水合时间对单宁处理豆粕体外蛋白质保护及消化率的调节作用

《Archives of Animal Nutrition》：Hydration duration modulates in-vitro protein protection and digestibility in tannin-treated soybean meal

　　

日粮蛋白质的高效利用可改善反刍动物生产性能并减少向环境的氮排放。豆粕（soybean meal，SBM）是反刍动物营养中的主要蛋白质来源，但其瘤胃粗蛋白（crude protein，CP）降解率较高。单宁（tannins）可降低瘤胃蛋白质降解，然而单宁处理过程中水合时间（hydration duration）的影响尚不明确。在本体外研究中，研究人员评估了三种水合时间（8小时、16小时、24小时）结合栗木提取物（chestnut wood extract，CWE）和白破斧木提取物（quebracho wood extract，QUE）单宁（添加水平为50和100 g/kg）对豆粕干物质（dry matter，DM）和粗蛋白降解率及消化率的影响。水合时间与单宁处理对干物质降解率和消化率存在显著交互作用（p < 0.05）。描述性结果表明，在不同水合时间下，单宁处理样品的体外粗蛋白降解率均低于相应对照组。最低粗蛋白降解率出现在8小时水合、添加100 g/kg CWE的处理组（380 ± 24.8 g/kg CP），而该处理的粗蛋白消化率在16小时水合后最低，在24小时水合后升至984 ± 2.8 g/kg CP。最高过瘤胃蛋白（by-pass CP，CP_BP）值出现在8小时水合后，范围为397 ± 38.9 g/kg CP（QUE 50 g/kg）至591 ± 25.3 g/kg CP（CWE 100 g/kg）。干物质降解率降低幅度为7%（QUE 100 g/kg，24小时水合）至26%（CWE 100 g/kg，8小时水合）。这些结果表明，8小时水合时间可能在蛋白质保护与维持营养物质消化率之间提供最有利的平衡。

论文解读

一、研究背景与问题提出

在反刍动物营养领域，日粮蛋白质的高效利用是提升高产牛生产性能和控制环境氮排放的关键环节。豆粕（soybean meal，SBM）因其粗蛋白（crude protein，CP）含量高、氨基酸组成优良，被广泛用作肉牛和奶牛的蛋白质饲料。然而，豆粕在瘤胃中的蛋白质降解率较高，导致到达真胃和小肠的可利用蛋白质和氨基酸供应不足，营养效率大打折扣。因此，如何降低豆粕的瘤胃降解率、提高过瘤胃蛋白（by-pass CP，CP_BP）含量，成为反刍动物营养学研究的重要方向。

在众多加工策略中，利用植物源生物活性物质——单宁（tannins）处理豆粕受到越来越多的关注。单宁能够与蛋白质形成在瘤胃中不易降解的复合物，从而保护蛋白质免于瘤胃微生物的过度分解，同时还可增强反刍动物的抗氧化防御和免疫功能。根据化学结构，单宁可分为水解单宁（hydrolysable tannins）和缩合单宁（condensed tannins），市售最常见的分别是栗木提取物（chestnut wood extract，CWE）和白破斧木提取物（quebracho wood extract，QUE）。已有研究表明，CWE和QUE对豆粕蛋白质的沉淀效果存在差异，且单宁的添加浓度直接影响保护效果和潜在的负面效应。然而，在单宁处理豆粕的实际操作中，水分添加量和干燥方式等二次加工条件对单宁-蛋白复合物形成的影响日益受到重视，其中水合时间（hydration duration）——即水分、单宁和豆粕三者接触的时间长度——作为一个关键变量，此前一直缺乏系统研究和标准化。现有文献中，水合处理从喷淋后立即干燥到浸泡24小时不等，差异悬殊，导致不同研究间难以比较，也难以形成统一的加工工艺推荐。

基于上述背景，研究人员开展了本项体外研究，旨在系统探讨三种水合时间（8小时、16小时、24小时）与两种单宁来源（CWE和QUE）、两种添加水平（50和100 g/kg）之间的交互作用，评估其对豆粕干物质（dry matter，DM）和粗蛋白瘤胃降解率（in-vitro CP degradability，ivCPDeg）及真胃和小肠消化率（in-vitro CP digestibility，ivCPDig）的影响，并计算过瘤胃蛋白含量（CP_BP）及其消化率（dCP_BP），以期明确最优的水合时间-单宁组合，为单宁处理豆粕的实践应用提供依据。

二、关键技术与方法概要

本研究采用体外法，以豆粕为底物，设置2 × 2 × 3析因设计，即单宁类型（不加单宁的对照CON、CWE、QUE）、单宁浓度（50和100 g/kg）和水合时间（8小时、16小时、24小时），另设三个非析因对照处理。单宁以粉末形式直接添加，按1:2.5（w/v）比例加入蒸馏水，20 °C下分别水合相应时间后，于80 °C鼓风干燥箱中干燥48小时，粉碎至1 mm备用。瘤胃液采集自三只装有永久瘘管的成年阉割Jezersko Sol?avska × Romanovska公羊（Ovis aries），供体动物以草地干草为基础日粮，补充商业颗粒料。体外干物质和粗蛋白降解率采用ANKOM Daisy II培养箱测定，底物装入孔径50 ± 10 μm的R510浓缩饲料袋中，在39 °C下培养24小时。体外消化率采用Gargallo等提出的三步酶解法，依次在盐酸-胃蛋白酶溶液和磷酸盐-胰酶溶液中培养。粗蛋白降解率和消化率的测定基于合并底物残渣的方式进行分析。数据采用R软件中的两因素线性混合模型进行统计分析，以处理和组合因子及水合时间为固定效应，培养批次为随机效应，采用Tukey和Dunnett-adjusted方法进行多重比较。

三、主要研究结果

（一）体外粗蛋白降解率和消化率

描述性结果显示，在各水合时间下，单宁处理样品的体外粗蛋白降解率均低于相应对照组。最低的粗蛋白降解率出现在8小时水合、添加100 g/kg CWE的处理组，其平均ivCPDeg为380 ± 24.8 g/kg CP。该处理的粗蛋白降解率在16小时水合后升高至444 ± 16.5 g/kg CP，在24小时水合后为423 ± 13.5 g/kg CP。对于体外粗蛋白消化率，大多数单宁处理样品的平均值与相应对照组接近。添加100 g/kg CWE的处理组在16小时水合后表现出最低的粗蛋白消化率（961 ± 23.1 g/kg CP），而在24小时水合后回升至984 ± 2.8 g/kg CP。

（二）过瘤胃蛋白含量及其消化率

描述性计算结果表明，在不同水合时间下，单宁处理样品的平均过瘤胃蛋白含量均高于相应对照组。最大的过瘤胃蛋白值出现在8小时水合条件下，其中100 g/kg CWE处理组达到591 ± 25.3 g/kg CP，50 g/kg QUE处理组达到397 ± 38.9 g/kg CP，分别比相应对照高出385 g/kg CP和191 g/kg CP。从8小时延长至16小时水合后，50 g/kg QUE处理组的平均过瘤胃蛋白降低了172 g/kg CP，100 g/kg QUE处理组降低了92 g/kg CP。过瘤胃蛋白消化率（dCP_BP）方面，部分处理表现良好，如8小时水合下50 g/kg CWE组和16小时水合下50 g/kg QUE组的平均dCP_BP分别比对照高出22和29 g/kg CP。

（三）体外干物质降解率和消化率

统计分析表明，水合时间与单宁处理对体外干物质降解率（ivDMDeg）和体外干物质消化率（ivDMDig）存在显著交互作用（p < 0.05）。各水合时间下单宁处理均降低了干物质降解率。最大降幅出现在8小时水合条件下，CWE 100 g/kg处理使干物质降解率降低222 g/kg DM（约26%），QUE 100 g/kg处理降低116 g/kg DM。随着水合时间从8小时延长至24小时，干物质降解率逐渐回升趋势。对于干物质消化率，对照组及50 g/kg添加水平的CWE和QUE组均随水合时间延长而逐渐增加，每延长一个水合阶段约提升0.9个百分点。24小时水合下QUE 100 g/kg处理组达到了最高的干物质消化率（975 ± 2.5 g/kg DM）。值得注意的是，添加100 g/kg CWE的处理在各水合时间下均使干物质消化率降低约2%。

四、讨论与结论

本研究首次系统评估了水合时间对单宁处理豆粕蛋白质保护和消化率的影响。结果清晰地表明，8小时水合时间在不同单宁类型和浓度下与最低的粗蛋白降解率和最高的过瘤胃蛋白含量相关，表明蛋白质保护作用在相对较早的水合阶段即已发生。从机制上推测，这可能与单宁-蛋白复合物形成的时间依赖性有关：较短的接触时间足以形成有效的瘤胃抗性复合物，而过长的水合时间可能导致复合物的解离或重组，削弱保护效果。这一趋势与Perez-Gregorio等人在唾液蛋白模型体系中观察到的中等孵育时间（6小时）产生最大复合物数量和分子量的发现相呼应。

在消化率方面，8小时水合并未严重损害干物质消化率，尤其是QUE和50 g/kg CWE处理组在此条件下保持了良好的消化性能。然而，高浓度CWE（100 g/kg）在16小时水合后显著降低了粗蛋白消化率，暗示过强的单宁-蛋白结合可能对真胃和小肠段的酶解产生不利影响。有趣的是，该处理的消化率在24小时水合后有所恢复，提示更长的水合时间可能促使复合物向更小、更易消化的形式转化，但这一假说尚需分子层面的进一步验证。

本研究的主要结论为：在本体外实验条件下，8小时水合时间能够为单宁处理豆粕提供蛋白质保护与营养物质消化率之间的最佳平衡，其中50 g/kg CWE和QUE与8小时水合的组合在提高过瘤胃蛋白的同时较好地维持了消化性能。然而，单宁添加会不可避免地降低干物质降解率，这可能影响瘤胃发酵参数，是需要权衡的方面。本研究的主要局限性在于依赖体外数据、以豆粕为单一底物、粗蛋白分析基于合并残渣样本，且缺乏发酵参数和微生物数据的支持。未来研究应优先评估更短且更切合实际生产的水合时间（如0、2和4小时），并结合发酵参数和微生物响应进行验证，最终通过体内试验确认优化处理方案的实际效果。此外，在优化过程中还需综合考量单宁类型和浓度、水分添加量、水合时间和干燥温度的协同效应。