МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО
по определению нейтрально- и кислотно-детергентной клетчатки в кормах и биологических средах и использованию этих фракций в кормлении крупного рогатого скота
доктор биологических наук Воробьева С.В.,
кандидаты биологических наук Боголюбова Н.В., Овчинникова Т.М.
1.Введение
Углеводы и их производные – это большой класс сложных органических соединений, составляющих основную массу питательных веществ в растительных кормах. В зависимости от вида растений и стадии вегетации, их доля может составлять от 40 до 80%, а в рационе до 70% при этом они являются главным источником энергии в рационах жвачных животных.
В практике зоотехнического анализа углеводы подразделяют на две категории – сырую клетчатку и безазотистые экстрактивные вещества.
Клетчатка является основой структуры клеточной стенки растения и представлена гемицеллюлозами, целлюлозой и связанным с ними лигнином. Структурные углеводы разных кормов, и даже одного корма, могут существенно различаться по соотношению гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина. Грубые корма содержат много пентозанов - 19 – 29%, целлюлозы – 21 – 39%, лигнина -12 – 17%. В сочных кормах их значительно меньше 5 -6% , 7-8%, 3-6% соответственно.
Несмотря на то, что жвачные животные обладают сложной системой, приспособленной к перевариванию клетчатки, последняя далеко не полностью усваивается в пищеварительном тракте. Причиной тому могут являться вид корма, структура рациона, степень лигнификации растения, физиологическое состояние животных, технология приготовления кормов и ряд других. В опытах in vitro установлено, что переваримость целлюлозы достоверно выше у бобовых растений, чем злаковых. Гемицеллюлозы люцерны имеют большую переваримость, чем ежи сборной.
Одним из основных факторов, влияющих на переваримость клетчатки в целом и ее составляющих, является лигнин. Установлена корреляция между содержанием лигнина в клеточных стенках сена и переваримостью целлюлозы и гемицеллюлоз, которая составила -0,9 и -0,85, соответственно.
Вопрос о том, насколько переваривается сам лигнин до сих пор остается открытым.
Безазотистые экстрактивные вещества - это большая группа соединений, принимающая активное участие в обменных процессах организма животного. БЭВ объединяет в своем составе углероды разные как по своему качеству, так и по функциональному действию: сюда входят сахара, крахмал, инулин, хитин, органические кислоты, пентозаны, пектиновые вещества, глюкозиды, дубильные вещества. Содержание БЭВ в рационе существенно влияет на продуктивность животных. Увеличение БЭВ выше уровня 45-50% и ниже 25-30% от сухого вещества рациона снижает продуктивность коров.
Необходимо отметить, что в иностранной литературе делается разделение между БЭВ и неструктурными углеводами (НСУ), тогда как у нас принято считать, что НСУ являются основной частью БЭВ и эти два понятия отождествляются.
В соответствии с данными NRC
БЭВ = 100 - (%НДК + %СП +%СЖ +%СЗ) + %НСУ.
Разница между БЭВ и НСУ состоит в количестве пектина и органических кислот, которые входят в состав БЭВ, но не входят в НСУ. Расхождение между этими показателями в различных кормах бывает довольно значительным.
2. НДК и КДК – критерии оценки уровня и качества клетчатки в кормах и рационах
Используемый на протяжении ста лет показатель содержания сырой клетчатки, в качестве отрицательной характеристики качества корма утратил свое значение. Негативной стороной показателя сырой клетчатки является то, что с увеличением ее уровня в рационе происходит снижение переваримости, а значит и энергетической ценности корма. Однако жвачные животные в состоянии переваривать большое количество гемицеллюлоз и целлюлозы кормов. А их возможность переваривать сырую клетчатку ограничивается объемом желудочно-кишечного тракта и содержанием лигнина в рационе. Таким образом, сырая клетчатка дает лишь приблизительное представление о различиях в степени переваримости кормов.
Второй серьезной проблемой является то, что в процессе химического анализа корма под действием кислот и щелочей часть гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина растворяется и фильтруется и при подсчете учитывается в БЭВ. Таким образом, истинная картина содержания углеводов искажается.
Исследованиями лаборатории физиологии ВИЖ установлено, что сырая клетчатка различных кормов, кала и дуоденального химуса включает в себя от 83 до 96% целлюлозы, от 6 до 25% гемицеллюлоз и до 33% лигнина. В ходе определения клетчатки установлено, что в БЭВ переходят от 4 до 17% целлюлозы, от 77 до 94% гемицеллюлоз и от 68 до 100% лигнина сухого вещества образца.
Исследования показали, что содержание гемицеллюлоз и целлюлозы в кормах в сумме составляет 46-60%, что значительно превышает количество, определяемой сырой клетчатки (28-35%).
Недостатки в методике определения послужили причиной для разработки новых систем анализа, что и было предложено в 1965 г. Питером Ван Соестом. Метод основан на разделении корма на две фракции: растворимую в нейтральном детергенте и представляющем наиболее переваримую часть корма, состоящую из белков, жиров, углеводов; и нерастворимую в нейтральном детергенте и представляющую плохо переваримую часть корма клеточных стенок, состоящих из гемицеллюлоз целлюлозы и лигнина, лигнифицированного азота и нерастворимой золы. Последующее воздействие на образец корма кислым детергентом (основан на растворе ацетилтриметиламмония бромистого) позволяет добиться растворения 82 - 84% гемицеллюлоз, а добавление серной кислоты удаляет из остатка целлюлозу.
Фракционирование углеводов по методу Ван Соеста схематически представлено в таблице 1
Таблица 1
Фракции растительных углеводов и их характеристика
| Фракции | Компоненты |
| Клеточное содержимое –растворимое в нейтральном детергенте | Крахмал, сахар, липиды органические кислоты, растворимый протеин, небелковый азот, пектин. |
| Составляющие клеточной стенки–нерастворимые в нейтральном детергенте –НДК |
|
| 1 Растворимые в кислом детергенте | Гемицеллюлозы, |
| 2 Нерастворимые в кислом детергенте - КДК | Целлюлоза,Лигнин, кремнезем |
Таким образом, нейтрально-детергентная клетчаткой (НДК) является сумма структурных углеводов клеточной стенки, состоящих из гемицеллюлоз, целлюлозы и лигнина, а кислотно-детергентная клетчатка (КДК) – целлюлоза + лигнин.
Необходимо отметить, что НДК не входит в состав сырой клетчатки, как и сырая клетчатка не является частью НДК. Определение сырой клетчатки по Геннибергу и Штоману и нейтрально–детергентной по Ван Соесту являются совершенно самостоятельными методами определения клетчатки.
НДК – показатель, который лучше всего диферинцирует в растительном корме структурные углеводы от неструктурных. НДК включает наибольшее число химических соединений по сравнению с сырой клетчаткой.
В зависимости от вида корма количество НДК может варьировать в значительных пределах. Так, анализ кормов методом in situ, показал, что содержание в них НДК колеблется от 6% (кукурузный глютен) до 92% (кукурузные початки) а степень переваривания в течение 24 часов - от 14% (арахисовая шелуха) до 77 и 78% (пивная дробина и соевый шрот). Высокое содержание НДК отмечено в грубых кормах - солома до 84%; более низкое в сочных - свекла кормовая - 17%: концентратах - ячмень (зерно) - 19%, а бобовых - от 53 до 77%. При этом содержание НДК в листовой пластине растения выше, чем в листовом влагалище.
Количество КДК в кормах ниже количества НДК, так как в составе первой отсутствуют гемицеллюлозы. Так в газонной траве уровень КДК составил 32%, соломе пшеничной - 56%, свекле кормовой - 10%, сене луговом -30%.
Регрессионное уравнение позволяет подсчитать кислотно - детергентную клетчатку исходя из нейтрально - детергентной.
Так для силоса кукурузного это уравнение выглядит в следующем виде:
КДК % = - 1,15 + 0,62 НДК
для травяного фуража:
КДК% = 6,89 + 0,50 НДК (
для бобового фуража:
КДК% = - 0,73 +0,82 НДК
Степень расщепляемости НДК регулируется аналогичными факторами, влияющими на расщепление сырой клетчатки. В разных кормах этот показатель варьирует в значительных пределах. Методом in situ установлено, что степень переваривания (24 час) НДК арахисовой шелухи равна 13,5%, а пивной дробины и соевого шрота - 76,6 и 78% соответственно.
Исследование бобовых трав (основные сорта вики) на предмет деградации и рубце НДК выявило корреляцию между расщепляемостью НДК и ее содержанием в кормах (г = -0,829), а также между расщепляемостью НДК и содержанием КДК (г= -0,826).
Национальный исследовательский комитет США (NRC) рекомендуют формировать рационы жвачных таким образом, чтобы в них на долю НДК объемистых кормов приходилось 75% от общего количества клетчатки. Остальные 25% могут быть восполнены НДК таких кормов как соевая шелуха, цельное хлопчатниковое семя, флакированная кукуруза и др.
Следует отметить, что рационы с общим содержанием НДК ниже, чем 25% и ниже, чем 16% НДК в объемистом корме снижают количество молочного жира. Кроме этого, коровы, получавшие в рационе кукурузу, на долю которой приходится 16-21% НДК, имели процент молочного жира выше, чем коровы потреблявшие кукурузу и пшеницу 1:1 или кукурузу и цельное хлопчатниковое семя.
В тоже время, имеются данные, что скармливание коровам соевой шелухи, как источника НДК необъемистого корма и всего 16% НДК объемистого корма не приводило к расстройствам здоровья, потребления сухого вещества и молочной продуктивности.
Также имеются сведения о том, что нет различий в продуктивности и проценте молочного жира у корон при кормлении их кукурузным силосом с 25% или 29% содержанием НДК от сухого вещества рациона. По данным некоторых авторов уровень НДК в рационе коров с 10 но 26 неделю лактации должен быть в пределах 25-31% от сухого вещества корма.
Что касается КДК, то в опытах на бычках, получавших люцерну, установлены минимальные и максимальные границы этого показателя в рационе -224 и 470 г/кг сухого вещества соответственно. И если количество НДК коррелирует с потреблением сухого вещества корма, то КДК - с его переваримостью (r=-0,75). При этом на эту связь оказывает воздействие фаза вегетации растения его вид и состав рациона
Методом in situ установлено, что скорость расщепления в рубце КДК сена ниже у коров при даче им, в качестве концентратов, зерна ячменя молочной спелости или кормовых бобов, чем при скармливании зерна люпина.
Исследованиями лаборатории физиологии пищеварения с-х животных установлены следующие уровни содержания НДК и КДК в кормах и биологических средах (табл.2)
Содержание НДК в кормах, кале и химусе, %
| Показатели | НДК | КДК |
| Рожь озимая: колошение | 48,3 | 30,2 |
| молочная спелость зерна | 52,4 | 39,0 |
| Ежа сборная: выход в трубку | 48,3 | 25,1 |
| колошение | 55,7 | 28,4 |
| цветение | 67,1 | 35,1 |
| отава | 58,6 | 33,2 |
| Кострец безостый: выход в трубку | 55,1 | 26,6 |
| колошение | 58,1 | 28,5 |
| цветение | 64,6 | 33,0 |
| отава | 55,9 | 28,5 |
| Клевер розовый: бутонизация | 33,1 | 23,1 |
| цветение | 34,7 | 25,7 |
| Люцерна синегибридная | 37,9 | 23,8 |
| Сено: злаковое | 66,3 | 33,4 |
| луговое | 64,6 | 32,5 |
| по-михайловски | 68,1 | 37,1 |
| Силос: разнотравный | 65,3 | 32,7 |
| кукурузный | 57,1 | 28,5 |
| злаковый | 66,4 | 35,4 |
| Сенаж: разнотравный | 62,2 | 33,1 |
| злаковый | 63,8 | 33,9 |
| Солома пшеничная: | 83,7 | 57,6 |
| ржаная | 72,5 | 52,2 |
| Шрот: подсолнечный | 38,2 | 22,6 |
| соевый | 24,6 | 13,7 |
| рапсовый | 34,8 | 21,6 |
| Комбикорм | 16,8 | 10,7 |
| Дерть ячменная | 20,8 | 12,9 |
| Отруби пшеничные | 22,1 | 11,4 |
| Свекла кормовая | 13,5 | 8,8 |
| Химус дуоденальный | 21-28 | 16-19 |
| Кал | 50-58 | 30-37 |
3. Взаимосвязь НДК и КДК с потреблением сухого вещества и обменной энергией корма.
Нейтрально-детергентной клетчатке принадлежит важная роль в регуляции количества корма, которое животное может потребить. Поскольку по-едаемость может ограничиваться количеством поступающей в рубец клетчатки, то даже те корма, которые содержат небольшое количество структурных углеводов, например, зерно, могут снижать потребление сухого вещества.
Как было отмечено выше, каждый корм имеет свою степень распадаемости НДК в рубце. Труднорасщепляемая НДК остается в рубце дольше, что поддерживает высокий уровень наполнения рубца после приема корма, снижая, таким образом, общее потребление корма с одновременным снижением продуктивности животного.
Однако, корма с быстродеградируемой НДК в рубце, могут проходить через желудочно - кишечный тракт с большей скоростью, способствуя потреблению повышенного количества корма. Например, увеличение степени расщепляемости НДК кукурузного силоса на 13% увеличивает потребление сухого вещества на 5,5%.
В опытах на баранах, получавших сено, выявлена высокая степень корреляции между потреблением сухого вещества рациона и процентом клеточных стенок г = - 0,89, а в опытах на бычках - г = 0,76.
Исходя из этого, чем ниже уровень НДК в корме, тем выше потребление сухого вещества. Для высокопродуктивных коров (40 кг/день) рекомендуется оптимизировать рационы с содержанием в них НДК не более 32%, а для коров с более низкой продуктивностью (20 кг/день) - не более 44%, с тем, чтобы не минимизировать потребление кормов. При этом было установлено, что задержка НДК в рубце тесно коррелировала со временем нахождения в нем лигнина (г=0,93). Таким образом, показатель НДК можно использовать для прогнозирования потребления сухого вещества корма жвачными.
Исходя из изложенного, можно резюмировать, почему НДК является наиболее приемлемой для прогнозирования потребления корма:
- НДК учитывает все переваримые и непереваримые углеводные составляющие корма.
- содержание НДК в грубом корме определяет его потребление
- показатель НДК связан с переваримостью и снижением переваримости при высоких уровнях потребления корма.
Показатель кислотно - детергентной клетчатки в большей степени коррелирует с переваримостью сухого вещества корма (г = - 0,75), чем с его потреблением (г = -0,46). Однако, в опытах на бычках - кастратах, получавших сено из сорго и суданки, была обнаружена высокая степень корреляции между потреблением сухого вещества и переваримостью органического е содержанием КДК (г2=0,96).
Нами разработаны линейные уравнения регрессии для вычисления потребления и переваримости сухого вещества с учетом показателя НДК в кормах.
ПСВ=53,71-66,3*НДК
где
ПСВ - потребление сухого вещества на 100 кг ЖМ, г
НДК – содержание нейтрально-детергентной клетчатки в корме, %
КпСВ = 116,17+(-1,38031)*КДК
где
КпСВ – коэффициент переваримости сухого вещества, %
КДК – содержание кислотно-детергентной клетчатки в корме, %
Кроме этого на основании проведенных исследований и обобщения научных данных нами разработаны следующие уравнения регрессии для расчета обменной энергии в кормах с учетом показателя НДК.
Важно помнить, что расчет БЭВ для уравнений ведется с учетом показателя НДК, а не сырой клетчатки.
Сено
ОЭ= 5,884+0,002*НДК
ОЭ=1,945+0,001*НДК+0,020*СП-0,034*СЖ+0,008*БЭВ
Зерно
ОЭ=11,691-0,004*НДК
ОЭ=-1,153-0,002*НДК+0,021*СП+0,040*СЖ+0,014*БЭВ
Сенаж
ОЭ=4,617-0,003*НДК
ОЭ=0,539+0,002*НДК+0,018*СП+0,048*СЖ+0,004*БЭВ
Силос
ОЭ=12,246-0,051*НДК
ОЭ=5,361-0,183*НДК+0,534*СП-1,271*СЖ+0,292*БЭВ
где
ОЭ – обменная энергия, МДж
НДК - нейтрально-детергентная клетчатка, г
СП – сырой протеин, г
СЖ – сырой жир, г
БЭВ – безазотистые экстрактивные вещества (рассчитаны с учетом НДК), г
4. Анализ клетчатки с помощью нейтральных и кислых детергентов
Определение нейтрально-детергентной клетчатки в кормах
Реактивы: Дистиллированная вода - 1000 мл; лаурилсульфат натрия - 30г:
двухводная двунатривая соль этилен-диаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) -
18,61г; тетраборнокислый натрий (бура) - 6,81 г; двуэвмещенный фосфорнокислый натрий безводный - 4,56г; моноэтиловый эфир этиленгликоля - 10 мл; декагидронафталин (декалин); сульфит натрия безводный; ацетон.
Приборы: Весы аналитические; плитка электрическая закрытая или песочная, муфельная печь; сушильный шкаф; колбы конические на 250мл со шлифом; обратные холодильники; воронки Бюхнера; колба Бунзена; насос водоструйный; фильтры бумажные; эксикатор; бюксы; колбы мерные на 1000мл; рН-метр; стаканы на 100мл; тигли.
Приготовление детергента: Раствор нейтрального детергента готовится строго в следующем порядке.
1.Навеску ЭДТА и буры поместить в стакан, добавить немного воды и подогреть до растворения.
2. В другом стакане растворить лаурилсульфат натрия и добавить моноэтиловый эфир этиленгликоля.
3. В третий стакан поместить двузамещенный фосфорнокислый натрий добавить воды и подогреть до растворения.
4. Смешать первый раствор со вторым, после чего, добавить третий.
5. Раствор довести до 1000мл (рН - 6,9-7,1).
Ход анализа: Навеску (0,5г) размолотого воздушно-сухого образца корма поместить в 250мл колбу со шлифом, добавить 50мл детергента, 1мл декалина и 0,25г сульфита натрия; Колбу закрыть обратным холодильником и поставить на плитку, в течение 5-10 мин. интенсивно нагреть до кипения. Далее нагрев уменьшить и поддерживать равномерное слабое кипение 60 мин., начиная от начала кипения. При кипении возможно прилипание на стенки колбы частиц корма, которые необходимо смывать, аккуратно встряхивая колбу. После гидролиза клетчатку профильтровать через предварительно взвешенный фильтр на воронке Бюхнера, соединенной с колбой Бунзена водоструйным насосом. Остатки корма на фильтре несколько раз промыть горячей водой, затем ацетоном. Фильтр с клетчаткой сушат в бюксе при 100°С 6-8 час охлаждают в эксикаторе и взвешивают. По разнице между навеской образца и навеской с фильтра рассчитать количество НДК. Для получения обеззоленной клетчатки, фильтр с клетчаткой озолить в муфельной печи при 5000С.
Определение кислотно-детергентной клетчатки в кормах
Реактивы: Ацетилтриметиламмоний бромистый - 20 г; 1.0 Н. раствор серной кислоты -1000 мл; дегидронафталин (декалин); ацетон.
Приборы: Аналогичные определению НДК
Приготовление детергента: Ацетилтриметиламмоний бромистый растворить в серной кислоте.
Ход анализа: Определение КДК ведется аналогично определению НДК
Определение кислотно- детергентного лигнина в кормах
Реактивы: Раствор 72% серной кислоты - 10мл,
Приборы: Конические колбы на 250 мл; стеклянные палочки; бумажные фильтры; сушильный шкаф; эксикатор; воронки Бюхнера.
Ход анализа: Остаток пробы корма, обработанный кислым детергентом, смыть с фильтра небольшим количеством ацетона в коническую колбу. После испарения растворителя в колбу добавить серную кислоту и выдержать содержимое при комнатной температуре в течение 3 час, периодически помешивая стеклянной палочкой. Далее кислоту разбавить 150 мл воды. Гидролизат профильтровать через предварительно взвешенный фильтр, тщательно промывая горячей водой. Фильтр с лигнином высушить при 1000С, охладить в эксикаторе и взвесить. Расчетным путем определить количество лигнина.
Определение структурных углеводов в кале, химусе и комбикормах
Определение НДК в кале, химусе и комбикормах иногда из-за присутствия в этих веществах крахмала, который, забивая поры фильтра, препятствуют процессу фильтрации. Поэтому перед началом определения, образец необходимо обработать раствором 52% хлорной кислоты. Для этого навеску помещают в стаканчик и добавляют 4мл 52% хлорной кислоты, после чего, доливают 100мл воды, доводят до кипения и фильтруют, промывая горячей водой. Остаток с фильтра смывают нейтральным детергентом (50 мл) в конические колбы, где будет проводиться гидролиз. В дальнейшем анализ проводится по вышеуказанной методике.
Пример расчета: По разности между массой фильтра с осадком и чистого фильтра вычисляют массу НДК, КДК и лигнина исследуемого образца. Процентное содержание веществ рассчитывается по формуле: Х=В100/А, где А – навеска исследуемого образца; В – масса вещества (НДК, КДК, лигнин).
Количество гемицеллюлоз и целлюлозы определяют по разности:
Гемицеллюлозы = НДК - КДК
Целлюлоза = КДК – лигнин
6. Рекомендации
1. Рекомендуем включать в программы обучения студентов с-х вузов в курс зоотехнического анализа кормов определение НДК и КДК.
2. В схеме зоотехнического анализа кормов предусмотреть определение НДК и все расчеты по определению БЭВ вести с учетом этого показателя.
3. В нормах кормления для КРС целесообразно учитывать показатель НДК как наиболее объективно характеризующий содержание структурных углеводов в кормах и рационах.
6. Литература
1. Биологическая полноценность кормов / Григорьев Н.Г., Волков Н.П., Воробьев Е.С. и др. - М.: Агропромиздат. -1989. -287с.
2. Дроздов Н.П. Химический состав клетчатки различных кормов //Бюлл. науч, работ ВИЖа. - 1984. -в 76. -с.57-59.
3. Духин И.П., Маркин Ю.В. Содержание кислотно - детергентного протеина, его аминокислотный состав и переваримость //Бюлл. науч. работ ВИЖа. - 1986 (1987). - в. 84. - с.79-82.
4. Лазаренко В.П. Переваримость структурных и неструктурных углеводов кормов у коров //Зоотехния. -1996. -№9. -с.9-11.
5. Стукалова Л.Н.
6. Энсмингер М.Ф., Олдфилд Д.Е., Хеннеманн В.В. Корма и питание. Краткое изложение. Калифорния. -1997. -974с
7. Effect of content of crude fiber. ADF, NDF in lucerne on its nutritive value /Svetlanska M., Ceresnakova Z., Petrikovic A., Sommer A. //J. Farm Anim. Sci-XXXII.- 1999.-p. 175-182.
8. Effect of corn and soybean lignin residues submitted to the ruminal fermentation on structural carbohydrates digestibility / Saliba E.O.S., Rodriguez N.M., Goncalves L.C., FernandesP.CC//Arg. bras. med. vet. zootec. - 1999.-V. 51.-№ l.-p. 85-88.
9. Effects of starch source and level of forage neutral detergent fiber on performance by dairy cows /Slater A.L., Eastridge M.L., Firkins J.L., Bidinger L.J. // J.Dairy Sci.- 2000.- V. 83.- № 2.- p. 313-321.
10. Huntington J.A., Givens D.I. Studies on in situ degradation of feeds in the rumen 3. The effect of freezing forages before and after rumen incubation //J.Anim. Feed Sci.Tech.-1997.- V. 68.- № 1.- p. 131-138.
11. Lykos T., Varga G.A., Casper D. Varying degradation rates of total nonstructural carbohydrates: Effects on Rumania fermentation, blood //J. Dairy Sci.- 1999.-V.78.- p. 2245-2251.
12. Mertens D.R. Physically effective NDF and its use in dairy rations explored // Feedstuffs. - 2000.- V. 72.- № 15.- p. 11-14, 19.
13. National Research council. Nutrient requirements for dairy cattle. 7 th rev. ed. Natl. Acad., Washington D.S. - 2001. - 381p.
14. Van Soest P.J. A nutritional requirement for fiber non-ruminants and rumi-nanta // Feed Manag.- 1984.- V. 35,- № 8. - p. 36-39.
15. Van Soest P.J., Moore L.A. New chemical methods for analysis of forage for the purpose of predicting nutritive value//Proc. of the Ninth. Int. Grassland Cong. San Paulo, Brazil.-1965.-V.1.-p. 739-743.
16. Wilman D., Nazir Ahmad. In vitro digestibility neutral detergenl fibre, lignin and cell wall thickness in plant parts of three forage species // J. Agr Sci.- 1999.- V.133.-№1.-p.103-108.