膨化和发酵大豆分子结构FTIR分析及其对瘤胃降解特性影响

摘要

化学、物理、生物等处理会改变饲料的营养价值，反映在营养成分、瘤胃降解特性和消化率改变等方面。传统的饲料营养价值评价方法都是建立在化学分析的基础上，并未对饲料内部分子结构进行探究。然而，饲料营养价值改变与其内部分子结构变化息息相关。本试验将传统的化学饲料营养评定方法与傅里叶变换红外光谱(FTIR)相结合，从分子结构上研究膨化和发酵大豆产品的营养价值，并建立其常规营养成分的瘤胃降解特性与其分子结构的关系，为以后研究分子结构与饲料营养价值的关系奠定基础。 本试验选取了5个大豆产品，它们的加工方法如下: 豆粕1:铁岭九三，粗蛋白蛋白含量43％，60～65℃软化-破碎-压片-浸油-100～125℃干燥包装;豆粕2:长春九三，粗蛋白含量43％，60～65℃软化-破碎-压片-浸油-100～125℃干燥包装;膨化豆粕:60～65℃软化-破碎-压片-100～105℃膨化-浸油-100～125℃干燥包装;发酵豆粕:使用豆粕1或豆粕2加工工艺下的豆粕，加入嗜乳酸杆菌和酿酒酵母菌液，控制水分在65～75％，温度在15～20℃，发酵1～3天;膨化大豆:干法膨化整粒全脂大豆，利用螺旋杆挤压，瞬间高温，快速喷出，膨化腔温度在135～145℃。 试验内容包括:对样品进行常规营养成分测定和CNCPS组分测定;采用尼龙袋法测定干物质、蛋白质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的瘤胃降解率;采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术对样品蛋白质和碳水化合物的分子结构进行测定和分析。结果表明: (1)膨化和发酵可以降低大豆产品的中性洗涤纤维，酸性洗涤纤维，木质素含量。发酵可以提高总蛋白质和可溶性蛋白质含量。 (2)与豆粕1和豆粕2相比，膨化和发酵显著降低了相关蛋白质光谱强度（酰胺Ⅰ带和Ⅱ带的高度与面积，α-螺旋与β-折叠的高度）(P＜0.05)，并且膨化大豆的降幅最大。光谱特征值的比值也差异显著(P＜0.05)，膨化大豆的酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅱ带的面积比值显著降低，α-螺旋与β-折叠的高度比值也显著降低。然而，膨化豆粕与发酵豆粕间的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的高度比值、面积比值和α-螺旋与β-折叠的高度比值则无明显差异。 (3)与豆粕1和豆粕2相比，膨化和发酵显著降低了碳水化合物光谱强度值(P＜0.05)。除了STCHO的峰3高度，膨化豆粕与发酵豆粕的STCHO和CELC的光谱特征值差异不明显;然而，与膨化豆粕和发酵豆粕相比，膨化大豆的STCHO和CELC的光谱特征值明显降低;另外，从总CHO来看，与豆粕1和豆粕2相比，发酵豆粕的总CHO的峰面积显著降低，在五个样品中最小。 （4)分子结构与瘤胃降解特性的相关分析表明，干物质和蛋白质的降解特性不仅受蛋白质酰胺带强度和二级结构α-螺旋与β-折叠高度比值的影响，也与碳水化合物的分子结构有关。A-CELC/A-CHO和H2与DM的瘤胃有效降解率拟合程度非常高(R2=0.8698，P＜0.0001)。蛋白质降解特性与酰胺带和二级结构比值(α/β)存在相关关系，并且碳水化合物的分子结构特征值A-CELC/A-CHO、A-CHO、A-STCHO和S2H与蛋白质瘤胃有效降解率拟合程度很高(R2=0.9795，P＜0.0001)。纤维的降解率只受碳水化合物分子结构的影响，A-CHO与NDF和ADF的瘤胃有效降解率分别成弱拟合和中高度拟合(R2=0.3796，P=0.0117; R2=0.5145，P=0.0026)。 综上所述，膨化和发酵会导致大豆产品分子结构的改变，而分子结构与饲料营养价值与瘤胃降解特性间存在一定的关系。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术可以对大豆产品的蛋白质和碳水化合物分子结构进行分析，并对其进行营养价值评定。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 饲料的瘤胃降解特性研究

1．1．1 蛋白质在瘤胃中的降解

1．1．2 碳水化合物在瘤胃中的降解

1．1．3 影响饲料营养物质瘤胃降解特性的因素

1．2 大豆产品的加工及应用

1．3 CNCPS体系

1．4 尼龙袋法

1．5 傅里叶变换红外光谱(FTIR)

1．5．1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)的技术原理

1．5．2 傅里叶变换红外光谱(FTIR)的具体应用

1．6 试验的目的与内容

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 常规化学组分分析

2．2．2 测定方法

2．2．3 CNCPS体系中蛋白质组分计算

2．3 瘤胃降解试验

2．3．1 试验动物管理

2．3．2 瘤胃降解试验

2．3．3 瘤胃降解率计算

2．4 样品分子结构测定

2．4．1 测定方法

2．4．2 光谱分析

2．5 数据统计与分析

3 结果与分析

3．1 膨化和发酵大豆产品的营养价值

3．1．1 大豆产品的常规营养组分

3．1．2 大豆产品的CNCPS组分

3．2 膨化和发酵大豆产品的瘤胃降解特性

3．3 膨化和发酵大豆产品的分子结构特征

3．3．1 膨化和发酵大豆产品的蛋白质分子结构

3．3．2 膨化和发酵大豆产品的碳水化合物分子结构

3．4 营养组分的分子结构与大豆产品瘤胃降解特性之间的关系

3．4．2 碳水化合物分子结构与大豆产品干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维瘤胃降解特性之间的关系

3．4．3 大豆产品营养组分瘤胃降解特性与分子结构的线性回归分析

4 讨论

4．1 膨化和发酵大豆产品的营养组分差异

4．2 膨化和发酵大豆产品的瘤胃降解

4．2．1 干物质在瘤胃中的降解

4．2．1 粗蛋白在瘤胃中的降解

4．2．3 中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维在瘤胃中的降解

4．3 膨化和发酵大豆产品营养组分的分子结构

4．3．1 蛋白质分子结构

4．3．2 碳水化合物分子结构

4．4 膨化和发酵大豆产品瘤胃降解特性与营养组分分子结构关系

4．4．1 蛋白质瘤胃降解特性与营养组分分子结构关系

4．4．2 纤维瘤胃降解特性与营养组分分子结构关系

4．4．3 干物质瘤胃降解特性与营养组分分子结构关系

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文