碳水化合物與蛋白質(zhì)同步降解對瘤胃發(fā)酵特性及微生物蛋白質(zhì)合成的影響

馬翠萍，張 田，張 莉，陳可濤

（濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物與化學(xué)工程系，山東濟(jì)寧 272100）

瘤胃微生物蛋白質(zhì)合成是反芻動物氮代謝中最重要的過程，因?yàn)樗粌H貢獻(xiàn)了超過50%的小腸吸收的氨基酸，同時其氨基酸組成也是合成肉和奶所需的成分。瘤胃微生物蛋白合成主要依賴于可降解碳水化合物和蛋白質(zhì)的供應(yīng)，當(dāng)瘤胃中可發(fā)酵碳水化合物提供足夠的能量時，瘤胃微生物可以捕獲氨基酸、氨等氮源，并將其轉(zhuǎn)化為微生物蛋白（張成喜等，2017）。但如果可利用碳水化合物來源不足，氨可能會在瘤胃中積累，被機(jī)體吸收后隨尿液排出，導(dǎo)致氮源利用效率低下。同步降解是同時向瘤胃提供瘤胃可降解蛋白（非蛋白氮和瘤胃可降解真蛋白）和能量（瘤胃可發(fā)酵碳水化合物），它是改善微生物蛋白合成的一種有效措施（艷城等，2016）。許多試驗(yàn)已經(jīng)評估了飼料同步降解對瘤胃微生物蛋白合成和氮利用的影響，但這些結(jié)果模棱兩可。Rotger等（2006）使用了兩種非結(jié)構(gòu)性碳水化合物來源：大麥和玉米，兩種蛋白質(zhì)來源：豆粕和葵花粕，它們在瘤胃中的降解性各不相同。與非同步日糧相比，同時含有快速發(fā)酵（大麥-葵花粕）和慢速發(fā)酵（玉米-豆粕）的日糧具有更高的有機(jī)物消化率、揮發(fā)性脂肪酸濃度和微生物蛋白合成。但在體內(nèi)試驗(yàn)中，同步降解似乎并不影響瘤胃發(fā)酵特性或消化率（Rotger等，2006）。因此，我們使用相同的碳水化合物和蛋白質(zhì)來源來控制各飼料成分的日糧特性，用酶和甲醛處理玉米或豆粕，并調(diào)整各飼料的降解率來檢驗(yàn)同步降解效果。本研究的目的：（1）評估酶和甲醛處理對碳水化合物和蛋白質(zhì)來源的降解特性影響；（2）探討碳水化合物和蛋白質(zhì)同步降解對瘤胃體外發(fā)酵和微生物蛋白合成的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)日糧及養(yǎng)分降解 試驗(yàn)將未處理玉米和酶處理玉米與豆粕或酶處理或甲醛處理豆粕相結(jié)合，制備6種不同同步指數(shù)的試驗(yàn)飼料。通過體外試驗(yàn)以檢查每種試驗(yàn)飼料的降解動力學(xué)。參考Orskov等（1980）的尼龍袋法評估瘤胃干物質(zhì)、有機(jī)物和粗蛋白質(zhì)的降解率。本試驗(yàn)選用體重為（350±18.77）kg 的3只荷斯坦奶牛作用瘤胃液供體。尼龍袋通過瘤胃插管被放置在每只荷斯坦牛瘤胃腹囊中。飼喂結(jié)束后開始孵化，所有飼料樣品孵育 0、3、6、9、12、24、48 h。孵育后將袋子從瘤胃中取出，用冷水清洗，除去附著在袋子表面的飼料顆粒，直至漂洗干凈。洗滌后，所有尼龍袋在65℃下干燥48 h，稱重以計(jì)算干物質(zhì)殘留量，4℃保存至化學(xué)分析。

1.2 同步指數(shù)及體外試驗(yàn) 參考Sinclair等（1993）的方法評估原料同步降解指數(shù)。在體外試驗(yàn)中我們收集了3只荷斯坦奶牛的瘤胃液，并在早上喂食后的2～3 h內(nèi)將其與在原位試驗(yàn)中的飼料進(jìn)行混合。瘤胃液體經(jīng)過8層紗布過濾后，裝在預(yù)先加熱過的保溫瓶中運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室。然后將其與緩沖液按1∶2的比例在CO2流下混合。將25 mL的瘤胃液和緩沖液混合厭氧分配到50 mL血清瓶中，每個血清瓶中含有1 g試驗(yàn)飼料。然后這些瓶子充入CO2氣體，蓋上一個橡膠塞子。在39℃的培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)0、3、6、12和24 h。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS軟件多因素方差分析，同時評估玉米、豆粕處理的主效應(yīng)及其交互效應(yīng)，P＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼料的原位降解特性 由表1可知，盡管用淀粉酶處理玉米，但玉米的化學(xué)成分不受酶處理影響，同時用酶或甲醛處理豆粕也不會改變其化學(xué)成分。

表1 原料化學(xué)成分 %

由表2可知，玉米和豆粕的瘤胃降解特性受酶和甲醛處理的顯著影響（P＜0.05）。酶處理豆粕較豆粕顯著提高了干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和有機(jī)物的降解率（P＜0.05），但甲醛處理豆粕組干物質(zhì)、有機(jī)物和粗蛋白質(zhì)降解率最低（P＜0.05）。玉米和豆粕用酶處理后，干物質(zhì)、有機(jī)物和粗蛋白質(zhì)的降解動力學(xué)a值顯著提高（P＜0.05），用甲醛處理豆粕組較豆粕顯著降低了a和b值（P＜0.05）。豆粕和甲醛處理豆粕中蛋白可降解部分分別為66.94%和100%。

表2 各種原料的體外降解動力學(xué)

2.2 體外發(fā)酵試驗(yàn) 由表3可知，6種日糧有機(jī)物、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量分別是98.17%、17.55%、3.59%、13.34%和5.77%。但在玉米+甲醛處理豆粕組和玉米+酶處理豆粕組中，每種試驗(yàn)日糧的同步指數(shù)值在0.71～0.95。經(jīng)酶處理的玉米或豆粕飼料的同步指數(shù)值最高，而甲醛處理組同步指數(shù)值最低。

表3 試驗(yàn)配方飼料的化學(xué)成分及同步指數(shù)

由表4可知，各處理的干物質(zhì)體外降解率均隨孵育時間遞增而升高。在孵育24 h時，玉米和豆粕處理對干物質(zhì)體外降解率的影響顯著（P＜0.05）。低同步指數(shù)的玉米+甲醛處理豆粕組和酶處理玉米+甲醛處理豆粕組在所有孵育時間內(nèi)的消化率均低于高和中同步指數(shù)組（P＜0.05），且高同步指數(shù)日糧在玉米組中干物質(zhì)體外降解率最高（P＜0.05）。玉米和豆粕處理對培養(yǎng)基pH影響最多的是孵育時間，6 h后影響更明顯，但僅在孵育24 h時才觀察到顯著的相互作用（P＜0.05）。在孵育6和12 h時，添加酶處理玉米的日糧瘤胃pH低于未處理玉米組（P＜0.05）。在所有孵育時間內(nèi)，含甲醛處理豆粕的日糧氨氮濃度均低于含未處理豆粕日糧和酶處理豆粕日糧（P＜0.05），而孵育12 和24 h時，酶處理玉米日糧的氨氮濃度低于未處理的玉米日糧（P ＜ 0.05）。

表4 不同飼料處理對干物質(zhì)體外降解率、pH和氨氮濃度的影響

由表5可知，酶處理玉米組的揮發(fā)性脂肪酸總產(chǎn)量和單個揮發(fā)性脂肪酸濃度顯著高于其他組（P＜0.05）。

表5 不同飼料處理對體外孵育12 h后揮發(fā)性脂肪酸和嘌呤濃度的影響

3 討論

豆粕和甲醛處理豆粕的潛在可降解蛋白分?jǐn)?shù)（a+b）為66.94%～100%。通過甲醛處理來保護(hù)飼糧蛋白不被瘤胃微生物分解，以提高瘤胃對氮的利用效率。Eghbali等（2011）研究了菜粕的不同處理方式對粗蛋白質(zhì)和干物質(zhì)瘤胃降解性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，醛可以與游離氨基酸交聯(lián)，降低飼料蛋白質(zhì)在瘤胃的降解性，但這些復(fù)合物可以通過胃和小腸，使水解蛋白質(zhì)在后腸消化吸收。本研究結(jié)果也顯示原料的同步降解程度并不影響酶處理玉米組的消化率，表明日糧在瘤胃中的快速發(fā)酵率比同步降解對瘤胃消化更重要。

孵育12和24 h時，無論同步降解指數(shù)如何，酶處理玉米日糧的氨氮濃度均低于含玉米日糧組，說明只有在酶處理玉米作為碳水化合物來源時，瘤胃微生物才能有效利用氨氮，進(jìn)而影響微生物蛋白的核查。這些數(shù)據(jù)表明，高發(fā)酵能量來源的供應(yīng)是刺激氨氮作為微生物蛋白合成的更有影響的因素，這與Rotger等（2006）的研究結(jié)果一致。

從理論上講，瘤胃能量和氮釋放同步可以提高微生物蛋白的利用率，提高瘤胃氮利用效率，提高瘤胃發(fā)酵效率。但瘤胃微生物可以在能量充足時合成多糖，在機(jī)體儲藏或在碳水化合物和氮源缺乏時利用機(jī)體貯藏和回收的尿素氮來應(yīng)對營養(yǎng)物質(zhì)缺乏（Ichinohe和Fujihara，2008）。孵育12 h后，玉米和豆粕處理及其交互相應(yīng)顯著影響揮發(fā)性脂肪酸濃度。以酶處理玉米為能量來源時，揮發(fā)性脂肪酸總量和單一揮發(fā)性脂肪酸濃度顯著高于其他組，這些參數(shù)均不受原料同步降解的影響。

4 結(jié)論

低同步指數(shù)日糧（玉米/酶處理玉米+甲烷處理豆粕）對瘤胃發(fā)酵、干物質(zhì)體外降解和微生物蛋白合成有積極影響。同時，可快速發(fā)酵的能量和蛋白質(zhì)來源具有較高的干物質(zhì)消化率、揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量、氨氮利用率和嘌呤含量，說明能量或蛋白質(zhì)來源的可利用性也是提高瘤胃發(fā)酵和微生物蛋白合成的重要因素。