73d	37.14a	22.20b	18.60c	23.19b
b（%）	70.90a	44.66b	76.13a	54.40ab	77.91a
c（%/h）	16.72a	7.26b	4.21bc	2.95c	3.82bc
有效降解率P（%）	66.73a	59.23b	53.57c	36.05d	52.61c

注：E為膨化組，P為制粒組，D為干壓扁組，R為烘炒組，C為對照組。a為快速降解部分，b為慢速降解部分，c為b的降解速率。同行數據右肩有相同字母為差異不顯著（P>0.05），右肩有相鄰字母為差異顯著（P<0.05），相間字母表示差異極顯著（P<0.01）。

顆粒玉米與烘炒玉米的慢速降解部分b值差異不顯著（P>0.05），顯著低于其它組的b值（P<0.05），而其它組之間b值差異不顯著（P>0.05）。烘炒玉米OM的a,b,c值都很低，其瘤胃有效降解率P也顯著或極顯著低于其它各組。

由于受到高溫處理，膨化玉米和烘炒玉米的快速降解部分a都顯著或極顯著的低于其它組，而且膨化玉米的a值顯著低于烘炒玉米組（P<0.05）；膨化玉米的慢速降解部分b與烘炒玉米的b值差異不顯著（P>0.05），但是膨化玉米的慢速降解常數c極顯著高于烘炒玉米的c值（P<0.01），顯著高于其它組（P<0.05），這與膨化玉米受到高濕、高壓的影響有很大的關系。

各組玉米OM的有效降解率P順序為：膨化玉米〉顆粒玉米〉壓扁玉米〉對照玉米〉烘炒玉米。膨化玉米的P值顯著高于顆粒玉米（P<0.05），極顯著的高于其它組（P<0.01）。對照生玉米在進行加工處理后，膨化玉米和顆粒玉米的瘤胃有效降解率顯著增加（P<0.05），烘炒玉米的P值顯著降低（P<0.05），而壓扁處理玉米的P值沒有明顯的變化（P>0.05）。

2.2 不同加工處理對玉米瘤胃CP降解率的影響

玉米進行不同的加工處理后，CP含量變化不大（P>0.05），但CP的降解率發生了明顯的變化（表3）。比較各組玉米的CP瘤胃降解模型參數，可以看出顆粒玉米的快速降解部分a顯著高于壓扁玉米的a值（P<0.05），極顯著的高于其它組（P<0.01）。與對照玉米相比，顆粒玉米和壓扁玉米的快速降解部分a顯著或極顯著增加，膨化玉米的a值顯著降低（P<0.05），烘炒玉米的a值變化不顯著（P>0.05），這與OM的顯著性不同。

表3 不同處理對玉米瘤胃CP降解率的影響
Table 3 Effects of different processing methods on corn CP ruminal degradability

項目Item 瘤胃降解模型參數	組 別 Group
	E	P	D	R	C
a（%）	8.67d	28.56a	24.76b	20.20c	20.17c
b（%）	58.77b	31.07c	34.59c	57.42b	76.01a
c（%/h）	15.07a	10.47a	4.03b	2.39b	2.05c
有效降解率P（%）	49.58a	46.29a	38.53b	20.76c	38.24b

注：E為膨化組，P為制粒組，D為干壓扁組，R為烘炒組，C為對照組。a為快速降解部分，b為慢速降解部分，c為b的降解速率。同行數據右肩有相同字母為差異不顯著（P>0.05），右肩有相鄰字母為差異顯著（P<0.05），相間字母表示差異極顯著（P<0.01）。

與對照玉米相比，各種加工處理玉米CP的慢速降解部分b都顯著或極顯著降低，這可能是由于在加工過程中各組玉米的CP在一定程度上發生了變性所致。膨化玉米和顆粒玉米的慢速降解常數c值和有效降解率P的差異均不顯著（P>0.05），這與OM的顯著性不同。OM中主要成分為淀粉，其瘤胃降解率顯著高于CP（P<0.05）。與對照玉米相比，膨化玉米和顆粒玉米的有效降解率P顯著增加（P<0.05），烘炒玉米的P值顯著降低（P<0.05），而壓扁玉米的P值變化不明顯（P>0.05）。各組玉米的CP有效降解率都低于相應組OM的P值（P<0.05），這可能與籽實中蛋白質基質的結構特點有關。

3.結論與討論

本試驗中采用了膨化、制粒、壓扁、烘炒等物理加工方法，對玉米進行了加工處理。試驗結果表明，在水分、熱量和壓力的作用下，玉米籽實的結構發生了變化，導致各組玉米的瘤胃降解率也不同。由于OM中的主要成分為淀粉和CP（脂肪含量為2%-5%），因此OM的瘤胃降解率與淀粉和CP的瘤胃降解率密不可分。

玉米籽實中淀粉表面被蛋白質基質和脂肪所包圍，其表面的鋸齒、小溝、裂縫或小孔，可作為微生物和酶進攻的位點。加工處理可破碎谷物顆粒的外種皮，使其顆粒減少，表面積增加，增大瘤胃微生物和酶進入的機會而提高瘤胃對淀粉的消化速度，從而提高其營養價值。

膨化玉米受到高溫、高濕和高壓的共同作用，玉米籽實的結構變得疏松，OM中淀粉的晶體結構被破壞。膨化玉米中水分充足，在高溫處理時糊化徹底；在突然減壓時淀粉顆粒瞬間汽化，填充在間隙內的水便會產生強大的膨化力，促使淀粉體積膨脹而呈多孔狀。此外，由于受到高溫的影響，淀粉顆粒可能出現凝沉現象，導致快速降解部分a降低，但慢速降解部分的降解常數c增加，其OM和CP在瘤胃中的降解率最高；

顆粒玉米受到蒸汽和壓力的作用，淀粉顆粒糊化，晶體結構被破壞，直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例發生改變，其快速降解部分升高，慢速降解部分降低，其OM和CP瘤胃降解率顯著高于對照玉米。

膨化玉米與顆粒玉米進行比較，可能由于受到高溫的影響，膨化玉米的快速降解部分a很低，但是由于水分充足的補償作用，以及膨化時瞬間減壓產生巨大的膨化力（剪切力），使其慢速降解常數c顯著高于顆粒玉米的c值（P<0.05），而且膨化玉米的糊化度高于顆粒玉米，因此，膨化玉米OM和CP的瘤胃降解率高于顆粒玉米。

壓扁玉米相當于粗粉碎，由于受到壓力的作用，降解率高于生玉米，OM和CP的降解率與對照玉米差異不顯著(P>0.05)。

烘炒玉米由于水分的限制，在高溫（130℃以上）和攪拌的作用下，籽實中的淀粉顆粒出現糊精化，形成抗酶解的配糖鍵（產生抗性淀粉），在冷卻或低溫保存的過程中可能重結晶（凝沉），有助于慢速降解淀粉或不可消化淀粉（即抗性淀粉）的形成。在高溫處理時，蛋白質可能發生變性，淀粉酶的活性降低（Holm，1985）；另外，玉米籽實中的蛋白質與碳水化合物結合后，發生美拉德反應，形成蛋白質—碳水化合物復合體而不易在瘤胃中降解，因此其OM和CP的瘤胃有效降解率最低。

（參考文獻略）
注：本文是國家自然基金項目《玉米的加工處理對瘤胃氮排出量影響的研究》的一部分內容。通訊作者為嘎爾迪教授，特此致謝。

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