皇竹草和喷浆玉米皮混合对瘤胃发酵特性的影响

尹福泉，吴征敏，王志敬，吴浩浩，兰瑞霞，赵志辉

(1.广东海洋大学农学院，广东 湛江 524088； 2.广东省清远市农业局 动物疾病预防控制中心，广东 清远 511515 )

皇竹草(Pennisetumsinese)是由象草(P.purpureum)和美洲狼尾草(P.alopecuroides)杂交选育而成的一种多年生禾本科植物，喜肥、耐高温，特别适合我国南方地区种植。皇竹草于20世纪80年代作为牧草资源引入我国，因其产量高、品质好而广泛用于畜禽养殖[1-3]。同时由于其根系发达，对水肥有较强的保持作用，且对有机物质、氮和磷等环境污染物具有较强的吸附作用，因而常被作为生态草而种植于我国大部分地区[4-6]。喷浆玉米皮(spouting corn bran,SCB)，又称玉米蛋白饲料或玉米麸，是在玉米淀粉及胚芽生产过程中将蛋白质及能量高的玉米浆喷洒在玉米皮上，经滚筒干燥后形成的玉米副产物，其蛋白质、能量及氨基酸含量大大提高，是非常规饲料的一种。随着我国经济的快速发展，山羊饲养规模不断扩大，饲料资源成为限制山羊养殖的主要因素之一，开发利用地方性现有饲料资源，对缓解粮食压力，降低山羊养殖成本具有十分重要的意义[7]。但由于地方粗饲料资源粗纤维含量高而粗蛋白含量较低，开发利用率降低，作为饲料直接饲喂导致动物对其消化利用率低[8]。因此，在生产中往往将两种饲料合理搭配，利用饲料间混合效应提高反刍动物对粗饲料的消化利用。孟梅娟等[9]研究表明，小麦秸秆与喷浆玉米皮合理搭配可产生正混合效应，能够提高营养物质降解率。涂远路等[10]研究表明，在小麦秸秆与喷浆玉米皮混合中，随喷浆玉米皮比例的增加，丙酸浓度增加，饲料利用率也逐渐增加。本研究以华南地区的优质牧草皇竹草与喷浆玉米皮混合作为试验材料，通过体外产气法探讨皇竹草和喷浆玉米皮的最佳配比，从而为皇竹草资源的开发及喷浆玉米皮在反刍动物养殖上的合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

皇竹草：2016年10月份，在株高为150～200 cm时取自于广东海洋大学后山牧草基地(留茬20 cm)，每天下午收割，第2天经揉草机揉搓后放于烘箱65 ℃烘干、粉碎过孔径为0.069 mm筛保存，待用。

喷浆玉米皮：购自广东某饲料厂。

瘤胃液：取自山羊瘤胃。

1.2 试验设计

人工模拟山羊瘤胃环境，将皇竹草与喷浆玉米皮在干物质基础上以100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100比例混合，进行体外发酵，每个时间点设6个平行样和3个空白对照(不加底物，只加发酵液)，分别培养24、48 h，培养结束后，取出于冰水静置4 h后终止发酵。原料及混合后化学组成见表1。

1.3 体外发酵液的制备

1.3.1瘤胃液的采集与处理 选择健康、体重相近的成年山羊羯羊3只，禁食不禁水，12 h后采用颈动脉放血法处死，取足够量的瘤胃液置于充满CO2的保温瓶中，4层纱布过滤，于39 ℃水浴锅中保存(厌氧条件下进行)。

1.3.2人工唾液的配制 人工唾液的配制参照文献[11]方法进行配制。

1.4 体外培养与样品采集

将瘤胃液与配制好的人工唾液按体积比1∶9混合均匀，取70 mL加到体积为200 mL装有1.25 g样品发酵瓶中(空白对照发酵瓶中只添加70 mL发酵液)，密封后放入(39.0±0.5) ℃的恒温震动培养箱内分别培养24和48 h。

将各时间点发酵瓶取出，迅速放入冰水终止微生物活动，静置后取2 mL上层液体加入8.2%偏磷酸并置于-20 ℃冰箱保存，用于挥发性脂肪酸的测定；其余经尼龙布过滤，滤渣放入65 ℃烘箱烘24 h，称重后置于-20 ℃冰箱保存，待测。

表1 试验原料化学组成(干物质基础)Table 1 Chemical composition of test materials (dry matter basis) %

1.5 测定指标与方法

原料和滤渣的干物质(DM)、有机物(OM)等按照文献[12]中的方法测定；纤维物质采用范式(Van Soest)洗涤纤维测定方法测定[13]；挥发性脂肪酸(VFA)采用美国Agilent 6890气相色谱仪测定[14]。

1.6 指标计算方法

1.6.1养分降解率的计算

某养分降解率=[(试验原料中某养分含量-残渣中某养分含量)/试验原料中某养分含量]×100%。

1.6.2混合效应值的计算

混合效应值=[(实测值—加权估计值)/加权估计值]×100%。

式中：实测值为实际测定样品消化率；加权估算值为A样品实测值×A样品配比+B样品实测值×B样品配比。

1.7 数据处理

利用Excel 2007对试验数据进行初步整理，SPSS 20.0软件中ANOVA模型进行单因素方差分析，多重比较用Duncan进行统计分析，结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著,P<0.01表示差异极显著。

2 结果

2.1 混合物的有机物降解率及其混合效应

皇竹草和喷浆玉米皮不同比例混合物间的有机物降解率差异显著(P<0.05)，在体外发酵24 h后，喷浆玉米皮组有机物降解率极显著高于皇竹草组和皇竹草与喷浆玉米皮混合组(P<0.01)(表2)；除50∶50和25∶75混合组间有机物降解率差异不显著外(P>0.05)，随着喷浆玉米皮所占比例的增加，其余有机物降解率均呈极显著增加趋势(P<0.01)。发酵48 h时，随着喷浆玉米皮比例的增加，有机物降解率呈极显著增加趋势(P<0.01)。在混合效应方面，发酵24 h 时，75∶25混合比例略低于50∶50混合比例(P>0.05)，二者均极显著高于25∶75(P<0.01)；发酵48 h时，按75∶25混合时，混合效应最大，但各混合比例间混合效应差异不显著(P>0.05)。

表2 混合物的有机物降解率及混合效应Table 2 Organic degradation rateand combination effect of composition

同列不同小写和大写字母分别表示差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)，下同。

Different lowercase and capital letters indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively;similarly for the following tables.

2.2 混合物的纤维物质降解率

中性洗涤纤维降解率发酵24和48 h出现相同的规律，除50∶50和25∶75比例混合组间差异不显著(P>0.05)外，随着喷浆玉米皮比例的增加，中性洗涤纤维的降解率均极显著增大(P<0.01)(表3)；酸性洗涤纤维在发酵24 h 时，50∶50、25∶70和0∶100组均极显著高于100∶0和75∶25组(P<0.01)，50∶50组最高，与25∶75组差异不显著(P>0.05)。发酵48 h时，混合组均显著高于单一原料组(P<0.05)。粗纤维在发酵24 h时，除50∶50和25∶75混合组间差异不显著外(P>0.05)，随着喷浆玉米皮的比例增加，降解率均呈极显著增加(P<0.01)；发酵48 h时，除75∶25和50∶50混合组间差异不显著外(P>0.05)，随着喷浆玉米皮的比例增加，降解率均呈极显著增加(P<0.01)。

2.3 混合物的纤维物质混合效应

中性洗涤纤维在24 h时，随着喷浆玉米皮比例的增加，混合效应显著降低(P<0.05)(表4)；发酵48 h时，75∶25组混合效应最高显著高于25∶75组(P<0.05)。酸性洗涤纤维在24 h时，50∶50组混合效应最高，且极显著高于其他组(P<0.01)；发酵48 h时，25∶75混合时效应最高，与75∶25组无显著差异(P>0.05)；粗纤维方面在发酵24和48 h时均以75∶25混合效应最高，且显著高于其他组(P<0.05)。

2.4 混合物的挥发性脂肪酸浓度

在发酵24 h后，乙酸、丙酸、丁酸的浓度随喷浆玉米皮比例的增加而显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)增大(表5)。在发酵48 h后，皇竹草和喷浆玉米皮以25∶75混合时乙酸、丙酸和丁酸浓度达到最大值，显著高于100∶0和75∶25组(P<0.05)，与50∶50组无显著差异(P>0.05)。

2.5 混合物的挥发性脂肪酸混合效应

乙酸在发酵24 h时，随着喷浆玉米皮混合比例的增加，混合效应呈降低趋势，75∶25和50∶50混合组极显著高于25∶75组(P<0.01)(表6)；发酵48 h时随着喷浆玉米皮混合比例的增加，乙酸混合效应增加。丙酸在发酵24 h时，50∶50混合效应最高，显著高于25∶75组(P<0.05)；发酵48 h时，50∶50混合效应最高，显著高于75∶25组(P<0.05)；丁酸在发酵24和48 h时均以50∶50混合效应最高。

表3 混合物的纤维物质降解率Table 3 The fiber degradation rate of the composition %

表4 混合物的纤维物质混合效应Table 4 Composition effect of fibrous substances

表5 混合物的挥发性脂肪酸浓度Table 5 The concentration of volatile fatty acids in compositions

表6 混合物的挥发性脂肪酸混合效应Table 6 Volatile fatty acid combined effect of composition

3 讨论

3.1 皇竹草和喷浆玉米皮混合对体外营养物质降解率的影响

营养物质的降解率是衡量动物机体对饲料养分利用率的重要指标，对于草食家畜而言，将不同饲料原料进行合理搭配可以改善其对营养物质的利用效率[15]。研究表明，草食家畜对有机质的消化率与所给饲料中碳水化合物的含量呈正相关关系[16]。孟梅娟等[9]研究指出，添加喷浆玉米皮可以提高纤维物质的降解率。本研究得出，添加不同比例喷浆玉米皮均可提高有机物、粗纤维和中性洗涤纤维降解率，造成这种现象的原因一方面可能是，添加喷浆玉米皮后，饲粮中饲料间的不同搭配以及易降解纤维和易发酵碳水化合物的添加均会对饲粮中单一饲料的营养消化利用率产生影响[9]；另一方面喷浆玉米皮中非结构性碳水化合物含量较高，可以给瘤胃微生物提供更多的可利用糖类，提高微生物活性，从而提高瘤胃微生物对营养物质的利用率[3]。纤维物质对于草食动物的瘤胃代谢具有重要的作用，纤维含量的高低是影响消化率的首要因素，同时还会影响家畜的采食量[17-18]，从本研究结果可以看出，饲粮中的中性洗涤纤维含量越少，其降解率就越高，而酸性洗涤纤维和粗纤维则在一定范围内随着纤维含量的降低，其降解率升高，而低于一定的范围其降解率反而降低，这与孟梅娟等[7]研究结果一致。反刍动物主要通过瘤胃微生物利用纤维物质，而瘤胃微生物则主要通过物理和化学法对纤维物质进行降解利用。物理利用途径是反刍动物采食后，瘤胃微生物很快就附着于纤维物质上，通过植物组织表面的孔隙或者受损部位进入植物组织内部，从而进行消化；化学利用途径较为复杂，其主要是纤维分解菌产生纤维素分解酶并对纤维物质进行分解[19]。

3.2 皇竹草和喷浆玉米皮混合对体外挥发性脂肪酸组成的影响

瘤胃中的挥发性脂肪酸是发酵底物中的碳水化合物经瘤胃微生物发酵后生成的，主要由乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等组成，其中以乙酸、丙酸和丁酸为主，约占总挥发性脂肪酸的95%左右。乙酸主要用于动物体脂肪和乳脂肪的合成；丙酸是糖异生的主要前体物质，丙酸有利于促进葡糖糖的转化和贮存；丁酸主要用于为体组织供能，同时丁酸还参与采食量的调节[19-21]。王海荣[19]和陈光吉等[22]研究表明，瘤胃中挥发性脂肪酸的组成及浓度受到饲料精粗比、加工方式以及一些添加剂的影响，但在瘤胃挥发性脂肪酸组成中，均以乙酸含量最高，且本研究结果表明，同一发酵底物同一发酵时间，均以乙酸含量最高，这与前人研究结果一致。本研究结果得出，皇竹草和喷浆玉米皮不同比例混合对挥发性脂肪酸的产量和比例具有一定的影响，单独皇竹草组和单独喷浆玉米皮组相比，全喷浆玉米皮组的挥发性脂肪酸总浓度和乙酸、丙酸、丁酸浓度均高于全皇竹草组，表明喷浆玉米皮的饲喂效果优于皇竹草。然而，皇竹草和喷浆玉米皮混合后，其产酸量却不是呈整体性变化，发酵24 h时以0∶100组乙酸浓度最高，而在48 h 时却是25∶75组浓度最高，说明全喷浆玉米皮组乙酸发酵潜力较小，而丙酸和丁酸方面，也都具有相同的规律，这都表明混合后的效果要优于单一饲料原料，这与前人研究小麦秸秆与喷浆玉米皮不同比例混合及不同精粗比对瘤胃挥发性脂肪酸浓度的影响结果一致[9-10,14,23]。

3.3 皇竹草和喷浆玉米皮的混合效应

不同饲料相互搭配使得搭配后某种养分降解率高于各个单一饲料原料加权值，这表明这种搭配产生了正混合效应，通过不同牧草之间进行合理的搭配，充分发挥正混合效应，不仅可以提高动物对牧草的利用能力，而且可以有益于动物体的健康[24-25]。研究发现，牧草间存在混合效应(正混合效应或者负混合效应)，正混合效应越高说明动物对牧草的消化率和采食量就越高，负混合效应则说明牧草间混合会对牧草养分利用率产生负面影响[26]。张品佳等[27]通过体外发酵法以总产气量、挥发性脂肪酸和有机物降解率等混合效应值为衡量指标得出青贮茭白鞘叶∶玉米∶豆粕最佳混合比例为40∶30∶30；张勇等[28]以产气量、氨态氮和挥发性脂肪酸等混合效应值为衡量指标得出油菜秸∶玉米∶豆粕最佳比例为55∶30∶15。从有机物降解率混合效应来看，50∶50混合在发酵24 h时产生最大混合效应，与75∶25混合效应相当；75∶25混合在发酵48 h时产生最大混合效应，25∶75混合在两个时间段混合效应均最低。从纤维物质混合效应来看，在中性洗涤纤维和粗纤维方面两个时间段均以75∶25混合效应最高，50∶50混合效应值次之，25∶75组最低且都为负混合效应。挥发性脂肪酸方面，发酵24 h时乙酸、丙酸和丁酸最大混合效应值分别是75∶25、50∶50和50∶50混合，48 h时乙酸、丙酸和丁酸最大混合效应值分别是25∶75、50∶50和50∶50混合比例。从结果可以看出，皇竹草和喷浆玉米皮不同比例混合产生了混合效应，这与孟梅娟等[9]和涂远璐等[10]研究的小麦秸秆与喷浆玉米皮不同比例混合产生不同混合效应的结果一致，表明喷浆玉米皮用于山羊的养殖是可行的，而且具有较高的利用价值，且与皇竹草混合时效果更佳。

4 结论

本研究表明，喷浆玉米皮可用于山羊养殖，且具有较高的利用价值，与皇竹草混合效果更佳；综合有机物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维降解率及其混合效应和挥发性脂肪酸浓度及其混合效应得出，皇竹草和喷浆玉米皮的最佳混合比例为75∶25和50∶50。