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.