不同栗树副产品营养价值的研究

■李德勇 孟庆翔 韩苗苗 张 迎 任丽萍

（动物营养学国家重点实验室中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193）

粮食安全是关系我国国民经济发展和社会稳定的全局性重大战略问题。我国目前粮食消费结构，主要是食用消费、饲料消费和以粮食为原料的工业消费。随着近年来我国畜牧业的快速发展，预计饲料消费在2020年将增加到41%[1]。由于饲料消费占粮食总消费的比重大且增速快，所以未来我国的粮食压力主要来自于饲料消费而非口粮消费。“人畜争粮”问题已经成为我国畜牧业发展所面临的重大挑战和阻碍。加快推进非粮饲料的开发和利用成为保障粮食安全的重要途径，生产实践证明，在不影响畜禽生产性能的前提下，用非粮饲料替代部分粮食饲料，可节省20%～30%的饲料日粮[2-3]。

板栗(Castanea mollissima Blume)为壳斗科（Fagacaea）栗属（Castanea）植物的落叶果木，又名栗子。板栗在我国有悠久的种植历史，分布多达26个省（市、自治区）。2011年我国板栗总产量和结果园面积分别为170万吨和31万亩，均居世界第一[4]。板栗种植生产出大量的副产物，据统计每年生产的副产物多达10～15万吨，主要包括板栗壳、板栗总苞和板栗叶等。有研究报道显示，栗树副产品中含有多酚、有机酸、黄酮、植物甾酮等多种活性成分，栗树叶中甚至多达22种挥发性成分[4-6]。因板栗及其副产品含有多种活性成分，目前的报道主要集中于研究它的抗氧化、消炎、抗菌等生理功能及其在药理学上的应用，而关于其化学成分及含量的研究鲜有报道。

随着饲料加工技术的进步，将这些板栗副产品经过适当处理后作为反刍动物的粗饲料，能够在一定程度上缓解“人畜争粮”的矛盾，同时能够降低生产成本。为了更好地利用栗树副产品替代部分日粮，在使用前必须了解其营养成分及营养水平。因此，本研究收集了北京怀柔地区的板栗副产品并对其化学成分和体外发酵特性进行研究，以期为板栗副产品作为反刍动物饲料的开发利用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用的栗树副产品，包括栗树叶(chestnut leaves，CL)、总苞(chestnut involucre，CI)和栗子壳(chestnut shell，CS)。样品采集于北京怀柔燕山山脉的栗子主产区，分别在3个不同的加工厂1次性采集并混合，样品取回后进行风干、粉碎处理（粉碎至1 mm）。

1.2 测定指标及测定方法

测定指标：干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤不容氮（NDIN）、酸性洗涤不容氮（ADIN）、酸性洗涤木质素（ADL）和粗灰分（Ash）。

测定方法：样品中干物质的测定按照GB 6435-2006饲料中水分的测定方法进行；粗蛋白质测定采用GB/T 24318-2009中的方法进行，所用仪器为德国Elementary公司生产的RapidⅢ快氮分析仪；粗脂肪的测定参照GB/T 6433-2006中的方法进行，所用仪器为ANKOM全自动脂肪分析仪；中性洗涤纤维的测定参照GB/T 20806-2006中的方法进行，所用仪器为ANKOM纤维分析仪；酸性洗涤纤维的测定参照NY/T 1459-2007中的方法进行，所用仪器为ANKOM纤维分析仪；中性洗涤不溶氮和酸性洗涤不溶氮的测定方法是饲料样品测定NDF和ADF后再测定氮含量；酸性洗涤木质素的测定参照GB/T 20805-2006中的方法进行；粗灰分的测定按照GB/T6438-2007中的方法进行。

1.3 体外培养

1.3.1 试验动物及基础日粮

选择3头体重约为400 kg、装有永久性瘤胃瘘管的西门塔尔牛作为瘤胃液供体动物。供体动物的基础日粮精粗比为50∶50。粗料为玉米青贮和啤酒糟，饲喂量分别为3、0.6 kg/(d·头)，精料配置参照2004年中国肉牛饲养标准，精料组成及营养水平见表1。试验牛每天限量饲喂两次（8:00和16:00），自由饮水。试验前供体动物预饲1周。

表1 日粮配方及营养水平

1.3.2 人工瘤胃培养液的配制

按照Menke等[7]的活体外产气量法进行配制，由瘤胃液和人工培养液以1∶1的比例配合而成。人工培养液于瘤胃液采集前配好装入接受瓶中，充分通入CO2并于39℃水浴中保存待用。于晨饲前采集3头供体瘘管牛的瘤胃液，采集到的瘤胃液迅速用四层纱布过滤于接受瓶中，立即放入到39℃水浴中保存。

1.3.3 人工瘤胃产气量法

准确称量0.2 g（准确至0.000 1 g）饲料样品置于100 ml玻璃培养管（德国）中，以不加发酵底物的培养管作为空白对照管。样品管经39℃预热后加入30 ml保存于39℃水浴中的经CO2充分饱和的人工瘤胃培养液，排出培养液中气泡，密封，记录初始刻度后置于39 ℃恒温水浴培养箱中培养。分别记录0、2、4、6、8、10、12、18、24、30、36、42、48、54、60、72 h的气体产生量（ml）。

1.3.4 样品采集及测定

待发酵至72 h时，用冰水终止发酵后迅速排出培养管中的发酵液，用pH计（雷磁PHS-3C型精密pH计，精度为0.01，上海雷磁仪器厂生产）测定发酵液pH值。然后将发酵液离心（10 000 g，10 min）后，取1 ml上清液，加入25%偏磷酸溶液0.2 ml，混匀，冷冻过夜后，10 000 g离心10 min，取上清液供VFA[8]；另取一部分上清液用于NH3-N测定[9]。

1.3.5 能值预测

根据饲料中各营养成分含量预测能量的计算方法如下：

总可消化养分：TDN(%)=0.98×(100-NDFN-CPEE-Ash)+0.93×CP+2.25×(EE-1)+0.75×(NDFN-ADL)×[1-(ADL/NDFN)0.667]-7（Weiss，1993）；

消化能:DE(Mcal/kg)=4.409×TDN/100(NRC,1984)；

代谢能：ME(Mcal/kg)=1.01×DE-0.45(NRC,1984)；

维持净能：NEm（Mcal/kg）=1.37ME-0.138ME2+0.01

0 5ME3-1.12（NRC，2000）；

增重净能：NEg（Mcal/kg）=1.42ME-0.174ME2+0.012 2ME3-1.65（NRC，2000）；

1 Mcal=4.184 MJ。

1.4 数据分析

采用Excel软件进行原始数据处理，计算常规化学成分及发酵底物各培养时间点（0.2 g DM）的产气量和发酵参数。根据动态发酵模型，采用SAS9.0软件中NON-LINEAR方法计算动态发酵参数。该模型为GP=B×(1-e-c×t)，式中：GP 为t时间点0.2 g发酵底物（DM）的产气量（ml）；B为0.2 g发酵底物（DM）的理论最大产气量（ml）；c为样本的产气速度常数(h-1)；t为活体外培养时间(h)。采用SAS9.0中的GLM方法对常规化学成分、动态发酵参数和体外发酵参数（pH、NH3-N、VFA）进行方差分析，采用Duncan氏法进行多重比较，显著水平值为P＜0.05，当0.05＜P＜0.1做趋势化解释，P＞0.1为差异不显著。

2 结果与分析

2.1 不同栗树副产品化学成分的比较

不同板栗副产品的主要化学成分见表2。表2可见，除DM之外，其余各指标之间均有显著性差异，其中总苞的CP显著高于栗叶和栗壳(P＜0.01)；栗叶的EE最高，而栗壳的EE最低(P＜0.01)。NDF和ADF的呈现类似的差异性，以栗壳最高、栗叶最低（P＜0.01），而ADL值以栗壳最高、总苞最低；NDIN和ADIN表现出相似的差异，均以栗壳最高，栗叶最低（P＜0.01）。

2.2 不同栗树副产品发酵特性

2.2.1 不同栗树副产品动态发酵的比较

表3显示了不同栗树副产品72 h动态发酵参数的差异。由表3可知，发酵至72 h时，总苞（CI）的产气量最多，栗壳（CS）的产气量最少，且3者之间差异极显著（P＜0.01），理论最大产气量与72 h产气量表现出相同的变化趋势，且差异显著（P＜0.01）；总苞（CI）的产气速率最快，栗壳（CS）的产气速率最慢，且3者差异显著（P＜0.01）。

表2 不同栗树副产品营养成分的比较（DM）

表3 不同栗树副产品的动态发酵参数（n=3）

图1为栗叶（CL）、总苞（CI）、栗壳（CS）（200 mg DM）72 h动态产气过程。由图1可知，3种副产品发酵至72 h时均达到平台期，其中以总苞（CI）72 h的产气量最多，栗壳（CS）的产气量最少，并且差异极显著（P＜0.01）。同时，由图1可知，总苞（CI）的产气速率显著高于栗叶和栗壳的产气速率。

图1 不同栗树副产品体外发酵的产气动态

2.2.2 不同栗树副产品体外发酵参数的比较

表4所示为不同栗树副产品72 h体外发酵参数。由表4可知，3种栗树副产品的pH值和NH3-N之间没有显著性差异（P＞0.05）；总苞、栗叶和栗壳的TVFA依次降低且差异显著（P＜0.05）；3者之间的乙酸浓度差异不显著，总苞相比于栗叶和栗壳有增加的趋势；3者体外发酵的丙酸浓度有显著差异（P＜0.05），其中以总苞浓度最高，栗壳浓度最低；丁酸浓度以栗壳最高，总苞最低，且差异显著（P＜0.05），异丁酸、异戊酸表现出相同的变化趋势，均以栗壳最高、总苞最低，且差异显著（P＜0.05）；栗叶的戊酸浓度最高，而总苞的最低，差异显著（P＜0.05）；3种副产品的乙酸∶丙酸比差异显著，以栗壳最高，栗叶最低。

表4 不同栗树副产品的体外发酵参数（n=3）

2.2.3 不同栗树副产品体外发酵气体成分的比较

表5显示了不同栗树副产品体外发酵气体成分的差异。由表5可知，3者的甲烷产量差异显著（P＜0.05），其中以栗壳的产量最高，总苞的产量最低；3者的CO2产量无显著性差异（P＞0.05）。

表5 不同栗树副产品的体外发酵的气体成分（n=3）

2.3 不同栗树副产品能量价值的预测

表6所示为不同栗树副产品能值的预测值。由表6可知，栗叶的可消化养分、消化能、代谢能、维持净能和增重净能均是3种副产品中最高的，而栗壳的上述预测值均最低，维持净能和增重净能甚至呈现负值。

表6 不同栗树副产品的能值预测

3 讨论

3.1 不同栗树副产品化学成分的比较

饲料的化学成分很大程度上决定了其饲用价值。本试验中所选栗树总苞的粗蛋白含量达到7.5%，和国内常用的粗饲料相当，如青贮玉米秸、稻草等。栗叶的粗脂肪达到5.75%，要高于很多常用粗饲料，说明二者均有较高的利用价值。饲料中的含氮物质在高温下会与ADF中的木质素结合发生美拉德反应生成ADIN[10]。由于ADIN不能完全在家畜的消化道内消化吸收，其含量的多少则会影响饲料的饲用品质[11]。3种栗树副产品的ADIN和DNIN含量均较低，不会影响其蛋白质的消化性。3种副产品的纤维含量（NDF、ADF、ADL）均较高，其中ADL结构比较复杂，是一种以苯基丙烷为基本结构的不规则三维网状结构的高聚物，不易被动物消化，其含量的多少会影响饲料的饲用价值[12]。高含量纤维在一定程度上限制了其应用，但考虑到其易收集和廉价性，依然具有很好的开发利用价值。

3.2 不同栗树副产品发酵特性

3.2.1 不同栗树副产品动态发酵的比较

体外发酵参数显示，总苞的总挥发酸含量最高，这与其体外发酵产气量最高（达到51.37 mmol/l）结果一致，栗叶的总挥发酸稍低，但也达到40.63 mmol/l，说明二者均有较好的发酵特性。栗壳体外发酵最慢，产气延滞期也最大，这也导致了其体外产气量和总挥发酸浓度较低，说明栗壳在瘤胃内降解率和降解速率均较差，不适宜直接饲喂动物。

发酵液中的氨态氮主要来自饲料蛋白质的降解。瘤胃微生物能够将饲料中的蛋白质降解为氨态氮，进而被瘤胃微生物利用合成微生物蛋白供动物利用[13]。氨态氮浓度主要受饲料和微生物活性的影响，同时也与pH值有一定的关系。3种副产品的粗蛋白含量存在显著差异，但是氨态氮浓度并未显示出差异性，可能与选择测定氨态氮的时间点有关。测定氨态氮的样品是收集发酵72 h时的发酵液，随着发酵时间的延长，总苞和栗叶中被降解的氨态氮可能有一部分已经被微生物利用合成微生物蛋白，而栗壳是降解最慢的，从而三者的氨态氮浓度并无差异。

发酵液中的挥发酸主要来自饲料中碳水化合物的降解，是反刍动物和瘤胃微生物维持和生长的主要能量来源，乙酸和丙酸是饲料在瘤胃内发酵产生的两大主要有机酸[13]。饲料种类和微生物区系的不同，发酵产生乙酸和丙酸的比值也不同。非结构性碳水化合物在瘤胃中的发酵效率很高，产生的挥发酸总量较多，但是乙酸与丙酸比值较低，而粗饲料正好相反[14]。3种栗树副产品体外发酵都生成大量乙酸，从而造成较高的乙酸与丙酸比值，即典型的乙酸发酵型饲料，这与其常规成分中高纤维含量是一致的。其中，栗壳的乙酸与丙酸比值显著高于总苞和栗叶，表明栗壳中的可溶性碳水化合物含量较低，这个结论也与其体外发酵参数一致。由于微生物生长对底物的选择性，乙酸与丙酸比值也会影响微生物蛋白质的合成以及不同区系瘤胃微生物的群体结构，进而影响整个机体的消化与营养代谢[15]。因此，选择栗树副产品作为粗饲料饲喂动物时，一定要考虑精料的添加，从而保证瘤胃正常的发酵功能。

3.2.2 不同栗树副产品体外发酵气体成分的比较

栗壳体外发酵的气体成分中，甲烷含量显著高于总苞和栗叶，而3者的二氧化碳含量之间无显著性的差异。甲烷是摄入的碳水化合物经瘤胃微生物发酵产生，不能被动物利用而排放到大气中，造成饲料的浪费。甲烷的产生是造成瘤胃发酵能量损失的重要原因，因饲养水平、日粮组成的不同，以甲烷形式损失的能量大约占到饲料总能的2%～15%[16]。瘤胃甲烷产生量主要取决于日粮中可消化结构性碳水化合物（纤维素、半纤维素）的水平，其水平越高，甲烷产生量越大[17]。栗壳的甲烷产量高，与其常规成分测定中酸性洗涤纤维、中性洗涤洗纤维和酸性洗涤木质素含量极显著地高于总苞和栗叶呈现一致，从而也说明栗壳作为饲料原料的能量利用率低。活体外人工瘤胃产气量法测定的气体成分以温室气体为主，其中每分子的甲烷气体吸收的红外能量是二氧化碳的20～30倍，严重影响全球的气候。3种副产品的甲烷产量均较高，这与其纤维含量高有一定的关系。为了能够更好地利用栗树副产品，在饲喂动物前应该对其进行物理或化学上的处理，例如青贮、碱处理或者气爆等。

3.3 不同栗树副产品能量价值的预测

利用NRC对3种栗树副产品的能值进行预测，栗叶的可消化养分以及消化能、代谢能都是最高的，这与其常规成分中CP、EE等的含量高保持一致，其预测能值与中等苜蓿和青贮玉米秸秆相当，说明栗叶具有很好的利用价值，可以不经任何处理替代部分青贮直接饲喂动物，从而节约饲养成本。总苞的能量预测值较栗叶稍低，但也具有很好的应用前景，经过适当处理可以用来饲喂动物。栗壳的预测值是最低的，维持净能和增重净能甚至出现负值，这与其纤维含量高、体外降解率低有关，因此，栗壳不能直接用来饲喂动物，必须经过适当的方式进行处理。考虑其价格廉价、产量高等优势，因而也具有一定的开发利用前景。

4 结论

栗树总苞的粗蛋白含量较高，栗叶粗脂肪含量较高，均和我国常用粗饲料相当，说明二者具有较好的营养价值；体外产气量法证明总苞和栗叶都有较好的发酵特性，可以替代部分粗饲料直接饲喂反刍动物，从而降低饲养成本。栗壳含有较高的纤维素，抑制了其在瘤胃内的发酵和消化，可以利用碱处理、气爆等方式进行适当的处理后作为反刍动物的粗饲料。因为栗树副产品（栗叶、总苞和栗壳）产量大、价格低廉，同时具有较高的营养价值，作为反刍动物的粗饲料具有很好的开发利用价值。