藜麦秸秆和燕麦草混合制粒前后营养成分及颗粒成型参数研究

■时 钰 胡 江 石斌刚 祁有鹏 张雪萍 王向彦 兰丽娟 刘 秀

（甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃省草食动物生物技术重点实验室，甘肃 兰州 730070）

优质粗饲料是发展牛羊规模化养殖的基础，据估计，粗饲料（风干）一般占牛羊全部日粮组成的60%～70%，对提高反刍家畜采食量和营养水平有重要作用，也是提高养殖效益的关键[1]。农作物秸秆作为粮食生产的主要副产品，产量大、种类多且分布广，是重要的可开发利用的生物质资源，也是牛羊等家畜重要的粗饲料来源。据统计，我国农作物种植面积常年保持在1.6亿hm2左右[2]，每年农作物秸秆产量近10亿吨，约占世界农作物秸秆总产量的25%，居世界第一位[3]。每年秸秆饲料化利用率在24%左右[4]。秸秆资源饲料化利用是有效缓解我国粮食安全的重要举措[5]，秸秆含有丰富的营养物质，每利用4 t秸秆的营养价值相当于节约1 t粮食，可为畜牧业持续发展提供物质保障。

目前，秸秆饲料化研究主要集中在玉米、小麦、水稻及高粱秸秆等加工处理及利用方面[6]，对其他农作物秸秆饲料化利用鲜有报道。藜麦是一年生草本植物，在我国甘肃及青海等省部分地区种植面积较大，甘肃省总种植面积约1 500 hm2。相对于其他农作物，藜麦秸秆具有粗蛋白（crude protein，CP）、粗脂肪（ether extract，EE）含量较高的营养特性。相关研究报道藜麦秸秆CP 7.2%、EE1.7%、木质素18%[7-8]。藜麦秸秆中较高的木质素含量使其饲料化利用难度较大[9]。有研究表明，藜麦秸秆通过合理的加工调制后，可以作为粗饲料饲喂牛羊。王正文等[10]研究报道，精料∶藜麦秸秆∶高粱秸秆=30∶40∶30时具有较大饲喂价值。郝生燕等[11]报道，日粮中添加16%藜麦秸秆时，可显著增加羔羊平均日增重、有机物消化率、氮消化率和存留率。郝怀志等[12]研究表明，肉牛育肥期使用藜麦秸秆替代20%全株玉米青贮，可以提高干物质消化率。

秸秆饲料化加工方式有物理、化学及微生物处理等多种，其中粉碎制粒是秸秆重要的物理加工方法。秸秆颗粒具有容重大、体积小、包装方便、保质期长等优点，可有效解决秸秆的运输和贮存问题[13]。在制粒过程中，高温的过程使原料淀粉糊化，高压使原料之间挤压黏合，使得颗粒料密度增加、饲料成型。经过制粒后产品减少了分级现象，改善了动物的挑食情况,避免了饲料的过度浪费[14-15]。秸秆颗粒的适口性好，营养价值较原料有较大提高，制粒使饲料中的淀粉糊化、蛋白质变性以及纤维素和脂肪结构形式变化，提高营养成分消化率[16]。刁其玉等[17]报道，秸秆等粗饲料经过制粒，饲料中干物质（dry matter，DM）、CP、中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fibe，ADF）及EE消化率提升。

本试验以藜麦秸秆为主要研究对象，测定分析不同比例藜麦秸秆与燕麦草混合制粒前后营养成分变化，以及复合秸秆颗粒的成型参数，为藜麦秸秆饲料化利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

藜麦秸秆与燕麦草粉碎后，按不同比例混合制粒，即100%燕麦草（Ⅰ组）、20%藜麦秸秆+80%燕麦草（Ⅱ组）、40%藜麦秸秆+60%燕麦草（Ⅲ组）、60%藜麦秸秆+40%燕麦草（Ⅳ组）、80%藜麦秸秆+20%燕麦草（Ⅴ组）及100%藜麦秸秆（Ⅵ组）。测定藜麦秸秆与燕麦草混合物制粒前后的营养成分，以及颗粒成型参数。

1.2 试验时间及地点

2021年7—9月在甘肃农业大学动物科学教学实训中心饲料加工间完成藜麦秸秆与燕麦草粉碎及颗粒加工，在动物营养实验室测定混合物制粒前后营养成分及颗粒成型参数。

1.3 试验材料及设备

1.3.1 试验材料

从天祝藏族自治县金武牛羊养殖专业合作社采集当地的藜麦秸秆和燕麦草（风干）样品各50 kg，粉碎（粉碎粒度8 mm）后用于混合并制作颗粒饲料。

1.3.2 试验设备及仪器

9FH-1000 型饲料混合机，洛阳市鑫乐机械设备有限公司；SKJ-200 型饲料平模颗粒饲料机，山东宇龙机械有限公司；YHKC-2A颗粒饲料强度测定仪，泰州市银河仪器厂；FOSS全自动凯氏定氮仪，福斯中国（北京市海淀区中关村）。

1.4 颗粒饲料加工

粉碎后的藜麦秸秆及燕麦草，分别按100%燕麦草、20%藜麦秸秆+80%燕麦草、40%藜麦秸秆+60%燕麦草、60%藜麦秸秆+40%燕麦草、80%藜麦秸秆+20%燕麦草及100%藜麦秸秆比例混合。混合物水分10%左右，制粒模孔直径6 mm。

1.5 测定指标及方法

1.5.1 饲料营养价值测定

测定不同比例藜麦秸秆和燕麦草混合物制粒前后常规营养成分，包括DM、CP、EE、Ca、P、NDF、ADF等。

DM 采用烘箱干燥法，参照GB/T 6435—2014 测定[18]；CP、EE、Ca、P 均参照《饲料分析及检测技术》中相应方法测定[19]；NDF 及ADF 参照Van Soest 方法测定[20]。

1.5.2 颗粒饲料成型参数测定

1.5.2.1 颗粒密度

颗粒密度参照SC/T 6012—2002《平模颗粒饲料压制机试验方法》测定[21]。

式中：X——样品密度（g/cm3）；

M——单个颗粒样质量（g）；

R——单个颗粒直径（cm）；

H——单个颗粒长度（cm）。

1.5.2.2 颗粒含粉率

将制粒后颗粒冷却至室温后，取约1 kg 样品，将样品4分法处理后取对角两份，每份约200 g。将样品过2.0 mm 筛，筛下物质量与所取得样品的质量比就是其含粉率。

1.5.2.3 颗粒硬度

采用YHKC-2A 型颗粒饲料强度测定仪测定颗粒饲料硬度。选取每批颗粒饲料中大小和长度基本一致的样品20粒，分别依次放置于样品盘中心位置，顺时针旋转手柄，颗粒破碎时，读取峰值数据。

1.5.2.4 颗粒成型率

每批饲料混合原料制粒时，待颗粒机运转正常后，取任意3 min 内颗粒样品3 份，每份样品用4 分法取其中对角的2 份，每份样品称重后过80 目筛，筛上颗粒与所取得样品的质量比就是其成型率。

式中：m——初筛后筛上颗粒质量（g）；

M——颗粒样品总质量（g）。

1.6 数据分析

采用SPSS 21.0 单因素方差分析或独立样本T检验分析测定数据，显著性水平为P＜0.05，用Duncan’s法多重比较，结果用“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 藜麦秸秆及燕麦草不同比例混合物制粒前后营养成分变化（见表1）

由表1 可知，各组原料制粒后EE 显著下降（P＜0.05），其中Ⅲ组制粒后颗粒EE极显著低于制粒前原料（P＜0.01）；各组原料制粒后颗粒NDF 有下降趋势，且Ⅱ组与Ⅲ组制粒后颗粒NDF 显著低于制粒前原料（P＜0.05）。各组原料制粒后ADF、淀粉有下降趋势，但无显著差异（P＞0.05）；Ca、P 及CP 在制粒前后无明显变化。

表1 藜麦秸秆、燕麦干草及其不同比例混合物制粒前后营养成分（风干基础）

表1（续） 藜麦秸秆、燕麦干草及其不同比例混合物制粒前后营养成分（风干基础）

2.2 藜麦秸秆及燕麦草不同比例混合物制粒后成型参数（见表2）

表2 藜麦秸秆、燕麦干草及其混合物颗粒成型参数

由表2 可知，颗粒硬度Ⅱ组和Ⅲ组较高，极显著高于其他组（P＜0.01），且60%～100%藜麦秸秆组随其比例增加而颗粒硬度极显著下降（P＜0.01）；颗粒密度Ⅰ组最高，且显著高于Ⅱ组和Ⅳ组（P＜0.05）。成型率以Ⅲ组最高，且Ⅲ组、Ⅳ组成型率极显著高于Ⅰ组、Ⅴ组和Ⅵ组（P＜0.01）；含粉率以Ⅰ组最低，且Ⅰ组、Ⅲ组极显著低于其他组（P＜0.01）。藜麦秸秆比例为40%时，颗粒成型质量最好，之后成型质量有下降趋势，100%藜麦秸秆成型质量最差。

3 讨论

3.1 制粒对藜麦秸秆及燕麦草不同比例混合物营养成分的影响

粗饲料中的纤维主要是一种不能被哺乳动物消化酶消化的日粮组成成分，包括结构性非多糖、与细胞壁结合的多糖（纤维素、半纤维素、果胶等）及木质素[22]。研究结果表明，不同比例燕麦草及藜麦秸秆混合物制粒后，NDF、ADF 含量均呈下降趋势，且Ⅱ组与Ⅲ组NDF显著下降（P＜0.05）。这主要是在制粒过程中高温、高压、高剪切力的作用使纤维分子间化学键裂解，导致分子的极性发生变化所致[23]。张海亮等[24]研究表明，配方饲料制粒后NDF、ADF 含量均有下降；王洪才[25]报道，玉米秸秆与精料混合制粒后NDF、ADF含量均有下降，差异不显著（P＞0.05）。以上研究结果均与本研究结果相似。粗饲料在制粒的过程中，颗粒机内部高温高压环境及其从高压强度降为正常压力的过程中使物料中纤维分子化学键裂开而使物料的外部结构及内部结构遭到破坏，降低制粒后NDF、ADF含量[26]。

本研究中燕麦草、藜麦秸秆及其混合物制粒后CP有下降趋势，导致这一研究结果的原因可能是制粒过程中的高温高压以及剪切力的作用导致蛋白质分子间一些化学键断裂，蛋白质分子变性从而导致制粒后CP含量下降。郭树国等[27]研究表明，玉米在挤压膨化后CP 含量具有下降趋势，但差异不显著（P＞0.05）；孙林等[28]报道，紫花苜蓿制粒后CP含量呈下降趋势，但差异不显著（P＞0.05）。以上报道与本研究结果类似。

本研究中燕麦草、藜麦秸秆及其混合物制粒后EE显著下降（P＜0.05），推测与制粒工艺过程中的高温高压形成水热反应，水热反应过程加速不饱和脂肪酸的氧化分解，从而导致制粒后EE含量降低[29]。陈建宝[30]研究表明，随着温度的升高及高压力的作用，麦麸的脂肪含量显著下降（P＜0.05）。与甘振威等[31]在饲料膨化上的研究结果一致，以上研究结果与本研究结果类似。

3.2 藜麦秸秆及燕麦草不同比例混合物制粒的颗粒成型参数

评价颗粒饲料成型参数的技术指标主要包括含粉率、成型率和硬度等。含粉率指标对减少饲料损耗具有实际意义；颗粒饲料硬度是饲料生产中的一个重要指标，硬度过高不利于动物采食，硬度过低时成型率过低[32]。研究结果表明，Ⅵ组颗粒的成型率和硬度均低于藜麦秸秆及燕麦草混合颗粒；Ⅲ组颗粒的硬度及成形率极显著高于其他混合比例组（P＜0.01）；Ⅰ组颗粒的密度显著高于其他混合比例组（P＜0.05），含粉率极显著低于其他混合比例组（P＜0.01）。推测是藜麦秸秆本身密度较低，导致Ⅵ组颗粒的成型率、密度和硬度均低于藜麦秸秆及燕麦草混合颗粒，含粉率高于藜麦秸秆及燕麦草混合颗粒[33]。各梯度间制粒效果的差异也与不同梯度间淀粉及密度有关。

Zimonja等[34]通过对小麦和燕麦制粒后颗粒成型参数研究发现，淀粉含量高的原料糊化度较高，产生黏结作用，可改善颗粒成型参数；Thomas等[35]报道，淀粉糊化后直链淀粉会迅速变成双螺旋结构并以氢键的形式相互聚集成半晶体状态，可提高颗粒硬度及耐久度；孔露等[36]研究表明，当加热到一定程度时，淀粉结晶区会与水分子发生作用，从而产生糊化作用。本研究中不同比例藜麦秸秆与燕麦草混合颗粒硬度不同，可能与各梯度淀粉含量不同导致糊化作用程度不一致，从而出现硬度差异。本试验中各类饲料原料制粒条件相同，因此原料间混合梯度不同是引起颗粒成型参数差异的主要原因。

4 结论

①藜麦秸秆、燕麦草及其不同比例混合物制粒后，营养成分中EE显著下降，NDF、ADF、淀粉呈下降趋势，Ca、P无明显变化；

②藜麦秸秆比例为40%时颗粒成型质量最好，之后随藜麦秸秆混合比例升高而颗粒质量下降，100%藜麦秸秆颗粒成型质量最差；

③综合评定制粒前后营养价值、颗粒质量参数得出藜麦秸秆添加比例为40%时，其可饲喂价值较高。