體外產(chǎn)氣法評價(jià)生薯?xiàng)l加工副產(chǎn)品-稻草混貯與全株玉米青貯組合效應(yīng)的研究

溫媛媛，張美琦，劉桃桃，沈宜釗，高艷霞，2，李秋鳳，2*，曹玉鳳，2*，李建國，2*

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河北 保定071000；2.河北省牛羊胚胎工程技術(shù)研究中心，河北 保定071000）

馬鈴薯（Solanum tuberosum）種植面積不斷擴(kuò)大，成為我國玉米（Zea mays）、小麥（Triticum aestivum）、水稻（Oryza sativa）后的第四大主要農(nóng)作物［1］。在利用馬鈴薯生產(chǎn)薯?xiàng)l過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的薯?xiàng)l副產(chǎn)品，因其水分含量高，單獨(dú)使用具有季節(jié)性且不易保存。據(jù)調(diào)查，一個(gè)中型薯?xiàng)l加工廠每天大約產(chǎn)10 t的副產(chǎn)品，包括薯皮、薯渣和部分薯?xiàng)l等下腳料。這些副產(chǎn)品中不僅含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)，還含有纖維素、微量元素等動(dòng)物所需的多種營養(yǎng)物質(zhì)［2-5］，是動(dòng)物非常好的飼料資源。我國秸稈年產(chǎn)量超8億t［6］，稻草占全部秸稈數(shù)量的30%以上［7］。干稻草莖稈堅(jiān)硬，含水量低，可溶性糖含量少（2.3%~2.8%）［8］，而生薯?xiàng)l加工副產(chǎn)品水分和淀粉含量較高，可利用二者間養(yǎng)分與水分互補(bǔ)的原理，進(jìn)行混貯發(fā)酵法處理。據(jù)報(bào)道，稻草與高水分、高可溶性碳水化合物飼料混貯能提高其營養(yǎng)價(jià)值［9］。因此，高水分含量的生薯?xiàng)l加工副產(chǎn)品與水分含量低的稻草按一定比例混貯，既開發(fā)出新的飼料資源，又減少了環(huán)境污染［10］。

全株玉米青貯是目前飼用最廣泛的粗飼料，但其價(jià)格相對于其他粗飼料較高，為了發(fā)揮飼料間的互補(bǔ)作用和降低飼料成本，目前已有花生（Arachis hypogaea）蔓、羊草（Leymus chinensis）與全株玉米青貯［11］、蘋果（Malus domestica）渣與全株玉米青貯等組合效應(yīng)的研究［12］，而“薯稻混貯”與全株玉米青貯組合效應(yīng)的相關(guān)研究未見報(bào)道。本試驗(yàn)通過體外產(chǎn)氣法將“薯稻混貯”與全株玉米青貯進(jìn)行不同比例組合，旨在探索“薯稻混貯”與全株玉米青貯間的最佳組合比例，為其在反芻動(dòng)物飼養(yǎng)中應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年7月在河北省動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)與飼料科學(xué)重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)中所用粗飼料“薯稻混貯”和全株玉米青貯均由河北景美牧業(yè)有限公司生產(chǎn)。

按照1∶2將生薯?xiàng)l加工副產(chǎn)品與稻草均勻混合（混貯后的干物質(zhì)含量為35%），同時(shí)將稀釋好的青貯邦和拉曼兩種青貯添加劑（有效成分為植物乳桿菌和布氏乳桿菌）分別以5和1 g·t-1青貯的量，均勻噴灑在薯稻混合料上，用GT 2421型號攪拌機(jī)混勻，經(jīng)打捆機(jī)打捆、裹包機(jī)裹包、密封發(fā)酵60 d。全株青貯玉米在蠟熟期用青貯收割機(jī)收割，經(jīng)打捆機(jī)打捆、裹包機(jī)裹包、密封發(fā)酵60 d。

采集的樣品先稱重、記錄，然后放入已稱重量的托盤中，放入105℃烘箱處理15 min，再將烘箱溫度調(diào)至65℃烘至恒重，最后將烘干樣品粉碎，用于測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）、常規(guī)營養(yǎng)養(yǎng)分［13-18］及體外試驗(yàn)。剩余樣品密封保存?！笆淼净熨A”和全株玉米青貯營養(yǎng)成分詳見表1。

表1 “薯稻混貯”和全株玉米青貯營養(yǎng)成分Table 1 Nutr itional components of the mixed silage of raw potato crisp processing by-product with rice straw and whole corn silage（dry matter basis，%）

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將“薯稻混貯”與全株玉 米 青 貯 按 照 ：T（00∶100）、T2（020∶80）、T4（040∶60）、T5（050∶50）、T6（060∶40）、T8（080∶20）、T100組（100∶0）7個(gè)比例進(jìn)行組合，同時(shí)，保證50∶50精粗比條件。每個(gè)組合3個(gè)重復(fù)，同時(shí)設(shè)置空白對照，進(jìn)行體外發(fā)酵試驗(yàn)。

1.3 體外發(fā)酵試驗(yàn)

按不同比例組合處理，分別稱取0.5 g樣品（dry matter，DM）放入已用丙酮清洗且稱重的纖維袋中，將纖維袋密封，放入100 mL已編號的發(fā)酵瓶中。瘤胃液取自3頭健康、月齡和體重相近，并裝有永久性瘤胃瘺管的荷斯坦閹牛。瘺管牛散欄舍飼，自由飲水，其日糧配方及營養(yǎng)水平見表2。體外培養(yǎng)所需瘤胃液于晨飼前采集，經(jīng)4層紗布過濾到密封厭氧且提前預(yù)熱的保溫瓶中（通入CO2使其達(dá)到厭氧條件），于30 min內(nèi)返回實(shí)驗(yàn)室。參照Menke等［19］的方法配制人工緩沖瘤胃液，每個(gè)發(fā)酵瓶中加入15 mL瘤胃液和45 mL緩沖液（39℃水?。陂g不斷通入CO2，保證厭氧條件，然后用橡膠塞和鋁制蓋密封發(fā)酵瓶，置于39℃恒溫氣浴搖床中，轉(zhuǎn)速保持為125 r·min-1，同時(shí)設(shè)置2個(gè)空白對照，開始發(fā)酵。分別于發(fā)酵過程中2、4、6、8、10、12、24、36、48 h測量發(fā)酵瓶中的產(chǎn)氣值，并用空白值進(jìn)行校對。

表2 瘺管牛飼糧配方及營養(yǎng)水平Table 2 Diet composition and nutritional levels of cattle with permanent rumen fistula（dry matter basis）

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 產(chǎn)氣量的測定 根據(jù)Mauricio等［20］的方法計(jì)算累積產(chǎn)氣量（gas production，GP）。并參照?rskov等［21］的方法計(jì)算產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)：

式中：GP為某一時(shí)間產(chǎn)氣量（mL）；B為理論最大產(chǎn)氣量（mL）；c為產(chǎn)氣速率常數(shù)（mL·h-1）；Lag為體外發(fā)酵產(chǎn)氣延滯時(shí)間（h）；e為歐拉常數(shù)；t為產(chǎn)氣時(shí)間點(diǎn)（h）。

1.4.2 發(fā)酵參數(shù)的測定 發(fā)酵48 h時(shí)取出發(fā)酵瓶，放置裝有碎冰的盆中立即停止發(fā)酵，從碎冰中取出發(fā)酵瓶輕輕搖晃、開蓋，用UB-7 pH測定儀（美國）測定發(fā)酵液pH。將發(fā)酵液分別分裝于10和15 mL的離心管中，參照馮宗慈等［22］的方法測定15 mL離心管內(nèi)發(fā)酵液體外發(fā)酵的NH3-N濃度，分別參照蘇海涯［23］和Erwin等［24］的方法測定10 mL離心管內(nèi)發(fā)酵液微生物蛋白（microbial protein，MCP）的產(chǎn)量和揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acid，VFA）濃度。然后將發(fā)酵瓶內(nèi)裝有發(fā)酵底物的纖維袋取出，迅速使用自來水沖洗掉袋表面殘?jiān)?，然后用蒸餾水沖洗，直到蒸餾水清澈如初為止。將清洗干凈的纖維袋放在鋪有干凈封口袋的托盤中，再將其放入烘箱中（65℃），烘至恒重。并通過發(fā)酵前后底物重量差計(jì)算干物質(zhì)降解率（dry matter degradation，DMD），具體公式如下：

1.5 組合效應(yīng)的計(jì)算

根據(jù)王旭［25］的方法計(jì)算兩種粗飼料間的組合效應(yīng)：

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件的One-way ANOVA進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較，P<0.05為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)，P<0.01為差異極顯著性判斷依據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外發(fā)酵產(chǎn)氣量（GP）的影響

GP隨“薯稻混貯”比例增加而降低（表3），其次序?yàn)門0>T20>T40>T50>T60>T80>T100，其中，T100組各時(shí)間點(diǎn)的GP較T0組分別降低了16.65%、16.41%、26.67%、33.36%、36.51%、36.43%、30.00%、28.35%、27.82%（P<0.01）。同時(shí)，隨發(fā)酵時(shí)間的延長各組GP持續(xù)增加。

表3 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響Table 3 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole corn silage on gas production in vitro fermentation（mL·g-1）

2.2 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外發(fā)酵參數(shù)的影響

DMD隨全株玉米青貯比例的降低而降低（表4），除T0與T20組外，其他各組間均存在顯著或極顯著差異（P<0.05或P<0.01）。pH隨“薯稻混貯”比例增加而增加，T0組的pH極顯著低于T80、T100組（P<0.01），而與T20、T40、T50組間無顯著差異（P>0.05）。同時(shí)，T40、T50、T60三組間的pH也無顯著差異（P>0.05）。NH3-N和MCP兩個(gè)指標(biāo)在各組間無顯著差異（P>0.05），但均以T40最高，分別是8.69 mg·d L-1和2.93 mg·mL-1。

表4 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外發(fā)酵參數(shù)的影響Table 4 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole corn silage on fermentation parameters in vitro

2.3 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響

乙酸、丙酸、丁酸、總揮發(fā)性脂肪酸濃度隨著“薯稻混貯”比例增加而降低（表5），乙酸、丙酸和總揮發(fā)性脂肪酸濃度均以T100組最低，T0最高，分別為42.32、19.75、72.06 mmol·L-1和49.92、27.73、88.88 mmol·L-1。而丁酸濃度最低值為7.94 mmol·L-1，出現(xiàn)在T80組。戊酸中以T80和T100組濃度最低，T0組最高。而各不同組合間異丁酸、異戊酸濃度差異不顯著（P>0.05）。乙酸/丙酸隨“薯稻混貯”比例的增加顯著或極顯著升高（P<0.05或P<0.01）。

表5 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外發(fā)酵揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響Table 5 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole cor n silage on the concentration of volatile fatty acids in vitro fermentation（mmol·L-1）

2.4 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外發(fā)酵組合效應(yīng)指數(shù)的影響

以SFAEI評定發(fā)現(xiàn)，GP在T20和T40時(shí)出現(xiàn)正組合效應(yīng)值，其他為負(fù)組合效應(yīng)，其中T20組最高。DMD和NH3-N各組合均為正組合效應(yīng)，分別以T20和T80組最高（表6）。T40和T80組的pH出現(xiàn)正組合值，分別是0.0015和0.0051。MCP在T40、T50、T60組均為正組合，其中T40>T50>T60，T20和T80組均為負(fù)組合。乙酸在T40組，丙酸在T40、T60組，丁酸在T80組為負(fù)組合，其他均為正組合。以MFAEI評定時(shí)發(fā)現(xiàn)，“薯稻混貯”與全株玉米青貯5個(gè)組合均為正組合效應(yīng)。其中，T40組最高，T50組次之，T20、T60和T80組間組合值接近。

表6 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對體外發(fā)酵組合效應(yīng)指數(shù)的影響Table 6 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole corn silage on the associative effect index in vitro fermentation

3 討論

3.1 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對產(chǎn)氣量（GP）的影響

本試驗(yàn)中“薯稻混貯”與全株玉米青貯隨著組合比例的變化影響其產(chǎn)氣量發(fā)生相應(yīng)變化，說明這兩種粗飼料間存在組合效應(yīng)［26］。飼料中淀粉含量與GP具有一定的相關(guān)性［27-28］。飼料淀粉含量多，微生物數(shù)量增加，GP高；反之，GP降低［29］。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，GP隨著全株玉米青貯比例降低而降低，當(dāng)全株玉米青貯為0時(shí)，GP達(dá)到最低。另外，本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，全株玉米青貯中淀粉含量高（31.65%），而“薯稻混貯”淀粉含量低（13.24%），進(jìn)一步證實(shí)了淀粉含量與GP的關(guān)系。此外，兩種不同粗飼料組合均隨著發(fā)酵時(shí)間的增加GP呈增加的趨勢，可能是隨發(fā)酵時(shí)間的延長，瘤胃微生物活性增強(qiáng)，加快了其對飼料的降解速度而導(dǎo)致的結(jié)果［11］。

3.2 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對發(fā)酵參數(shù)的影響

干物質(zhì)降解率、產(chǎn)氣量和體內(nèi)消化率三者間存在高度相關(guān)性［30-31］。本試驗(yàn)中，DMD高，則GP高；DMD低，GP隨之降低。粗飼料中過高的纖維含量是限制DMD的關(guān)鍵因素，而適宜的纖維含量可促進(jìn)DMD。T0與T20兩組的DMD最高，且無顯著差異，這可能是因?yàn)槿暧衩浊噘A中NDF，ADF含量少于“薯稻混貯”，此外，80%全株玉米青貯和20%“薯稻混貯”組合在一

起較為適宜，其纖維含量不足以降低微生物對DM的降解。本試驗(yàn)中，DMD與GP變化趨勢相同，且隨全株玉米青貯比例降低而降低，20%的“薯稻混貯”組合不影響瘤胃DMD。

瘤胃pH是保證瘤胃健康和瘤胃微生物活性的關(guān)鍵。其為6.0~7.0時(shí)最適宜［32］瘤胃微生物活動(dòng)，進(jìn)而提高飼料利用率。本試驗(yàn)中各組pH的變化范圍為6.46~6.58，均處于正常范圍。另外，本試驗(yàn)中pH隨“薯稻混貯”比例增加呈升高趨勢。飼料中淀粉經(jīng)微生物分解在瘤胃內(nèi)產(chǎn)生VFA。VFA和瘤胃p H存在負(fù)相關(guān)關(guān)系［33］，當(dāng)飼料中淀粉含量少，所產(chǎn)生的VFA也相對較少，pH隨之升高。“薯稻混貯”淀粉含量低于全株玉米青貯，這可能是導(dǎo)致pH隨“薯稻混貯”比例增加而升高的主要原因。

NH3-N濃度與底物蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)［34］，其反映了飼料在發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)分解與利用的狀況［35］。McDonald等［36］認(rèn)為，瘤胃最適宜的氨態(tài)氮濃度為5~25 mg·dL-1。本試驗(yàn)中兩種不同粗飼料組合的氨態(tài)氮濃度為7.96~8.69 mg·d L-1，在適宜范圍內(nèi)。此外，各組間NH3-N濃度均無顯著差異，原因可能是原料中“薯稻混貯”和全株玉米青貯的CP含量相近（分別是8.9%和7.0%），組合后的底物CP水平也無較大差異所致。

MCP是反映飼料中蛋白質(zhì)和非蛋白氮經(jīng)瘤胃微生物分解再利用情況的主要指標(biāo)。MCP不僅氨基酸組成平衡，消化率高，更是反芻動(dòng)物小腸可吸收蛋白的主要來源（50%左右）。飼料中CP和淀粉含量影響MCP的產(chǎn)量［37］，高CP和高淀粉飼料，MCP合成量也高，由此可知，CP與淀粉的水平及其協(xié)同性均影響MCP合成［38］，兩者同步釋放時(shí)，瘤胃微生物固氮效果達(dá)到最佳。本試驗(yàn)用7種比例“薯稻混貯”替代全株玉米青貯時(shí)，MCP產(chǎn)量無顯著差異，與NH3-N結(jié)果一致，均在T40組出現(xiàn)最大值，可能是因?yàn)楦鹘M“薯稻混貯”和全株玉米青貯組合在一起時(shí)，底物中CP和淀粉含量平衡性得到改善。T40組中CP與淀粉含量平衡性相對較好，說明此組合還有能夠促進(jìn)瘤胃微生物生長的潛能。

3.3 “薯稻混貯”與全株玉米青貯組合對揮發(fā)性脂肪酸的影響

飼料中碳水化合物經(jīng)瘤胃微生物降解生成VFA，它不僅能為反芻動(dòng)物生命活動(dòng)提供能量，還影響畜產(chǎn)品的生產(chǎn)。乙酸的多少會(huì)影響反芻動(dòng)物乳脂的合成量，丙酸濃度可調(diào)控體脂和乳糖的生成量［39］，大部分丁酸則轉(zhuǎn)化為β-羥丁酸為肌肉等組織氧化供能［40］。飼料中纖維含量高時(shí)呈乙酸發(fā)酵模式，淀粉含量高時(shí)呈丙酸發(fā)酵模式［41］。本試驗(yàn)隨全株玉米青貯比例降低，淀粉含量減少，丙酸濃度隨之降低，但乙酸濃度也呈降低趨勢，這可能是由于各組間NDF、ADF降解率不同引起的［42］，降解率低導(dǎo)致微生物可發(fā)酵的底物不足，乙酸生成量相應(yīng)降低。飼料中纖維含量的增加，會(huì)減少瘤胃微生物的發(fā)酵底物并降低速率，“薯稻混貯”中的NDF、ADF均比全株玉米青貯中的NDF、ADF含量高，這可能是導(dǎo)致TVFA的濃度隨“薯稻混貯”比例增加而降低［43-44］的原因。另外，乙酸/丙酸隨“薯稻混貯”比例增加呈升高趨勢，TVFA中70%的乙酸產(chǎn)量是由粗飼料中纖維素、半纖維素發(fā)酵而來，而纖維素、半纖維素對丙酸產(chǎn)量的影響很小，只占到TVFA的18%左右［45］。所以，當(dāng)以“薯稻混貯”為主要發(fā)酵底物的情況下，丙酸產(chǎn)生濃度會(huì)較乙酸低，這可能是造成隨“薯稻混貯”比例增加乙酸/丙酸升高的原因。

3.4 “薯稻混貯”與全株玉米青貯不同組合對組合效應(yīng)指數(shù)的影響

不同飼料的適宜組合可有效提高飼料利用率，對反芻動(dòng)物生產(chǎn)有重要影響。本試驗(yàn)中“薯稻混貯”與全株玉米青貯的MFAEI均出現(xiàn)了正組合效應(yīng)值。其原因可能是“薯稻混貯”與全株玉米青貯這兩種粗飼料以5個(gè)不同組合搭配后，其營養(yǎng)物質(zhì)相互補(bǔ)充，為瘤胃微生物提供適宜的發(fā)酵底物，且以T40組為最優(yōu)組合，其次是T50組。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，通過綜合指標(biāo)評定，“薯稻混貯”與全株玉米青貯的最優(yōu)組合為40∶60，其次為50∶50。