部分脱水方法对高水分饲草化学成分的影响

《Animal Feed Science and Technology》：Effects of partial dehydration methods on high-moisture forages chemical composition

　　

饲草是热带生产系统中反刍动物日粮的主要组成部分。优化饲草利用需要准确表征其化学成分，这是决定其供应能量和营养素潜力的主要因素。然而，新鲜饲草和青贮饲料的物理特性妨碍了大多数化学分析程序的直接评估。因此，需要先进行物理加工，将实验室样品转化为适合化学分析的分析样品。

高水分饲草的实验室样品部分脱水对于促进处理、储存和机械加工过程（如粉碎）至关重要。理想情况下，物理加工产生的改变应仅限于物理层面，从而保持从决策单元采集的原始材料化学完整性。

部分脱水可通过冷或热基过程实现，每种方法各有优缺点。冷冻干燥通常被认为能产生最接近原始材料的分析样品，尽管无法保证完全消除挥发损失。然而，与专业基础设施和设备相关的高运营成本限制了其广泛应用。

热基方法更易获得；然而，除挥发损失外，热应用还会促进蛋白质变性和化学假象的形成。这些改变在高温下（即>60°C）会加剧。由非酶促热介导反应生成的假象主要被定量为纤维组分的一部分，从而改变分析样品的化学轮廓，增加其与原始材料特性的差异。

最广泛采用的热基部分脱水方法涉及使用鼓风干燥箱（50-60°C；Detmann等，2025），该方法能精确控制物理加工参数，并在被认为不易发生蛋白质变性和假象形成的温度下运行。然而，鼓风干燥箱中缓慢的升温速率可能促进不利的代谢过程（如内源酶活性、蛋白质降解），并因延长暴露时间而增加非酶促反应的可能性。因此，研究人员假设使用微波炉进行预热步骤可能通过加速达到目标干燥温度来减少化学成分估计中的偏差。

替代性热基方法，如使用微波炉和空气炸锅，与传统实验室设备相比提供了更快、更经济的选择，且广泛可得。然而，这些设备对物理条件的控制有限，特点是加热模式不规则且脱水期间温度调节困难，可能导致过热，从而增加不利化学修饰。

以较低成本和更高可及性为特征的方法是具吸引力的替代方案，因此往往在分析实验室中被更频繁地采用。然而，其适当采用和应用需要全面评估其对干物质估计和分析物完整性的影响。尽管已有几种脱水方法被描述用于饲草样品制备，但比较其对干物质估计和化学成分影响的科学证据仍然有限，特别是对于最近采用的替代方法，如家用空气炸锅干燥。这些实用且低成本方法在日常实验室活动中的使用日益增多，已超过其科学验证和标准化进程。

在缺乏坚实科学基础或充分标准化的情况下使用部分脱水方法，可能在饲草化学成分估计中引入系统偏差，可能损害饲草质量评估、营养评价以及基于这些分析的生产系统决策。

因此，研究人员的目标是通过两个独立实验，全面评估不同部分脱水方法对高水分饲草干物质定量及多项分析特性的影响，包括化学成分、氮组分分级、纤维表征、消化率和比色特性。为确保结果适用于广泛的实际情况，研究涵盖了多种饲草材料，包括青贮饲料、新鲜禾本科牧草和新鲜豆科牧草。

论文解读：部分脱水方法对高水分饲草化学成分的影响

**1. 研究背景与目的**

饲草是热带生产系统中反刍动物日粮的主要组分，其化学成分的准确表征是评估其营养价值和利用效率的核心前提。然而，新鲜饲草和青贮饲料因含水量高、物理结构复杂，无法直接进行多数化学分析，必须先经部分脱水处理转化为适宜的分析样品。理想的部分脱水应仅改变样品物理形态而不影响其化学完整性。冷冻干燥虽被公认为保持样品化学完整性最佳的方法，但高昂的设备与运营成本限制了其推广。热基脱水方法（如鼓风干燥箱）虽更普及，但加热过程可能引发蛋白质变性、非酶促反应及挥发性物质损失，导致化学假象生成，使分析结果偏离原始材料真实组成。近年来，微波炉和空气炸锅等家用设备因快速、经济而被尝试用于饲草样品脱水，但缺乏系统的科学验证。已有证据显示，不同脱水方法对干物质（DM）估计和化学成分的影响尚不明确，尤其对空气炸锅这类新方法的评估几乎空白。若在无标准化依据下盲目采用这些方法，可能给饲草质量评估和动物营养决策引入系统性偏差。为此，研究人员设计两个独立实验，系统比较冷冻干燥、鼓风干燥箱干燥、微波干燥、微波辅助鼓风干燥及空气炸锅干燥对高水分饲草DM定量、化学成分、氮组分分级、纤维特征、消化率及色泽属性的影响，研究覆盖青贮饲料、新鲜禾本科与豆科牧草，以增强结果普适性。

**2. 研究方法概要与技术关键**

实验在巴西维索萨联邦大学动物科学系动物营养实验室开展。实验1采集20份玉米青贮样品，每份均分为4个亚样本，分别采用冷冻干燥、鼓风干燥箱干燥（55°C/48 h）、微波干燥（729 W）及微波预处理1 min后再鼓风干燥。实验2采集28份饲草样品，分组为新鲜禾本科（n=10）、新鲜豆科（n=8）和青贮饲料（n=10），每个亚样本分别采用冷冻干燥、鼓风干燥箱干燥、微波干燥（635 W）和空气炸锅干燥（121°C）。所有样品脱水后经2 mm和1 mm筛网粉碎，测定残余含水量、总氮（N）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、酸性洗涤木质素（ADL，实验2替代Klason木质素）、中性洗涤不溶氮（NDIN）、酸性洗涤不溶氮（ADIN）、可溶氮（SN）、不溶氮（IN）、非蛋白氮（NPN）、蛋白氮（PN），并采用288 h瘤胃原位孵育测定不可消化NDF（iNDF），通过体外批量培养测定DM消化率（IVDMD）和NDF消化率（IVNDFD）。实验2还使用色度仪检测样品色泽参数（L^*、a^*、b^*），转化RGB模式。统计学分析采用SAS GLIMMIX混合模型。

**3. 研究结果**

*3.1 水分相关指标*：实验1中，冷冻干燥和微波辅助鼓风干燥去除的水分量最高，微波干燥最低。实验2中，冷冻干燥和鼓风干燥箱干燥的除水量显著高于空气炸锅干燥（P<0.05）。空气炸锅干燥后样品残余含水量在新鲜禾本科中最高（P<0.05）。DM浓度方面，微波和空气炸锅干燥的DM估计值较冷冻干燥平均高5.1%–6.5%。表明微波和空气炸锅对结构性水的脱除能力低于冷冻干燥。

*3.2 氮化合物*：实验1中，热基方法均降低了总N含量，其中微波处理降幅最大。热基处理使SN降低、IN升高，ADIN显著增加（P<0.05）。实验2中，新鲜禾本科和豆科牧草经热基脱水的总N和SN均低于冷冻干燥（P<0.05），而青贮饲料总N未受影响。nNDIN在新鲜禾本科和豆科中随热强度增加而下降，而NDIN显著上升，ADIN仅在豆科空气炸锅处理中升高。NPN随热强度降低，PN不受影响。SPN在冷冻干燥中最高，微波干燥最低。

*3.3 纤维组分*：实验1中，热基方法未影响NDF和NDFp，但ADF在鼓风干燥箱处理较高，KL在所有热基处理中均增加（P<0.05）。实验2中，新鲜牧草NDF随热强度增加而升高（P<0.05），豆科牧草中尤以空气炸锅处理增幅最大；NDFp仅在空气炸锅处理中升高。ADL在新鲜禾本科和豆科中均以空气炸锅处理最高（P<0.05）。iNDF未受方法影响（P≥0.10）。

*3.4 消化率*：实验1中，微波干燥使IVDMD显著降低（P<0.05），IVNDFD无变化。实验2中，豆科牧草的IVDMD在冷冻干燥中最高，空气炸锅和鼓风干燥箱处理后降低（P<0.05）；禾本科中热基处理也降低IVDMD，而IVNDFD不受影响。iNDF在两组间无差异。

*3.5 色泽特性*：新鲜材料色泽最暗，hue角最大（偏绿）。冷冻干燥后样品变亮、hue角接近90°（偏黄）。热基处理使hue角向红（0°）偏移，L^*降低，呈褐色加深趋势，以微波和空气炸锅最明显，青贮饲料色调偏移较小。

**4. 讨论与结论**

研究发现，热基部分脱水导致的化学改变与加热温度及时间正相关，新鲜饲草较青贮饲料更为敏感。青贮饲料因发酵产酸导致pH较低，抑制非酶促反应，故化学改变较轻。鼓风干燥箱干燥（55°C）在所有热基方法中对化学成分影响最小，与冷冻干燥差异最小。微波和空气炸锅因运行温度超过80°C，诱发显著的非酶促褐变与蛋白质不溶化，导致N损失、纤维假象增加及IVDMD下降。DM估计上，微波和空气炸锅存在5%–6.5%的高估偏差，但若仅用于快速估算DM（如配方调整或草场产量估计），仍具实用价值。结论为：热基部分脱水会改变高水分饲草的实测化学特征，新鲜饲草改变大于青贮饲料，且随热强度增加而加剧；在无法使用冷冻干燥时，推荐采用鼓风干燥箱干燥（55°C），因其引起的化学特征变化最小。