生姜莖葉營養(yǎng)價值及其在奶牛瘤胃中的降解特性研究

李 平 王富偉 邵大富 李毓華 畢小兵 張乃鋒 屠 焰 刁其玉 畢研亮**

(1.山東省濰坊市峽山區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村和水資源局，濰坊 261325；2.北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司，北京 100076；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息所，北京 100081；4.寧夏固原市畜牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，固原 756000；5.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)實驗室，北京 100081)

生姜是我國農(nóng)產(chǎn)品市場經(jīng)濟(jì)中重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，種植規(guī)模與產(chǎn)量均居世界首位。我國生姜常年種植面積20萬hm2左右，總產(chǎn)量800萬t以上[1]。我國是生姜的發(fā)源地及主要出產(chǎn)國之一，大部分地區(qū)均有種植[2]，主產(chǎn)地主要在我國中東部、東南部至西南部，北方主產(chǎn)區(qū)生姜產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的65%，其中山東生姜產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的30%～40%，特別是山東昌邑、萊蕪、安丘等地出產(chǎn)的生姜尤為知名[1]。目前，對生姜的開發(fā)利用主要集中在地下塊莖部分，對地上莖葉部分的開發(fā)利用研究鮮有報道。2018年，我國生姜總產(chǎn)量846萬t[3]，按新鮮生姜植株地下塊莖質(zhì)量是地上莖葉質(zhì)量的2倍左右計算[4]，我國生姜地上莖葉產(chǎn)量達(dá)400萬t以上。然而在生姜主產(chǎn)區(qū)，生姜莖葉被隨意丟棄、焚燒的現(xiàn)象隨處可見，不僅造成資源浪費(fèi)，還容易引起環(huán)境污染和病蟲害擴(kuò)散傳播[5]。生姜莖葉含有豐富的蛋白質(zhì)、可溶性糖類、粗纖維、脂肪、維生素及微量元素等[6-7]，將生姜莖葉作為粗飼料開發(fā)利用，變廢為寶，可緩解我國家畜養(yǎng)殖中優(yōu)質(zhì)牧草短缺問題，同時有利于提高農(nóng)民收入，減輕環(huán)境污染，穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡，促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。牧草的飼用價值是評價牧草品質(zhì)的重要指標(biāo)，它包括牧草的營養(yǎng)成分、降解率和有效降解率等指標(biāo)[8]。瘤胃尼龍袋法是評定飼料降解率的有效方法，目前已廣泛應(yīng)用于反芻動物飼料瘤胃降解率的評價，但生姜莖葉營養(yǎng)成分在奶牛瘤胃中降解率的研究未見報道。因此，本研究旨在對新鮮生姜莖葉的營養(yǎng)成分進(jìn)行分析，并探討生姜莖葉主要營養(yǎng)成分在奶牛瘤胃中的降解率，為生姜莖葉作為粗飼料資源的開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在10月份生姜收獲時，從山東省濰坊市昌邑縣不同地塊采集10份品種為金昌面姜的新鮮生姜莖葉(生姜的地上部分)原料，每份樣品重量在8 kg左右，詳細(xì)記錄每份新鮮生姜莖葉的重量，然后低溫郵寄至中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所反芻動物飼料創(chuàng)新團(tuán)隊進(jìn)行常規(guī)營養(yǎng)成分檢測和瘤胃降解率測定。在飼料研究所實驗室，生姜莖葉原料先進(jìn)行初步切碎至約5 cm長度，再進(jìn)行65 ℃烘干處理，烘干后用粉碎機(jī)粉碎，過2 mm孔篩。

1.2 試驗動物與飼糧

生姜莖葉奶牛瘤胃降解率試驗于2020年1月于北京中地畜牧科技有限公司進(jìn)行。選用3頭裝有永久性瘤胃瘺管、健康狀況良好的荷斯坦奶牛為試驗動物，泌乳量平均為32 kg/d。試驗飼糧以全株玉米青貯、苜蓿干草和混合精料為主要原料，飼糧參照NRC(2001)奶牛營養(yǎng)需要進(jìn)行配制。基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1，試驗牛每日飼喂3次(07:30、13:30、18:30)，自由飲水。

表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

續(xù)表1項目 Items含量 Content苜蓿草 Alfalfa hay7.93燕麥草 Oat hay2.31酵母培養(yǎng)物 Yeast culture0.06脫霉劑 Mycotoxin remover agent0.06預(yù)混料 Premix1)1.81碳酸氫鈉 NaHCO30.28合計 Total100.00營養(yǎng)水平 Nutrient levels2)干物質(zhì) DM94.55粗蛋白質(zhì) CP16.00中性洗滌纖維 NDF38.18酸性洗滌纖維 ADF25.32淀粉 Starch26.82鈣 Ca0.79磷 P0.38

1.3 營養(yǎng)成分測定指標(biāo)及方法

分別測定生姜莖葉原料及在奶牛瘤胃不同降解時間點(diǎn)生姜莖葉的初水分、干物質(zhì)(DM)、有機(jī)物(OM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、鈣(Ca)、磷(P)等常規(guī)營養(yǎng)成分，明確生姜莖葉營養(yǎng)成分含量及DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中不同時間點(diǎn)的降解率。DM、OM、EE、Ca和P含量測定參照張麗英[9]的方法，CP含量測定采用全自動凱氏定氮儀，NDF和ADF含量測定采用Van Soest[10]的方法。

1.4 尼龍袋試驗方法

選用尼龍袋孔徑300目(0.05 mm)，尺寸為8 cm×12 cm，準(zhǔn)確稱取5 g過2 mm篩的樣品裝入尼龍袋中，每頭奶牛每個待測時間點(diǎn)做2個平行樣品，每2個平行樣固定在一段塑料管的細(xì)縫中并用尼龍扎帶固定。采用同時放入，分別取出的方法，在0(空白)、4、8、12、24、48及72 h，從瘤胃中取出尼龍袋，隨后立即連同軟塑料管一起浸泡在冷水中，用手輕輕漂洗，多次換水，直至濾出水澄清為止。將沖洗過的尼龍袋于65 ℃烘干48 h，稱重并記錄尼龍袋和殘渣的總重量?；爻?4 h，放入自封袋中用于測定DM、CP、NDF和ADF的含量。

1.5 降解率的計算[8]

1.5.1 飼料樣品量的校正

樣品逃逸率(%)=100×[空白樣重(g)-
空白袋中殘渣重(g)]/空白樣重(g)；校正飼料樣重(g)=實際飼料樣重(g)×
[1-逃逸率(%)]。

1.5.2 營養(yǎng)成分降解率的計算

營養(yǎng)成分某時間點(diǎn)的降解量(g)=[校正
飼料樣重(g)×空白殘渣中營養(yǎng)成分的
含量(%)]-[某時間點(diǎn)殘渣重(g)×某時間點(diǎn)
殘渣中營養(yǎng)成分的含量(%)]；某營養(yǎng)成分瘤胃降解率(%)=100×營養(yǎng)成分
某時間點(diǎn)的降解量(g)/[校正飼料
樣重(g)×空白殘渣中營養(yǎng)成分的
含量(%)]。

1.5.3 瘤胃降解參數(shù)和有效降解率的計算[11]

P=a+b(1-e-ct)；ED=a+b×c/(c+K)。

式中：P為t時間點(diǎn)時的降解率；a為快速降解部分；b為慢速降解部分；a+b為潛在降解部分；c為b的降解速率；ED為待測樣品目標(biāo)養(yǎng)分的有效降解率；t為瘤胃降解時間；K為飼料瘤胃外流速率，本試驗K取值0.031 4/h[12]。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

結(jié)果數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。降解參數(shù)用SAS 9.4 NLIN(nonlinear regression)程序計算。降解率和降解參數(shù)采用SAS 9.4的one-way ANOVA程序進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan氏多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析。P<0.05作為差異顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生姜莖葉的營養(yǎng)成分

新鮮生姜莖葉的初水分含量為(90.91±0.54)%，生姜莖葉風(fēng)干樣中DM含量為(93.28±1.41)%，生姜莖葉DM基礎(chǔ)樣中OM含量為(83.52±0.97)%，CP含量為(17.24±0.51)%，EE含量為(3.51±0.48)%，NDF含量為(47.36±2.20)%，ADF含量為(27.99±1.37)%，Ca含量為(1.20±0.19)%，P含量為(0.25±0.02)%(表2)。

表2 生姜莖葉的主要營養(yǎng)成分(干物質(zhì)基礎(chǔ))

2.2 生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中的降解率和降解參數(shù)

由圖1可知，生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中各個時間點(diǎn)的降解率差異顯著(P<0.05)，但降解趨勢相似，均隨停留時間的延長而增加。生姜莖葉DM各時間點(diǎn)的瘤胃降解率最高，4 h降解率就超過了20.00%，24 h降解率達(dá)到了60.37%，48和72 h的降解率分別為70.63%和74.62%。生姜莖葉CP在4 h降解率為7.22%，24 h降解率為40.83%，48和72 h的降解率分別為50.65%和57.29%。NDF和ADF的降解率在4 h時降解率很低，只有3.18%和3.93%，24 h后降解率迅速升高，24 h的降解率分別達(dá)到了43.81%和44.99%，72 h的降解率分別為68.09%和68.78%。

數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)注不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表3可知，生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中的降解參數(shù)存在顯著差異(P<0.05)。DM的快速降解部分較低，而CP、NDF和ADF沒有快速降解部分，NDF的慢速降解部分和潛在降解部分顯著高于DM、CP和ADF(P<0.05)，但NDF、DM、CP和ADF的慢速降解部分和潛在降解部分都非常高，都在66.00%以上。生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF的有效降解率也存在顯著差異(P<0.05)，DM、NDF、ADF和CP的有效降解率依次降低，DM的有效降解率最高，為53.80%，CP的有效降解率最低，為40.82%。

表3 生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中的降解參數(shù)

3 討 論

3.1 生姜莖葉營養(yǎng)成分

本試驗結(jié)果表明，新鮮生姜莖葉中的DM含量較低，只有8.48%，但生姜莖葉含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，CP含量達(dá)到17.24%，EE含量達(dá)到3.51%，Ca和P的含量分別為1.20%和0.25%，同時生姜莖葉含有較低的纖維含量，NDF和ADF含量分別為47.36%和27.99%。從營養(yǎng)成分上分析，生姜莖葉是一種高品質(zhì)的粗飼料資源。焦洪超[13]研究了新鮮姜苗的營養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)姜苗的CP含量為16.63%，P含量為0.26%，與本研究結(jié)果相似。王紅萍等[7]和石太淵等[6]檢測了生姜葉中CP含量分別為6.30%和10.45%，EE含量分別為2.79%和2.67%，其中CP含量均顯著低于本試驗的研究結(jié)果，EE含量稍低于本試驗的結(jié)果，原因可能是所用的檢測方法和儀器設(shè)備不同，或是生姜品種不同引起的。劉公言等[14]研究了生姜秸稈粉的化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)生姜秸稈粉的CP含量為12.53%，EE含量為1.23%，NDF和ADF含量分別為58.19%和50.13%，其中CP和EE含量均低于本試驗研究結(jié)果，NDF和ADF含量均高于本試驗研究結(jié)果，原因可能是生姜秸稈在晾曬的過程中營養(yǎng)物質(zhì)流失，造成CP和EE含量降低及NDF和ADF含量升高。

將生姜莖葉與苜蓿干草的營養(yǎng)成分進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有相似的營養(yǎng)成分。郭濤等[15]研究了國內(nèi)160份苜蓿干草營養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)苜蓿干草的CP、EE、NDF和ADF的平均含量分別為16.03%、2.44%、48.48%和35.19%，與本試驗中生姜莖葉各營養(yǎng)成分相似。單貴蓮等[16]研究了不同刈割時期對紫花苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)不同刈割時期紫花苜蓿的CP含量不同，現(xiàn)蕾期(22.43%)>初花期(19.68%)>盛花期(15.37%)。本試驗中生姜莖葉的CP含量為17.24%，相當(dāng)于初花期和盛花期之間苜蓿CP含量，同時達(dá)到中國畜牧業(yè)協(xié)會發(fā)布的苜蓿干草質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)[17]中二級苜蓿干草的CP標(biāo)準(zhǔn)。從營養(yǎng)成分分析可知，生姜莖葉營養(yǎng)成分與優(yōu)質(zhì)苜蓿干草的成分相似，可作為優(yōu)質(zhì)粗飼料資源用于反芻動物生產(chǎn)。

3.2 生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF的瘤胃降解率

瘤胃降解率反映了飼料原料被消化利用的難易程度，是飼料營養(yǎng)成分被機(jī)體利用程度的重要標(biāo)志，是飼用價值高低的體現(xiàn)，較高的有效降解率標(biāo)志著飼料可以更好地被微生物和機(jī)體組織利用[18]。本研究中，生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF各個時間點(diǎn)的瘤胃降解率存在顯著差異，其中DM、NDF、ADF和CP 72 h瘤胃降解率依次降低，但降解率都超過了57%，說明生姜莖葉DM、NDF、ADF和CP的瘤胃降解率高。NDF和ADF瘤胃降解率的大小反映了粗飼料消化的難易程度，生姜莖葉NDF和ADF 72 h瘤胃降解率都超過了66%，表明生姜莖葉的纖維物質(zhì)容易被微生物利用。本研究中發(fā)現(xiàn)，生姜莖葉CP 48和72 h瘤胃降解率及有效降解率均顯著低于NDF和ADF降解率，而其他粗飼料如苜蓿、辣木葉等CP的瘤胃降解率均高于NDF和ADF降解率，原因可能是生姜莖葉的CP與其他成分結(jié)合不容易降解或生姜莖葉的NDF和ADF比較容易被微生物降解利用。目前，國內(nèi)外對生姜莖葉的營養(yǎng)特性及瘤胃降解率研究較少，具體原因需要進(jìn)一步的研究。

將生姜莖葉主要營養(yǎng)成分的有效降解率與我國奶牛、肉牛常用高CP粗飼料原料的有效降解率比較，生姜莖葉DM的有效降解率略高于賈海軍[19]測定苜蓿干草DM的有效降解率，但是低于侯玉潔等[20]報道的結(jié)果，介于兩者之間，不同研究中苜蓿干草DM的有效降解率的不同可能是苜蓿品種及收獲期不同所致。生姜莖葉CP的有效降解率低于苜蓿干草CP的有效降解率，但生姜莖葉NDF和ADF有效降解率均顯著高于苜蓿干草NDF和ADF有效降解率[19-20]。生姜莖葉DM、NDF和ADF有效降解率均高于辣木葉在奶牛和肉牛瘤胃中的有效降解率，但生姜莖葉CP有效降解率低于辣木葉CP的有效降解率[21-22]。生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF的瘤胃有效降解率均低于構(gòu)樹葉各營養(yǎng)成分的有效降解率[23]。由此可見，生姜莖葉主要營養(yǎng)成分的有效降解率和苜蓿、辣木葉相當(dāng)，可作為優(yōu)質(zhì)粗飼料資源用于反芻動物生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

生姜莖葉含有豐富的CP、EE、Ca和P等營養(yǎng)成分，CP含量可達(dá)17.24%，同時生姜莖葉的粗纖維含量較低，NDF和ADF的含量分別為47.36%和27.99%，生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF具有較高的瘤胃降解率。總之，生姜莖葉的營養(yǎng)價值較高，可作為優(yōu)質(zhì)粗飼料資源用于反芻動物生產(chǎn)。