不同處理玉米秸稈營養成分及其肉雞表觀代謝能評定

王 平，劉夢潔，常 娟，劉超齊，尹清強*，黨曉偉，高天增

（1. 河南農業大學牧醫工程學院，河南鄭州 450002；2. 河南德鄰生物制品有限公司，河南新鄉 453000； 3. 河南廣安生物科技股份有限公司，河南鄭州 450001）

隨著畜牧業的迅速發展，動物飼料、人類食物和生物燃料之間的競爭日益激烈，研究不同結構碳水化合物（如非淀粉多糖）的消化代謝利用規律及合理加工替代傳統的能量原料，是畜牧飼料資源開發的熱點之一。

秸稈木質纖維素作為結構碳水化合物是自然界豐富的可再生資源，含有75% 以上的多糖[1]。目前秸稈已被廣泛應用于反芻動物飼料中，且效果顯著[2-3]。單胃動物尤其是家禽，胃腸道結構簡單，對秸稈木質纖維素消化能力較弱，因此木質纖維素應用于單胃動物難度更大。郭紅偉[4]報道，爆破- 微生物處理秸稈替代育肥豬飼料中5%～10% 的玉米是可行的。Chang 等[5]利用蒸汽爆破和米曲霉發酵相結合處理秸稈替代肉雞日糧中4%～8%的玉米對營養代謝率無影響。至今關于玉米秸稈在肉雞規模化生產中應用的報道不多。本研究根據單胃動物的生理和營養需要，采用物理、化學、酶解和微生物發酵相結合的方法，開發了糖化玉米秸稈（Saccharification Corn Straw，SCS）和酵母發酵玉米秸稈（Yeast Fermented Corn Straw，YFCS），對比分析SCS 和YFCS 營養價值及代謝能值，為玉米秸稈資源在飼料中應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 預處理玉米秸稈 玉米秸稈經粉碎機粉碎后（80%過16 目篩），經40- Ⅰ型飼料膨化機膨化；按液固比13:1 加水，1 000 W、80℃超聲波處理30 min；再加入6%（w/w）CaO、2%（w/w）NaOH， 84℃水浴處理6 h；降溫至室溫加入3%（v/v）雙氧水，處理4 h，風干。

1.1.2 SCS 制備 將上述預處理玉米秸稈酶解，液固比為10:1，用鹽酸和硫酸調pH 至4.3，加入纖維素酶量32.30 FPU/g（包含木聚糖酶50 U/g），50℃酶解82 h，風干。

1.1.3 YFCS 制備 玉米秸稈預處理和酶解步驟與SCS相同，酶解結束后加入硫酸銨3.06 g/L，產朊假絲酵母2%（v/v），28℃培養48 h，自然風干。

1.1.4 菌種 產朊假絲酵母購自中國科學院微生物研究所，經本實驗室對比篩選確定為產菌體蛋白較高的菌種。

1.2 試驗設計

1.2.1 直接法測定玉米秸稈代謝能 選用42 日齡體重為（2.6±0.24）kg、健康的AA 商品肉雞15 只，隨機分成3 個處理，每個處理5 只雞，進行單籠編號飼養。預試期3 d，期間自由采食待測飼料，在進入正試期前饑餓2 d，期間自由飲水。在正式期第1 天08:00，3 個處理組分別強飼15 g 100%未處理玉米秸稈、50 g 100% SCS、50 g 100% YFCS。采用全收糞法，分別于雞肛門部系集糞袋收集排泄物。強飼結束后，每12 h 準確收集糞樣1 次，共收集48 h 內的糞樣。糞便收集后立即加入10%的硫酸固氮（每100 g 鮮糞加入10%硫酸10 mL），收集全部排泄物。60～65℃烘干，自然狀態下回潮24 h，稱重記錄每只試驗雞的風干排泄物重，粉碎過40 目篩備用。試驗飼糧的表觀代謝能計算公式：

表觀代謝能（MJ/kg）=（食入飼料總能－排泄物總能）/飼料采食量

1.2.2 差量法[6]測定雞的代謝能 選用42 日齡體重（2.6±0.24）kg、健康的AA 商品肉雞25 只，隨機分為5 組，每組5 只雞，進行單籠編號飼養。對照組飼喂基礎飼糧，試驗組分別在基礎日糧中添加4%、8%、12%SCS 和8%YFCS 替代等量玉米。預試期5 d，正試期3 d，每天定時飼喂試驗日糧，自由采食和飲水，記錄每天采食量。采用全收糞法，在雞籠下設糞盤，及時揀出皮屑、羽毛和飼料等雜物。每12 h 收集糞樣1 次，共收集3 d 糞樣。糞樣處理同1.2.1。試驗飼糧營養水平參照NRC（1994）配制，飼糧的飼料配方和營養成分見表1。

SCS（YFCS）的表觀代謝能（MJ/kg）=（飼料的代謝能－玉米的代謝能值×玉米占飼糧比例－豆粕的代謝能值×豆粕占飼糧比例－魚粉的代謝能值×魚粉占飼糧比例－豆油的代謝能值×豆油占飼糧比例－麩皮的代謝能值×麩皮占飼糧比例）/ SCS（YFCS）占飼糧比例

表1 飼糧組成及營養成分（風干基礎）

1.2.3 SCS 表觀代謝能驗證 選擇1 日齡健康的雌性AA 肉仔雞250 只，分為前期（1～21 d）和后期（22～42 d）2 個階段進行飼養。前期250 只雞，按體重分為5 個處理，每個處理5 個重復，每個重復10 只雞。后期重新分組，選擇250 只體重相同的雞，分為5 個處理，每個處理5 個重復，每個重復10 只雞。采用3 層籠養，自由采食和飲水；免疫程序按7、21 日齡免疫新-支二聯苗，14、28 日齡免疫法氏囊多價苗。

在飼養試驗過程中，收集第17～19 天和37～39 天的排泄物，收集方法同1.2.2，糞樣處理同1.2.1。飼糧配方及營養成分見表2。對照組飼喂基礎飼糧；SCS 組在飼糧中分別添加4%、8%、12% SCS，代謝能按照差量法計算分別為15.85、15.81、14.38 MJ/kg；8% SCS（高油）組在飼糧中添加8% SCS，代謝能按照直接法計算為4.85 MJ/kg，不足能量添加豆油調整。

表2 飼糧的組成及營養成分（風干基礎）

1.3 測定指標及方法 副產物：取10 g 不同處理玉米秸稈加入到100 mL 去離子水中，在室溫浸泡攪拌2 h，用濾紙過濾，濾液經10 000 r/min 離心10 min，上清液經0.22 μm 濾膜過濾后，采用色譜儀測定[6]。

還原糖：取處理后玉米秸稈5.000 0 g，加入50 mL蒸餾水，浸泡24 h，濾紙過濾，取濾液測還原糖，采用DNS 法[7]。

木質纖維素：采用Van Soest[8]濾袋法測定中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、酸性洗滌木質素（ADL）。

真蛋白含量[9]：取2 g 待測樣品于燒杯中，在攪拌狀態下加入50 mL 蒸餾水，并煮沸，依此加入20 mL 10%硫酸銅溶液和2.5%氫氧化鈉溶液，混勻，靜置1 h，用濾紙過濾，用熱水反復沖洗直至濾液無SO42-。將濾紙與殘渣在65℃烘干，用凱式定氮法進行測定。

飼料和糞中粗蛋白質、粗脂肪、鈣、磷測定分別采用凱氏定氮法、乙醚浸提法、乙二胺四乙酸二鈉絡合滴定法、鉬黃法；總能測定采用全自動氧彈測熱計（IKA-C2000，德國IKA 公司）；氨基酸含量測定采用氨基酸自動分析儀（L-8800 型，日立）[9]。

1.4 統計分析 試驗數據經Excel 初步整理后，采用SPSS 20.0 統計分析軟件進行方差分析和Duncan′s 多重比較檢驗，結果表示為平均值± 標準差，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結 果

2.1 不同玉米秸稈化學成分分析

2.1.1 不同玉米秸稈主要營養成分分析 由表3 可知，SCS 中還原糖含量較未處理玉米秸稈提高808.26%（P＜0.05），YFCS 中還原糖含量較SCS 降低78.69%（P＜0.05）。與未處理玉米秸稈相比，SCS 和YFCS 中粗蛋白質、真蛋白、鈣、磷和灰分均顯著提高，且以YFCS 最高（P＜0.05）；NDF、ADF、半纖維素、纖維素和木質素含量顯著降低；且YFCS 中NDF、ADF、纖維素和木質素顯著低于SCS。

表3 不同玉米秸稈主要營養成分分析（干物質基礎）

2.1.2 不同玉米秸稈主要氨基酸含量 由表4 可知，與未處理玉米秸稈對比，SCS 中天冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、丙氨酸和色氨酸均有所增加，其余氨基酸均減少。在YFCS 中除胱氨酸，其他氨基酸均高于SCS；總氨基酸含量高于未處理玉米秸稈和SCS，較SCS 提高41%；這表明酵母具有提高除胱氨酸外的所有氨基酸的能力。

2.1.3 不同處理玉米秸稈副產物分析 由表5 可知，未處理玉米秸稈含有少量的5- 羥甲基糠醛和糠醛。玉米秸稈經物理+ 化學復合處理后，5- 羥甲基糠醛含量提高2 倍，糠醛含量降低33.33%，出現新的產物4 -羥基苯甲醛和香豆酸。預處理玉米秸稈經纖維素酶糖化后5-羥甲基糠醛和4-羥基苯甲醛降低50%和58.33%，而未檢出糠醛和香豆酸。SCS 經酵母發酵后，5- 羥甲基糠醛降低16.67%，而4-羥基苯甲醛和香豆酸含量增加。

2.2 不同玉米秸稈表觀代謝能分析

2.2.1 直接法測定玉米秸稈代謝能 由表6 可知，肉雞對未處理玉米秸稈表觀代謝率和代謝能均為負值，表明肉雞無法利用未處理玉米秸稈，且直接強飼大量木質纖維素對肉雞應激較大。SCS 和YFCS 的表觀代謝率、代謝能均無顯著差異。

2.2.2 差量法測定玉米秸稈代謝能分析 由表7 可知，肉雞對4%、8%、12%SCS 和8%YFCS 飼糧的表觀能量代謝率與基礎飼糧差異不顯著；而8%YFCS 組的表觀代謝率顯著低于4%SCS 組。對照組與4%、8% 和12%SCS 組肉雞代謝能差異不顯著；8%YFCS 組肉雞代謝能顯著低于其他各組。通過差量法計算，從4%、8%和12%SCS 飼糧組分別推算出SCS 的代謝能為15.85、15.81、14.38 MJ/kg；從8%YFCS 飼糧中推算出YFCS的代謝能為8.61 MJ/kg。

表4 不同玉米秸稈氨基酸含量（干物質基礎） %

表5 不同處理玉米秸稈副產物分析（干物質基礎） %

表6 直接法測定肉雞對不同玉米秸稈表觀代謝率和表觀代謝能（風干基礎）

表7 差量法測定不同玉米秸稈肉雞表觀代謝率和表觀代謝能（風干基礎）

2.3 SCS 表觀代謝能驗證 由表8 可知，無論肉雞前期和后期試驗，4%、8%和12%SCS 組飼糧代謝能與對照組均差異不顯著，8% SCS（高油）組顯著高于其他各組。

表8 肉雞飼糧和SCS 代謝能（風干基礎） MJ/kg

3 討 論

3.1 不同玉米秸稈化學成分分析 玉米秸稈經過預處理和酶解后，其原有的木質纖維素形態結構、物理特性和化學成分均發生很大變化[10]。物理性狀由原來的體積膨大、容重小、系水性強的蓬松短桿狀物質變成體積小、容重大、易溶于水的固體粉狀顆粒。SCS 經酵母菌發酵后具有香味。在秸稈飼料化研究中，酵母菌和產纖維素酶菌種混合固體發酵產生菌體蛋白，可提高秸稈的適口性[11]。本研究結果顯示，與SCS 對比，YFCS 中還原糖降低78.69%，粗蛋白質提高77.49%，真蛋白提高29.64%，總氨基酸含量增加。這表明酵母菌滿足自身生長消耗大量還原糖并轉化成菌體蛋白，也證明產朊假絲酵母具有較強的氨基酸合成能力。因部分無機氮殘留，粗蛋白質顯著高于真蛋白。本研究中，SCS 中氨基酸的組成和含量與未處理玉米秸稈相比有明顯不同，其原因為堿性氧化熱處理改變了氨基酸的組成和含量。楊林等[12]報道，堿處理能夠影響蛋白質中氨基酸的組成和含量。在秸稈預處理時添加適量氧化鈣使得SCS 中鈣含量增加，適量的鈣含量依據SCS 在飼料中的添加量可以部分或全部替代飼料中的石粉。YFCS 中NDF、ADF、纖維素顯著降低，其原因為還原糖被酵母大量消耗后，剩余的纖維素酶繼續發生酶解[13]。YFCS 中5-羥基糠醛較SCS 低，表明酵母菌具有去除糠醛的能力；而木質素的降低和木質素分解產物4- 羥基苯甲醛和香豆酸的增加證明該酵母菌與纖維素酶酶解共同作用時對木質素分解具有一定促進作用。預處理玉米秸稈經酶解糖化后，副產物減少或消除，證明纖維素酶酶解也具有消除糠醛及木質素分解產物的能力。

3.2 直接法和差量法對不同玉米秸稈代謝能分析 客觀精確評定飼料原料的代謝能值是確定該原料在動物營養配方中作用的依據，對新型飼料資源營養價值評定具有重要的意義。在飼料原料的代謝能評定過程中，往往受飼料原料、動物自身生理特性、飼料間組合效應等不可控因素影響，在代謝能評定方面很難真正精確地體現該原料的代謝能[14]。目前關于飼料代謝能評定常用的方法有直接法（強飼法）[15]、套算法[6]和差量法[16]，三者各自具有優缺點。

本研究根據待測原料的物理性狀、化學組成和適口特性，選擇直接法和差量法測定其表觀代謝能，結果表明通過直接法測定未處理玉米秸稈表觀代謝率和代謝能均為負值。玉米秸稈因容積大，容重小，營養元素含量低，單獨強飼玉米秸稈對肉雞造成嚴重應激，刺激內源代謝。從SCS 和YFCS 的營養成分分析，SCS 中還原糖顯著高于YFCS，推測其代謝能應高于YFCS，而直接法測得2 種玉米秸稈代謝能差異不顯著，這表明SCS和YFCS 同樣對肉雞代謝產生應激，未能表現出真實代謝能值。SCS 和YFCS 雖在容積、容重和營養價值上較未處理玉米秸稈有很大改善，但在玉米秸稈處理過程中加入大量Ca2+和Na+，單獨飼喂SCS 和YFCS 造成這些離子超出動物營養需求，對動物機體產生刺激（如飲水量增加、拉稀），造成代謝能值低估。本研究結果表明，對動物產生應激較大的待測原料不適宜采用直接強飼法。

由于SCS 和YFCS 容重大，且含有大量Ca2+和Na+，飼糧中替代比例越大對肉雞造成應激越大，因此本試驗僅選擇4%、8%、12%SCS 和8%YFCS 進行差量法測定。通過差量法得出飼糧表觀能量代謝率、代謝能、SCS 和YFCS 表觀代謝能顯著高于強飼法。從代謝試驗實際觀察，在差量法測定過程中，肉雞在強飼代謝試驗中所表現出的異常癥狀消失，這表明差量法消除了肉雞應激，能較好地體現待測原料的代謝能。常娟等[6]研究表明，強飼法和套算法均低估了生物玉米秸稈的代謝能，差量法更能準確反映代謝能值。同時由于不同添加比例表現出不同的表觀代謝能，也進一步證明待測原料和飼糧中其他原料產生的組合效應。Sibbald 等[17]指出，飼糧中各原料間的組合效應及待測原料所占飼糧比例是導致待測原料表觀代謝能變異的主要原因。張子儀等[18]指出，能量原料（如玉米）的表觀代謝能值隨待測原料在飼糧中所占比例的增加而減小，而粗飼料則相反。本研究中SCS 已屬于能量飼料的范圍，代謝能值隨著添加量的增加逐漸減少，與前人報道一致。YFCS組成的飼糧中能量代謝率和代謝能均低于SCS 組，且YFCS 表觀代謝能低于SCS，這與酵母消耗大量還原糖有關，這一結果符合理論推理。本試驗未考慮氮校正會造成代謝能低估，通過氮校正AME 的精確度會提高。

3.3 SCS 表觀代謝能驗證分析 根據強飼法和差量法獲得不同比例SCS 的表觀代謝能，設計肉雞飼糧配方并調整各營養水平平衡，進行飼養試驗。本研究結果顯示，8%SCS 高油組的飼糧表觀代謝能顯著高于配方設計水平，這說明強飼法極大地低估了SCS 代謝能。

4 結 論

本研究結果顯示，玉米秸稈經過處理后再經過酶解轉化成富含還原糖和鈣的SCS；SCS 經酵母發酵后還原糖降低，氨基酸含量提高，并且經過酶解和酵母發酵后副產物含量降低。通過直接法和差量法測定不同玉米秸稈表觀代謝能，表明對雞產生較大應激的待測原料不適宜采用直接法測定代謝能。利用差量法測得不同比例SCS 飼糧的雞表觀代謝能為14.38～15.85 MJ/kg，顯著高于玉米的代謝能值（13.56 MJ/kg）和YFCS 代謝能值（8.61 MJ/kg），并通過飼養試驗驗證差量法測定的SCS 表觀代謝能結果可信。這表明SCS 可以作為飼料能量原料；YFCS 同時富有蛋白、能量和酵母菌可以作為多功能玉米秸稈飼料進一步研究。