不同玉米品種籽粒中營養(yǎng)成分含量及相關(guān)性分析

李 凱 黃慶華 鐘儒清 陳 亮，2 * 袁維峰 張宏福

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

1 引言

玉米是糧食、飼料和工業(yè)原料兼用的農(nóng)作物，已成為我國的第一大糧食作物，是人類和畜禽的重要糧食來源。隨著畜牧業(yè)的大發(fā)展，飼料工業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的玉米被用做飼料[1]。目前被大量種植的玉米品種較多，各品種化學(xué)組成的差異以及各化學(xué)組成之間的關(guān)系對于養(yǎng)分在動物消化道內(nèi)的利用具有一定的影響，進(jìn)而影響其效能值，因此弄清楚不同玉米品種各化學(xué)組成的含量及其關(guān)系，可為玉米在動物體內(nèi)的消化利用的進(jìn)一步研究提供一定的理論基礎(chǔ)[2]。玉米中淀粉為最大的組成部分，一般占玉米干物質(zhì)的70%左右，其次為粗蛋白，然后是非淀粉多糖（nonstarch polysaccharides,NSP）[3]，根據(jù)可溶性又可將NSP 劃分為：可溶性非淀粉多糖（soluble non-starch polysaccharides,SNSP）和不可溶性非淀粉多糖（insol‐uble non-starch polysaccharides，INSP），大多數(shù)谷物中NSP 主要包括阿拉伯木聚糖（arabinoxylans,AX）、纖維素和混聯(lián)β-葡聚糖[4]。淀粉可被動物消化道內(nèi)源酶充分降解，為動物的主要能量來源，但動物體內(nèi)缺少能夠降解NSP 的內(nèi)源酶，NSP 會包裹淀粉和蛋白質(zhì)，阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，ISNP 與消化液接觸后會增加食糜粘度，降低營養(yǎng)物質(zhì)與小腸表面接觸的機(jī)會；由于粘度增加，NSP 會延長食糜向后腸推進(jìn)的時(shí)間，給了腸道中厭氧微生物充足的繁殖時(shí)間及營養(yǎng)底物，進(jìn)而破壞腸道微生物區(qū)系；此外NSP 也會降低腸道內(nèi)源酶的活性[5]。目前大量研究者對于玉米中的淀粉含量以及淀粉的類型和特性進(jìn)行了研究[6,7]，而由于玉米中NSP的含量與其他谷物飼料相比較低，對其研究較少；此外，玉米中不同類型NSP、淀粉以及常規(guī)養(yǎng)分之間的關(guān)系研究甚少。本研究就14 種玉米品種淀粉、NSP 和常規(guī)養(yǎng)分的含量和組成進(jìn)行研究，并對各化學(xué)組成之間的關(guān)系進(jìn)行分析，為玉米作為飼料原料得以更好的利用提供一定的理論參考。

2 原理與方法

2.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選取由國家畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)中心收集的來自北京、河南、河北及東三省四個(gè)產(chǎn)區(qū)的14 個(gè)玉米品種為試驗(yàn)材料，大部分品種種植范圍廣，為目前我國主要的玉米種植品種，具體信息如表1所示：

2.2 樣品分析

所有玉米樣品經(jīng)四分法取樣后粉碎過60 目篩，充分混合均勻后包裝，與-20℃冰箱保存。干物質(zhì)（GB/T6435-2006），粗蛋白（GB/T6432-1994），粗脂肪（GB/T6433-2006），粗灰分（GB/T6438-2007），淀粉（采用Megazyme 總淀粉測定試劑盒），β-葡聚糖（采用Megazyme 混聯(lián)β-葡聚糖檢測試劑盒），SNSP 和INSP 含量及組成其的各中性糖和糖醛酸含量采用乙酸酐衍生化氣相色譜法測定（參照Uppsala 994.13（1995）[8]、張亞偉（2014）[9]和馬云翔等（2004）[10]、黃慶華（2015）[11]）。

2.3 計(jì)算

SNSP、INSP 和總NSP（total NSP,TNSP）計(jì)算公式如下：

SNSP=鼠李糖*0.82+（巖藻糖+甘露糖+半乳糖+葡萄糖）*0.90+（阿拉伯糖+木糖）*0.88+糖醛酸*0.83；

INSP=鼠李糖*0.82+（巖藻糖+甘露糖+半乳糖+葡萄糖）*0.90+（阿拉伯糖+木糖）*0.88+糖醛酸*0.83；

TNSP=INSP+SNSP；

阿拉伯木聚糖(arabinoxylans,AX)=（阿拉伯糖+木糖）*0.88；

其中0.88 和0.90 分別為戊糖和己糖轉(zhuǎn)換為聚糖時(shí)的系數(shù)，0.82 為一水鼠李糖轉(zhuǎn)換為聚糖時(shí)的系數(shù)，0.83為一水半乳糖醛酸轉(zhuǎn)換為其聚合物時(shí)的系數(shù)。

纖維素=TNSP葡萄糖-β-葡聚糖

各養(yǎng)分含量及TA/X、IA/X、SA/X 之間的相互關(guān)系采用主成分分析（SIMCA-P 11.5）及簡單相關(guān)分析（SAS 9.4），顯著水平為P＜0.05，極顯著水平為P＜0.01。

3 數(shù)據(jù)獲取與分析

3.1 淀粉和常規(guī)養(yǎng)分含量

由不同品種玉米籽粒中養(yǎng)分含量（表2）可以看出，玉米籽粒中淀粉為最主要的組成部分，占玉米籽粒干物質(zhì)的70.97%～76.98%。不同玉米品種的籽粒中淀粉含量差異較大，其中鄭單958 的籽粒淀粉含量最高，而京品6 號的籽粒淀粉含量最低。玉米籽粒中粗蛋白含量次高，占玉米籽粒干物質(zhì)的7.86%～10.34%，其中黑301 籽粒的粗蛋白含量最高，中研16-2 籽粒的粗蛋白含量最低。玉米籽粒中粗脂肪含量占玉米籽粒干物質(zhì)的3.55%～4.98%，其中黑301 籽粒的粗脂肪含量最高，中研16-2 籽粒的粗脂肪含量最低，這與粗蛋白的含量趨勢相似。粗灰分在玉米籽粒中的含量僅占玉米干物質(zhì)的1.08%～1.49%，其中銳步1號籽粒的粗灰分含量最高，四單19籽粒的粗灰分含量最低，但各玉米品種之間的差異不明顯。

3.2 非淀粉多糖含量

表2 結(jié)果顯示，玉米籽粒中除淀粉和粗蛋白以外，TNSP 的含量最高，占玉米籽粒干物質(zhì)的6.98%～9.76%，其中京品6 號籽粒的TNSP 含量最高，鄭單958 籽粒的TNSP 含量最低。INSP 的含量遠(yuǎn)高于SNSP 的含量，分別占玉米籽粒干物質(zhì)的6.14%～8.65%和0.49%～1.18%。其中AX 和纖維素為玉米籽粒中NSP 的主要組成部分，分別占玉米籽粒干物質(zhì)的2.92%～5.01%和1.63%～2.72%，β-葡聚糖含量占玉米籽粒干物質(zhì)的0.04%～0.14%，由此可看出組成玉米NSP 的主要單糖為阿拉伯糖（arabinose,A）、木糖（xy‐lose,X）和葡萄糖。阿拉伯糖與木糖的比值（A/X），反應(yīng)的是AX 的分支程度，TAX 中A/X 與IAX 中A/X相似，而SAX中A/X高于前兩者。

3.3 主成分分析和相關(guān)性分析

圖1 為玉米不同品種籽粒中各組成成分的主成分得分圖，其中t1 和t2 為第一和第二主成分。從圖中可以看出各品種之間存在相似性還是差異性，然后對其進(jìn)行分類。如果品種之間相互接近，說明他們具有相似的分析參數(shù)即各養(yǎng)分的含量亦相似。圖1 顯示，品種1,10 和11（四單19、鄭單958 和中研16-2）相互靠近，說明其具有相似的養(yǎng)分含量，表2 也顯示，3個(gè)玉米品種籽粒中的各養(yǎng)分含量接近，因此可將3 個(gè)品種劃為一類。另外，品種2，3 和4（京品6 號、金科11和農(nóng)大108）可分為一類，其他各品種歸為一類。

圖2 為各養(yǎng)分的荷載圖，其中p1 和p2 分別為第一和第二主成分。從圖中可以得到玉米各養(yǎng)分之間的相互關(guān)系的信息，相互靠近的養(yǎng)分之間具有正相關(guān)性，而位于坐標(biāo)軸相反方向的指標(biāo)之間具有負(fù)相關(guān)性。圖2 與表3 結(jié)果顯示，淀粉與粗蛋白、粗脂肪、TNSP、INSP 和IAX 均在PC1 坐標(biāo)軸的相反方向，因此淀粉與其均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為（r=-0.60、-0.62、-0.69、-0.76 和-0.55）。粗蛋白與粗脂肪、粗灰分和TAX 相互靠近，與其均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為（r=0.70、0.61 和0.52）。粗灰分與INSP、TAX 和IAX 呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為（r=0.62、0.76 和0.76）。TNSP 與INSP、SNSP 和纖維素呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為（r=0.97、0.62 和0.82）。INSP 與纖維素和IAX 呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為（r=0.69 和0.55）。SNSP 與纖維素和β-葡聚糖位于同一象限呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為（r=0.84 和0.64），而與TAX 和SAX 位于相互對立的象限，呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為（r=-0.54 和-0.75）。TAX和IAX 呈極顯著的正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為r=1.00。

圖2 和表4 顯示，粗蛋白和粗灰分與A/X（TAX）和A/X（IAX）位于PC1 坐標(biāo)軸的相反方向，彼此間顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為（r=-0.67、-0.69和r=-0.57、-0.58）。

粗脂肪與A/X（TAX）和A/X（IAX）也位于PC1坐標(biāo)軸的相反方向，但與A/X（TAX）和A/X（IAX）的相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。此外，TAX 和IAX 與A/X（TAX）和A/X（IAX）呈極顯著地負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為（r=-0.69、-0.71 和r=-0.70 和-0.71）。A/X（TAX）與A/X（IAX）呈極顯著的正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為（r=0.99）。而其他養(yǎng)分含量與阿拉伯木聚糖的分支程度均無顯著相關(guān)性（P＞0.05）。

4 結(jié)果與討論

淀粉為玉米籽粒中最主要的組成部分，占玉米籽粒的70%左右，通常作為動物飼料中的能量來源。本試驗(yàn)中測定的不同玉米品種中淀粉含量在70.97%～76.98%，高于Barzegar 48.9%的測定結(jié)果[12]；也高于Liu等38.60%～67.34%的測定結(jié)果[2]。Yang等測定了甘肅等10 個(gè)產(chǎn)地玉米的常規(guī)成分，報(bào)道玉米的粗蛋白含量為8.07%～9.69%[1]；Li 等報(bào)道的玉米粗蛋白含量為9.2%[13]，本試驗(yàn)中的測定結(jié)果與其相似。Liu 等報(bào)道的四種玉米籽粒中粗脂肪含量分別為3.53%、3.80%、4.45%和12.07%，其中12.07%為甜玉米籽粒中粗脂肪含量[2]，本研究中各玉米品種的粗脂肪含量在3.55%～4.98%，表明甜玉米籽粒中粗脂肪含量要遠(yuǎn)高于普通玉米籽粒的粗脂肪含量。玉米干物質(zhì)中淀粉含量隨粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量的增加而減少，但粗脂肪和粗灰分含量隨著粗蛋白含量的增加而增加，目前還缺少相關(guān)研究解釋這一現(xiàn)象。

谷物飼料中NSP 一般主要由AX、β-葡聚糖和纖維素組成[14-16]，而本試驗(yàn)結(jié)果顯示玉米中NSP含量較少，尤其是β-葡聚糖含量極少，AX 和纖維素為玉米NSP的主要部分。大部分AX和纖維素屬于INSP，而β-葡聚糖屬于SNSP[17]，因此玉米中INSP 含量遠(yuǎn)高于SNSP。其中TNSP與INSP有很強(qiáng)的正相關(guān)（r=0.97）,而與SNSP 的相關(guān)性稍低（r=0.62），SNSP 與β-葡聚糖具有較強(qiáng)的正相關(guān)（r=0.64），而與TAX 有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)（r=-0.54）。但SNSP 與纖維素表現(xiàn)出很強(qiáng)的正相關(guān)（r=0.84），與SAX 表現(xiàn)出很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)（r=-0.75），這一現(xiàn)象還需進(jìn)一步研究。另外，INSP 的含量與IAX 的含量具有較強(qiáng)的正相關(guān)（r=0.55），這說明INSP和IAX 的含量在玉米中具有相似的變異性和分布。INSP 主要存在于植物的細(xì)胞壁中，隨著INSP 和TNSP 含量的增加，說明植物細(xì)胞壁在谷物籽粒的比重增加，而淀粉存在于非細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中，因而淀粉含量也會隨之減少。

谷物中AX 主要由阿拉伯糖和木糖組成，其結(jié)構(gòu)一般由一個(gè)線性的β-（1-4）-木聚糖為主鏈，然后由阿拉伯糖替代O2和O3位置的木糖殘基構(gòu)成，因此阿拉伯糖與木糖的比值，反應(yīng)AX 的分支情況。本研究中玉米TAX 和IAX 具有相似的分支程度，A/X（TAX）和A/X（IAX）具有極強(qiáng)的正相關(guān)（r=0.99），而可溶性阿拉伯木聚糖SAX 與其不同，具有較高的A/X 值，即分支程度較高。分支程度高的AX 在動物的大腸中更容易被微生物發(fā)酵，以供動物機(jī)體利用。本研究發(fā)現(xiàn)玉米中粗蛋白、粗灰分、TAX 和IAX 的含量與A/X（TAX）A/X（IAX）呈顯著地負(fù)相關(guān)，這意味著AX 含量高，其分支程度反而越低，這一結(jié)果與Holtekj?len等（2006）對大麥的研究結(jié)果相似[13]。造成這一現(xiàn)象的具體原因還需進(jìn)一步的研究來解釋。

表3 養(yǎng)分含量之間的相關(guān)性分析Table 3 The analysis of the correlation between nutrient content

表4 養(yǎng)分含量與阿拉伯木聚糖分支程度的關(guān)系分析Table 4 The analysis of the relationship between the nutrient content and the degree of branching in arabinoxylans

5 結(jié)論

綜上所述，不同玉米品種之間養(yǎng)分及其含量存在一定的差異；淀粉為玉米籽粒中含量最多的營養(yǎng)成分，其次是粗蛋白，然后是非淀粉多糖；各養(yǎng)分之間存在一定的相關(guān)性，但仍需進(jìn)一步的研究。