大豆莢皮營養成分積累動態分析

刁秀楠 李文帥 高春艷 張永坡王 敏 趙晉忠 杜維俊 岳愛琴

(山西農業大學文理學院1，太谷 030801) (山西農業大學農學院2，太谷 030801)

大豆莢皮作為大豆生產的主要副產品，莢皮和籽粒的比例達到1∶2。由于莢皮中含有蛋白質和纖維素等營養成分，因此有較高的飼用價值，可作為一種粗飼料開發應用[1-2]。張磊[2]研究表明大豆莢皮中粗蛋白含量為12.4%，中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、纖維素、半纖維素和木質素含量分別為51.1%、 37.3%、30.5%、13.8%和6.8%。但大豆莢皮利用率低，多作為農業廢棄物進行焚燒，對自然資源造成極大破壞[2-4]。近年來隨著畜牧業的迅速發展，對飼料的需求量大幅增加，探求新的飼料資源顯得越來越重要[5-6]。Sruamsiri等[7]用大豆莢皮替代部分稻草飼喂奶牛，結果表明奶牛的采食量和4%標準乳產量均有升高。將大豆莢皮作為家畜養殖的飼料，不僅可高效利用大豆莢皮，還可減少焚燒帶來的環境污染，具有一定的市場潛力和經濟效益。

然而，有關大豆莢皮不同發育時期蛋白質和纖維素等成分積累動態研究較少。因此，本研究通過測定9個大豆材料不同發育時期莢皮中蛋白質、纖維素、半纖維素和木質素的含量，探討大豆莢皮發育過程中蛋白質、纖維素、半纖維素和木質素的積累動態，為今后大豆莢皮的有效利用，尤其是為大豆莢皮飼料化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗以9個適宜山西種植的大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30、武黑、中黃13、中黃24、中黃37為供試材料。所有實驗材料均由山西農業大學大豆育種室提供。2016年種植9個大豆材料于山西農業大學農作站。開花期對開花同一時間且在同一部位的花進行掛牌標記，分別在開花后25、32、40、50、60、70 d取大豆莢，每個材料每個時期重復3次，每次重復取100個大豆莢。分離莢皮和籽粒，莢皮冷凍干燥后磨碎，過60目篩，置于-20 ℃冰箱保存備用。

1.2 主要儀器

Thermo Heto Power Dry LL3000凍干機：上海匯分電子科技公司；Grinoer GT200震動球磨儀：北京格瑞曼儀器設備有限公司；LWY84B控溫式遠紅外消煮爐：武漢格萊莫檢測設備有限公司；SmartChem140全自動間斷化學分析儀：法國Alliance公司；FIWE6纖維素測定儀：意大利VELP公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 蛋白質的測定

取0.300 0 g莢皮粉末于100 mL消煮管中，加入濃硫酸5 mL，搖勻，再加入2 mL H2O2，380 ℃消煮20 min，稍微冷卻后重復加入2 mL H2O2，再消煮20 min。如此重復數次，之后每次添加的H2O2逐次減少，消煮至溶液呈無色透亮后，再加熱10 min，除去剩余的H2O2。消煮后冷卻，樣品溶液轉移至10 mL離心管中總氮待測。

參照陳建磊等[8]分光光度法，利用SmartChem140全自動間斷化學分析儀測定材料的總氮含量，乘以轉化系數6.25即為蛋白質含量。

1.3.2 纖維含量的測定

取0.300 0 g莢皮粉末置于FIWE6纖維素測定儀，參照范氏洗滌纖維分析法[9]測定NDF和ADF含量，利用差重法計算出莢皮中纖維素、半纖維素和木質素含量。

1.3.3 相對飼用價值(RFV)的評價

參照美國全國牧草和草地委員會的牧草質量標準，以RFV為基數評價大豆莢皮作為粗飼料的纖維指標。分為特級(>151)、1級(125～151)、2級(101～124)、3級(86～100)、4級(77～85)和一般(<77)6個等級[10]。計算公式如下：

RFV=120/NDF×(88.9-0.779×ADF)/1.29

1.3.4 數據分析

應用Microsoft Excel 2010和GraphPad prism 6.01軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 大豆莢皮蛋白質含量積累動態分析

蛋白質是評價粗飼料最重要的指標，是影響反芻動物采食量的重要因素，其含量越高，粗飼料品質越好[11-12]。

圖1 大豆莢皮蛋白質質量分數積累動態分析

供試9個大豆材料，莢皮中蛋白質積累趨勢不同(圖1)。汾豆56、晉豆19、晉遺30和武黑莢皮中蛋白質質量分數總體呈先增后減的趨勢，晉遺30在開花后40 d時質量分數達到最大值，為5.04%，而汾豆56、晉豆19和武黑則在開花后32 d質量分數達到最大值，分別為4.99%、7.40%和8.29%。L-6和晉大74莢皮中蛋白質含量整個發育期呈不斷下降的趨勢，開花后25 d，蛋白質質量分數最高，分別為7.57%和7.19%。

2.2 大豆莢皮纖維成分含量積累動態分析

采用范氏洗滌纖維分析法對9個大豆材料莢皮纖維素、半纖維素和木質素含量進行測定，結果如圖2、圖3和圖4。

2.2.1 大豆莢皮纖維素含量積累動態分析

纖維素是粗飼料主要營養指標之一。纖維素不僅是草食動物和反芻動物的重要能量來源，而且對于反芻動物瘤胃微生物的發育及瘤胃的功能具有重要意義。

9個大豆材料整個發育時期莢皮中纖維素的積累趨勢不同(圖2)。晉大74莢皮纖維素含量總體呈先增后減趨勢，開花后40 d時含量最高，為26.21%；武黑則呈先減后增趨勢，開花后32 d時含量最低。另外7個材料汾豆56、L-6、晉豆19、晉遺30、中黃13、中黃24、中黃37在整個發育時期莢皮纖維素含量不斷增加。中黃37在開花后40、50、60、70 d莢皮纖維素含量均顯著高于同時期其他材料。

圖2 大豆莢皮纖維素質量分數積累動態分析

2.2.2 大豆莢皮半纖維素含量積累動態分析

半纖維素是粗飼料中的主要抗營養成分，含量較高時降低粗飼料消化利用率，最終影響動物健康和生產性能[13-14]。

9個大豆材料整個發育時期莢皮半纖維素含量的積累趨勢存在差異(圖3)。汾豆56、L-6和晉大74莢皮半纖維素含量呈上升趨勢；武黑、中黃24和中黃37莢皮半纖維素含量積累呈先減后增趨勢，且中黃37在開花后40、50、60、70 d莢皮半纖維素含量均顯著低于同時期其他材料；晉遺30莢皮整個發育時期半纖維素含量處在相對較低水平，呈先升后降趨勢。中黃13莢皮半纖維素積累無明顯規律，開花后60 d半纖維素質量分數最低，為14.13%，且開花后32 d半纖維素在9個材料積累過程中質量分數最高，為16.79%。

圖3 大豆莢皮半纖維素質量分數動態分析

2.2.3 大豆莢皮木質素含量積累動態分析

木質素是粗飼料中最不易消化的成分，阻礙動物機體對纖維素和半纖維素的消化吸收，進而在一定程度上影響著反芻動物對粗飼料的消化利用率[15-16]。

9個大豆材料莢皮發育過程中木質素積累趨勢不同(圖4)。晉遺30、中黃13、中黃24和中黃37莢皮木質素含量呈先增后減趨勢，晉遺30和中黃24開花后40 d木質素含量達到最高，而中黃13和中黃37開花后60天木質素含量達到最大值。中黃37在開花后40、50、60、70 d木質素含量均高于同時期的其他材料。汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、武黑在發育過程中莢皮木質素含量呈不斷上升趨勢。L-6在開花后40、50、60、70 d木質素含量均低于同時期的其他材料。

圖4 大豆莢皮木質素質量分數積累動態分析

2.3 大豆莢皮纖維營養指標評定

NDF和ADF是評定粗飼料纖維營養價值的重要指標[10]。對不同大豆材料莢皮NDF和ADF進行分析，結果如圖5和圖6。

2.3.1 大豆莢皮NDF含量積累動態分析

粗飼料中NDF含量與反芻動物采食量呈負相關關系，NDF含量越低，采食量越高，粗飼料品質越好[17-19]。

由圖5可以看出，晉遺30大豆莢皮 NDF含量呈先增后減變化趨勢，開花后40 d質量分數最高，為46.81%。汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、武黑、中黃13、中黃24、中黃37大豆莢皮中 NDF積累趨勢是不斷上升的趨勢，且武黑開花后25、32、40 d時和中黃37開花后50、60、70 d時含量均高于同時期其他材料。

圖5 大豆莢皮NDF質量分數積累動態分析

2.3.2 大豆莢皮ADF含量積累動態分析

粗飼料中ADF含量與其消化率呈負相關，ADF含量越低，消化率越高，粗飼料品質越好[20]。

由圖6可以看出，汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30、武黑、中黃13、中黃24、中黃37大豆材料莢皮中ADF含量積累趨勢相似，開花后25 d莢皮ADF含量處在相對較低水平，其中晉大74含量最低，僅為26.47%，隨著莢皮的成熟ADF含量不斷上升，開花后70 d ADF含量處在最高水平，其中武黑的含量最高，為41.29%。而中黃37莢皮ADF含量前期不斷上升，在開花后60 d質量分數達到最高水平，為51.67%，且中黃37開花后40、50、60、70 d莢皮ADF含量均高于同時期的其他材料。

圖6 大豆莢皮ADF質量分數積累動態分析

2.3.3 大豆莢皮RFV積累動態分析

RFV是粗飼料的一項重要經濟性狀，是飼料質量的綜合評定指數，其值越高，說明該粗飼料的營養價值越高[10]。

9個供試大豆材料莢皮在發育過程中RFV總體上呈下降趨勢(圖7)。在豆莢整個發育時期，開花后25 d 9個大豆材料莢皮RFV最高，其中晉大74莢皮的RFV最高，為166.87，而武黑最低，僅118.78。中黃37開花后40、50、60、70 d莢皮RFV均低于同時期的其他材料，開花后60天時最低，僅為78.71。6個大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30和中黃24不同發育時期莢皮的RFV均大于100。

圖7 大豆莢皮RFV積累動態分析

3 討論

3.1 大豆莢皮蛋白質分析

本研究發現9個大豆材料莢皮蛋白質含量品種間及不同發育時期差異較大。其含量變化范圍為0.51%～8.29%。大豆莢皮蛋白質含量發育前期比較高。這與吳彥奇等[21]研究牛鞭草蛋白質含量受生長階段影響的結果一致。晉大74、武黑、晉遺30、中黃24和中黃37成熟大豆莢皮的蛋白質含量分別為2.37%、2.41%、1.81%、3.14%和3.46%，與木薯干飼料的蛋白質含量相近[5]。

3.2 大豆莢皮纖維分析

本研究結果表明大豆莢皮隨著生育期的推移，NDF和ADF含量呈上升的趨勢，其變異范圍分別為38.07%～57.82%和26.47%～51.67%。這與丁成龍等[22]對黑麥草進行的纖維積累動態研究結果的變化趨勢一致。袁翠林等[23]對粗飼料花生蔓中的NDF和ADF質量分數進行了測定，分別為55.67%和49.12%，周泉城等[24]研究表明作為粗飼料的花生殼中的NDF質量分數為80%。由于NDF和ADF在滿足動物需求的基礎上含量越低，粗飼料品質越好[17-20]，所以從NDF和ADF含量考慮，與花生蔓和花生殼相比大豆莢皮的飼用價值較優。

3.3 大豆莢皮的RFV分析

本研究9個供試大豆材料莢皮RFV在發育過程中呈下降的趨勢，其值范圍為78.71～166.87。Rohweder等研究表明RFV的值越高，該粗飼料的營養價值越高，當其值大于100時，粗飼料營養價值整體較好[10]。陳艷等[6]對玉米秸稈和稻草的RFV進行了評定，分別為68.59和68.83。本研究發現9個大豆材料、不同發育時期的大豆莢皮RFV最低為78.71，均優于玉米秸稈和稻草。不同大豆材料、不同發育時期大豆莢皮的RFV不同，其中6個大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30和中黃24不同發育時期莢皮的RFV均大于100，而中黃37大豆莢皮的RFV較低。

4 結論

不同大豆材料、不同發育時期大豆莢皮的蛋白質、纖維素、半纖維素、木質素、NDF和ADF含量，以及RFV存在較大差異。莢皮發育過程中NDF含量和ADF含量不斷上升，而RFV不斷下降。6個大豆材料汾豆56、L-6、晉大74、晉豆19、晉遺30和中黃24不同發育時期莢皮的RFV均大于100，可作為粗飼料開發應用。