皇竹草和噴漿玉米皮混合對(duì)瘤胃發(fā)酵特性的影響

尹福泉，吳征敏，王志敬，吳浩浩，蘭瑞霞，趙志輝

(1.廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 湛江 524088； 2.廣東省清遠(yuǎn)市農(nóng)業(yè)局 動(dòng)物疾病預(yù)防控制中心，廣東 清遠(yuǎn) 511515 )

皇竹草(Pennisetumsinese)是由象草(P.purpureum)和美洲狼尾草(P.alopecuroides)雜交選育而成的一種多年生禾本科植物，喜肥、耐高溫，特別適合我國(guó)南方地區(qū)種植?；手癫萦?0世紀(jì)80年代作為牧草資源引入我國(guó)，因其產(chǎn)量高、品質(zhì)好而廣泛用于畜禽養(yǎng)殖[1-3]。同時(shí)由于其根系發(fā)達(dá)，對(duì)水肥有較強(qiáng)的保持作用，且對(duì)有機(jī)物質(zhì)、氮和磷等環(huán)境污染物具有較強(qiáng)的吸附作用，因而常被作為生態(tài)草而種植于我國(guó)大部分地區(qū)[4-6]。噴漿玉米皮(spouting corn bran,SCB)，又稱玉米蛋白飼料或玉米麩，是在玉米淀粉及胚芽生產(chǎn)過程中將蛋白質(zhì)及能量高的玉米漿噴灑在玉米皮上，經(jīng)滾筒干燥后形成的玉米副產(chǎn)物，其蛋白質(zhì)、能量及氨基酸含量大大提高，是非常規(guī)飼料的一種。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，山羊飼養(yǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，飼料資源成為限制山羊養(yǎng)殖的主要因素之一，開發(fā)利用地方性現(xiàn)有飼料資源，對(duì)緩解糧食壓力，降低山羊養(yǎng)殖成本具有十分重要的意義[7]。但由于地方粗飼料資源粗纖維含量高而粗蛋白含量較低，開發(fā)利用率降低，作為飼料直接飼喂導(dǎo)致動(dòng)物對(duì)其消化利用率低[8]。因此，在生產(chǎn)中往往將兩種飼料合理搭配，利用飼料間混合效應(yīng)提高反芻動(dòng)物對(duì)粗飼料的消化利用。孟梅娟等[9]研究表明，小麥秸稈與噴漿玉米皮合理搭配可產(chǎn)生正混合效應(yīng)，能夠提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解率。涂遠(yuǎn)路等[10]研究表明，在小麥秸稈與噴漿玉米皮混合中，隨噴漿玉米皮比例的增加，丙酸濃度增加，飼料利用率也逐漸增加。本研究以華南地區(qū)的優(yōu)質(zhì)牧草皇竹草與噴漿玉米皮混合作為試驗(yàn)材料，通過體外產(chǎn)氣法探討皇竹草和噴漿玉米皮的最佳配比，從而為皇竹草資源的開發(fā)及噴漿玉米皮在反芻動(dòng)物養(yǎng)殖上的合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

皇竹草：2016年10月份，在株高為150～200 cm時(shí)取自于廣東海洋大學(xué)后山牧草基地(留茬20 cm)，每天下午收割，第2天經(jīng)揉草機(jī)揉搓后放于烘箱65 ℃烘干、粉碎過孔徑為0.069 mm篩保存，待用。

噴漿玉米皮：購(gòu)自廣東某飼料廠。

瘤胃液：取自山羊瘤胃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

人工模擬山羊瘤胃環(huán)境，將皇竹草與噴漿玉米皮在干物質(zhì)基礎(chǔ)上以100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100比例混合，進(jìn)行體外發(fā)酵，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)設(shè)6個(gè)平行樣和3個(gè)空白對(duì)照(不加底物，只加發(fā)酵液)，分別培養(yǎng)24、48 h，培養(yǎng)結(jié)束后，取出于冰水靜置4 h后終止發(fā)酵。原料及混合后化學(xué)組成見表1。

1.3 體外發(fā)酵液的制備

1.3.1瘤胃液的采集與處理 選擇健康、體重相近的成年山羊羯羊3只，禁食不禁水，12 h后采用頸動(dòng)脈放血法處死，取足夠量的瘤胃液置于充滿CO2的保溫瓶中，4層紗布過濾，于39 ℃水浴鍋中保存(厭氧條件下進(jìn)行)。

1.3.2人工唾液的配制 人工唾液的配制參照文獻(xiàn)[11]方法進(jìn)行配制。

1.4 體外培養(yǎng)與樣品采集

將瘤胃液與配制好的人工唾液按體積比1∶9混合均勻，取70 mL加到體積為200 mL裝有1.25 g樣品發(fā)酵瓶中(空白對(duì)照發(fā)酵瓶中只添加70 mL發(fā)酵液)，密封后放入(39.0±0.5) ℃的恒溫震動(dòng)培養(yǎng)箱內(nèi)分別培養(yǎng)24和48 h。

將各時(shí)間點(diǎn)發(fā)酵瓶取出，迅速放入冰水終止微生物活動(dòng)，靜置后取2 mL上層液體加入8.2%偏磷酸并置于-20 ℃冰箱保存，用于揮發(fā)性脂肪酸的測(cè)定；其余經(jīng)尼龍布過濾，濾渣放入65 ℃烘箱烘24 h，稱重后置于-20 ℃冰箱保存，待測(cè)。

表1 試驗(yàn)原料化學(xué)組成(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Chemical composition of test materials (dry matter basis) %

1.5 測(cè)定指標(biāo)與方法

原料和濾渣的干物質(zhì)(DM)、有機(jī)物(OM)等按照文獻(xiàn)[12]中的方法測(cè)定；纖維物質(zhì)采用范式(Van Soest)洗滌纖維測(cè)定方法測(cè)定[13]；揮發(fā)性脂肪酸(VFA)采用美國(guó)Agilent 6890氣相色譜儀測(cè)定[14]。

1.6 指標(biāo)計(jì)算方法

1.6.1養(yǎng)分降解率的計(jì)算

某養(yǎng)分降解率=[(試驗(yàn)原料中某養(yǎng)分含量-殘?jiān)心仇B(yǎng)分含量)/試驗(yàn)原料中某養(yǎng)分含量]×100%。

1.6.2混合效應(yīng)值的計(jì)算

混合效應(yīng)值=[(實(shí)測(cè)值—加權(quán)估計(jì)值)/加權(quán)估計(jì)值]×100%。

式中：實(shí)測(cè)值為實(shí)際測(cè)定樣品消化率；加權(quán)估算值為A樣品實(shí)測(cè)值×A樣品配比+B樣品實(shí)測(cè)值×B樣品配比。

1.7 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，SPSS 20.0軟件中ANOVA模型進(jìn)行單因素方差分析，多重比較用Duncan進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,P<0.05表示差異顯著,P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果

2.1 混合物的有機(jī)物降解率及其混合效應(yīng)

皇竹草和噴漿玉米皮不同比例混合物間的有機(jī)物降解率差異顯著(P<0.05)，在體外發(fā)酵24 h后，噴漿玉米皮組有機(jī)物降解率極顯著高于皇竹草組和皇竹草與噴漿玉米皮混合組(P<0.01)(表2)；除50∶50和25∶75混合組間有機(jī)物降解率差異不顯著外(P>0.05)，隨著噴漿玉米皮所占比例的增加，其余有機(jī)物降解率均呈極顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)。發(fā)酵48 h時(shí)，隨著噴漿玉米皮比例的增加，有機(jī)物降解率呈極顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)。在混合效應(yīng)方面，發(fā)酵24 h 時(shí)，75∶25混合比例略低于50∶50混合比例(P>0.05)，二者均極顯著高于25∶75(P<0.01)；發(fā)酵48 h時(shí)，按75∶25混合時(shí)，混合效應(yīng)最大，但各混合比例間混合效應(yīng)差異不顯著(P>0.05)。

表2 混合物的有機(jī)物降解率及混合效應(yīng)Table 2 Organic degradation rateand combination effect of composition

同列不同小寫和大寫字母分別表示差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)，下同。

Different lowercase and capital letters indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively;similarly for the following tables.

2.2 混合物的纖維物質(zhì)降解率

中性洗滌纖維降解率發(fā)酵24和48 h出現(xiàn)相同的規(guī)律，除50∶50和25∶75比例混合組間差異不顯著(P>0.05)外，隨著噴漿玉米皮比例的增加，中性洗滌纖維的降解率均極顯著增大(P<0.01)(表3)；酸性洗滌纖維在發(fā)酵24 h 時(shí)，50∶50、25∶70和0∶100組均極顯著高于100∶0和75∶25組(P<0.01)，50∶50組最高，與25∶75組差異不顯著(P>0.05)。發(fā)酵48 h時(shí)，混合組均顯著高于單一原料組(P<0.05)。粗纖維在發(fā)酵24 h時(shí)，除50∶50和25∶75混合組間差異不顯著外(P>0.05)，隨著噴漿玉米皮的比例增加，降解率均呈極顯著增加(P<0.01)；發(fā)酵48 h時(shí)，除75∶25和50∶50混合組間差異不顯著外(P>0.05)，隨著噴漿玉米皮的比例增加，降解率均呈極顯著增加(P<0.01)。

2.3 混合物的纖維物質(zhì)混合效應(yīng)

中性洗滌纖維在24 h時(shí)，隨著噴漿玉米皮比例的增加，混合效應(yīng)顯著降低(P<0.05)(表4)；發(fā)酵48 h時(shí)，75∶25組混合效應(yīng)最高顯著高于25∶75組(P<0.05)。酸性洗滌纖維在24 h時(shí)，50∶50組混合效應(yīng)最高，且極顯著高于其他組(P<0.01)；發(fā)酵48 h時(shí)，25∶75混合時(shí)效應(yīng)最高，與75∶25組無(wú)顯著差異(P>0.05)；粗纖維方面在發(fā)酵24和48 h時(shí)均以75∶25混合效應(yīng)最高，且顯著高于其他組(P<0.05)。

2.4 混合物的揮發(fā)性脂肪酸濃度

在發(fā)酵24 h后，乙酸、丙酸、丁酸的濃度隨噴漿玉米皮比例的增加而顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)增大(表5)。在發(fā)酵48 h后，皇竹草和噴漿玉米皮以25∶75混合時(shí)乙酸、丙酸和丁酸濃度達(dá)到最大值，顯著高于100∶0和75∶25組(P<0.05)，與50∶50組無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.5 混合物的揮發(fā)性脂肪酸混合效應(yīng)

乙酸在發(fā)酵24 h時(shí)，隨著噴漿玉米皮混合比例的增加，混合效應(yīng)呈降低趨勢(shì)，75∶25和50∶50混合組極顯著高于25∶75組(P<0.01)(表6)；發(fā)酵48 h時(shí)隨著噴漿玉米皮混合比例的增加，乙酸混合效應(yīng)增加。丙酸在發(fā)酵24 h時(shí)，50∶50混合效應(yīng)最高，顯著高于25∶75組(P<0.05)；發(fā)酵48 h時(shí)，50∶50混合效應(yīng)最高，顯著高于75∶25組(P<0.05)；丁酸在發(fā)酵24和48 h時(shí)均以50∶50混合效應(yīng)最高。

表3 混合物的纖維物質(zhì)降解率Table 3 The fiber degradation rate of the composition %

表4 混合物的纖維物質(zhì)混合效應(yīng)Table 4 Composition effect of fibrous substances

表5 混合物的揮發(fā)性脂肪酸濃度Table 5 The concentration of volatile fatty acids in compositions

表6 混合物的揮發(fā)性脂肪酸混合效應(yīng)Table 6 Volatile fatty acid combined effect of composition

3 討論

3.1 皇竹草和噴漿玉米皮混合對(duì)體外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解率的影響

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解率是衡量動(dòng)物機(jī)體對(duì)飼料養(yǎng)分利用率的重要指標(biāo)，對(duì)于草食家畜而言，將不同飼料原料進(jìn)行合理搭配可以改善其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率[15]。研究表明，草食家畜對(duì)有機(jī)質(zhì)的消化率與所給飼料中碳水化合物的含量呈正相關(guān)關(guān)系[16]。孟梅娟等[9]研究指出，添加噴漿玉米皮可以提高纖維物質(zhì)的降解率。本研究得出，添加不同比例噴漿玉米皮均可提高有機(jī)物、粗纖維和中性洗滌纖維降解率，造成這種現(xiàn)象的原因一方面可能是，添加噴漿玉米皮后，飼糧中飼料間的不同搭配以及易降解纖維和易發(fā)酵碳水化合物的添加均會(huì)對(duì)飼糧中單一飼料的營(yíng)養(yǎng)消化利用率產(chǎn)生影響[9]；另一方面噴漿玉米皮中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量較高，可以給瘤胃微生物提供更多的可利用糖類，提高微生物活性，從而提高瘤胃微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率[3]。纖維物質(zhì)對(duì)于草食動(dòng)物的瘤胃代謝具有重要的作用，纖維含量的高低是影響消化率的首要因素，同時(shí)還會(huì)影響家畜的采食量[17-18]，從本研究結(jié)果可以看出，飼糧中的中性洗滌纖維含量越少，其降解率就越高，而酸性洗滌纖維和粗纖維則在一定范圍內(nèi)隨著纖維含量的降低，其降解率升高，而低于一定的范圍其降解率反而降低，這與孟梅娟等[7]研究結(jié)果一致。反芻動(dòng)物主要通過瘤胃微生物利用纖維物質(zhì)，而瘤胃微生物則主要通過物理和化學(xué)法對(duì)纖維物質(zhì)進(jìn)行降解利用。物理利用途徑是反芻動(dòng)物采食后，瘤胃微生物很快就附著于纖維物質(zhì)上，通過植物組織表面的孔隙或者受損部位進(jìn)入植物組織內(nèi)部，從而進(jìn)行消化；化學(xué)利用途徑較為復(fù)雜，其主要是纖維分解菌產(chǎn)生纖維素分解酶并對(duì)纖維物質(zhì)進(jìn)行分解[19]。

3.2 皇竹草和噴漿玉米皮混合對(duì)體外揮發(fā)性脂肪酸組成的影響

瘤胃中的揮發(fā)性脂肪酸是發(fā)酵底物中的碳水化合物經(jīng)瘤胃微生物發(fā)酵后生成的，主要由乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等組成，其中以乙酸、丙酸和丁酸為主，約占總揮發(fā)性脂肪酸的95%左右。乙酸主要用于動(dòng)物體脂肪和乳脂肪的合成；丙酸是糖異生的主要前體物質(zhì)，丙酸有利于促進(jìn)葡糖糖的轉(zhuǎn)化和貯存；丁酸主要用于為體組織供能，同時(shí)丁酸還參與采食量的調(diào)節(jié)[19-21]。王海榮[19]和陳光吉等[22]研究表明，瘤胃中揮發(fā)性脂肪酸的組成及濃度受到飼料精粗比、加工方式以及一些添加劑的影響，但在瘤胃揮發(fā)性脂肪酸組成中，均以乙酸含量最高，且本研究結(jié)果表明，同一發(fā)酵底物同一發(fā)酵時(shí)間，均以乙酸含量最高，這與前人研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果得出，皇竹草和噴漿玉米皮不同比例混合對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量和比例具有一定的影響，單獨(dú)皇竹草組和單獨(dú)噴漿玉米皮組相比，全噴漿玉米皮組的揮發(fā)性脂肪酸總濃度和乙酸、丙酸、丁酸濃度均高于全皇竹草組，表明噴漿玉米皮的飼喂效果優(yōu)于皇竹草。然而，皇竹草和噴漿玉米皮混合后，其產(chǎn)酸量卻不是呈整體性變化，發(fā)酵24 h時(shí)以0∶100組乙酸濃度最高，而在48 h 時(shí)卻是25∶75組濃度最高，說明全噴漿玉米皮組乙酸發(fā)酵潛力較小，而丙酸和丁酸方面，也都具有相同的規(guī)律，這都表明混合后的效果要優(yōu)于單一飼料原料，這與前人研究小麥秸稈與噴漿玉米皮不同比例混合及不同精粗比對(duì)瘤胃揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響結(jié)果一致[9-10,14,23]。

3.3 皇竹草和噴漿玉米皮的混合效應(yīng)

不同飼料相互搭配使得搭配后某種養(yǎng)分降解率高于各個(gè)單一飼料原料加權(quán)值，這表明這種搭配產(chǎn)生了正混合效應(yīng)，通過不同牧草之間進(jìn)行合理的搭配，充分發(fā)揮正混合效應(yīng)，不僅可以提高動(dòng)物對(duì)牧草的利用能力，而且可以有益于動(dòng)物體的健康[24-25]。研究發(fā)現(xiàn)，牧草間存在混合效應(yīng)(正混合效應(yīng)或者負(fù)混合效應(yīng))，正混合效應(yīng)越高說明動(dòng)物對(duì)牧草的消化率和采食量就越高，負(fù)混合效應(yīng)則說明牧草間混合會(huì)對(duì)牧草養(yǎng)分利用率產(chǎn)生負(fù)面影響[26]。張品佳等[27]通過體外發(fā)酵法以總產(chǎn)氣量、揮發(fā)性脂肪酸和有機(jī)物降解率等混合效應(yīng)值為衡量指標(biāo)得出青貯茭白鞘葉∶玉米∶豆粕最佳混合比例為40∶30∶30；張勇等[28]以產(chǎn)氣量、氨態(tài)氮和揮發(fā)性脂肪酸等混合效應(yīng)值為衡量指標(biāo)得出油菜秸∶玉米∶豆粕最佳比例為55∶30∶15。從有機(jī)物降解率混合效應(yīng)來看，50∶50混合在發(fā)酵24 h時(shí)產(chǎn)生最大混合效應(yīng)，與75∶25混合效應(yīng)相當(dāng)；75∶25混合在發(fā)酵48 h時(shí)產(chǎn)生最大混合效應(yīng)，25∶75混合在兩個(gè)時(shí)間段混合效應(yīng)均最低。從纖維物質(zhì)混合效應(yīng)來看，在中性洗滌纖維和粗纖維方面兩個(gè)時(shí)間段均以75∶25混合效應(yīng)最高，50∶50混合效應(yīng)值次之，25∶75組最低且都為負(fù)混合效應(yīng)。揮發(fā)性脂肪酸方面，發(fā)酵24 h時(shí)乙酸、丙酸和丁酸最大混合效應(yīng)值分別是75∶25、50∶50和50∶50混合，48 h時(shí)乙酸、丙酸和丁酸最大混合效應(yīng)值分別是25∶75、50∶50和50∶50混合比例。從結(jié)果可以看出，皇竹草和噴漿玉米皮不同比例混合產(chǎn)生了混合效應(yīng)，這與孟梅娟等[9]和涂遠(yuǎn)璐等[10]研究的小麥秸稈與噴漿玉米皮不同比例混合產(chǎn)生不同混合效應(yīng)的結(jié)果一致，表明噴漿玉米皮用于山羊的養(yǎng)殖是可行的，而且具有較高的利用價(jià)值，且與皇竹草混合時(shí)效果更佳。

4 結(jié)論

本研究表明，噴漿玉米皮可用于山羊養(yǎng)殖，且具有較高的利用價(jià)值，與皇竹草混合效果更佳；綜合有機(jī)物質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維降解率及其混合效應(yīng)和揮發(fā)性脂肪酸濃度及其混合效應(yīng)得出，皇竹草和噴漿玉米皮的最佳混合比例為75∶25和50∶50。