生姜莖葉營養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農業農村和水資源局，濰坊 261325；2.北京首農畜牧發展有限公司，北京 100076；3.中國農業科學院信息所，北京 100081；4.寧夏固原市畜牧技術推廣服務中心，固原 756000；5.中國農業科學院飼料研究所，農業部飼料生物技術重點實驗室，北京 100081)

生姜是我國農產品市場經濟中重要的經濟作物之一，種植規模與產量均居世界首位。我國生姜常年種植面積20萬hm2左右，總產量800萬t以上[1]。我國是生姜的發源地及主要出產國之一，大部分地區均有種植[2]，主產地主要在我國中東部、東南部至西南部，北方主產區生姜產量占全國總產量的65%，其中山東生姜產量占全國總產量的30%～40%，特別是山東昌邑、萊蕪、安丘等地出產的生姜尤為知名[1]。目前，對生姜的開發利用主要集中在地下塊莖部分，對地上莖葉部分的開發利用研究鮮有報道。2018年，我國生姜總產量846萬t[3]，按新鮮生姜植株地下塊莖質量是地上莖葉質量的2倍左右計算[4]，我國生姜地上莖葉產量達400萬t以上。然而在生姜主產區，生姜莖葉被隨意丟棄、焚燒的現象隨處可見，不僅造成資源浪費，還容易引起環境污染和病蟲害擴散傳播[5]。生姜莖葉含有豐富的蛋白質、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利用，變廢為寶，可緩解我國家畜養殖中優質牧草短缺問題，同時有利于提高農民收入，減輕環境污染，穩定農業生態平衡，促進綠色農業循環產業的發展。牧草的飼用價值是評價牧草品質的重要指標，它包括牧草的營養成分、降解率和有效降解率等指標[8]。瘤胃尼龍袋法是評定飼料降解率的有效方法，目前已廣泛應用于反芻動物飼料瘤胃降解率的評價，但生姜莖葉營養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成分進行分析，并探討生姜莖葉主要營養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利用提供參考依據。

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，詳細記錄每份新鮮生姜莖葉的重量，然后低溫郵寄至中國農業科學院飼料研究所反芻動物飼料創新團隊進行常規營養成分檢測和瘤胃降解率測定。在飼料研究所實驗室，生姜莖葉原料先進行初步切碎至約5 cm長度，再進行65 ℃烘干處理，烘干后用粉碎機粉碎，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)奶牛營養需要進行配制。基礎飼糧組成及營養水平見表1，試驗牛每日飼喂3次(07:30、13:30、18:30)，自由飲水。

表1 基礎飼糧組成及營養水平(干物質基礎)

續表1項目 Items含量 Content苜蓿草 Alfalfa hay7.93燕麥草 Oat hay2.31酵母培養物 Yeast culture0.06脫霉劑 Mycotoxin remover agent0.06預混料 Premix1)1.81碳酸氫鈉 NaHCO30.28合計 Total100.00營養水平 Nutrient levels2)干物質 DM94.55粗蛋白質 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 營養成分測定指標及方法

分別測定生姜莖葉原料及在奶牛瘤胃不同降解時間點生姜莖葉的初水分、干物質(DM)、有機物(OM)、粗蛋白質(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、鈣(Ca)、磷(P)等常規營養成分，明確生姜莖葉營養成分含量及DM、CP、NDF和ADF在奶牛瘤胃中不同時間點的降解率。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做2個平行樣品，每2個平行樣固定在一段塑料管的細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。回潮24 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 營養成分降解率的計算

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

1.5.3 瘤胃降解參數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為待測樣品目標養分的有效降解率；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 數據統計分析

結果數據用平均值±標準差表示。降解參數用SAS 9.4 NLIN(nonlinear regression)程序計算。降解率和降解參數采用SAS 9.4的one-way ANOVA程序進行單因素方差分析，采用Duncan氏多重比較法進行差異顯著性分析。P<0.05作為差異顯著的判斷標準。

2 結果與分析

2.1 生姜莖葉的營養成分

新鮮生姜莖葉的初水分含量為(90.91±0.54)%，生姜莖葉風干樣中DM含量為(93.28±1.41)%，生姜莖葉DM基礎樣中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成分(干物質基礎)

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

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的降解率分別達到了43.81%和44.99%，72 h的降解率分別為68.09%和68.78%。

數據點標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

3 討 論

3.1 生姜莖葉營養成分

本試驗結果表明，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物質，CP含量達到17.24%，EE含量達到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%。從營養成分上分析，生姜莖葉是一種高品質的粗飼料資源。焦洪超[13]研究了新鮮姜苗的營養成分，發現姜苗的CP含量為16.63%，P含量為0.26%，與本研究結果相似。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果，EE含量稍低于本試驗的結果，原因可能是所用的檢測方法和儀器設備不同，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組成，發現生姜秸稈粉的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果，NDF和ADF含量均高于本試驗研究結果，原因可能是生姜秸稈在晾曬的過程中營養物質流失，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成分進行比較，發現兩者具有相似的營養成分。郭濤等[15]研究了國內160份苜蓿干草營養成分，發現苜蓿干草的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品質的影響，發現不同刈割時期紫花苜蓿的CP含量不同，現蕾期(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%，相當于初花期和盛花期之間苜蓿CP含量，同時達到中國畜牧業協會發布的苜蓿干草質量分級標準[17]中二級苜蓿干草的CP標準。從營養成分分析可知，生姜莖葉營養成分與優質苜蓿干草的成分相似，可作為優質粗飼料資源用于反芻動物生產。

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，是飼料營養成分被機體利用程度的重要標志，是飼用價值高低的體現，較高的有效降解率標志著飼料可以更好地被微生物和機體組織利用[18]。本研究中，生姜莖葉DM、CP、NDF和ADF各個時間點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容易被微生物利用。本研究中發現，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，國內外對生姜莖葉的營養特性及瘤胃降解率研究較少，具體原因需要進一步的研究。

將生姜莖葉主要營養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樹葉各營養成分的有效降解率[23]。由此可見，生姜莖葉主要營養成分的有效降解率和苜蓿、辣木葉相當，可作為優質粗飼料資源用于反芻動物生產。

4 結 論

生姜莖葉含有豐富的CP、EE、Ca和P等營養成分，CP含量可達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，生姜莖葉的營養價值較高，可作為優質粗飼料資源用于反芻動物生產。