葡萄渣單寧對綿羊養(yǎng)分消化代謝及瘤胃發(fā)酵的影響

趙棟，鄭琛，2＊，李發(fā)弟，2，李沖，2，李廷福

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省肉羊繁育生物技術(shù)工程實驗室，甘肅 民勤733300；3.民勤中天羊業(yè)有限公司，甘肅 民勤733300）

葡萄渣主要是葡萄皮、葡萄籽和葡萄梗等，是葡萄加工或葡萄酒生產(chǎn)過程產(chǎn)生的下腳料［1－2］。營養(yǎng)價值豐富，可作為非常規(guī)飼料開發(fā)利用。我國是葡萄生產(chǎn)的大國之一，2009年全國產(chǎn)葡萄794.1萬t，其中約40%用于釀酒，葡萄酒生產(chǎn)過程中約產(chǎn)生60萬t葡萄渣。葡萄渣集中于生產(chǎn)過程，易于收集和貯存，在飼料上的利用優(yōu)勢明顯。近年來有較多葡萄渣綜合利用的研究報道，但主要集中于其有效成分提取工藝和生物活性的研究，作為一種非常規(guī)飼料報道較少。

對瘤胃微生物生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控能夠增加瘤胃發(fā)酵的效率，并最終提高動物生產(chǎn)性能是動物生產(chǎn)的主要目標(biāo)。含有精油、單寧、皂苷、黃酮和許多其他植物次生代謝物的植物或植物提取物被證實能改善瘤胃代謝，如降低甲烷產(chǎn)量和瘤胃蛋白質(zhì)的降解、增加微生物蛋白質(zhì)的合成和瘤胃微生物蛋白流向十二指腸［3］。葡萄渣含有豐富的粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、無氮浸出物和礦物質(zhì)［4］，其縮合單寧含量為21～36g/kg DM［5］。單寧是植物中存在一類復(fù)雜的多酚類次生代謝物，包括縮合單寧（condensed tannin，CT）與水解單寧（hydrolysable tannin，HT）。單寧的化學(xué)性質(zhì)活潑，易與蛋白質(zhì)結(jié)合，因此一直被認(rèn)為是飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。然而，研究發(fā)現(xiàn)反芻動物采食縮合單寧含量較高的飼草后，由于過瘤胃蛋白數(shù)量增加而提高蛋白質(zhì)的利用效率［6］。目前人們僅認(rèn)識到單寧對飼料蛋白質(zhì)具有保護(hù)作用，但對綿羊的具體應(yīng)用方法和劑量仍不明確。本研究選用已知縮合單寧含量的葡萄渣，通過消化代謝試驗測定飼糧中不同含量葡萄渣單寧對綿羊養(yǎng)分消化代謝及瘤胃發(fā)酵的影響，旨在為提高飼糧中蛋白質(zhì)的利用效率、合理有效地利用現(xiàn)有飼料資源和葡萄渣的開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點(diǎn)

于2012年12月－2013年4月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院動物訓(xùn)練中心及動物營養(yǎng)實驗室進(jìn)行。

1.2 試驗材料

選用石羊河葡萄酒廠的鮮葡萄渣，自然干燥后用植物粉碎機(jī)粉碎，過1.0mm篩后用自封袋封裝保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 試驗設(shè)計

采用4×4拉丁方試驗設(shè)計，每期試驗17d，其中預(yù)試期10d，正試期7d。試驗設(shè)4個飼糧處理，處理1為不含葡萄渣的基礎(chǔ)飼糧，處理2至處理4分別為含5%，10%和15%葡萄渣的飼糧，各處理的縮合單寧含量分別為0.00，0.85，1.70和2.25g/kg DM。

1.4 試驗動物及飼養(yǎng)管理

選取4只身體健康且安裝永久瘤胃瘺管羯羊［薩?？耍⊿uffolk）♂×小尾寒羊（small tail Hanyang）♀］，年齡約2.5歲，體重28kg左右。綿羊單籠飼養(yǎng)，每只綿羊每天飼喂1kg飼料。在過渡期每只綿羊均飼喂基礎(chǔ)飼糧，每日8：00和16：00兩次等量飼喂，準(zhǔn)確記錄每只綿羊采食量。綿羊自由飲水。預(yù)試期及正試期按照試驗設(shè)計飼喂試驗飼糧，飼喂方式和飼養(yǎng)管理制度不變。

1.5 試驗飼糧配方

參照中國肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 816－2004）中體重30kg、日增重0.1kg/d的育成公綿羊營養(yǎng)推薦量配制試驗飼糧（表1）。

表1 試驗飼糧配方及營養(yǎng)成分Table 1 Composition and nutritional levels of diets

1.6 樣品的采集及處理

每期試驗的正試期采集飼糧、糞樣和尿樣。正試期最后1d在食前及食后2，4，6和8h從綿羊的瘺管中抽取50mL瘤胃液，立即測定瘤胃液的pH值，然后用4層紗布過濾，收集于采樣瓶中，并加入1mL飽和HgCl2溶液使酶滅活，放入－20℃冰箱冷凍保存。

飼料、糞、尿中干物質(zhì)，粗蛋白質(zhì)，中性洗滌纖維，酸性洗滌纖維，鈣和磷的測定采用常用方法［8］；瘤胃液pH用Sartorius PB－10型酸度計測定；瘤胃液氨氮采用馮宗慈和高民［9］改進(jìn)后的比色法測定；瘤胃液尿素氮采用二乙酰一肟法測定（試劑盒購自南京建成生物工程所）；飼料和糞樣中的能量采用XRY－1C真空彈微電腦自動熱量計測定；瘤胃液揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acid，VFA）采用氣相色譜法（安捷倫6890N氣相色譜儀）測定。

1.7 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行拉丁方方差分析，差異顯著時，采用Tukey法進(jìn)行多重比較，并用Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 綿羊養(yǎng)分表觀消化率

處理4綿羊?qū)︼暭Z氮的消化率極顯著高于處理2綿羊（P＝0.007）且顯著高于處理1綿羊（P＝0.019），處理3綿羊?qū)︼暭Z氮的消化率顯著高于處理2綿羊（P＝0.046）；處理4綿羊?qū)︼暭Z氮的存留率顯著高于其他各組綿羊（P＝0.012，P＝0.016，P＝0.025）。其余差異不顯著（P＞0.05）（表2）。

2.2 綿羊瘤胃內(nèi)氮濃度

處理1綿羊瘤胃液中總氮濃度極顯著高于其他各處理綿羊（P＝0.003，P＜0.001，P＜0.001）；處理1綿羊瘤胃液中蛋白氮濃度極顯著高于處理3綿羊（P＝0.001）且顯著高于處理4綿羊（P＝0.017）；處理4綿羊瘤胃液中尿素氮濃度極顯著高于處理2和3綿羊（P＝0.003，P＜0.001）并顯著高于處理1綿羊（P＝0.030）。其余差異不顯著（P＞0.05）（表3）。

表2 綿羊養(yǎng)分表觀消化率及氮存留率Table 2 The apparent digestibility of nutrients and nitrogen retention of sheep %

表3 綿羊瘤胃液中氮濃度Table 3 Nitrogen concentration in ruminal fluid of sheep mg/100mL

處理1，2和3綿羊瘤胃液中總氮濃度動態(tài)變化趨勢基本一致（圖1a），采食后總氮濃度下降，食后4h降至最低值后逐漸升高，處理4綿羊瘤胃液中總氮濃度食后2h降至最低值后逐漸升高（圖1）；4個處理綿羊瘤胃液中氨氮濃度動態(tài)變化趨勢基本一致（圖1b），食后2h氨氮濃度升至最高值后逐漸降低，在食后6h降至最低值然后升高；處理1，2和3綿羊瘤胃液中尿素氮濃度在食后下降（圖1c），處理1和3在食后4h降至最低值后升高，處理2在食后6h降至最低值后升高，處理4綿羊食后尿素氮濃度升高，在食后2h升至最高值后下降，食后4h降至最低值后升高；4個處理綿羊瘤胃液中蛋白氮濃度動態(tài)變化趨勢基本一致（圖1d），處理1，3和4在食后2h降至最低值，處理2在食后4h降至最低值，然后升高。

2.3 綿羊瘤胃液pH及揮發(fā)性脂肪酸濃度

處理4綿羊瘤胃液中丙酸摩爾比極顯著高于處理1和2綿羊（P＜0.001，P＝0.003），處理3綿羊瘤胃液中丙酸摩爾比極顯著高于處理1綿羊（P＝0.009）；處理1綿羊瘤胃液中丁酸摩爾比和乙丙比極顯著或顯著高于處理4和處理3綿羊（P＝0.006，P＝0.034；P＝0.001，P＝0.031），處理2綿羊瘤胃液中乙丙比顯著高于處理4綿羊（P＝0.028）。其余差異不顯著（P＞0.05）（表4）。

食后各處理組綿羊瘤胃液中pH、總揮發(fā)性脂肪酸及乙酸、丙酸、丁酸摩爾比和乙丙比動態(tài)變化基本一致（圖2）。食后各處理綿羊瘤胃液pH逐漸下降（圖2a）；食后各處理綿羊瘤胃液總揮發(fā)性脂肪酸升高（圖2b），在食后4 h升至最高值后下降；食后各處理綿羊瘤胃液乙酸摩爾比和乙丙比升高（圖2f），食后2h或食后4h升至最高值，然后下降；食后各處理組綿羊瘤胃液丙酸和丁酸摩爾比下降（圖2d，e），食后2h或食后4h降至最低值，然后升高。

圖1 綿羊瘤胃氮濃度參數(shù)動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of nitrogen concentration in ruminal fluid of sheep

表4 綿羊瘤胃液pH、總揮發(fā)性脂肪酸（TVFA）濃度及各種酸的摩爾比Table 4 The pH，total volatile fatty acids and molar ratio of each acid to total volatile acids in ruminal fluid of sheep

3 討論

3.1 綿羊養(yǎng)分表觀消化率

Barry和Forss（1983）［10］在試驗中給綿羊飼喂長柄百脈根（Lotuscorniculatus），發(fā)現(xiàn)隨著縮合單寧濃度的上升，有機(jī)物和纖維素的瘤胃降解率均呈下降趨勢。單寧對反芻動物消化過程的影響很復(fù)雜。單寧結(jié)構(gòu)中的大量酚羥基團(tuán)和芳香環(huán)基團(tuán)與飼料以及動物體內(nèi)的蛋白質(zhì)或酶的肽基、氨基以及羧基等以氫鍵的形式多位點(diǎn)結(jié)合，形成不易消化的復(fù)合物使腸道微生物對氮的有效利用率下降，導(dǎo)致飼料中養(yǎng)分的消化率下降。Khazaal和Orskov（1994）［11］在對各種不同縮合單寧含量牧草進(jìn)行體外試驗時，發(fā)現(xiàn)單寧濃度與體外干物質(zhì)降解率呈負(fù)相關(guān)。本試驗中，葡萄渣單寧對飼糧干物質(zhì)、有機(jī)物、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、鈣和磷的表觀消化率均沒有產(chǎn)生顯著的影響，可能與單寧濃度及來源有關(guān)，因為不同來源單寧對養(yǎng)分降解率的影響存在顯著差異［8］，而且這也說明本次試驗中采用的縮合單寧濃度還不能對養(yǎng)分表觀消化率產(chǎn)生顯著影響。

圖2 綿羊瘤胃參數(shù)動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of parameters in ruminal fluid of sheep

本次試驗中，處理4綿羊的氮表觀消化率顯著高于處理2和處理1綿羊，且氮存留率顯著高于其他各組綿羊，可能與提高綿羊過瘤胃蛋白及降低尿氮排出有關(guān)。單寧－蛋白質(zhì)復(fù)合物在瘤胃內(nèi)不易降解，會提高粗蛋白質(zhì)的過瘤胃率，雖然可能因此而降低瘤胃微生物合成效率，但飼糧粗蛋白質(zhì)利用率高時，可通過降低尿氮排出而提高機(jī)體氮存留率。Cortés等（2009）［12］的研究也發(fā)現(xiàn)，將從朱櫻花（Calliandrahaematocephala）、大葉千斤拔（Moghamiamacro－phylla）和銀合歡（Leucaenaglauca）中提純的縮合單寧按照0，300，600，900mg/g豆粕粗蛋白質(zhì)的比例添加到豆粕中后，干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)的體外降解率極顯著降低且過瘤胃蛋白含量提高。張曉慶等（2010）［13］的研究也證實，紅豆草（Onobrychisviciaefolia）單寧可通過顯著降低綿羊尿氮排出而提高氮存留率。

3.2 綿羊瘤胃內(nèi)氮濃度

反芻動物瘤胃液中的總氮包括氨氮、尿素氮、飼料中可溶解的蛋白氮以及菌體蛋白氮等，飼糧粗蛋白質(zhì)含量和降解率對瘤胃液總氮有直接影響［14］，其中，氨氮濃度是反映反芻動物瘤胃內(nèi)氮降解的最重要指標(biāo)。氨氮是反芻動物瘤胃內(nèi)肽、氨基酸、氨化物、尿素和其他非蛋白氮化合物分解的終產(chǎn)物，同時又是微生物合成菌體蛋白的原料，反映飼糧蛋白質(zhì)的含量、其瘤胃降解特性和微生物的合成狀況［15］。本試驗中，各處理綿羊瘤胃氨氮濃度無差異的情況下，處理1綿羊瘤胃液總氮濃度極顯著高于其他各組綿羊，說明單寧在抑制飼糧粗蛋白質(zhì)降解的同時對瘤胃微生物合成也存在負(fù)面影響，從而導(dǎo)致氨的積累。Wang等（2007）［16］曾報道，利用紅豆草干草飼喂綿羊時導(dǎo)致綿羊瘤胃氨氮濃度顯著降低，這可能與不同試驗中單寧濃度與來源不同有關(guān)，本試驗中該濃度的葡萄渣單寧對瘤胃微生物的影響更為明顯。本次試驗中，各處理綿羊瘤胃總氮和氨氮濃度從食前至食后8h的變化規(guī)律基本一致，且符合反芻動物瘤胃氮濃度變化的一般規(guī)律，因為王桂瑛等（2005）［17］認(rèn)為，采食為微生物提供了必需的營養(yǎng)，較強(qiáng)的咀嚼和反芻作用使精料中的蛋白質(zhì)不斷的降解釋放，同時使粗料中的細(xì)胞可溶性物質(zhì)不斷的溢出，使氨氮濃度迅速增至峰值，隨著在瘤胃內(nèi)被微生物的利用和瘤胃壁的吸收，氨氮濃度逐漸下降，在下次采食后會出現(xiàn)回升現(xiàn)象。

瘤胃液尿素氮濃度受飼料內(nèi)尿素氮含量及其溶解速度、唾液分泌及經(jīng)瘤胃壁吸收入血液的氨態(tài)氮濃度的影響。本試驗中，處理4綿羊瘤胃液中尿素氮濃度顯著高于其他處理綿羊，可能與單寧的澀味刺激唾液分泌并使較多再循環(huán)尿素進(jìn)入瘤胃有關(guān)［18］，但處理2和3綿羊瘤胃液尿素氮濃度卻沒有呈現(xiàn)出相同變化規(guī)律，是否與單寧含量存在相關(guān)，還需要做進(jìn)一步研究。

瘤胃液蛋白氮包括飼料蛋白氮中可溶解部分，微生物蛋白氮及唾液蛋白氮。瘤胃液蛋白氮可反映瘤胃中氨被瘤胃微生物利用的狀況［19］。而飼糧中的可降解蛋白是合成微生物蛋白的主要氮源。本試驗中，單寧的添加顯著降低了綿羊瘤胃液蛋白氮濃度，與單寧抑制飼糧粗蛋白質(zhì)在瘤胃中降解的結(jié)果相符，此外，由于單寧對瘤胃微生物產(chǎn)生的不利影響，最終導(dǎo)致瘤胃液蛋白氮濃度顯著降低。

3.3 綿羊瘤胃液pH及揮發(fā)性脂肪酸

瘤胃液pH是反映反芻動物瘤胃綜合發(fā)酵水平的重要指標(biāo)，它主要受到飼糧性質(zhì)、有機(jī)酸積聚和唾液分泌量等因素影響［20－21］。Murphy和 Kennelly（1987）［22］與韓正康和陳杰（1988）［23］指出，瘤胃內(nèi) pH 值變動范圍為5.0～7.5，呈有規(guī)律形式變動，取決于飼糧性質(zhì)和攝食后時間，一般于飼喂后2～6h達(dá)最低值。本試驗各處理綿羊瘤胃液pH值隨時間的變化趨勢大致相同，也都處于正常變動范圍。

飼料中的碳水化合物是動物機(jī)體能量的主要來源，而在反芻動物瘤胃中，有55%～95%的碳水化合物經(jīng)瘤胃微生物的降解，生成葡萄糖、果糖、木糖等己糖和戊糖，經(jīng)酵解轉(zhuǎn)化成丙酮酸后，進(jìn)一步分解成揮發(fā)性脂肪酸和ATP［24］。乙酸、丙酸和丁酸濃度的相對比例不僅受反芻動物采食水平的影響，而且也受飼糧組成等因素的影響［25］。本試驗中，單寧對綿羊瘤胃液總酸濃度和乙酸摩爾比沒有產(chǎn)生顯著的影響，但顯著提高丙酸摩爾比而顯著降低丁酸摩爾比和乙丙比，這可能與單寧抑制瘤胃微生物活性有關(guān)，因為粗飼料降解慢于精飼料，粗飼料降解抑制會導(dǎo)致乙酸摩爾比降低更多，導(dǎo)致丙酸摩爾比相對升高而乙丙比相對降低。Ngsmdscng（2006）等［25］用體外法研究多種植物的發(fā)酵情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)縮合單寧含量對總揮發(fā)性脂肪酸與各種酸的產(chǎn)量均有顯著影響，縮合單寧含量高的植物其丙酸含量顯著增高，TVFA和乙酸顯著降低，也與本次試驗結(jié)果相近。另外，綿羊瘤胃液總揮發(fā)性脂肪酸和各種酸摩爾比例隨采食時間推移的動態(tài)變化，也符合瘤胃中養(yǎng)分降解及瘤胃微生物利用變化的規(guī)律［26］。

4 結(jié)論

葡萄渣單寧對綿羊干物質(zhì)、有機(jī)物、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、鈣和磷的表觀消化率沒有產(chǎn)生顯著影響，但顯著提高綿羊氮表觀消化率和存留率；顯著降低綿羊瘤胃液總氮和蛋白氮濃度而顯著提高尿素氮濃度，對綿羊瘤胃液氨氮濃度沒有產(chǎn)生顯著的影響；顯著提高綿羊瘤胃液丙酸摩爾比而顯著降低丁酸摩爾比和乙丙比，對綿羊瘤胃液pH、總揮發(fā)性脂肪酸濃度和乙酸及其他酸摩爾比沒有產(chǎn)生顯著的影響。

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