擠壓膨化微貯玉米秸稈的瘤胃降解特性

王玉婷，于 維，祁宏偉*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林長春 130118；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧科學(xué)分院，吉林公主嶺 136100 ）

我國是農(nóng)業(yè)大國，每年都會產(chǎn)生大量的作物秸稈，主要包括稻草秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈。其中玉米秸稈產(chǎn)量較大，超過1.1億t，約占作物秸稈總產(chǎn)量的28.99%[1]。但目前我國大量的玉米秸稈被廢棄、燃燒，不僅造成資源浪費，還污染了環(huán)境[2]。玉米秸稈作為反芻動物飼料，由于其粗蛋白質(zhì)含量低、粗纖維含量高、適口性差，導(dǎo)致其直接飼喂反芻動物時效果差、消化利用率低[3]。為提高玉米秸稈消化利用率需進行一定加工處理，目前的主要加工處理方式主要包括物理方法、化學(xué)方法、生物方法。物理方法主要包括切斷、粉碎、碾壓、浸泡、爆破等；化學(xué)方法包括酸化、堿化、氧化等；生物法包括黃貯、青貯、微貯等[4]。

但現(xiàn)階段，我國玉米秸稈的加工處理方式較單一，處理效果也不是很理想。膨化微貯玉米秸稈是將物理和生物法結(jié)合起來的一種復(fù)合加工調(diào)制方法，其生產(chǎn)工藝流程為收獲秸稈、鍘段、送料、擠壓膨化、補水加菌、打捆、裹膜、入庫發(fā)酵、飼用。一些研究表明，玉米秸稈經(jīng)過膨化處理后，秸稈中的木質(zhì)素對纖維素和半纖維素的包裹和致密的纖維素結(jié)構(gòu)被破壞，從而使玉米秸稈的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變化，提高反芻動物對玉米秸稈的消化利用率[5-6]。但未見關(guān)于膨化微貯玉米秸稈瘤胃降解率評定的報道。因此，本試驗利用半體內(nèi)法—瘤胃尼龍袋法測定膨化微貯玉米秸稈的瘤胃動態(tài)降解率，并將其與傳統(tǒng)加工方法處理的玉米秸稈的瘤胃降解率進行比較，旨在客觀評價膨化微貯玉米秸稈的營養(yǎng)價值，并為膨化微貯玉米秸稈的推廣使用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 本試驗用的玉米秸稈均來自吉林省公主嶺地區(qū)，收獲時期相同。常規(guī)玉米秸稈是未經(jīng)任何處理的玉米秸稈。膨化微貯玉米秸稈是將常規(guī)玉米秸稈切斷為3 cm后用遼源市牧興機械有限公司生產(chǎn)的9 P-150型多功能秸稈膨化機進行膨化（在膨化過程中加入適量的水防止秸稈焦糊），之后加菌打捆裹膜。菌劑來自大連吉翔農(nóng)業(yè)科技有限公司（其主要成分是乳酸菌、酵母菌及其培養(yǎng)物），發(fā)酵時間為45 d。除未經(jīng)膨化處理外，黃貯玉米秸稈其他工藝均與膨化微貯玉米秸稈的加工工藝相同。

選取膨化微貯、黃貯、常規(guī)玉米秸稈樣品，65烘干，回潮24 h制成風干樣本，粉碎，過1 mm篩后，密封保存?zhèn)溆?。膨化微貯、黃貯、常規(guī)玉米秸稈干物質(zhì)（DM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、粗脂肪（EE）、粗灰分（Ash）見表1。

1.2 試驗動物及日糧 選取3頭月齡相近、體重（500±30）kg、健康且裝有永久性瘤胃瘺管的草原紅牛為試驗動物。基礎(chǔ)日糧按照中國肉牛飼養(yǎng)標準進行配制，精粗比為40:60， 于06:00和16:30分2次等量飼喂，自由飲水。日糧的配方及營養(yǎng)成分見表2。

1.3 瘤胃降解率測定 選取孔徑為43 μm的尼龍布，將其縫制成8 cm×12 cm的尼龍袋，用酒精燈將尼龍袋邊緣烤焦，并將膠棒均勻涂抹于縫制處。在試驗前用瘤胃液將尼龍袋浸泡2 h，然后65 烘干、稱重。稱取5 g樣品置于尼龍袋底部，并用細繩將尼龍袋口扎緊。每種樣品在同一瘺管牛內(nèi)設(shè)置3個平行，共3頭牛。將平行樣品分別置于網(wǎng)袋中，在晨飼前置于瘤胃。尼龍袋放入取出遵循“分別放入，同時取出”的原則，在體內(nèi)放置的時間分別為 4、8、12、24、36、48、72 h。將取出的尼龍袋用自來水沖洗，直至水至澄清，65 烘干，稱重，將尼龍袋中殘渣取出，密封保存，用于測定殘渣的NDF、ADF、CP含量[7]。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 營養(yǎng)成分 樣品中DM、CP、EE、Ash依據(jù)張麗英[8]的方法測定，ADF、NDF依據(jù)范式纖維法（Van Soest）[9]，用纖維分析儀測定。

1.4.2 NDF、ADF、CP各個時間點降解率 CP、ADF、NDF各個時間點降解率計算公式[10]：

其中，A為某營養(yǎng)成分某時間點的降解率（%），B為降解前袋內(nèi)該營養(yǎng)成分的含量（g），C為降解后袋內(nèi)該營養(yǎng)成分的含量（g）。

表2 日糧配方及營養(yǎng)成分（干物質(zhì)基礎(chǔ)）

1.4.3 瘤胃降解參數(shù)及有效降解率 各營養(yǎng)成分的瘤胃降解動力參數(shù)利用尼龍袋法測出的各時間點降解率和指數(shù)模型 dP（t）=a+b（1-e-ct）計算出降解參數(shù) a、b、c后，依據(jù)有效降解率（ED）計算公式：

式中，dP（t）為t時間點的某營養(yǎng)成分的降解率，a為該營養(yǎng)成分的快速降解部分（%），b為慢速降解部分（%），c為慢速降解部分的降解速率（%/h），k為待測樣品的瘤胃外流速度（%/h）[11]，本試驗k值取2.5（%/h）[12]。

1.5 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)在Excel（2016）中整理后，用SAS（6.0.0.3）軟件非線性分析（NLⅠN）處理計算出a、b、c，用SPSS（21.0）進行單因素方差分析中Duncan's法分析，結(jié)果用平均值±標準差表示。

表1 不同處理玉米秸稈的營養(yǎng)成分 %

2 結(jié)果與分析

2.1 CP瘤胃降解特性 由表3可以看出，膨化微貯玉米秸稈CP在各個時間點的降解率均極顯著高于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01）；除8 h外，也極顯著高于黃貯（P＜0.01）。 黃貯玉米秸稈CP的降解率在4、8、12 h極顯著高于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01），在24、48、72 h的降解率顯著高于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.05）。膨化微貯玉米秸稈的a、b、a+b、ED均極顯著大于黃貯和常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01）。黃貯玉米秸稈的a極顯著大于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01），a+b大于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.05），b極顯著小于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01），但其ED極顯著大于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01）。

表3 CP瘤胃降解率及降解參數(shù)

2.2 NDF瘤胃降解特性 由表4可以看出，膨化微貯、常規(guī)、黃貯玉米秸稈各時間點的NDF的降解率差異不顯著（P＞0.05）。膨化微貯和黃貯玉米秸稈的NDF的a含量差異不顯著（P＞0.05），但兩者均顯著高于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.05）。膨化微貯玉米秸a+b及ED顯著高于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.05）；黃貯玉米秸稈的a+b及ED高于常規(guī)玉米秸稈，低于膨化微貯玉米秸稈（P＞0.05）。

2.3 ADF瘤胃降解特性 由表5可以看出，膨化微貯和黃貯玉米秸稈各時間點ADF的降解率均高于常規(guī)玉米秸稈（P＞0.05）。黃貯玉米秸稈12、24、36 h的NDF降解率大于膨化微貯玉米秸稈（P＞0.05），其他時間點低于膨化微貯玉米秸稈（P＞0.05）。膨化微貯玉米秸稈的b顯著高于黃貯、常規(guī)玉米秸稈（P＜0.05），a+b極顯著高于黃貯、常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01），ED極顯著高于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01）。黃貯玉米秸稈的a、b與常規(guī)玉米秸稈差異不顯著（P＞0.05），但其b及ED極顯著高于常規(guī)玉米秸稈（P＜0.01）。

表4 NDF瘤胃降解率及降解參數(shù)

表5 ADF瘤胃降解率及降解參數(shù)

3 討 論

飼料中CP瘤胃降解率是反芻動物蛋白新體系的重要參數(shù)，并已逐漸應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中[13]。飼料原料的CP瘤胃降解率不僅受飼料本身的物理、化學(xué)特性影響外，還與其發(fā)酵程度、瘤胃滯留時間、瘤胃微生物對飼料侵襲的有效面積和某些成分的保護性有關(guān)[14]。飼料中纖維物質(zhì)的降解率是評價粗飼料營養(yǎng)價值的一個重要指標，主要包括木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、果膠、硅酸鹽等，但這些物質(zhì)又難以被反芻動物消化吸收[15]。飼料中的纖維物質(zhì)相互交聯(lián)形成復(fù)雜的緊密結(jié)構(gòu)，溶解性極低，瘤胃微生物必須首先緊密附著在底物上才能進行消化。NDF主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，而木質(zhì)素完全不被微生物利用，所以木質(zhì)素占NDF的比例也會影響NDF的降解率。

本試驗測得不同方式處理的玉米秸稈中CP含量為膨化微貯＞黃貯＞常規(guī)。玉米秸稈經(jīng)過膨化后其細胞壁結(jié)構(gòu)在一定程度上受到破壞，使蛋白質(zhì)可與微生物充分接觸，從而提高CP的降解率。本研究結(jié)果表明，膨化微貯玉米秸稈CP的ED極顯著高于黃貯，黃貯玉米秸稈極顯著高于常規(guī)玉米秸稈，可能與其CP含量有關(guān)。冷靜等[16]認為牧草含量高有利于蛋白質(zhì)的降解。

本試驗中，膨化微貯玉米秸稈的NDF、ADF的ED高于常規(guī)玉米秸稈，可能是由于玉米秸稈經(jīng)過高溫膨化后，秸稈中的木質(zhì)素對纖維素和半纖維素的包裹和致密的纖維素結(jié)構(gòu)被破壞，有利于瘤胃微生物附著在底物上，提高其降解率。同時玉米秸稈經(jīng)過微生物發(fā)酵過程，一些微生物菌群附著在纖維物質(zhì)上，使玉米秸稈的細胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，提高其NDF、ADF的降解率。王立明等[17]的研究中，常規(guī)玉米秸稈CP、NDF、ADF的 ED為 39.76%、33.09%、29.56%，黃貯玉米秸稈CP、NDF、ADF的ED為45.01%、33.79%、29.56。這與本試驗結(jié)果基本一致。但其常規(guī)玉米秸稈CP、NDF、ADF的a含量為4.69%、6.44%、2.18%，黃貯玉米秸稈CP、NDF、ADF的a含量為29.40%、6.44%、2.18%[17]，較本試驗結(jié)果略低，這可能是與玉米秸稈的產(chǎn)地、收割時間及黃貯的發(fā)酵時間長短有關(guān)。韓浩然等[18]研究表明，蒸汽爆破可降低玉米秸稈中木質(zhì)素含量，從而提高纖維素物質(zhì)的降解率。這與本試驗結(jié)果一致。孫文等[19]研究表明，黃貯玉米秸稈NDF的ED與常規(guī)玉米秸稈差異不顯著，但ADF的ED顯著提高，這與本試驗結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

玉米秸稈經(jīng)過膨化微貯后CP、NDF、ADF的ED提高，可改善其瘤胃降解特性，使其營養(yǎng)價值大于黃貯和常規(guī)玉米秸稈。