不同粒度玉米在泌乳奶牛瘤胃中降解規(guī)律的預測

鄒 楊 楊占山 李勝利 曹志軍

(中國農業(yè)大學動物科技學院，動物營養(yǎng)國家重點實驗室，北京 100193)

在我國，玉米占精料中很大比例，是奶牛飼糧中最主要的能量來源［1］。反芻動物可消化淀粉主要由瘤胃可降解部分和小腸可消化部分組成，因此，瘤胃淀粉降解率與總腸道淀粉消化率高度相關［2］。我們所關注的不僅是玉米的瘤胃降解率，同時還有過瘤胃降解轉化為葡萄糖、被小腸吸收并轉運至所需器官的那部分。飼糧瘤胃可降解淀粉(RDS)比例也決定了其在小腸消化的過瘤胃淀粉的比例，瘤胃和小腸消化淀粉的平衡對產(chǎn)奶量、乳脂校正乳產(chǎn)量和干物質采食量起到了很大的作用［3－4］。由于粉碎或者破碎引起的快速可利用非結構性碳水化合物的差異在玉米消化過程起到重要的作用，特別是影響 RDS［5］。前人的研究主要針對于玉米的全腸道消化率［6－9］。Moe 等［10］研究發(fā)現(xiàn) 54.5%精料的奶牛飼糧中使用細粉玉米(68.3%)比使用玉米粒(59.1%)的全腸道消化率要高。同樣地，還有一些試驗用半體內法測定了相同處理方法，如相同粒度的不同谷物的消化率，結果表明，瘤胃降解率由于不同谷物的粒度分布和物理結構的不同而不同［11－12］。然而，關于泌乳奶牛對不同粒度的玉米干物質和淀粉降解率的信息是很匱乏的。同時，在牛場用半體內法也不是一種測定奶牛的玉米降解率的很實際的方法。到目前為止，還沒有一種利用玉米的不同粒度來評估瘤胃降解率的模型。實際上，飼料廠粉碎的玉米不像在科學研究中一樣是粒度均一的。本試驗利用尼龍袋法來研究玉米粒度(300～6 000μm)分布對荷斯坦泌乳奶牛干物質和淀粉的降解規(guī)律的影響，旨在通過粒度來預測玉米的降解規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗動物

選取5頭體況良好、帶有瘤胃瘺管的荷斯坦二胎奶牛，泌乳天數(shù)為(248±46)d，產(chǎn)奶量為(15.80±3.0)kg/d，體重為(617±63)kg。試驗在中國農業(yè)大學延慶試驗基地進行。試驗牛采用全混合日糧飼喂，全混合日糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 全混合日糧組成及營養(yǎng)水平(干物質基礎)Table 1 Composition and nutrient levels of the total mixed ration(DM basis) %

1.2 飼養(yǎng)管理

試驗動物在鋪有橡膠墊的牛舍內栓系式飼養(yǎng)，每天07:30和19:30飼喂，07:00和19:00擠奶，1 h自由活動，自由飲水。奶牛福利參照FASS(2010)［13］標準。

1.3 試驗樣品制備與分析

1.3.1 玉米樣品的制備

在中國農業(yè)大學延慶奶牛試驗基地采取同一批玉米進行樣品制備，玉米粉碎后用篩孔分別為300、450、600、2 360、6 000 μm 的標準檢驗篩振蕩15 min，直到篩底的重量恒定。

1.3.2 降解率的測定

降解率根據(jù) Herrera-Saldana等［14］的描述進行。分別準確稱取5 g左右的待測玉米樣品，裝入已稱重的10 cm×19 cm尼龍袋(孔徑40μm)中。每頭牛每個待測樣品均設置2個重復，每個重復1個尼龍袋，將2個重復的尼龍袋口交叉夾于半軟塑料管(50 cm)的夾縫中，用橡皮筋纏繞固定結實。

本試驗采用“同時放入，分次取出”的方法，將所有塑料管(連同上面所系尼龍袋)放入瘤胃，分別在瘤胃內培養(yǎng) 0、2、4、8、12、24 和 48 h 后，將塑料管(連同上面所系尼龍袋)從瘤胃中取出。將取出的尼龍袋浸泡在冰水中，并立即用自來水沖洗，在沖洗過程中可用手輕輕擠壓，直至水清為止。將沖洗過的尼龍袋放在65℃烘箱內烘至恒重，用分析天平稱重。計算瘤胃對飼料營養(yǎng)物質的降解率。袋中的剩余樣品混合均勻，用研缽粉碎過1 mm篩，裝入密封容器內待測。

全混合日糧和尼龍袋剩余樣品干物質和淀粉含量的測定按照AOAC［15－16］的方法進行測定。測定方法如下:干物質，100～105℃烘箱干燥法測定;淀粉，耐熱α－淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶法。

1.4 降解率的計算

干物質和淀粉的降解率計算公式如下:

降解率(%)=100×(A－B)/A。

式中:A為尼龍袋中待測樣品干物質或淀粉的質量(mg)，B為瘤胃降解后尼龍袋中剩余樣品的干物質或淀粉的質量(mg)。

干物質和淀粉的半體內法降解率曲線符合如下模型:

降解率(%)=a+b×(1－e－Kd×t)［17］。

式中:a為快速降解部分(%)，b為慢速降解部分(%)，Kd為慢速降解部分的降解速率(%/h)，t為降解時間(h)。

瘤胃可降解干物質(RDDM)和RDS含量計算公式如下:

RDDM 或 RDS=a+b×Kd/(Kd+Kp)。

式中:Kp為外流速率(%/h)，本試驗取0.06。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程使用SAS 8.1，玉米粒度的影響采用GLM方差分析程序進行分析，同時采用線性和二次回歸來分析玉米粒度增加的影響。試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果以P＜0.05表示差異顯著。對半體內法測定的干物質和淀粉的降解率以及降解參數(shù)與玉米粒度之間進行線性回歸。

2 結果與分析

2.1 不同粒度對玉米干物質和淀粉瘤胃實時降解率的影響

由表2和表3可見，各時間點玉米的干物質和淀粉降解率均隨著粒度的減小而增加，同時，各粒度玉米的干物質和淀粉降解率也隨著降解時間的延長而增加。各粒度中，玉米最小的粒度300μm的干物質和淀粉的48 h降解率最高，分別為98.22%和 97.30%，而最大的粒度 6 000 μm 的最低，分別為69.24%和 70.96%。這提示，當表面積增大約20倍時，玉米干物質和淀粉的降解率分別提高 1.44 和 1.37 倍。

以玉米粒度為自變量，對各時間點干物質和淀粉降解率進行線性回歸可以看出，除了0 h的淀粉(P=0.328，R2=0.311 3)以及培養(yǎng)后 2 h 的干物質(P=0.086，R2=0.679 0)和淀粉(P=0.059，R2=0.746 7)降解率，其他各時間點的干物質和淀粉的降解率均表現(xiàn)出了很強的線性相關(P＜0.05，干物質:R2為 0.831 2～0.933 4，淀粉:R2為 0.820 3～0.993 1)，同時2 h的干物質和淀粉的降解率也可觀察到線性相關的趨勢(0.05＜P＜0.10)。

表2 不同粒度對玉米干物質瘤胃實時降解率的影響(干物質基礎)Table 2 Effects of different particle sizes on real-time ruminal degradation rate of dry matter of corn(DM basis) %

表3 不同粒度對玉米淀粉瘤胃實時降解率的影響(干物質基礎)Table 3 Effects of different particle sizes on real-time ruminal degradation rate of starch of corn(DM basis) %

續(xù)表3

2.2 不同粒度對玉米干物質和淀粉瘤胃降解參數(shù)的影響

由表4和表5可見，隨著粒度的降低，玉米的干物質的快速降解部分和慢速降解部分的降解速率以及淀粉的快速降解部分均升高，淀粉的慢速降解部分的降解速率先升高后降低。300μm時的瘤胃可降解部分(干物質和淀粉)約為6 000μm時的2倍。瘤胃培養(yǎng)48 h，各粒度玉米的干物質的慢速降解部分的降解速率在2.2 9%/h～6.62%/h，淀粉的在 2.28%/h～9.14%/h。

以玉米粒度為自變量，對瘤胃培養(yǎng)48 h后干物質和淀粉降解參數(shù)進行線性回歸可以看出，干物質的快速降解部分(P=0.025，R2=0.854 0)和慢速降解部分(P=0.014，R2=0.901 0)及 RDDM(P=0.019，R2=0.879 9)，淀粉的慢速降解部分(P=0.023，R2=0.862 0)和 RDS(P=0.008，R2=0.929 0)均表現(xiàn)出了很強的線性相關。

表4 不同粒度對玉米干物質瘤胃降解參數(shù)的影響(干物質基礎)Table 4 Effects of different particle sizes on ruminal degradation parameters of DM of corn(DM basis)

表5 不同粒度對玉米淀粉瘤胃降解參數(shù)的影響(干物質基礎)Table 5 Effects of different particle sizes on ruminal degradation parameters of starch of corn(DM basis)

3 討 論

由于粉碎過程并未破壞玉米的分子鍵，試驗中5種粒度的玉米干物質(86.6%～88.4%)和淀粉(62.2%～64.3%)含量差異不大。瘤胃降解率受到很多因素的影響，如粉碎處理、顆粒大小、原料來源［18－19］、尼龍袋孔徑［20］和動物飼糧［21］。然而，關于選擇較大范圍的玉米粒度對泌乳奶牛干物質和淀粉瘤胃降解率影響的研究較少。本試驗表明，粒度對玉米干物質和淀粉的影響不僅表現(xiàn)在瘤胃培養(yǎng)的早期，也同樣表現(xiàn)在培養(yǎng)的后期。粉碎只是降低了玉米的粒度，增加了與瘤胃微生物接觸的表面積，并未造成玉米中分子鍵的斷裂，因此，5種粒度玉米樣品的營養(yǎng)成分無差異。而5種粒度的玉米干物質和淀粉瘤胃降解率的變異可能是由于物理結構和化學成分的不同，同時淀粉和干物質的降解率變化是一致的［22］。盡管粒度分布由于谷物、處理方法、化學組成、物理結構和每一部分粒度降解率的變化而變化，本試驗著重于300～6 000μm的粒度對玉米瘤胃降解率的影響。

本試驗采用的尼龍袋孔徑為40μm，國外尼龍袋降解試驗樣品一般是過3 mm篩，本試驗中300μm的快速降解部分很高可能是由于粒度太細，有一部分透過尼龍袋滲透出來，而未被消化，這部分是由于尼龍袋方法的局限性造成的，而由粉碎造成的損失根據(jù)?rskov等［17］的方法也是不可測的。本試驗中最小的玉米粒度為300μm，遠大于尼龍袋的孔徑(40μm)，因此尼龍袋中干物質的損失是可以被忽略的。

Rémond 等［23］對 粒 度 為 730、1 807 和3 668μm的玉米的瘤胃快速降解部分和慢速降解部分的研究結果表明，粒度的減小使瘤胃快速降解部分從1.5%增加到18.4%，而慢速降解部分從98.1%降低到81.6%，這與本試驗結果是一致的。本試驗中RDDM和RDS的增加主要是由于快速降解部分的變大［5，14，24］。Ewing 等［25］同樣指出玉米粒度從8 mm降低至1 mm加速了肉牛的玉米過瘤胃速率。然而，玉米粒度為450μm時的淀粉快速降解部分為25.55%，比600μm時高，慢速降解部分的降解速率高于300μm，慢速降解部分的降解速率與玉米粒度不呈線性相關。不同粒度之間的變異可能是由于玉米樣品粉碎后的物理結構和化學組成不同造成的［26］。粉狀或角狀胚乳或胚芽在特定的粒度下更集中［26］，當玉米粉碎的較細時，玉米粒被破壞，淀粉的結晶度降低［27－28］，粉碎后的粉狀胚乳產(chǎn)生了較高的淀粉含量。

將與玉米干物質和淀粉瘤胃降解率有關文獻［14，29－36］中的粒度的數(shù)值代入本試驗的預測公式，所得的降解率的預測值與文獻中的實測值進行比較，可以看出預測值與實測值之間平均有10%的偏差，但是 Herrera-Saldana等［14］用肉牛測定的玉米瘤胃降解率與用本試驗中的預測公式所得的計算值僅相差4.62%。由于瘤胃降解率會受到動物的品種、奶牛的泌乳階段、玉米的種類和加工方法的影響，而本試驗著重關注泌乳后期奶牛對不同粒度的同一種玉米的瘤胃降解率的影響，因此本試驗所提供的回歸公式在一定范圍內是有效的，同時也具有一定的局限性。關于瘤胃降解率與不同品種和階段的動物、不同種類和加工方法的玉米之間的關系還需要進一步研究。

4 結論

本試驗建立了通過粒度(x，μm)分布預測RDDM(y1，%)和 RDS 含量(y2，%)的回歸公式:y1=67.96－0.005 4 8x，R2=0.88，P=0.019;y2=70.12－0.005 36x，R2=0.93，P=0.008。

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