葡萄渣和尿素處理稻草對牛瘤胃體外發(fā)酵及消化率的影響

張世衛(wèi)，何孟蓮，張興國

目前，人們對天然產品作為飼料添加劑來解決動物營養(yǎng)和畜牧生產中的問題產生了濃厚興趣。使用含有次生化合物的熱帶植物和農業(yè)副產品，如濃縮單寧和皂苷，通過提高飼料能源利用效率，抑制瘤胃甲烷生產，從而改善瘤胃發(fā)酵（楊志剛和陳阿琴，2007）。有研究報道含有植物及其提取物的單寧和皂苷似乎可以通過降低瘤胃纖毛原蟲和產甲烷菌的溶菌活性來抑制甲烷釋放（Chanthakhoun等，2011）。葡萄渣是含有次生代謝物的農業(yè)副產品之一，是世界許多地區(qū)大量生產高單寧酸飼料副產品。葡萄渣通常被當作廢棄物丟棄，任其腐爛，因此，在許多地區(qū)造成嚴重的環(huán)境污染和處理問題。但這些廢棄物在反芻動物日糧中的潛在用途有助于緩解飼料原料短缺，同時也可以提高牛奶和肉類產量（Besharati和Taghizadeh，2009）。此外，葡萄渣可以作為動物飼料中纖維和多酚的來源，由于其低成本和可用性，在許多國家季節(jié)性利用在動物飼料中比較常見。Bahrami等（2010）研究了不同水平葡萄渣對雄性羊羔的影響發(fā)現，在飼糧中添加5%～10%的葡萄渣后，與對照組相比，飼料轉化率顯著提高。葡萄渣含有濃縮單寧，可以改變氮代謝。Shibata和Terada（2010）報道了提高反芻動物生產效率的策略，即在粗飼料中添加化學物質，如尿素、甲醛、甲酸和莫能菌素，這些物質可以提高反芻動物的營養(yǎng)效率、消化率，影響甲烷生成。但在體外研究中，以葡萄渣作為輔料，添加濃縮單寧和皂苷對瘤胃發(fā)酵特性和消化率的影響數據還比較有限。因此，本研究的目的是利用體外培養(yǎng)技術評估葡萄渣和水稻秸稈來源對瘤胃體外發(fā)酵氣體動力學、發(fā)酵特性、營養(yǎng)物質消化率和微生物種群的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗處理與設計 采用完全隨機試驗設計，試驗因素為2×4階乘，即2種類型的水稻秸稈（3% 尿素處理和未處理），4種（0、2、4、6%）葡萄渣添加水平。水稻秸稈、尿素處理后的水稻秸稈、葡萄渣樣品在65℃烘干72 h后，粉碎過1 mm分析篩，用于分析常規(guī)營養(yǎng)成分、濃縮單寧及皂苷含量。

1.2 瘤胃接種 以2頭含有瘤胃瘺管的肉牛作為瘤胃液采集體，其活重（400±30）kg。肉牛被單獨圈養(yǎng)，提供干凈的淡水和鹽塊舔飼。水稻秸稈作為粗飼料自己采食，濃縮料由70%木薯、6%米糠、17%豆粕、1%硫酸鈉、4%尿素、1%鹽以及1%預混料構成。在收集瘤胃液前對肉牛飼喂20 d。每天早上飼喂前從瘤胃瘺管提取1000 mL瘤胃液，混合后用4層紗布過濾到預先加熱的保溫瓶中。

1.3 體外發(fā)酵 將0.2 g底物樣品放入50 mL血清瓶中，分別進行相應處理。每處理5個重復，40個樣品瓶加5個空白。45個瓶子在11個不同的孵育時間下孵育。孵育30 min后將瓶子輕輕混合，每3小時混合3次。樣品采集程序如表1所示，分別進行氨氮和揮發(fā)性脂肪酸分析。制備24瓶樣品（3瓶/處理×8處理×1采樣時間，孵育4 h），進行細菌、原生動物和真菌的計數。

表1 體外瘤胃液取樣程序

1.4 統計分析 采用SAS軟件PROC GLM中的一般線性模型，將所有數據按2×4的階乘排列進行統計分析。統計模型包括秸稈原料、葡萄渣添加水平和兩者交互作用。用正交多項式分析了葡萄渣添加水平的變化趨勢。P＜0.05為差異顯著，P＜0.01為差異極顯著，P＜0.10為有顯著差異趨勢。

2 結果與分析

2.1 原料養(yǎng)分分析 表2可知，水稻秸稈和3%尿素處理的秸稈粗蛋白質含量分別是3%和5.8%，而葡萄渣粗蛋白質含量為12.8%。此外，葡萄渣中濃縮單寧和總皂苷含量分別是12.3%和14.6%。

表2 試驗用原料成分分析 %

2.2 體外發(fā)酵產氣量、氣體動力學參數、體外干物質消化率 秸稈原料的氣體動力學在立即溶出率（a）、不溶出率（b）和產氣潛力（a + b）方面差異顯著（P＜0.05），且葡萄渣組有最低趨勢（P=0.08）。本研究得到的產氣速率（c）的變化不受秸稈原料和葡萄渣添加水平的影響（P＞0.05）。秸稈原料對累積產氣量（96 h）具有顯著影響（P＜0.05），當日糧中葡萄渣添加水平從2%增加到6%時，累積產氣量有下降趨勢（P=0.08）。如表3所示，體外干物質消化率隨葡萄渣添加水平的升高表現為顯著線性升高（P＜0.05），其中尿素處理秸稈+2%葡萄渣孵育24 h體外干物質消化率最高（P＜0.05），同時孵育48 h較其他組有升高趨勢（P=0.08）。此外，秸稈類型與葡萄水平的交互作用顯著影響微生物量，隨著葡萄渣添加水平的增加，微生物量增加，其中尿素處理秸稈+2%葡萄渣顯著提高微生物量（P＜0.05）。

2.3 葡萄渣和秸稈原料對瘤胃體外發(fā)酵指標的影響 由表4可知，秸稈原料與葡萄渣添加水平對揮發(fā)性脂肪酸總量、揮發(fā)性脂肪酸占比和甲烷產量的影響具有顯著交互作用（P＜0.05）。添加葡萄渣和秸稈原料對揮發(fā)性脂肪酸總濃度、丙酸和乙酸與丙酸比值具有顯著影響（P＜0.05），但對丁酸和乙酸濃度無顯著影響（P＞0.05）。隨著葡萄渣添加水平的升高，揮發(fā)性脂肪酸總濃度和丙酸濃度顯著升高，但乙酸與丙酸比值顯著降低（P＜0.05）。此外，甲烷產量受秸稈原料和葡萄渣添加量顯著影響，其中隨著葡萄渣添加量的增加，甲烷產量顯著下降（P＜0.05）。秸稈原料（尿素處理或未處理）對氨氮濃度具有顯著影響，添加葡萄渣后氨氮濃度有降低趨勢（P=0.08），其中尿素處理秸稈組氨氮濃度顯著提高（P＜0.05）。

表3 葡萄渣和秸稈原料對瘤胃液氣相動力學、體外干物質消化率的影響

表4 葡萄渣和粗飼料原料對瘤胃體外發(fā)酵揮發(fā)性脂肪酸、甲烷、氨氮及pH的影響

2.4 葡萄渣和秸稈原料對瘤胃體外發(fā)酵微生物含量的影響 由表5可知，尿素處理對細菌數量有顯著影響（P＜0.05），添加葡萄渣后有提高趨勢（P=0.09）。原生動物數量受到秸稈來源和葡萄渣添加水平增加而線性降低（P＜0.05）。尿素處理秸稈較未處理組顯著提高真菌數量（P＜ 0.05）。

表5 葡萄渣和粗飼料原料對瘤胃體外發(fā)酵微生物含量的影響

3 討論

Raghuvansi（2007）研究發(fā)現，瘤胃體外氣生產的速率與本試驗結果相似，而秸稈來源和葡萄渣添加水平對氣體動力學的速率（c）無顯著影響。當日糧中葡萄渣添加水平從2%提高至6%時，累積產氣量有下降趨勢。據報道，單寧可以降低累積氣體產量，因為單寧-大分子復合物的形成抑制了微生物酶和瘤胃厭氧菌對營養(yǎng)物質的利用（Makkar，2003）。El-Waziry等（2005）也得到類似結果，他們發(fā)現在豆粕中添加單寧酸會降低氣體產量，單寧的添加增加了發(fā)酵延遲時間，可能是由于抑制了微生物的酶活性（Bach等，2005）。甲烷產量受秸稈原料和葡萄渣添加量顯著影響，其中隨著葡萄渣添加量的增加，甲烷產量顯著下降，這與Makkar（2003）的研究結果一致，其研究結果發(fā)現，低濃度單寧改變了瘤胃發(fā)酵。但單寧也可能通過形成單寧蛋白復合物而對蛋白質的消化率產生負面影響，同時單寧蛋白復合物也可以調節(jié)蛋白質水解活性。

本研究結果發(fā)現，隨著葡萄渣添加水平的升高，揮發(fā)性脂肪酸總濃度和丙酸濃度升高，乙酸與丙酸比值降低。Chanthakhoun等（2011）報道，在水牛日糧中，以600 g/頭/d的采食量補充牛眼草（含2.8%濃縮單寧）可以提高丙酸產量。Tavendale等（2005）提出濃縮單寧降低反芻動物甲烷排放的兩種機制，（1）通過減少纖維消化間接減少氫氣的產生；（2）通過抑制產甲烷菌的生長。通過尿素處理水稻秸稈和含單寧的葡萄糖補充來控制瘤胃發(fā)酵，可以維持較高的瘤胃pH、適宜的氨氮濃度，增加微生物蛋白合成和必需揮發(fā)性脂肪濃度來提高瘤胃發(fā)酵效率，進而提高反芻動物生產力。此外，隨著葡萄渣添加水平的增加，氨氮濃度降低，表明添加含單寧的葡萄渣可能降低蛋白質水解、多肽降解和氨基酸脫氨，這與El-Waziry等（2005）的研究一致。

補充葡萄渣對細菌種群有一定影響，同樣，Anantasook和 Wanapat（2012）的研究結果也發(fā)現，添加4%濃縮單寧可以增加纖維素分解菌數量。本研究結果發(fā)現，秸稈來源和葡萄渣添加水平降低了原生動物的數量，與Bhatta等（2009）等的體外研究結果一致，其報道單寧通過減少原生動物數量來抑制甲烷生成。相比之下，Raghuvansi等（2007）報道，用含單寧酸的飼料飼養(yǎng)綿羊，其瘤胃中原生動物總數無顯著變化，作者推斷這種差異可能是由于日糧類型、動物品種、個體差異和抽樣方法的差異造成的。

4 結論

在本試驗條件下用3%尿素處理水稻秸稈，再添加2%葡萄渣可以改善體外氣體動力學、消化率、丙酸、揮發(fā)性脂肪酸總量濃度和細菌數量，同時降低乙酸與丙酸比例、原生動物數量和甲烷產量，結果揭示了葡萄渣可以提高瘤胃發(fā)酵的潛力，并有可能提高反芻動物的生產效率。