苏子油对瘤胃体外发酵模式、脂肪酸组成及甲烷生成的影响

史浩亭，王加启，卜登攀，潘龙，李发弟

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州　730070；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，

动物营养学国家重点实验室，北京　100193)

苏子油对瘤胃体外发酵模式、脂肪酸组成及甲烷生成的影响

史浩亭1，2，王加启1，2，卜登攀2，潘龙2，李发弟1

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州730070；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，

动物营养学国家重点实验室，北京100193)

摘要：为探讨苏子油对瘤胃体外发酵的影响,采用人工瘤胃技术分析不同添加水平的苏子油对瘤胃发酵模式、发酵参数和瘤胃脂肪酸代谢的影响.结果表明：添加不同剂量苏子油对发酵液pH值和氨氮(NH3-N)含量无显著影响(P>0.05)；与对照相比较，随着苏子油添加量的增加干物质降解率、中性洗涤纤维降解率、酸性洗涤纤维降解率、发酵底物单位产气量显著降低(P<0.05)，甲烷产量呈下降趋势(P>0.05)；对TVFA无显著影响(P>0.05)，丙酸含量显著增加(P<0.05)，乙酸含量和乙酸丙酸比例显著降低(P<0.05)；C18：1、c9，t11-CLA和总的长链脂肪酸浓度均明显升高(P<0.01).表明在粮中添加一定量的苏子油,可改变瘤胃发酵类型、降低甲烷产量、调节瘤胃液脂肪酸组成.

关键词：苏子油；人工瘤胃装置；CH4产量；氢化

第一作者：史浩亭(1987- )，男，硕士研究生，从事反刍动物营养与牛奶质量改良研究.E-mail：sht444@126.com

卜登攀，男，副研究员，硕士生导师，主要从事反刍动物营养代谢与调控、牛奶品质改善和瘤胃微生态研究与应用方面的研究.E-mail:burdenpan@gmail.com

Effects of perilla seed oil supplements on rumen fermentation

parameters,fatty acid composition and methane

production by a rumen-simulation technique

SHI Hao-ting1,2,WANG Jia-qi1,2,BU Deng-pan2,PAN Long2,LI Fa-di1

(1.College of Animal Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;

2.State Key Laboratory of Animal Nutrition,Institute of Animal Science,Chinese

Academy of Agricultural Science,Beijing 100193,China)

Abstract：In order to investigate the effects of perilla oil on rumen fermentation in vitro,we analyzed the change trend of rumen fermentation model,parameters and fatty acid metabolism in different levels of perilla oil based on artificial rumen fermentation.The results indicated that different doses of perilla oil had no significant effect on the pH and ammonia (NH3-N) content of fermentation broth (P>0.05).Compared with control,the degradation rate of dry matter,neutral detergent fiber,acid detergent fiber and gas production of fermentable substrates significantly decreased with perilla oil dose increase (P<0.05).Meanwhile,the content of propionic acid,acetic acid and acetate propionate proportion significantly decreased (P<0.05) while the effect of perilla oil on TVFA was insignificant (P>0.05).Methane production treated by different doses of perilla oil had a downside(P>0.05)while the concentration of C18∶1,c9,t11-CLA and total long chain fatty acids significantly increased (P<0.01).It is suggested that adding an appropriate dose of perilla soil in diet could change rumen fermentation type,reduce methane production and regulate the fatty acid composition of rumen fluid.

Key words：perilla seed oil；artificial rumen device;methane production;biohydrogenation

在反刍动物瘤胃“宿主-微生物”共生体系中，微生物发酵伴随着能量和氮的损失且释出大量的甲烷造成环境污染[1].研究表明,通过日粮、化学物质、生物学方法以及植物提取物等可调控瘤胃微生物发酵[2]，而提高瘤胃发酵效率、降低甲烷排放、提高动物生产性能.但一些化学制剂在动物组织和畜产品中的残留量对人体健康产生危害[3]，因此开发天然的瘤胃调控剂具有重要的意义.

从自然界植物果实、种子、胚芽等中提取的含有不饱和脂肪酸的植物油具有调控反刍动物瘤胃发酵、改善其产品中的脂肪酸组成和有抑制甲烷的效果[4]，且能调控瘤胃脂肪酸的代谢，受到人们广泛关注，但添加大量植物油往往会影响瘤胃本身的消化代谢[5].紫苏油是紫苏籽粒经预处理并通过特定方法提取得到的可食用油[6].研究表明，紫苏油中含丰富的油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸，其中α-亚麻酸含量可达50%以上[7]，是目前发现含α-亚麻酸最高的植物油[8]，其通过瘤胃微生物氢化过程产生的中间产物可为反刍动物合成CLA提供底物.本试验拟研究添加不同水平的苏子油对体外瘤胃发酵、甲烷产量以及脂肪酸组成的影响,以期为丰富和发展天然反刍动物瘤胃调控剂提供依据.

1材料与方法

1.1供体动物及瘤胃液的采集

在北京中地种畜有限公司试验基地选取3头健康且装有永久性瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛(体质量=(558±10)kg， 泌乳日龄=(136±37)d，胎次3)作为瘤胃液供体牛.奶牛每天饲喂3次(7∶00，13∶00和19∶00)，自由饮水.在晨饲2 h后通过瘤胃瘘管采集瘤胃内容物并装入保温瓶迅速带回实验室，用4层纱布过滤(过滤同时通入CO2)，整个操作在尽量短的时间内于39 ℃水浴中完成.

1.2苏子油和饲料样品制备

发酵所用饲料与供体动物所饲喂的饲料一致，饲料原料粉碎并过2 mm筛，按配方制成颗粒料，风干后备用，饲料组成及营养成分见表1.苏子油来自于甘肃省天水地区的紫苏通过传统的压榨工艺榨取获得，主要成份见表2.

表1　日粮组成和营养水平(干物质基础)

①每kg预混料(DM)含有VA 2 000 000 IU、VD 600 000 IU、VE 10 800 mg、Fe 5 500 mg、Cu 4 080 mg、Mn 4 989 mg、Zn 17 500 mg、I 180 mg、Se 110 mg和Co 8 805 mg.②NEL为计算值，其他为实测值.

1.3试验设计

采用完全随机设计，以0%添加为对照，苏子油的添加量为饲料干物质含量的1%、2%、3%和4%.试验期8 d(前5 d的适应期，后3 d采样期)，试验重复3次.

1.4体外发酵

人工瘤胃装置使用中国农业科学院北京畜牧兽医研究所反刍动物营养研究室研制的“固液气分流式瘤胃模拟系统”[9].试验开始时每个发酵罐(有效体积1 L)中加入20 gTMR、500 mL新鲜瘤胃液和500 mL人工唾液进行发酵，人工唾液采用Dougall等[10]设计的配方配制且每升加入0.4 g尿素，以模仿瘤胃氮循环[11].试验时装置运行参数为：水浴温度39 ℃;搅拌转速15 r/min;液体稀释率8%/h[12];固体稀释率4% /h.每天早、晚九点定时每个发酵罐排出100 mL食糜，加入20 g TMR(补料)和100 mL人工唾液，同时加入相应添加水平的苏子油.

1.5样品采集

每天(整个试验期)补料前从发酵罐底部的排固口和溢流液中收集消化后过筛网的食糜于尼龙袋中，通过清洗烘干用于食糜的干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)的测定.装置内瘤胃微生物发酵在补料3 h后基本处于相对稳定的状态，因此，在采样期(第6～8天)的每天9∶00补料后3 h时采集10 mL发酵液用于VFA、脂肪酸浓度的测定，在3、6、9、12 h均采集发酵液4 mL用于NH3-N浓度、pH的测定，以研究瘤胃微生物对不同剂量苏子油的适应情况.采样期每个发酵罐外接1个气袋收集9∶00补料后12 h内发酵所产生的气体，用于CH4体积分数的测定.

1.6样本分析

发酵液pH通过取样用pH计(Sartorius,PB-10)测定,挥发性脂肪酸、脂肪酸浓度和气体中CH4体积分数在前处理后用气相色谱( Agilent-6890 NGC system，Agilent，America)测定[13].用靛酚比色法测定发酵液中NH3-N浓度[14].NDF和ADF含量按照Van Soest等[15]的方法测定.DM含量参照GB 6435-86测定.

1.7数据处理

试验各项指标的数据用Excel 2010进行初步整理后，采用SAS 9.1中ANOVA模型进行方差分析，并采用Ducan氏法进行多重比较.

2结果与分析

2.1苏子油添加水平对瘤胃微生物发酵参数的影响

从表3可知，添加苏子油后未对各组发酵液pH值、 NH3-N浓度产生显著影响(P>0.05).随着添加剂量的升高干物质体外降解率(IVDMD)、中性洗涤纤维降解率(DNDF)、酸性洗涤纤维降解率(DADF)和饲料的单位产气量均显著降低(P<0.05).甲烷含量随着添加剂量的增加呈下降趋势，最大剂量与对照组比较甲烷含量降低了24%.

表3　苏子油添加水平对瘤胃微生物发酵参数的影响

同列肩标不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05).

2.2苏子油添加水平对VFA浓度的影响

由表4可知，添加不同水平的苏子油对未发酵液中总VFA、丁酸、戊酸和支链挥发性脂肪酸浓度产生显著影响(P>0.05).与对照组相比，随着添加剂量的增加，乙酸和乙酸/丙酸值呈下降趋势，丙酸呈升高趋势；添加2%苏子油对乙酸浓度及乙酸/丙酸有显著影响(P<0.01)乙酸；添加3%和4%的苏子油对乙酸、丙酸、乙酸/丙酸值的影响结果保持一致，之间比较无显著变化(P>0.05).

表4　苏子油添加水平对挥发性脂肪酸的影响

同列肩标不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05).

2.3苏子油添加水平对脂肪酸浓度的影响

由表5可知，添加苏子油未对C8∶0-C18∶0等脂肪酸产生显著影响(P>0.05)，随着添加剂量的增加,油酸、亚油酸和亚麻酸含量呈上升趋势，其中.与对照相比，在3%添加水平时总脂肪酸含量、不饱和脂肪酸含量，多不饱和脂肪酸影响效果显著(P<0.05).

表5　苏子油添加水平对瘤胃液中脂肪酸的影响

同列肩标不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05).

3讨论与结论

3.1苏子油不同添加水平对瘤胃微生物发酵参数的影响

瘤胃液pH是综合反映瘤胃内环境稳态的重要指标，可以反映瘤胃内部的环境状况及饲料在瘤胃内的发酵程度和模式[16]，本试验中添加苏子油未对发酵液pH产生显著影响(P=0.66).瘤胃中NH3-N能间接反映瘤胃微生物分解饲料粗蛋白产生NH3-N和利用NH3-N合成微生物菌体蛋白的平衡情况，符合其生长的最适NH3-N浓度范围5～28 mg/dL[17]，本研究NH3-N浓度在适宜范围内且添加苏子油未对其含量有显著影响.添加植物油可提高日粮能量浓度，但过量时会影响日粮的消化，本试验中干物质降解率、中性、酸性洗涤纤维降解率都随着添加剂量的提高而降低，说明添加苏子在一定量时可抑制饲料的发酵，使其降解率下降.添加苏子油也抑制了甲烷的产量和单位干物质的产气量其主要作用途径是调控不饱和脂肪酸的氢化作用，使瘤胃内丙酸产量增加，并抑制瘤胃微生物生长.

3.2苏子油不同添加水平对VFA浓度的影响

VFA是碳水化合物在瘤胃中发酵的主要产物，可提供反刍动物总能量需要量的70%～80%，其含量及组成比例是反映瘤胃消化代谢活动的重要指标.乙酸、丙酸、丁酸是VFA的主要成分其浓度受到反刍动物采食水平、日粮组成以及pH等因素的影响.本试验中发酵底物是相同的，添加苏子油对总VFA浓度未产生显著影响，但对乙酸和丙酸浓度影响显著，降低了乙丙酸比值，使发酵模式倾向于丙酸型，与报道中添加其他不饱和脂肪酸植物油影响瘤胃发酵模式的结果基本一致[18-19].可能原因是随着添加苏子油量的增加，抑制了瘤胃发酵和纤维素的降解，改变了微生物活动或微生物酶活性造成的.

3.3苏子油不同添加水平对长链脂肪酸的影响

日粮中不饱和脂肪酸进入瘤胃后可被微生物分解、氢化(biohydrogenation),最终生成硬脂酸(C18∶0)[20],氢化过程中会产生多种中间产物如C18∶1和CLA等异构体[21]，其中trans11-C18∶1加氢生成C18∶0是生物氢化过程的限速步骤[22].研究发现增加饲粮亚油酸和(或)亚麻酸的水平，可抑制trans11C18∶1进一步氢化成C18∶0，能提高乳脂cis-9,trans11CLA的含量[23].验结果表明，随着苏子油量增加，C18∶0的含量呈上高趋势，苏子油的添加水平在3%时，C18∶1和c9,t11-CLA的含量显著增加，C18∶2和C18∶3的含量也显著增加.而在各种酸的增加幅度上,以c9-C18∶1和t11-C18∶1最为明显,在一定程度上说明通过添加苏子油增加C18∶1的含量可进一步提高组织中CLA量.

本试验结果也表明，日粮添加3%苏子油使发酵液中脂肪酸总量(TFA)增加的同时,不饱和脂肪酸(UFA)含量也显著升高,其中单不饱和脂肪酸(MUFA)相对于对照组增加了23.6%.而苏子油中90%以上为不饱和脂肪酸,说明苏子油对瘤胃脂质的生物氢化模式有一定影响.

本试验添加不同水平的苏子油对瘤胃发酵参数、脂肪酸代谢产生了影响，随添加水平的提高，产气量及甲烷产量逐渐降低；瘤胃液pH值逐渐升高；干物质降解率，纤维降解率逐渐降低；乙酸摩尔浓度降低，丙酸摩尔浓度呈上升趋势，乙酸丙酸比下降，从以上几个指标得出，不同添加水平苏子油对瘤胃代谢影响程度，添加水平越大，对抑制产气及甲烷产量有积极作用，但同时对纤维降解有不利的影响，对发酵类型也有显著影响.综合各项指标，本次体外试验中，苏子油的最适添加量为3%.

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(责任编辑李辛)

收稿日期：2014-04-17；修回日期：2014-04-25

基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目(XDA01010301)；中国农业科学院科技创新工程(ASTIP-IAS07)；“十二五”科技支撑计划课题(2012BAD43B01-2).

通信作者：王加启，男，博士，研究员，博士生导师，从事反刍动物营养与牛奶质量安全研究.E-mail:wang-jia-qi@263.net

中图分类号：S 816.7

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2015)02-0023-06