體外產(chǎn)氣法研究中性洗滌纖維/淀粉不同比例飼糧的降解特性

趙海碧， 劉國華， 呂 鳳， 龐 鑫， 汪曉娟

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

碳水化合物是自然界分布最廣的一類有機物質(zhì)，不僅是植物性飼料的重要組成部分，更是動物體中重要的組織、能源、貯備物質(zhì)和合成某些外泌成分如乳脂乳糖的原料。碳水化合物一般占飼糧的70% ～80%， 在反芻動物營養(yǎng)中起至關(guān)重要的作用，包括能全面反映日糧結(jié)構(gòu)性碳水化合物的中性洗滌纖維（NDF）和體現(xiàn)易發(fā)酵的非纖維性碳水化合物（主要是淀粉）（朱丹等，2015）。已有研究表明，當增加飼糧中的NDF 含量時， 會降低反芻動物的干物質(zhì)采食量和營養(yǎng)物質(zhì)消化率；淀粉在瘤胃內(nèi)的降解率與降解速度是影響瘤胃代謝和健康的重要因素，增加飼糧中的淀粉含量能夠提高瘤胃中微生物蛋白的合成能力（董利鋒等，2021； 姚軍虎等，2020；趙勐，2015；Zebeli 等，2010）。 一直以來，人們使用飼糧精粗比為反芻動物飼糧配制提供參考依據(jù)，而NDF/starch 可以更直接、準確地反映飼糧發(fā)酵情況。產(chǎn)氣技術(shù)已被廣泛用于評價飼料的營養(yǎng)價值，特別是產(chǎn)氣數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)分析可以預(yù)測幾種飼糧的降解率（Gallo 等，2018）。 目前關(guān)于基礎(chǔ)飼糧NDF/starch 不同比例對瘤胃發(fā)酵影響的研究較少，本試驗采用體外產(chǎn)氣法研究飼糧中不同NDF/starch 的降解特性，為進一步配制合理的反芻動物飼糧提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備 從甘肅潤物生物工程有限責任公司采集8 種常用飼料原料， 包括粗飼料（苜蓿干草、麥芽根）、蛋白質(zhì)飼料（豆粕、膨化大豆、玉米蛋白粉）和能量飼料（玉米、小麥麩、膨化玉米），粉碎過18 目篩并標號密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗設(shè)計 根據(jù)試驗要求并參照 《肉用綿羊、山羊飼養(yǎng)標準（NYt816-2004）》，配制4 種不同NDF/starch 配比飼糧，NDF/starch 分別為0.8、1.0、1.2 和1.4。 飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 4 種試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平（干物質(zhì)基礎(chǔ)）

1.3 試驗方法

1.3.1 瘤胃液供體動物及瘤胃液采集 選擇4 只體況良好，體重約20 kg 公湖羊，屠宰后立即取出瘤胃內(nèi)容物， 用4 層紗布過濾至已預(yù)熱且不斷通入CO2的暖瓶中，立即帶回實驗室備用。

1.3.2 體外培養(yǎng)體系 人工瘤胃液按Menke 等（1988）方法配制。 采集的瘤胃液與人工瘤胃液按1:2 的體積比混合，作為微生物培養(yǎng)液，攪拌均勻，39 ℃水浴鍋預(yù)熱待用。

1.3.3 體外培養(yǎng)程序 稱取干物質(zhì)基礎(chǔ)的4 種飼糧500 mg 于尼龍袋中（每種飼糧設(shè)9 個平行和1個空白對照），將裝有飼糧的尼龍袋置于體外發(fā)酵裝置（玻璃產(chǎn)氣管）內(nèi)，然后向產(chǎn)氣罐內(nèi)加入30 mL 培養(yǎng)液，排空氣體做好針管密封，放入39 ℃恒溫振蕩水浴鍋發(fā)酵48 h，記錄在2、4、6、9、12、24、36 h 和48 h 共8 個時間點產(chǎn)氣管的讀數(shù)（0 h 默認產(chǎn)氣管讀數(shù)為30 mL），然后依據(jù)其與0 h 產(chǎn)氣管讀數(shù)之差計算出各時間點的產(chǎn)氣量。

1.4 測定項目和方法 按Aoac（2003）常規(guī)法測定4 種飼糧發(fā)酵48 h 后底物中干物質(zhì) （DM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）含量；發(fā)酵終止（48 h）后用酸度計（Sartorius PB-10）測定瘤胃液pH；采用氣相色譜法測定發(fā)酵48 h 后瘤胃液中揮發(fā)性脂肪酸 （VFA）的濃度（吳凱旋等，2019），比色法測定氨氮（NH3-N）含量（馮宗慈等，2010）。

1.5 計算

1.5.1 體外法養(yǎng)分降解率計算

體外法養(yǎng)分降解率/%＝（消化前飼糧重量×消化前飼糧養(yǎng)分含量-殘渣樣品重量×殘渣養(yǎng)分含量）／（消化前飼糧重量×消化前飼糧養(yǎng)分含量）×100。

1.5.2 產(chǎn)氣參數(shù)計算 利用fit curve 軟件， 根據(jù)Фrskov 和McDonald（1979）的產(chǎn)氣模型公式GP＝a+b（1-exp-ct），將各飼糧在2、4、6、9、12、24、36、48 h 8 個時間點的GP 代入，計算消化動力參數(shù)。式中：t 為發(fā)酵過程中所記錄的某時間點，h；a 為快速產(chǎn)氣部分，mL；b 緩慢產(chǎn)氣部分，mL；a+b 為潛在產(chǎn)氣量，mL；c 為b 的產(chǎn)氣速度常數(shù)，%/h。

1.6 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)使用Excel 2010進行初步整理，采用SPSS 17.0 軟件進行單因子方差分析，Tukey 法進行多重比較，P＜0.01 為差異極顯著，P＜0.05 為差異顯著，0.05 ＜P＜0.1 認為有變化趨勢。 結(jié)果用“平均值±標準誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵的產(chǎn)氣參數(shù) 由表2可見，不同NDF/starch 飼糧的快速產(chǎn)氣部分（a）的均值為負， 說明各組均存在產(chǎn)氣滯后效應(yīng)，0.8 組的滯后時間極顯著短于1.2 組和1.4 組 （P＜0.01）；緩慢產(chǎn)氣部分（b）1.2 組和1.4 組極顯著高于0.8 組和1.0 組（P＜0.01）； 產(chǎn)氣速度常數(shù)（c）1.4 組極顯著高于其他3 組（P＜0.01）；潛在產(chǎn)氣量（a+b）各組間無顯著差異（P＞0.05）。

表2 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵的產(chǎn)氣參數(shù)

2.2 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵的產(chǎn)氣量 由表3 可見， 在發(fā)酵至4、6、9 h 和12 h 時1.4 組產(chǎn)氣量均極顯著高于0.8 組和1.0 組（P＜0.01）；9 h 時1.2組極顯著高于0.8 組（P＜0.01）；2、24、36 h 和48 h時的各組間產(chǎn)氣量無顯著差異（P＞0.05）。

表3 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵的產(chǎn)氣量mL

2.3 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵后的pH、氨氮和揮發(fā)性脂肪酸含量 由表4 可知，1.4 組的乙酸含量極顯著高于其他3 組（P＜0.01）；1.4 組的丙酸和總酸含量極顯著高于0.8 組和1.0 組（P＜0.01）；1.2和1.4 組的異丁酸含量極顯著高于0.8 和1.0 組（P＜0.01）；1.0 和1.4 組的乙酸與丙酸的比值極顯著高于0.8 組（P＜0.01）；1.4 組的丁酸含量有高于0.8 和1.0 組的趨勢（0.05 ＜P＜0.1）；異戊酸和戊酸各組間含量無顯著差異（P＞0.05）。 NH3-N 含量各組間均無顯著差異（P＞0.05）；1.2 和1.4組的pH 顯著高于0.8 組（P＜0.05）。

表4 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵后的pH、氨氮和揮發(fā)性脂肪酸含量

2.4 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵后IVDMD、CP、NDF 和ADF 由表5 可知， 1.4 組干物質(zhì)降解率有高于1.0 組的趨勢（P＝0.063）；1.4 組NDF 顯著高于其他3 組（P＜0.05）；各組間CP 和ADF 均無顯著差異（P＞0.05）。

表5 4 種試驗飼糧體外發(fā)酵后IVDMD、CP、NDF 和ADF 的降解率%

3 討論

3.1 不同NDF/starch 飼糧對產(chǎn)氣參數(shù)和產(chǎn)氣量的影響 體外發(fā)酵的產(chǎn)氣量能夠有效反映出飼糧可發(fā)酵程度，即飼料的可發(fā)酵性越強，瘤胃中微生物活性越高，產(chǎn)氣量越大，反之則越少（王志敬等，2017）。 本試驗中產(chǎn)氣量隨飼糧NDF/starch 的提高，4 ～24 h 累積產(chǎn)氣量依次上升，可能是因為粗飼料比例逐漸增加，瘤胃微生物活性提高，引起產(chǎn)氣量增大（朱丹等，2015）。 本試驗發(fā)現(xiàn)，隨著飼糧NDF/starch 增加，淀粉含量降低，緩慢產(chǎn)氣部分和產(chǎn)氣速度常數(shù)逐漸增大，這與王志敬等（2017）研究結(jié)果一致。 本試驗中4 種配比飼糧的產(chǎn)氣量在24 h 前顯著升高，說明在快速產(chǎn)氣階段4 組飼糧均有較快的產(chǎn)氣速度，并在24 h 后產(chǎn)氣穩(wěn)定（袁翠林等，2015）。 體外產(chǎn)氣參數(shù)可反映飼糧體外發(fā)酵的情況（Palizdar 等，2014），本試驗中4 種飼糧的快速產(chǎn)氣部分（a）均為負值，說明4 組飼糧均存在產(chǎn)氣滯后效應(yīng)，且1.4 組的a 值最小，0.8 組的a值最大，可能是因為0.8 組的淀粉含量高，有利于飼糧最初24 h 的降解，且Benedeti 等（2018）也認為發(fā)酵24 h 之內(nèi)，淀粉具有最快的消化速度和總產(chǎn)氣量。 并且本試驗的緩慢產(chǎn)氣部分（b）均是1.2 和1.4 組的高于其他兩組， 產(chǎn)氣速率常數(shù)（c）是1.4 組的大于其他3 組，這源于發(fā)酵24 h 后低淀粉組中淀粉降解， 產(chǎn)生的能量促進降解纖維的微生物繁殖，引起產(chǎn)氣量上升（雒國彬等，2017）。

3.2 不同NDF/starch 飼糧對揮發(fā)性脂肪酸、氨氮、粗蛋白質(zhì)和pH 的影響 pH 是判斷瘤胃發(fā)酵狀況的重要指標， 能夠反映瘤胃內(nèi)有機酸和氨態(tài)氮等堿性物質(zhì)的動態(tài)平衡關(guān)系（董利鋒等，2021）。本試驗中4 種不同飼糧發(fā)酵后的瘤胃液平均pH為5.77，均在正常的pH 范圍之內(nèi)（5.5 ～7.5）（宋榮淵等，2010）。隨著飼糧NDF/starch 遞增， pH 也顯著遞增， 可能是飼糧中纖維素被瘤胃微生物降解產(chǎn)生大量VFA 所致（丁健，2003）。 發(fā)酵液中總酸（TVFA）的65% ～80%由碳水化合物產(chǎn)生，主要包括乙酸、丙酸和丁酸，且乙酸、丙酸和丁酸占總酸含量的90%以上，纖維素和淀粉是瘤胃微生物生成VFA 主要底物，對宿主動物有顯著的供能作用 （鄭瑋才等，2019； 王玲，2016；Spears 等，2004；Jr 等，1998）。 乙酸/丙酸是反映瘤胃發(fā)酵模式的重要指標。 本試驗中， 乙酸/丙酸在2.33 ～2.56，偏向于乙酸型發(fā)酵，有利于瘤胃微生物的生長繁殖，與尹召華等（2011）的研究結(jié)果一致。且本試驗中，隨著NDF/starch 增大，粗飼料含量增加，乙酸和異丁酸含量顯著增大， 丁酸和戊酸也有顯著增大的趨勢， 這可能是粗飼料含量增大產(chǎn)生的VFA 含量增加（俞文靚等，2019）。 NH3-N 是瘤胃內(nèi)微生物合成菌體蛋白的主要原料，瘤胃中NH3-N 濃度對微生物MCP 的數(shù)量起決定性作用（陳曉霞等，2015）。飼糧發(fā)酵后瘤胃液中NH3-N 濃度與飼糧中粗蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系， 但提高飼糧中碳水化合物水平則會影響瘤胃微生物對蛋白質(zhì)的降解，NH3-N 濃度上升（Kljak 等，2017）。本試驗中NDF/starch 配比對NH3-N 濃度無顯著影響，這與陽伏林等（2008）、張建勛等（2013）和朱丹等（2015）研究結(jié)果一致。 另外，本試驗中不同NDF/starch 飼糧組中粗蛋白質(zhì)的含量差異較小， 這也可能是瘤胃NH3-N 含量無顯著差異的原因。

3.3 不同NDF/starch 飼糧對體外干物質(zhì)降解率的影響 飼糧的IVDMD 是反映反芻動物干物質(zhì)采食量的重要指標， 其能體現(xiàn)飼糧在反芻動物瘤胃中降解的難易程度 （Kamra 等，2003）。 本試驗中，隨淀粉水平降低，IVDMD 增大，可能是低淀粉水平下瘤胃液降解淀粉水平提高， 促進了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的利用，進而提高了IVDMD。 李華等（2008）研究也指出粗飼料玉米秸稈IVDMD 隨飼糧精料水平的增加而降低，這與本試驗結(jié)果一致。

飼糧NDF 和ADF 在瘤胃中的降解程度可以反映出飼糧消化的難易程度（朱丹等，2015）。纖維的消化受飼糧組分、瘤胃發(fā)酵環(huán)境、瘤胃微生物組成以及飼糧在瘤胃流通速度等影響， 當飼糧中粗料比例增加時，分解纖維素的微生物數(shù)量增加，而當飼糧中精料比例增加時分解淀粉等易發(fā)酵物質(zhì)的微生物占主要地位（張立濤，2013）。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明， 飼糧NDF/starch 為1.4 時體外發(fā)酵效果最佳。 1.4 組產(chǎn)氣量最高，如若增加粗飼料的含量，發(fā)酵情況是否會更好，還有待進一步研究。