棉籽浓缩蛋白营养价值评定及其对断奶仔猪生长性能的影响

赵金标 张 刚,2 宋孝明 刘 岭*

(1.中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.禾丰食品股份有限公司，沈阳 110164)

近几年，随着国内畜牧业和饲料工业快速发展，生猪存栏量和饲料需求持续增长。豆粕作为畜牧业主要的蛋白质饲料原料之一，其来源高度依赖进口。由于中美贸易摩擦，导致大豆价格波动幅度较大，同时存在进口量不稳定等因素，因此寻求高效的大豆替代饲料原料是降低大豆进口依存度的有效手段之一。

我国是棉花种植大国，每生产100 kg棉纤维，同时将产生160 kg棉籽，棉籽的主要部分是棉籽壳内的胚，也称棉籽仁。棉籽仁含油量为35%～45%，粗蛋白质含量为35%～40%，棉酚含量为0.2%～2.0%[1]。棉籽粕是棉籽通过去绒、脱壳后，再以机械或者溶剂提油后的产品，其中包括棉籽仁、纤维和残留的油脂，其营养价值受加工工艺和棉籽本身质量的影响。而棉籽质量与我国的棉花种植条件相关，不同棉区适合栽种的棉花种类针对性较强，低酚棉品种的栽种范围正在逐步扩大[2]。棉籽粕是世界上除大豆粕和菜籽粕外第三大贸易类蛋白质饲料原料，2021年全球棉籽粕产量近1 500万t，近几年我国棉籽粕需求量维持在400万～600万t。棉籽饼和棉籽粕是传统的棉籽加工副产品，游离棉酚含量较高和氨基酸组成不平衡是限制其应用的主要因素[3-4]。采取加工技术措施提升棉籽加工副产品的品质对于实现大豆加工副产品的高效替代具有十分重要的意义。棉籽粕首先通过有机溶剂提取棉籽油，然后利用极性溶液去除脱除棉酚后得到脱酚棉籽蛋白。而以棉籽粕为原料，在萃取技术生产工艺的基础上，通过低温提油、脱酚等工艺生产出来的脱酚棉籽浓缩蛋白(粗蛋白质含量约60%)，极大程度地去除了棉酚，提高了原料中粗蛋白质含量以及平衡了其氨基酸组成[5-6]。

仔猪免疫和消化系统发育不成熟，因此在断奶后由于氧化应激容易导致采食量低及腹泻等肠道疾病，甚至死亡。因此，在仔猪生产过程中一般饲喂易消化和营养价值高的饲料原料，以缓解因断奶应激导致的一系列问题。大豆浓缩蛋白由于其均衡的氨基酸组成常被用作仔猪教槽料和保育料中的植物性源蛋白质[7]。本实验室通过前期预试验发现，使用3%棉籽浓缩蛋白等比例替代大豆浓缩蛋白对哺乳仔猪的生长性能、营养物质消化率、血清生化指标和粪便微生物菌群无显著影响，表明了棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白在哺乳仔猪上应用的可行性，但其在断奶仔猪上的饲喂价值尚未明确。因此，本研究系统评价了棉籽浓缩蛋白生长猪的有效能值和回肠氨基酸消化率，同时探究其替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪生长性能、营养物质消化率和血清生化指标的影响，为其在断奶仔猪饲粮中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验原料

棉籽浓缩蛋白由新疆金兰植物蛋白有限公司提供，该产品棉酚含量不超过500 mg/kg且粗蛋白质含量不低于60%。棉籽浓缩蛋白化学成分分析见表1。

表1 棉籽浓缩蛋白化学成分分析(风干基础)Table 1 Analysis of chemical composition in cotton protein concentrate (air-dry basis) %

续表1项目Items含量Content氨基酸组成AAcomposition精氨酸Arg7.70组氨酸His1.72异亮氨酸Ile1.90亮氨酸Leu3.39赖氨酸Lys2.74蛋氨酸Met0.80苯丙氨酸Phe3.34苏氨酸Thr1.88色氨酸Trp0.73缬氨酸Val2.75丙氨酸Ala2.30天门冬氨酸Asp5.58半胱氨酸Cys0.86谷氨酸Glu12.12甘氨酸Gly2.49脯氨酸Pro2.25丝氨酸Ser2.47酪氨酸Tyr1.54

1.2 试验设计和试验饲粮

试验1：采用完全随机区组试验设计，选用12头初始体重为(25.02±1.21) kg的杜×长×大去势公猪，随机分成2组，每组6个重复，每个重复1头猪。各组分别饲喂玉米基础饲粮和以棉籽浓缩蛋白替代基础饲粮中20%玉米的棉籽浓缩蛋白饲粮。采用全收粪尿法和套算法测定棉籽浓缩蛋白的消化能和代谢能。试验期共12 d，前7 d为饲粮适应期，后5 d为粪尿收集期。

试验2：采用完全随机区组试验设计，选用12头初始体重为(35.04±1.70) kg且回肠末端装有T型瘘管的杜×长×大三元杂交去势公猪，随机分成2组，每组6个重复，每个重复1头猪。各组分别饲喂无氮饲粮和含30%棉籽浓缩蛋白的棉籽浓缩蛋白饲粮，使用无氮饲粮计算试验猪的氨基酸内源损失。采用外源指示剂法和直接法测定棉籽浓缩蛋白的氨基酸表观和标准回肠消化率。试验期共9 d，前7 d为饲粮适应期，后2 d为回肠食糜收集期。试验1和试验2饲粮均额外添加含有维生素和矿物质的预混料以满足25～50 kg生长猪的营养需要，其组成见表1。

表2 试验1和试验2饲粮组成(风干基础)Table 2 Composition of diets in experiment 1 and experiment 2 (air-dry basis) %

试验3：选取192头初始体重为(8.31±0.24) kg的杜×长×大三元杂交断奶仔猪，采用单因子试验设计，根据猪的体重、性别随机分为4组，每组6个重复，每个重复8头猪。对照组饲喂基础饲粮(含有6%大豆浓缩蛋白)，试验组分别饲喂含有2%、4%和6%棉籽浓缩蛋白(等量替代大豆浓缩蛋白)的试验饲粮。试验3饲粮组成及营养水平见表3。饲粮营养成分满足《猪营养需要量》(GB/T 39235—2020)[8]推荐的7～25 kg生长猪对营养物质的需要量，粉料饲喂，自由采食和饮水。试验期28 d。

表3 试验3饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 3 Composition and nutrient levels of diets in experiment 3 (air-dry basis) %

续表3项目Items棉籽浓缩蛋白水平Cottonproteinconcentratelevel/%0246L-苏氨酸L-Thr0.160.170.180.19DL-蛋氨酸DL-Met0.100.100.100.10L-色氨酸L-Trp0.100.100.100.10预混料Premix1)0.500.500.500.50石粉Limestone0.750.750.750.75磷酸氢钙CaHPO40.640.640.640.64食盐NaCl0.300.300.300.30氯化胆碱Cholinechloride0.050.050.050.05合计Total100.00100.00100.00100.00营养水平Nutrientlevels2)净能NE/(MJ/kg)12.4012.4012.4012.40粗蛋白质CP19.0819.1419.1719.22标准回肠可消化赖氨酸SIDLys1.191.191.191.19标准回肠可消化苏氨酸SIDThr0.730.730.730.73标准回肠可消化蛋氨酸SIDMet0.380.380.380.38

1.3 饲养管理

所有试验均在国家饲料工程技术研究中心丰宁动物实验基地暨中国农业大学丰宁实验站(承德九运农牧有限公司)开展。试验1和试验2正式开始前，将试验猪随机放入专用不锈钢消化代谢笼(1.40 m×0.45 m×0.60 m)中适应7 d，单笼饲养。试验期间饲喂生长猪全价饲料，自由饮水。试验正式开始前对每头猪进行称重，确定采食量。试验猪每日的饲喂总量为其体重的4%，在每天09：00和15:00等量饲喂。试验1和试验2猪舍温度控制在(22±3) ℃，相对湿度控制在(60±2)%。

试验3将仔猪分栏饲养于圈舍(1.5 m×1.5 m×1.0 m)。饲粮形式为粉料，自由采食和饮水，保持猪舍通风和清洁。每天观察并记录仔猪采食和腹泻等健康状况。试验期间舍内温度控制在(25±3) ℃，相对湿度控制在(60±2)%。

1.4 样品采集

试验1：粪样和尿样收集具体方法和过程参考马晓康[3]。

试验2：回肠食糜收集具体方法参考Stein等[9]。

试验3：在第25～27天，从每圈中收集约150 g左右新鲜粪便，于-20 ℃保存。试验结束后将粪样在65 ℃烘箱中烘72 h，装袋待测。试验第28天，每栏选取1头健康仔猪，空腹前腔静脉采血5 mL，静置后3 000 r/min离心15 min采集血清，于-20 ℃保存待测。

1.5 样品检测

试验1及试验3样品中干物质(DM)、粗蛋白质、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、盐酸不溶灰分、18种氨基酸和铬含量分别按照GB/T 6435—2006、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6438—2007、GB/T 23742—2009、GB/T 18246—2019及GB/T 13088—2006方法进行测定[10-16]。中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量的测定方法参照Van Soest等[17]。饲粮、粪和尿的总能的测定参照国际标准ISO 9831:1998方法。

试验3在第1天、第14天和第28天，分别空腹称量仔猪个体重及饲料重量，计算平均日增重、平均日采食量和料重比。

采用全自动生化分析仪(日立7600，日本)测定血清白蛋白(ALB)、总蛋白(TP)、尿素氮(UN)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)和免疫球蛋白M(IgM)含量以及谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)和碱性磷酸酶(ALP)活性。血清超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和总抗氧化能力(T-AOC)及丙二醛(MDA)含量按照说明书使用相应的商品化试剂盒(南京建成生物工程研究所)进行测定。

1.6 计算公式

试验1饲粮和原料消化能、代谢能计算公式如下：

饲粮消化能(MJ/kg)=[食入总能(MJ)-粪能(MJ)]/饲粮食入量(kg)；饲粮代谢能(MJ/kg)=[食入总能(MJ)-粪能(MJ)-尿能(MJ)]/饲粮食入量(kg)；原料消化能(MJ/kg)=[饲粮消化能(MJ/kg)-(100-x)×基础饲粮消化能(MJ/kg)]/x；原料代谢能(MJ/kg)=[饲粮代谢能(MJ/kg)-(100-x)×基础饲粮代谢能(MJ/kg)]/x。

式中：x为待测原料代替基础饲粮比例。

试验2氨基酸表观和标准回肠消化率计算公式如下：

表观回肠消化率(%)=[1-饲粮铬含量(g/kg DM)×食糜中氨基酸含量(%)/食糜中铬含量(g/kg DM)×饲粮氨基酸含量(%)]×100；回肠内源流量(g/kg DMI)=[食糜中氨基酸含量(%)×饲粮铬含量(g/kg DM)]/食糜中铬含量(g/kg DM)；标准回肠消化率(%)=表观回肠消化率(%)+[回肠内源流量(g/kg DMI)/饲粮氨基酸含量(%)]×100。

式中：DM代表干物质含量；DMI代表干物质摄入量。

试验3仔猪腹泻率和营养物质消化率计算公式如下：

腹泻率(%)=仔猪腹泻总数/(试验仔猪数×试验天数)×100；营养物质消化率(%)=100-(饲粮盐酸不溶灰分含量×粪中营养成分含量/粪中盐酸不溶灰分含量×饲粮营养物质含量)×100。

1.7 统计分析

数据采用SAS 9.2统计软件Proc GLM程序进行方差分析，用LSMEANS方法计算平均值，并使用Tukey’s test程序进行多重比较。以栏为统计单位分析生长性能、腹泻率和营养物质消化率数据，以试验猪作为统计单位分析有效能值、氨基酸消化率和血清生化指标数据。P<0.05为差异显著。

2 结 果

2.1 棉籽浓缩蛋白有效能值、能量表观全肠道消化率和氨基酸标准回肠消化率

试验1通过全收粪法和套算法计算棉籽浓缩蛋白消化能、代谢能和能量表观全肠道消化率，由表4可见，棉籽浓缩蛋白消化能、代谢能和能量表观全肠道消化率分别为16.51 MJ/kg、15.38 MJ/kg和89.79%。

表4 棉籽浓缩蛋白消化能、代谢能和能量表观全肠道消化率(风干基础)Table 4 Digestible energy,metabolizable energy and apparent total intestinal digestibility of energy in cotton protein concentrate (air-dry basis)

试验2通过指示剂法和直接法测定棉籽浓缩蛋白的氨基酸表观和标准回肠消化率，由表5可见，棉籽浓缩蛋白的粗蛋白质和氨基酸表观和标准回肠消化率分别为68%～93%和75%～94%。其中，棉籽浓缩蛋白的赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸和缬氨酸5种氨基酸的标准回肠消化率分别为78%、88%、84%、84%和85%。

表5 棉籽浓缩蛋白的氨基酸表观和标准回肠消化率Table 5 Apparent and standardized ileal digestibility of amino acids in cotton protein concentrate %

2.2 棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪生长性能的影响

由表6可见，棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪第1～14天、第15～28天和第1～28天的生长性能和腹泻率均无显著影响(P>0.05)。

表6 棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪生长性能与腹泻率的影响Table 6 Effects of cotton protein concentrate replacing soy protein concentrate on growth performance and diarrhea rate of weaned piglets

续表6项目Items棉籽浓缩蛋白水平Cottonproteinconcentratelevel/%0246均值标准误SEMP值P-value平均日采食量ADFI/g54154756251520.360.50料重比F/G1.581.591.711.580.050.46腹泻率Diarrhearate/%1.181.191.451.270.320.58第15～28天Days15to28平均日增重ADG/g52850153551812.270.48平均日采食量ADFI/g93488398086731.400.27料重比F/G1.771.771.831.660.310.10腹泻率Diarrhearate/%4.104.434.844.630.480.96第1～28天Days1to28平均日增重ADG/g43342343742511.660.70平均日采食量ADFI/g73771577069123.910.31料重比F/G1.701.691.771.630.310.11腹泻率Diarrhearate/%2.652.823.143.90.320.53

2.3 棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪营养物质消化率的影响

由表7可见，棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪总能和营养物质消化率均无显著影响(P>0.05)。

表7 棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪营养物质消化率的影响Table 7 Effects of cotton protein concentrate replacing soy protein concentrate on nutrient digestibility of weaned piglets %

2.4 棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪血清生化指标的影响

由表8可见，棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪血清生化指标均无显著影响(P>0.05)。

表8 棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪血清生化指标的影响 Table 8 Effects of cotton protein concentrate replacing soy protein concentrate on serum biochemical indexes of weaned piglets

3 讨 论

棉籽加工工艺主要有压榨法、直接浸提法和预压浸提法。由于预压浸提法的出油率高，因此该加工工艺被广泛使用。棉籽粕中棉酚含量较高是限制棉籽粕在养殖业中广泛使用的主要原因之一。棉籽中棉酚以游离棉酚和结合棉酚2种形式存在。游离棉酚含有具有毒性的醛基和羟基集团，而结合棉酚往往毒性较小。另外，棉籽粕中游离棉酚在高温挤压过程中与赖氨酸容易结合形成不溶性复合物，从而降低赖氨酸消化率及其营养价值[18]。

本研究中使用的棉籽浓缩蛋白采用“液-液-固”三相萃取法获得，有机溶剂萃取法是利用醇溶类物质浸提游离棉酚，由于有机溶剂萃取法不涉及高温环境，因此较大程度上保留棉籽粕的营养价值。目前国内对棉籽浓缩蛋白的消化能的研究较少，公开发表的数据均主要围绕脱酚棉籽饼粕。本研究结果表明，风干基础下棉籽浓缩蛋白消化能、代谢能和能量表观全肠道消化率分别为16.51 MJ/kg、15.38 MJ/kg和89.79%。张铖铖等[4]报道生长猪对脱酚棉籽蛋白的消化能为12.41 MJ/kg。另外，已有研究学者对全国范围内的11种代表性脱酚棉籽蛋白进行了营养价值评定，测定的平均消化能为11.67 MJ/kg[19-20]，远低于本研究测定结果。同样地，本研究中测得的棉籽浓缩蛋白消化能和代谢能高于中国猪营养需要量中棉籽蛋白的能值。这主要是由于本试验使用的棉籽浓缩蛋白的粗蛋白质含量在风干基础下约为61%，远远高于上述已报道的研究。Wang等[21]测定了生长猪对脱酚棉籽蛋白的消化能和代谢能分别为17.25和16.04 MJ/kg，这与棉籽浓缩蛋白中粗蛋白质含量(66.26%)及其消化率(91%)较高有关。然而，赵建飞等[22]报道了粗蛋白质含量为59.89%的棉籽浓缩蛋白的消化能和能量表观消化率分别为15.61 MJ/kg和86.64%，低于本研究所测定结果，这可能是该研究所采用的棉籽浓缩蛋白的总能(18.01 MJ/kg)相对较低。这些结果表明不同来源与加工工艺的棉籽浓缩蛋白的化学组成存在很大差异，且粗蛋白质水平对有效能值的影响较大。此外，Li等[23]测定体重为10.2 kg的断奶仔猪对棉籽浓缩蛋白的消化能和能量表观消化率分别为15.79 MJ/kg和87.4%，低于本研究测定的生长猪消化能值。这是由于生长猪的胃肠道发育与仔猪相比较为成熟，且消化酶活性较高，因此生长猪对能量和营养物质消化率高于断奶仔猪，从而导致棉籽浓缩蛋白的生长猪消化能和代谢能测定值较大。

刘昌娥等[24]分别对棉籽粕和脱酚棉籽蛋白的猪氨基酸表观消化率进行测定，结果表明脱酚棉籽蛋白氨基酸消化率高于棉籽粕。李敏[25]研究了猪对脱酚棉籽蛋白的消化能和氨基酸标准回肠消化率，结果表明猪对脱酚棉籽蛋白的消化能为12.41 MJ/kg，必需氨基酸标准回肠消化率在80%以上，略低于豆粕。也有研究发现，脱酚棉籽浓缩蛋白的绝大多数氨基酸的回肠消化率高于鱼粉与酶解豆粕[23]。与Wang等[21]报道的数据相接近，本研究中棉籽浓缩蛋白除赖氨酸以外的其余必需氨基酸的标准回肠消化率超过84%，并与豆粕的氨基酸消化率相当。这些结果表明脱酚后的棉籽浓缩蛋白是一种优质的植物性蛋白质原料。较低的赖氨酸消化率表明棉籽浓缩蛋白的限制性氨基酸可能是赖氨酸，应用棉籽浓缩蛋白配制猪饲粮时，需要额外添加晶体赖氨酸来平衡氨基酸组成。此外，本次试验测得粗蛋白质的表观回肠消化率为82%，这与Wang等[21]测定的结果相吻合，但高于Li等[23]在仔猪上测定的脱酚棉籽蛋白的粗蛋白质消化率(79.9%)。

饲粮中蛋白质品质高低对仔猪的生长发育具有重要影响，豆粕是我国畜禽生产最常用的蛋白质饲料原料，具有蛋白质含量较高、氨基酸组成较平衡、易消化等特点，但是大豆高度依赖进口严重制约了我国畜牧业的健康可持续发展。周维仁等[26]用脱酚棉籽蛋白分别替代生长猪饲粮中50%和100%的豆粕，利用晶体氨基酸调整饲粮氨基酸组成，结果表明脱酚棉籽蛋白不同替代组和豆粕组的猪生长性能相似，这表明脱酚棉籽蛋可以完全或部分替代豆粕。刘昌娥等[24]通过对血清生化指标的测定分析，结果表明脱酚棉籽蛋白不影响猪的血清生化指标、蛋白质代谢和健康状况。李敏[25]用脱酚棉籽蛋白分别替代0(对照组)、20%、40%、60%的豆粕，研究结果表明各替代组的断奶仔猪生长性能和血清生化指标均与对照组无显著差异；另外利用脱酚棉籽蛋白分别替代0、50%、75%、100%的豆粕，发现脱酚棉籽蛋白替代比例对育肥猪的生长性能、血清生化指标及胴体品质均无不良影响。

仔猪由于免疫和消化系统发育不成熟，在断奶后容易受氧化应激导致采食量降低和腹泻等症状[27]。本次试验以断奶仔猪作为研究对象，结果表明在净能和标准回肠可消化氨基酸含量一致的条件下，与大豆浓缩蛋白相比，使用棉籽浓缩蛋白替代不同水平的大豆浓缩蛋白对断奶仔猪的生长性能、营养物质消化率、血清生化指标均无显著影响，这表明棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪无负面作用。该结果与Wang等[21]报道的结果相似，即使用棉籽浓缩蛋白等比例替代大豆浓缩蛋白后对断奶仔猪生长性能、腹泻率和营养物质消化率均无显著影响。此外，也有研究发现，4%棉籽浓缩蛋白等比例替代鱼粉后对断奶仔猪生长性能、营养物质消化率以及血清生化指标均无显著影响[22,28-29]，但可以降低仔猪每千克增重的粪氮排放量[28]，并改善肠道微生物组成和上皮屏障功能[29]。

4 结 论

风干基础下棉籽浓缩蛋白消化能、代谢能分别为16.51、15.38 MJ/kg。棉籽浓缩蛋白的粗蛋白质和氨基酸标准回肠消化率分别为89%和75%～94%。不同水平的棉籽浓缩蛋白替代大豆浓缩蛋白对断奶仔猪生长性能、营养物质消化率及血清生化指标均没有显著影响。因此，棉籽浓缩蛋白在断奶仔猪饲粮中可替代大豆浓缩蛋白，并且不会降低断奶仔猪的生长性能。