體外法評定烘干過程及組成比例對WDGS營養(yǎng)價值的影響

杜艷芬， 梁東梅， 鐘榮珍， 李玉鵬， 李海花*， 楊鴻雁

（1.賽默飛世爾（上海）儀器有限公司，上海 201206；2.天津市畜牧獸醫(yī)研究所，天津 300381；3.中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春 130102）

近年來我國畜牧業(yè)的發(fā)展步伐不斷加快，而糧食一直在常規(guī)飼料中占有重要地位，糧食作為常規(guī)飼料的供需缺口越來越大，蛋白質(zhì)飼料資源短缺已成為制約我國畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，發(fā)展節(jié)糧型生態(tài)畜牧業(yè)，開辟新的飼料資源，調(diào)整飼料生產(chǎn)結構，已成為中國飼料工業(yè)發(fā)展的必然趨勢（阮征等，2015）。玉米酒精糟是新型優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料原料，合理利用不僅能緩解蛋白質(zhì)飼料資源緊張的局面，且可降低飼料成本 （許艷利等，2013）。我國是酒精生產(chǎn)大國，每年濕玉米酒精糟（WDGS）的產(chǎn)量約1500萬噸（固含量35%左右）。WDGS烘干后為DDGS。不同來源或不同生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的DDGS營養(yǎng)價值差異較大 （Wongsagonsup 和 Jane，2017；張永根，2010），尤其干燥溫度和時間對DDGS營養(yǎng)成分影響很大，干燥溫度越高，時間越長，DDGS養(yǎng)分損失就越大（楊嘉偉等，2012）。從20世紀50年代開始出現(xiàn)了體外評定法，體外法與體內(nèi)法、半體內(nèi)法相比較，體外法具有操作簡便、容易標準化、結果重演性好等優(yōu)點，從而得到了較廣泛的應用 （秦建有，2017），而自20世紀90年代初以來，體外產(chǎn)氣法由于能夠較好地模擬瘤胃中的發(fā)酵歷程，已有諸多學者對酒精糟的利用進行了研究 （CastilloLopez等2017；Geron等 2017；Ahn等，2016）。體外產(chǎn)氣法評定烘干過程對WDGS營養(yǎng)價值影響的研究較少，因此，本研究擬用體外產(chǎn)氣法測定WDGS產(chǎn)氣量及其特定營養(yǎng)成分含量，繪制時間-產(chǎn)氣量曲線，探討溫度和組成比例對WDGS營養(yǎng)價值的影響，為玉米酒精糟營養(yǎng)價值的快速評定及其在反芻動物飼料中大量推廣應用提供基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及其處理 試驗用玉米酒精糟樣品 1（濃漿∶濕渣=30∶70，水分含量 30%）和玉米酒精糟樣品 2（濃漿∶濕渣=50∶50，水分含量 40%）為新鮮酒精糟，來自天津當?shù)鼐茝S。瘤胃液來自天津當?shù)赝涝讏?，所取瘤胃液為早飼? h瘤胃液，由牛瘤胃內(nèi)上下左右不同位點采集足量瘤胃液，灌入經(jīng)預熱達39℃并通有CO2的保溫瓶中，灌滿后立即蓋嚴瓶口，迅速返回實驗室。人工瘤胃培養(yǎng)液配方見表1和表2，人工瘤胃液與瘤胃液的體積比為 2∶1（Menke，1988）。

表1 人工瘤胃營養(yǎng)液各單一溶液配方

表2 人工瘤胃營養(yǎng)液配制表（1000 mL）

1.2 人工瘤胃裝置 用刻度體積為200 mL的注射器（國產(chǎn)特制玻璃針管，最小刻度5 mL）作為發(fā)酵容器，電熱恒溫箱作為39℃培養(yǎng)箱。產(chǎn)氣量的測定：發(fā)酵產(chǎn)生的氣體將活塞外推，直接從注射器刻度讀出， 每間隔一定時間（12、24、36、48、72、96 h）測量并記錄一次產(chǎn)氣量。

1.3 體外瘤胃發(fā)酵和玉米酒精糟營養(yǎng)價值測定的分組設計 發(fā)酵底物的量與產(chǎn)氣性具有很高的相關性（Menke等，1979），為了驗證產(chǎn)氣法試驗的穩(wěn)定性，樣品1分別準確稱取30份，即1～6 g共6個重量梯度，每個重量各5個重復；樣品2處理同樣品1，同時設置空白對照組（沒有發(fā)酵底物，僅有瘤胃液和培養(yǎng)液），作為產(chǎn)氣量的校正。然后在恒溫箱中培養(yǎng)測其產(chǎn)氣量，得到最適發(fā)酵底物量為3 g。

1.4 發(fā)酵底物的稱取和制備 一次性稱完所用樣品。樣品1和樣品2在常溫下用分析天平準確稱量，各稱五份，每份3 g左右，記錄準確重量。用濾紙包好，作標記，放入4℃冰箱備用。再各稱五份做好標記，105℃下烘干6 h后，自封袋密封，4℃冰箱貯存?zhèn)溆?。再各稱量五份樣品做好標記，90℃烘干6 h后，自封袋密封，4℃冰箱貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.5 分裝和培養(yǎng) 將取得的瘤胃內(nèi)容物混合均勻，使用4層醫(yī)用紗布過濾后持續(xù)充入CO2氣體5 min，量取所需體積（1200 mL）的瘤胃液迅速加入到準備好的人工瘤胃營養(yǎng)液（2400 mL）中，制成混合人工瘤胃培養(yǎng)液?；旌先斯ち鑫概囵B(yǎng)液邊加熱（39±0.1）℃邊用磁力攪拌器攪拌，同時通入CO2。用pH計測得人工瘤胃液的pH為7.7。

將發(fā)酵物放入對應的發(fā)酵容器，用移液器向每個培養(yǎng)管（注射器）中分別加（100±1.0）mL上述混合培養(yǎng)液。將發(fā)酵容器內(nèi)氣體排盡，并記錄相應的初始刻度值（mL），同時做3個空白對照，準備好后立即轉入已預熱（39±0.1）℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。1.6 特定營養(yǎng)成分的測定 分別測定樣品1不同處理 （25、90℃和105℃處理組）的粗蛋白質(zhì)（CP）、粗纖維（CF）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）和必需氨基酸含量，所有指標的測定均按國標進行。樣品2的處理 （25、90℃和105℃處理組）及測定同樣品1。

1.7 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析和Duncan’s多重比較，顯著性水平為P＜0.05，對特定營養(yǎng)成分含量分別進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 樣品1和樣品2不同處理組產(chǎn)氣量的測定空白對照組平均每12 h產(chǎn)6 mL氣體，96 h內(nèi)共產(chǎn)48 mL氣體。試驗樣品1和樣品2各處理組的產(chǎn)氣量結果見圖1、圖2、圖3和圖4。

由圖1可知，在36 h內(nèi)，隨著時間的延長，樣品1不同處理組的產(chǎn)氣速率均呈逐漸下降趨勢，36 h以后，90、105℃組，產(chǎn)氣速率均逐漸上升，而25℃對照組的產(chǎn)氣速率依然呈下降趨勢。但60 h以前，25℃對照組的產(chǎn)氣速率高于90℃和105℃組。

圖1 樣品1在各個時間段平均每小時每克樣品的產(chǎn)氣量

由表 3可知，樣品 1在 0～12、12～24、24～36、36～48、72～96 h時間段，90℃組和 105℃組兩個處理組與25℃對照組相比，產(chǎn)氣量差異顯著 （P＜0.05），在48～72 h時與25℃對照組相比，差異均不顯著（P＞0.05）。

表3 樣品1不同時間段的產(chǎn)氣量差異性分析mL

由圖2可知，樣品1三個處理的累計產(chǎn)氣量都呈逐漸上升趨勢，但25℃對照組的累計產(chǎn)氣量一直高于其他兩組，105℃組的累計產(chǎn)氣量最少。

圖2 樣品1累計產(chǎn)氣量

由圖3可知，在24 h內(nèi)，隨著時間的延長，樣品2不同處理組的產(chǎn)氣速率都呈逐漸下降的趨勢；24～36 h 90℃組和105℃組產(chǎn)氣速率依然逐漸下降，而25℃對照組產(chǎn)氣速率逐漸上升，而36～72 h 90℃組和105℃組產(chǎn)氣速率逐漸上升，而25℃對照組的樣品其產(chǎn)氣速率逐漸下降。72～96 h 3個處理組產(chǎn)氣速率均下降。

由表4可知， 樣品2在0～12、12～24、24～36、36～48 h時90℃組和105℃組與25℃對照組相比，產(chǎn)氣量差異顯著（P ＜ 0.05），在 48～ 72、72 ～96 h時105℃組與25℃對照組相比，產(chǎn)氣量差異顯著（P＜0.05），而90℃組則不顯著（P＞0.05）。

圖3 樣品2在各個時間段平均每小時每克樣品的產(chǎn)氣量

表4 樣品2不同時間段的產(chǎn)氣量差異性分析mL

由圖4可知，三組樣品的累計產(chǎn)氣量都呈逐漸上升趨勢，但25℃對照組的累計產(chǎn)氣量一直高于其他兩組，105℃組的累計產(chǎn)氣量最少。

圖4 樣品2累計產(chǎn)氣量

樣品1與樣品2在不同溫度下處理后，25℃組的96 h內(nèi)總產(chǎn)氣量最高，105℃組最低。樣品2的25、90、105℃各組總產(chǎn)氣量分別比樣品1相應各組高7.86%、27.32%和34.94%。因此，高溫降低了玉米酒精糟的營養(yǎng)價值。但適當提高濃漿比例，有利于提高玉米酒精糟營養(yǎng)價值。

2.2 不同處理組的玉米酒精糟特定營養(yǎng)成分含量的測定 由表5可知，樣品1的3個處理組的CP、Ca、NDF和 ADF的含量均差異顯著 （P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）高于相應的樣品2的3個處理組。樣品2的3個處理組的EE和總磷的含量均極顯著（P＜0.01）高于相應樣品1的3個處理組。樣品1各組組內(nèi)相比，不同溫度處理組之間常規(guī)營養(yǎng)成分含量差異不顯著（P＞0.05），但樣品1的105℃組的DNF和ADF含量比其90℃組高5.1%和0.8%，比25℃對照組高8.3%和12.3%。樣品2各組的變化趨勢同樣品1。高溫導致樣品1和樣品2的顏色較未烘干時加深。

表5 玉米酒精糟特定營養(yǎng)成分含量%

由表6可知，濃漿與濕渣的比例對酒精糟必需氨基酸含量影響較大。樣品1和樣品2的相同溫度處理組中除蘇氨酸、苯丙氨酸和色氨酸含量差異不顯著（P＞0.05）外，其他6種必需氨基酸含量，樣品1的25℃對照組均顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）高于樣品2的25℃對照組。樣品1的90℃組均顯著 （P＜0.05）或極顯著 （P＜0.01）高于樣品2的90℃組。樣品1的105℃組均顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）高于樣品2的105℃組。樣品1和樣品2各指標組內(nèi)差異均不顯著 （P＜0.05），但高溫處理組與未烘干組相比，大部分必需氨基酸含量有降低趨勢。

表6 玉米酒精糟必需氨基酸含量 %

3 討論

體外產(chǎn)氣法的結果與體內(nèi)法具有高度的相關性，是目前發(fā)達國家采用最多的用來評價飼料飼用價值的技術之一（鄧艷芳，2011）。本研究中利用體外產(chǎn)氣法較真實地、簡單方便地模擬了玉米酒精糟在瘤胃內(nèi)的消化，結合玉米酒精糟的特定營養(yǎng)成分含量，綜合評定了玉米酒精糟的營養(yǎng)價值。

3.1 溫度對玉米酒精糟營養(yǎng)價值的影響 不同廠家由于玉米產(chǎn)地、烘干設備和烘干工藝等因素的影響，導致生產(chǎn)的玉米酒精糟特定營養(yǎng)成分含量和營養(yǎng)價值差異較大（Bo..ttger和 Südekum，2017；甘在紅和邵彩梅，2009）。本研究中所用樣品來自同一廠家，同一批次，相同的烘干設備和烘干工藝，避免了上述因素的影響。同時也避免了因不同批次人工瘤胃液的差異造成的對樣品消化的誤差。

酒精的生產(chǎn)工藝及酒精糟、殘液的干燥方法對酒精糟的品質(zhì)影響很大（Rasco等，1989）。干燥工藝的不同，生產(chǎn)的DDGS在氣味、色澤上會表現(xiàn)出很大差異，進而影響DDGS營養(yǎng)價值（Amezcua 和 Parsons，2007）。 干燥溫度和時間對酒精糟營養(yǎng)價值影響很大，干燥溫度越高，時間越長，酒精糟養(yǎng)分損失就越大，營養(yǎng)價值越低，形成難以被動物利用的不可消化蛋白 （楊嘉偉等，2012）。本研究中所測WDGS的NDF和ADF含量均低于Patil等（2015）所測的NDF和ADF含量，可能與酒精糟的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)地等不同有關。樣品1和樣品2的高溫組與25℃對照組相比，NDF、ADF含量均有提高趨勢，Lys含量有降低趨勢，與前人研究結果一致（Kim等，2008）。玉米酒精糟的色澤上要求淡黃色至深褐色，色澤均勻，金黃色最好（張志博，2012）。深顏色的DDGS通常伴有焦糊味或煙熏味，可能是加熱過度引起的美拉德反應，加熱過度降低了Lys利用率（Weigel和Loy，1997），本研究中高溫處理組樣品比25℃對照組顏色深，與上述前人研究結果一致。但樣品2的25℃對照組顏色比樣品1的25℃對照組顏色深，則是因為樣品2中濃漿比例高的緣故。本研究中對于樣品1和樣品2的各處理組，在36 h以內(nèi)隨著時間的延長，產(chǎn)氣速率整體上呈逐漸降低的趨勢，但對照組的總產(chǎn)氣量均高于烘干組，此時間段內(nèi)可能是測定WDGS和DDGS營養(yǎng)價值的最佳時間段。雖然36 h以后，烘干組的產(chǎn)氣速率有所提高，但瘤胃已基本結束了消化，此時研究意義已經(jīng)不大。

3.2 濃漿與濕渣比例對玉米酒精糟營養(yǎng)價值的影響 濕態(tài)玉米酒精糟（WDGS）烘干后為干態(tài)玉米酒精糟（DDGS）。市場上的玉米酒精糟蛋白飼料產(chǎn)品基本上有2種，一種為DDG是將玉米酒精糟作簡單過濾，濾渣干燥，濾清液排放掉，只對濾渣單獨干燥而獲得的飼料；另一種為DDGS是將濾清液干燥濃縮后再與濾渣混合干燥而獲得的飼料。后者的能量和營養(yǎng)物質(zhì)總量均明顯高于前者 （張江，2017；Bo..ttger和 Südekum，2017）。 不同廠家的玉米酒精糟因濃漿與濕渣的比例不同、加工工藝不同、原料產(chǎn)地不同等，干物質(zhì)及粗蛋白質(zhì)的快速降解部分、中速降解部分及其降解速度、有效降解率均存在一定的差異（Ravi等，2017；顏志輝等，2010）。

玉米酒精糟的質(zhì)量評價，大多以粗蛋白質(zhì)、粗脂肪含量為指標，存在一定風險，使用者應根據(jù)其顏色、NDF、ADF含量、氨基酸組成等多項指標，綜合評定其營養(yǎng)價值。通常DDGS由約30%的DDS和70%的DDG組成，因發(fā)酵產(chǎn)生的未知因子以、酵母等營養(yǎng)成分以及玉米中可溶性營養(yǎng)物質(zhì)都在濃漿中，生產(chǎn)出來的DDGS產(chǎn)品中DDS比例越高，其粗蛋白質(zhì)含量越低，粗脂肪和磷的含量越高 （許合金等，2014），DDGS產(chǎn)品質(zhì)量越好，DDGS的真代謝能也隨之增高（Noll和Brannon，2006）。本研究結果表明，提高玉米酒精糟中DDS含量，可不同程度降低其ADF和NDF含量，從而提高其綜合營養(yǎng)價值。本研究中樣品2的各組（濃漿與濕渣=50∶50）產(chǎn)氣量均高于樣品1（濃漿與濕渣=30∶70）相應的各組產(chǎn)氣量，因而樣品2綜合營養(yǎng)價值更高。

4 結論

研究表明，高溫烘干會對玉米酒精糟的營養(yǎng)價值造成影響，烘干溫度越高，玉米酒精糟的營養(yǎng)價值越低，建議生產(chǎn)廠家烘干溫度不超90℃；WDGS中濃漿的含量越高（樣品2），其營養(yǎng)價值越高，而產(chǎn)氣速率受烘干溫度影響的程度越大。我國玉米酒精糟資源十分豐富，用體外產(chǎn)氣法評定其營養(yǎng)價值可以為我們更加有效的利用玉米酒精糟尤其是未烘干的玉米酒精糟提供理論依據(jù)。