Acremonium由来セルラーゼの添加が牧草サイレージの蛋白質分解性に及ぼす影響

(1)

Acremonium

由来セルラーゼ‘の添加が牧草

サイレージの蛋白質分解性に及ぼす影響

文尼瓦伝文山*

. 安宅一夫・楢崎昇・野英二

Effects of Addition ofAcremonium Cellulase on Protein Degradability of Hay Crop Silage Aniwaru AISAN*， Kazuo ATAKU， Noboru NARASAKI and Eiji No

Summ8ry

Using alfalfa (blooming) and timothy (heading) from first cutting forages， silages were prepared by adding the following percenfages of cell wall degrading enzyme (cellulase) derived from Acre-monium : 0， 0.005， 0.01， and 0.02% to alfalfa ; and 0， O. 006， O. 012 and O. 024% to timothy. The percent -age of soluble intake protein (SIP) of crude protein (CP) in alfalfa was decreased when the cellulase was added at 0.02 % but increased when similar enzyme was added to timothy. The percentage of degraded intake protein (DIP) of CP were increased in alfalfa and timothy when the cellulase was added. With increasing the percentage of N H₃-N of total

nitrogen， the percentages of SIP and DIP of CP in alfalfa were increased but decreased in timothy.

キーワード:サイレージ、セルラーゼ、分解性蛋白質、溶解性蛋白質

Key words Cellulase， Degraded intake protein，

Silage， Soluble intake protein. 緒言牧草中の蛋白質はサイレージの調製中に植物の酵素や微生物によって分解されることはよく知らされている川7)0アメリカにおいて、第一胃における蛋白質の分解性は、溶解性蛋白質 (SIP)、分解性蛋白質 (DIP) 及び非分解性蛋白質 (UIP)に分類され、乳牛の栄養要求量として用いられている8)。しかし、サイレージの

SIP、DIPおよびUIPに及ぼすサイレージ発酵の影響を

酪農学園大学 (069 北海道江別市文京台緑町582) *新彊農業大学牧畜系(中国新彊烏魯木斉市 830052) 調べた報告は少ない3.9) 前報2)において、サイレージ調製時にAcremonium 由来の新規セルラーゼを添加すると、乳酸生成量の増加によってpHが低下し、サイレージの発酵品質が改善されることが示された。今回は前報で報告したアルフアルファとチモシーサイレージを用いてAcremonium由来のセルラーゼ(以下セルラーゼ)の添加水準とサイレージ蛋白質の分解性との関係を調べた。材料および方法 1 .材料草およびサイレージ材料草およびサイレージは、前報2)で報告したものと同じである。材料草の蛋白質の分解性区分はTable1に示した。 Table 1.Protein degradability of forages ensiled. Moisture CP SIP DIP UIP

(%) (%DM) _{(%C P)} Alfalfa 79.7 16.5 47.1 81.2 18.8 Timothy 79.5 8.4 24.3 74.7 25.3 CP : crude protein， SIP : soluble intake protein， DIP : degraded intake protein， UIP : undegraded intake protein.

2 .

分析方法材料草とサイレージは600

_C

_で 24時間乾燥し、ウイレ一式粉砕機によって1mmの簡を通るように粉砕したものを分析試料としたD 水分と粗蛋白質は常法5)、SIPとDIP はコーネル大学で用いられている方法に準じて定量し、 CPからDIPを減じたものをUIPとした8)。統計処理は、二元配置により、草種、セルラーゼの添加量およびその交互作用について分析した10)

Rakuno Gakuen University， Ebetsu， Hokkaido 069， Japan

(2)

結果

アルフアルファとチモシーサイレージの蛋白質分解性区分およびそれらの分散分析結果をTable2に示した。両草種ともに、 CP含量はセルラーゼ添加サイレージが無添加よりわずかに増加する傾向があったが、有意差はなかった。 Table 2. Prot冶indegradability and analysis of variance of the silages. Cellulase _CP _{N H}

3-N SIP DIP UIP

addition (%DM) (%N) (%) (%CP) Alfalfa

。

17.2 13.2Bc 80.6b 83.8 16.2 0.005 18.5 10.2Ab 78.6a b 83.7 16.3 0.01 18.6 10.2Ab 79.3a b 83.9 16.1 0.02 18.2 8.8Aa 78.2a 83.0 17.0 Timothy

。

8.0 25.2B c 74.6Aa 75.8 24.2 0.006 9.4 8.1 Ab 78.5ABb 78.6 21.4 0.012 8.7 5.5Aa 78.0ABb 79.0 21.0 0.024 9.7 5.4Aa 81.3B c 82.7 17.3 Material ( M )

_*

コド

*

Cell ulase ( C )

_*

MxC 本*

_*

CP : crude protein， SIP : soluble intake protein， DIP : degraded intake protein， UIP : undegraded intake protein. Means with different superscripts are significant difference within the same forage ; A B C : P

<

0.01， a b c : P

<

0 . 05

*

P

<

O. 05，

*

P

<

0 . 01 アルフアルフアサイレージでは、全窒素に対する N H3- N割合は、セルラーゼの添加量の増加に伴い低下し、セルラーゼ0.005%以上添加した場合、無添加との聞に有意差が認められた (P

<

O. 05) 0 CPに対する SIPの割合はセルラーゼの添加量の増加に伴い低下する傾向がみられ、無添加に比べ、セルラーゼ0.02%添加では有意に低くなった(P

<

O. 05) 0 CPに対するDIPおよびUIPの割合はセルラーゼの添加量の多少に関わらず大きな変化がみられなかった。チモシーサイレージでは、 N H3- N割合は、セルラーゼ添加によって無添加区の%以下に減少し、明らかな効果を示した。また、添加水準との関連では0.006%で効果が認められた。 CPに対するSIPの割合は、無添加に対し、セルラーゼの0.006%と0.012%添加によって有意に上昇し (Pく0.05)、セルラーゼ0.024%添加ではさらに上昇した(P

<

O. 05) 0 UIPの割合はセルラーゼO.0 24%区が若干低下の傾向を示した。蛋白質の分解性に及ぼす草種、セルラーゼ添加およびその交互作用の分析結果では、草種は、 CP、SIP、 DIPおよびUIP (Pく0.01)に、セルラーゼ添加は、 N H3- NおよびSIP (P

<

O. 01)に、また、草種とセルラーゼ添加の交互作用は、 N H3- N、SIP (Pく0.01) およびDIP、UIP (P

<

O. 05)に対してそれぞれ有意な効果を示した。アルフアルファとチモシーサイレージにおけるNH3-N、

SIPおよび、DIPの相互の関係をFig1に示した。

N H3- NとSIPの割合の問では、アルフアルファでは N H3- N割合の上昇につれてSIPも上昇したのに対し (R 2=0.93)、チモシーでは逆に、 N H3- N割合の上昇につれてSIPは低下した (R2ニO.77)0 N H 3 -NとD IP割合の間では、アルフアルファでは、 N H3- N割合が約1

1 .

5%まで上昇するにつれてDIPも上昇し、その後低下したのに対し (R2=0.96)、チモシーでは逆に、 N H3- N割合が約17.5%まで上昇するにつれてSIPは低下し、その後やや上昇した (R2=0.73)0 SIPとDIPの間では、アルフアルファでは、 SIPが約80%まで上昇するにつれてDIPも上昇し、その後低下したのに対し(R2 = 0.91)、チモシーでは、 SIPの上昇につれてDIPも上昇した (R2=0.98)。アルフアルファとチモシーサイレージにおける品質と蛋白質分解性における相関係数をそれぞれTable3と Table 4に示した。 -

(3)

34-82 80

富

78 76 74 8.5 85 83 81

~

79 白白 77 75 73 8.5 85 81

~

79 Zト0L 4 77 75 78 CP (%DM) SIP (%CP) DIP (%CP) UIP (%CP)

A

l

f

a

l

f

a

y = 0.0032x2 ₊₀_.₄₇₄_x₊₇₃_.₇₇₇ R2 ₌₀_.₉₂₆₄

T

i

m

o

t

h

y

82

•

80ト y= 0.0127x2 -Q 6453x+ 82.826 R2 ₌₀_.₇₆₆₇ 76 74 9. 5 10. 5 11.5 12. 5 13. 5 4.5 9.5 14.5 M包-N('制) 19.5 24.5 NHJ-N('畑n

-F

•

.

y = -0. 1299x2 ₊₃_.₀₃₉_x₊₆₆_.₃₁₄ R2 ₌₀_.₉₆ 9.5 10.5 11.5 12.5 NHJ-N側目)

c

4b

.

4

y = -0. 4097x2 ₊₆₅_.₃₄₃_x_-2₅₂₁_.₆ R2 ₌₀_.₉₁₁₁ 78.5 79 79.5 80 80.5 SIP('叡:;p) 85 83 81 E79 75 73 13.5 85 83 81

S

h

79 77 75 81 74

e

y = 0.0372x2 -1. 3968x + 87.397 R2 ₌₀_.₇₃₀₅ 10 15 20 25 NHJ-NC測) y = 0.0671x2 _-₉_.₄₄₇₂_x_十₄₀₆_.9₇ R2 = 0.9819 76 78 SIPC淑:;p) 80

f

Fig 1:Relationships between SIP and ammonia nitrogen (a， b)，

DIP and ammonia nitrogen (b， e)， and DIP and SIP (c， f) Table 3. Simple correlations between the variables (alfalfa silage) Moisture _pH Acids (% of fresh silage) _F_M_I_i_a_e_g_r_k_'_s (%) _L_a_c_t_. _A_c_e_t_. _Butyric _Total 0.9947** -0.7325 0.4567 0.9343 -0.9641 * 0.5817 0.9819* 0.7596 0.8080 -0.5856 -0.8510 0.9020 -0.6529 0.7547 -0.0926 0.5855 -0.6284 -0.2531 0.3266 -0.5746 -0.1257 0.0926 -0.5855 0.6284 0.2531 -0.3266 0.5746 0.1257 30 82 N H₃-Na) -0.8092 0.9625* 0.6339 -0.6339 CP: crude protein， SIP: soluble protein， DIP: degraded intake protein， UIP: undegraded intake protein. a) % of total ni trogen， *P <0.05， **P<O.01.

Table 4. Simple correlations between the variables (timothy silage)

Moisture _pH Acids (% of fresh silage) _F_M_I_i_a_e_g_r_k_'_s _{N H} 3-Na) (%) _L_a_c_t_. _A_c_e_t_. _Butyric _Total CP (%DM) -0.0875 -0.6671 0.2310 0.4297 0.8340 -0.2804 0.4894 -0.8128 SIP (%CP) 0.0449 -0.7223 0.3459 0.5645 -0.8490 0.0033 0.4722 -0.8696 DIP (%CP) 0.2127 -0.6411 0.2929 0.6913 -0.7588 0.1026 0.3449 -0.8036 UIP (%CP) -0.2127 0.6411 -0.2929 -0.6913 0.7588 -0.1026 -0.3449 0.8036 CP:crude protein， SIP:soluble protein， DIP:degraded intake protein， UIP:undegraded intake protein.

(4)

アルフアルフアサイレージでは、 SIPはN H₃- N割合 (Pく0.05) と正の相関係数がみられた。 DIPおよびU IPと品質項目との間には有意な相関係数が得られなかった。一方、チモシーサイレージでは、蛋白質分解成分と品質項目との聞の相関はすべて有:意ではなかった。しかし、アルフアルファではSIPとDIPはpH、酪酸、 N H3- N割合と正の相関があり、乳酸、酢酸、総酸およびフリーク評点と負の相関があったのに対し、チモシーでは反対の傾向があった。

考察

牧草蛋白質はサイレージ発酵過程で分解されることはよく知られているlふ7)口サイレージ発酵における蛋白質の分解性を示す成分として、全窒素に対するN H3- N の割合が広く用いられている5J)D本実験において、 N H₃- N割合は、アルフアルファ、チモシーいずれも無添加で高かったが、セルラーゼの添加によって著しく低下した。また、材料草、サイレージともSIPの割合.は、アルフアルファがチモシーより高く、材料草に比べ、サイレージが高い値を示した。篠田らのは、ギ酸またはギ酸・ホルマリン添加がサイレージの発酵品質および粗蛋白質の溶解性に及ぼす影響を検討し、溶解率はサイレージ発酵により上昇し、材料草およびサイレージのいずれもアルフアルファがチモシーより高い値を示すことを報告している。本実験の結果は篠田ら9)の結果と同様であった。サイレージのSIPの割合は、アルフアルフアサイレージでは、無添加に比べ、セルラーゼ0.02%添加で有意に低下したが (Pく0.05)、チモシーサイレージでは、セルラーゼの添加によって有意に上昇した (Pく0.05)。一方、サイレージのDIPの割合は、チモシーでは材料草に比べて著

L

く上昇したが、アルフアルファではわずかな上昇であった。また、本実験では、 DIPの割合は草種によって異なることが示された。サイレージのDIP割合は草種によって異なることはCHASEand PELL 4)および文山らのも認めている。サイレージのDIPとUIPの割合は両草種ともに、セルラーゼの添加によって有意に影響されなかった。本実験の分散分析結果では、CP、SIP、 DIPおよびUIPに対する草種および草種とセルラーゼの交互作用 (CPを除く)は有意であった。これは、 SIP、 DIPおよび、UIPの割合に対するセルラーゼの添加効果は草種によって異なることを示している。 VANVUUREN et alωは、牧草サイレージに対する細胞壁分解酸素の添加はルーメン内で素早く分解される組蛋白質画分を増やし、この増加は若い牧草において大きかったとしている。 McDONALD et αl 6)は、草種による蛋白質分解の差異は十分に明らかになっていないとしている。サイレージのNH3- N、SIPおよびDIPの聞の関係についてみると、アルフアルフアサイレージでは、 N H3 - N割合が高くなるにつれSIPとDIPの割合も高くなったが、チモシーサイレージでは逆にN H3- N割合の増加につれてSIPとDIPの割合は低下する傾向がみられた。さらに、アルフアルファとチモシーサイレージにおける品質と蛋白質分解性における関係では、アルフアルフアサイレージでは、 SIPとDIPはpH、酪酸、 N H

3-N

割合と正の相関、乳酸、酢酸、総酸およびフリーク評点と負の相関があったのに対し、チモシーではアルフアルファと反対の傾向がみられたが、その原因は明らかではない。以上のように、本実験において、セルラーゼを添加することによって牧草サイレージの蛋白質分解性を変化させることができることが示唆された。しかし、セルラーゼ添加が牧草サイレージの蛋白質の分解特性に及ぼす影響はアルフアルファとチモシーで大きく異なった。また、発酵品質と牧草サイレージの蛋白質分解特性との関係も、アルフアルファとチモシーでは異なる結果が得られた。したがって、セルラーゼを添加したサイレージの発酵品質の変化を経時的に追跡し、効果のメカニズムを解析する必要があると考える。引用文献 1 )安宅一夫、(1993) 90年代の酪農技術.酪農学園大学エクステンションセンター.江別.pp.117-126. 2 )文尼瓦か文山・安宅一夫・楢崎昇・野英二 (1995) Acremonium由来のセルラーゼの添加がサイレージの乾物回収率と発酵品質に及ぼす影響. 北草研報 29， 55-57. 3 )文尼瓦午文山・安宅一夫・楢崎昇(1995) サイレージの発酵品質と蛋白質のルーメン内分解性に及ぼす牧草の刈取時期と添加物の影響.北畜会報 38， 23-27.

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A

.

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A

.

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.

V AN BEERS (1989)Effects of addition of cell wall degrading enzymes on the chemical composition and the in sacco degradation of grass silage. Grass and Forage Sci.44， 223 -230. 摘要 1番草のアルフアルファ(開花期)とチモシー(出穂期)を用い、 Acremonium由来の細胞壁分解酵素(セルラーゼ)をアルフアルファには0、0.05、

O

.

01および 0.02%、チモシーには、 0、

O

.

006、0.012および0.024 %添加してサイレージを調製した。全窒素に対するN H3- Nの割合は、アルフアルファでは、セルラーゼの添加量が増加するにつれて低下し、チモシーでは、セルラーゼ添加量が0.012%まで添加量の増加に伴って低下した (pく0.01)0 CPに対する SIP の割合は、アルフアルファでは、セルラーゼ0.02%添加で有意に低下したのに対し、チモシーでは、セルラーゼの添加によって有意に高くなった。 CPに対する DIPの割合は、チモシーではセルラーゼの添加によって高くなる傾向があった口全窒素に対するN H3- Nの割合が高くなるにつれSIPとDIPの割合はアルフアルファでは高くなったが、チモシーでは逆に低下したD (1997年6月30日受理)