不同倉儲天數(shù)小麥的組分變化、瘤胃發(fā)酵特性及降解規(guī)律研究

魏 晨，游 偉，趙紅波，張相倫，譚秀文，萬發(fā)春,4*

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，山東濟(jì)南 250100；2.山東省畜禽疫病防治與繁育重點實驗室，山東濟(jì)南 250100；3.山東省肉牛生產(chǎn)性能測定中心，山東濟(jì)南 250100；4.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410128）

我國是世界上最大的小麥生產(chǎn)國，近兩年（2018、2019 年）小麥產(chǎn)量一直在1.3 億t 以上[1-2]。隨著我國小麥逐年穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，部分新收獲小麥因未被直接利用轉(zhuǎn)而進(jìn)入儲存過程。小麥儲存是其利用過程中的重要環(huán)節(jié)，隨儲存時間延長，存糧即使未發(fā)熱霉變，但由于酶活性和呼吸作用減弱，小麥的品質(zhì)也會發(fā)生變化，即發(fā)生陳化，最終影響其利用價值[3]。目前，小麥作為種用或口糧的陳化問題研究較多，李娟[4]研究發(fā)現(xiàn)，隨儲存時間增加，小麥發(fā)芽率逐漸下降，胚乳中的淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。劉爽[5]報道，隨儲藏時間增加，小麥發(fā)生不完善粒、雜質(zhì)和面筋吸水性增大等質(zhì)量變差的現(xiàn)象，說明小麥陳化過程與儲藏時間關(guān)系密切。隨著畜牧業(yè)快速發(fā)展，飼料資源供應(yīng)日趨緊缺，這使陳化小麥因品質(zhì)受到影響被用作飼料。然而，針對小麥隨儲存時間增加導(dǎo)致的營養(yǎng)成分變化、飼料安全性和可利用價值評價的報道很少，不同儲存時間的小麥品質(zhì)和對反芻動物利用效率的影響需要進(jìn)一步研究。因此，本試驗通過化學(xué)成分檢測、瘤胃發(fā)酵體外模擬和尼龍袋技術(shù)研究在平房倉儲條件下儲存不同天數(shù)的小麥組成成分變化、瘤胃發(fā)酵特性及瘤胃降解規(guī)律，為評價不同儲存時間小麥的飼料營養(yǎng)價值、安全性和對反芻動物的可利用價值提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及采樣 2017 年6 月10 日在市場上購買1 t 已晾曬的新收獲小麥（魯麥21），然后用編織袋分袋封口包裝，每袋40 kg，初始干物質(zhì)（DM）含量為89.87%，在山東省肉牛生產(chǎn)性能測定中心（山東省濟(jì)南市歷城區(qū)工業(yè)北路171 號；北緯36°72'，東經(jīng)117°09'；溫帶季風(fēng)氣候）進(jìn)行倉儲，期限為2 年。糧倉為小型磚混結(jié)構(gòu)平房倉，倉房內(nèi)側(cè)空間長16.4 m、寬10.4 m、高8.0 m，通風(fēng)良好。通過飼料采樣器進(jìn)行采樣，采樣過程參照國家標(biāo)準(zhǔn)《飼料 采樣》（GB/T 14699.1—2005）[6]提供的方法進(jìn)行，每5 袋作為1 個取樣單位，每個取樣單位隨機(jī)選擇包裝袋取樣，共得到5 份樣品約10 kg，混勻后縮樣至4 kg，置于-20℃保存，待后續(xù)試驗和分析。每180 d 采集1 次樣品，即采樣時倉儲天數(shù)為1、180、360、540、720 d。

1.2 試驗動物 試驗選用3 頭36 月齡、平均體重為（465±15）kg、安裝有永久性瘤胃瘺管的利魯公牛（利木贊?！?魯西黃牛）作為試驗動物，飼喂由70% 全株玉米青貯和30% 精料組成的基礎(chǔ)飼糧，飼糧組成及營養(yǎng)成分見表1，試驗牛飼糧按《肉牛營養(yǎng)需要和飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》制定[8]。每天07:00 和17:00 各喂1 次，自由采食，自由飲水。

表1 飼糧組成及營養(yǎng)成分（DM 基礎(chǔ)）

1.3 試驗設(shè)計和方法

1.3.1 體外培養(yǎng)試驗 將部分小麥樣品粉碎，過2 mm篩，培養(yǎng)前1 d，稱取0.5 g（DM 基礎(chǔ)）底物放入已標(biāo)記、用丙酮浸洗過并稱重的Ringbio 濾袋中，并封口，每個處理（采樣時倉儲天數(shù)）5 個重復(fù)，另設(shè)2 個空白對照（只有濾袋）。早上飼喂2 h 后，通過瘤胃瘺管分別從瘤胃的不同位置采集3 頭瘺管牛的瘤胃內(nèi)容物，用4 層紗布過濾，均勻混合，并立即放入密閉保溫瓶中，帶回實驗室，置于39℃恒溫水浴中。進(jìn)行培養(yǎng)前，將濾袋放入培養(yǎng)瓶，參照Goering 等[8]的方法配置無氧培養(yǎng)液。用分液器將45 mL 預(yù)熱培養(yǎng)液和15 mL 瘤胃液（3:1）加入到125 mL 培養(yǎng)瓶中。用橡膠塞和壓接帽密封后，置于125 r/min 的振蕩器上，在39℃恒溫箱中培養(yǎng)24 h。在培養(yǎng)發(fā)酵后的3、6、12、18、24 h，用可視測壓計（06-664-21，F(xiàn)isher Scientific Inc.，USA）測定每個培養(yǎng)瓶的氣壓值。培養(yǎng)結(jié)束后，將培養(yǎng)瓶置于冰上終止發(fā)酵。用pH 計（HI 9125，Hanna Instruments Inc.）測定每個培養(yǎng)瓶中發(fā)酵液的pH 后，取1 mL 上清液與0.2 mL 25%偏磷酸混勻，置于-20℃保存，測定揮發(fā)性脂肪酸（VFA），另取1 mL 上清液與0.2 mL 1% 硫酸混勻，置于-20℃保存，測定氨態(tài)氮（NH3-N）。

1.3.2 瘤胃降解試驗 采用尼龍袋法，選擇孔徑為40 μm尼龍布，制成8 cm×12 cm 尼龍袋，標(biāo)號后用自來水浸泡沖洗，65℃烘干恒重后備用。稱取粉碎并過2 mm 篩的小麥樣品3 g（DM 基礎(chǔ)），放入規(guī)定尼龍袋內(nèi)，每個處理48 個尼龍袋。每個處理的3 個尼龍袋（平行）分別用橡皮筋固定在1 根塑料軟管上，塑料軟管兩端與尼龍繩相連，尼龍繩固定在瘤胃瘺管的外端。晨飼2 h 后，將尼龍袋通過瘺管分別投入3 頭牛（重復(fù)）瘤胃腹囊處，每頭牛瘤胃中放5 根塑料軟管，即每頭牛一次性投放75個尼龍袋，按“同時投入，依次取出”的原則進(jìn)行試驗，分別在3、6、12、18、24 h 取出。每個處理3 個剩余的尼龍袋用流水緩慢沖洗5 min，65℃烘干恒重，測定損失部分得到樣品在尼龍袋中的流失率。各時間點取出的尼龍袋用流水緩慢沖洗至澄清，一般為3～5 min，65℃烘至恒重（約48 h）后取出殘余物并磨碎，過1 mm 孔篩，測定DM 和淀粉。

1.4 化學(xué)分析 將部分小麥樣品粉碎，過1 mm 篩，參照AOAC（1990）[9]的方法測定飼糧、小麥樣品DM、有機(jī)物（OM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、粗脂肪（EE）含量和瘤胃降解試驗中小麥殘渣DM 含量，參照Van Soest等[10]的方法測定飼糧樣品中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）含量。根據(jù)《水稻、玉米、谷子籽粒直鏈淀粉測定法》（GB/7648—1987）[11]測定小麥樣品中直連淀粉和支鏈淀粉含量。根據(jù)《食品中脂肪酸的測定》（GB/5009.168—2016）[12]，使用氣相色譜儀（Model 6890N，Agilent Technologies）測定小麥樣品中脂肪酸含量。參照Dagnac 等[13]的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，使用多毒素檢測凈化柱（MycoSpin 400，Romer LABS）和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀（Xevo-TQ-S，Waters Co.）檢測小麥樣品中霉菌毒素含量。參照《食品中氨基酸的測定》（GB/T5009.124—2016）[14]用外標(biāo)法測定氨基酸含量。參照淀粉檢測試劑盒（BC0700，Solarbio Science &Technology）說明書，采用蒽酮比色法測定小麥樣品和殘渣中的淀粉含量。以上測定指標(biāo)均設(shè)置2個重復(fù)。參照Erwin 等[15]的氣相色譜分析法，使用氣相色譜儀（Model 7890A，Agilent Technologies）測定發(fā)酵液樣品中VFA 含量，采用Chaney 等[16]提出的方法測定發(fā)酵液NH3-N 濃度。

1.5 統(tǒng)計分析 經(jīng)空白對照校正后，采用Mauricio 等[17]提出的公式計算氣壓值對應(yīng)的產(chǎn)氣量：

產(chǎn)氣量（mL）=0.18+[3.697×氣壓值（psi）]+[0.0824×氣壓值平方（psi）]

參照?rskov 等[18]提出的指數(shù)模型計算DM 和淀粉的降解參數(shù)。指數(shù)模型：

其中，dp 指尼龍袋在瘤胃中滯留t 時間后的飼料某一營養(yǎng)成分的降解率，a 為快速降解部分，b 為慢速降解部分，c 為慢速降解部分降解的速率常數(shù)。

利用以下方程計算瘤胃有效降解率（ED）：

其中，k 為瘤胃外流速率，參考Bhargava 等[19]將其值設(shè)為0.02/h。

采用SAS 9.1 中的Non-Linear 程序計算a、b、c的值，采用SAS 9.1 中Mixed 模型的重復(fù)測量數(shù)據(jù)程序分析各倉儲天數(shù)小麥營養(yǎng)物質(zhì)降解率，采用Duncan′s法比較檢驗樣品組成成分、瘤胃發(fā)酵和降解參數(shù)，顯著水平為P＜0.05，試驗結(jié)果以平均值表示。

2 結(jié)果

2.1 不同倉儲天數(shù)小麥的組成成分變化 由表2 可知，小麥初始DM 含量為89.87%（初始含水量10.13%），隨著儲存天數(shù)的延長，小麥DM 含量顯著降低，儲存720 d 直鏈淀粉含量顯著增加，支鏈淀粉含量顯著降低，其他營養(yǎng)成分和脂肪酸含量沒有顯著變化，未檢測到霉菌毒素。

由表3 可知，小麥中各氨基酸含量沒有隨儲存時間的延長發(fā)生顯著變化。

表2 不同倉儲天數(shù)小麥組成成分變化（DM 基礎(chǔ)）

表3 不同倉儲天數(shù)小麥氨基酸組成變化（DM 基礎(chǔ)） %

2.2 不同倉儲天數(shù)小麥的瘤胃發(fā)酵特性和降解規(guī)律 由表4 可知，經(jīng)過24 h 體外瘤胃發(fā)酵后，不同儲存天數(shù)小麥的產(chǎn)氣量、發(fā)酵液pH、NH3-N 和VFA 差異不顯著。

由表5 可知，不同倉儲天數(shù)小麥DM 的3、6、12、18、24 h 瘤胃降解率和動態(tài)降解參數(shù)沒有顯著差異。

由表6 可知，不同倉儲天數(shù)小麥淀粉的3、6、12、18、24 h 瘤胃降解率和動態(tài)降解參數(shù)沒有顯著差異。

3 討 論

3.1 不同倉儲天數(shù)小麥的組成成分變化 我國小麥產(chǎn)量不斷提高，部分不被直接利用的小麥會轉(zhuǎn)入儲存環(huán)節(jié)，在儲存過程中可能會發(fā)生劣變、陳化等變化，因此儲存時間對小麥品質(zhì)和成分的影響一直受到高度關(guān)注。已有的研究多集中于小麥的色澤、氣味、雜質(zhì)、不完整粒、面筋吸水力等品質(zhì)評價。本試驗中，隨著儲存時間的增加，小麥DM 含量逐漸降低，與王旭峰等[20]、苑潔敏[21]的研究結(jié)果一致，因小麥中的面筋有一定吸水性，隨時間延長逐漸吸收環(huán)境中的水分。其他常規(guī)營養(yǎng)成分并沒有隨儲存時間增加而改變，這說明平房倉儲2 年內(nèi)的小麥相對穩(wěn)定。小麥淀粉總量并未隨儲存時間增加而改變，這說明小麥在自身水分含量較低的情況下呼吸作用很弱，基本沒有被分解。但淀粉組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，原因可能是直鏈淀粉在儲存過程中更容易形成穩(wěn)定性強(qiáng)的線性直鏈結(jié)晶或與其他化學(xué)基團(tuán)形成穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)[20]，而支鏈淀粉不斷被緩慢酶解，相關(guān)機(jī)制有待進(jìn)一步明確。有研究表明小麥脂肪酸值隨著儲存時間的增加略有提高[5]，但本試驗中各主要脂肪酸含量并沒有出現(xiàn)顯著變化，不同結(jié)果源于不同試驗中小麥?zhǔn)艿絻Υ鏈囟?、濕度、時間等不同綜合因素影響。霉菌毒素是有害菌霉菌在其所污染的物質(zhì)中產(chǎn)生的有毒代謝產(chǎn)物，是影響陳化糧品質(zhì)的關(guān)鍵物質(zhì)。霉菌毒素產(chǎn)生說明儲存條件有利于幾種或多種霉菌的滋生。本試驗結(jié)果表明，平房倉儲2 年內(nèi)的小麥并沒有發(fā)生霉變，這與儲存過程中小麥水分含量一直較低（＜11.94%）有關(guān)。有研究表明，儲藏時間、溫度和濕度是影響谷物氨基酸含量的主要因素[5]，但目前尚未有關(guān)于儲存時間對小麥各氨基酸含量影響的報道。本試驗結(jié)果說明，平房倉儲2 年內(nèi)小麥氨基酸穩(wěn)定性較好，這與曹川等[22]報道的糧食陳化過程中蛋白質(zhì)變化較小一致。雖然小麥屬于以淀粉含量為主的谷物籽實，但其氨基酸含量也較為豐富，有必要進(jìn)一步研究不同倉儲條件對小麥氨基酸含量的影響。

表4 不同倉儲天數(shù)小麥24 h 的瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)

表5 不同倉儲天數(shù)小麥DM 的瘤胃降解率和動態(tài)降解參數(shù)

表6 不同倉儲天數(shù)小麥淀粉的瘤胃降解率和動態(tài)降解參數(shù)

3.2 不同倉儲天數(shù)小麥的瘤胃發(fā)酵特性和降解規(guī)律 飼料的瘤胃發(fā)酵特性和降解規(guī)律可以準(zhǔn)確反映飼料與瘤胃的相互作用和飼料的可利用價值，目前，未見關(guān)于不同儲存時間小麥的瘤胃發(fā)酵特性和降解規(guī)律的相關(guān)報道。本試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過2 年平房倉儲的小麥雖然在組成成分上有變化，但其瘤胃發(fā)酵參數(shù)和降解規(guī)律沒有顯著改變。產(chǎn)氣量與VFA 產(chǎn)量反映了底物在瘤胃中的總體發(fā)酵情況。本試驗結(jié)果表明，不同儲存天數(shù)小麥的體外瘤胃發(fā)酵特性與瘤胃降解情況相互印證，均說明平房倉儲2 年內(nèi)小麥的可利用價值基本不變。飼料DM 降解率是評定飼料在瘤胃中降解難易和可利用程度的主要指標(biāo)。李洪濤[23-24]研究表明，小麥DM 在瘤胃中的降解率隨在瘤胃內(nèi)培養(yǎng)時間的延長而增加，這與本試驗結(jié)果一致，但是前者小麥DM 的24 h 瘤胃降解率僅為80%左右，顯著小于本試驗結(jié)果，可能因試驗動物不同造成結(jié)果差異。飼料營養(yǎng)物質(zhì)包括瘤胃可利用部分和不可利用部分，瘤胃可利用部分又包括快速降解部分和慢速降解部分。本試驗結(jié)果表明，小麥本身的可利用程度很高，幾乎能在瘤胃中全部被降解，且儲存2 年小麥的可利用部分基本沒有變化，這說明瘤胃對陳化小麥仍有很強(qiáng)的降解作用，這為充分利用陳化小麥提供數(shù)據(jù)參考。淀粉是小麥中含量最豐富的物質(zhì)，也是容易被瘤胃微生物降解的物質(zhì)。本試驗結(jié)果說明，小麥淀粉在18 h 內(nèi)已基本被降解完全。姜豇等[25]研究也顯示，小麥淀粉在山羊瘤胃中的有效降解率為96.28%，但淀粉12 h 瘤胃降解率已經(jīng)達(dá)到97.42%，比本試驗的92.41% 略高。趙芳芳[26]研究發(fā)現(xiàn)，高比例直鏈支鏈淀粉有利于羔羊瘤胃丁酸的產(chǎn)生。本試驗中，隨儲存時間增加，小麥中直鏈淀粉的比值不斷升高，但對VFA 的產(chǎn)生沒有影響，可能因為趙芳芳[26]的研究使用不同淀粉來源的飼料原料（木薯、玉米、小麥和豌豆）作為不同直鏈支鏈淀粉比的處理組，而原料本身有一定差異，最終導(dǎo)致結(jié)果的差異。本試驗中不同儲存天數(shù)小麥淀粉的有效降解率比較一致，這與體外瘤胃發(fā)酵參數(shù)一同說明瘤胃微生物對不同結(jié)構(gòu)淀粉的降解和利用效率相對一致。

4 結(jié) 論

本試驗條件下，初始含水量小于10.13%的平房倉儲袋裝小麥2 年內(nèi)不易發(fā)生霉變。隨儲存時間延長，小麥DM 含量降低，淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但不影響小麥在瘤胃中的降解情況。因此，對于牛來說，平房倉儲2 年內(nèi)袋裝小麥的可利用價值基本不變。