体外产气法评价不同方式加工玉米对牦牛瘤胃发酵参数的影响

刘 颖 张群英 郝力壮 冯宇哲* 牛建章 刘书杰

（1.青海大学，青海西宁810016；2.青海大学畜牧兽医科学院青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海高原牦牛研究中心，青海西宁810016）

牦牛主要生活在海拔3 000 m 以上地区，全世界90%的牦牛生活在中国的青藏高原地区，是高原畜牧业重要的优势畜种，对青藏高原的畜牧业发展起到重要作用，青海省现有牦牛500 万头，约占全国总数的40%，居全国首位[1]。青藏高原海拔高、寒冷缺氧、牧草稀缺，受这些因素的影响，导致牦牛饲草利用效率低、生产效益低下的现状，近些年牦牛的饲养由纯放牧转变为放牧加舍饲、纯舍饲的形式转变[2]。

玉米适口性好，能值高是育肥牛饲粮中重要的能量来源。由于目前的加工方式多为简单的粗粉碎为主，导致玉米的营养物质利用率较低。现在国内外的研究主要集中在通过各种不同加工处理方法,来改善淀粉在瘤胃中的降解和消化特性,从而达到优化瘤胃发酵、改善营养物质利用率、提高反刍动物生产性能的目的[3]。煮熟玉米，是现阶段牧民和养殖户处理玉米的方式，用来提高玉米的可消化性，对煮熟玉米的报道现在还非常少，实践证明，蒸汽压片技术在很大程度上可改善玉米的生物学价值，有效提高动物机体对其利用率。已经有研究学者指出蒸汽压片玉米可以提高玉米在消化道的消化程度使玉米净能值增加13%～19%[4]，目前国外蒸汽压片玉米在黄牛，禽类上已经应用的非常广泛，但蒸汽压片玉米在牦牛上的应用还鲜有研究。

针对现状本文拟对蒸汽压片玉米(SFC)、煮熟玉米(CC)和普通玉米(RC)的常规营养成分和瘤胃发酵特性进行研究比较，以期对蒸汽压片玉米和熟化玉米的瘤胃发酵特性，营养价值进行初步的了解，旨在为蒸汽压片玉米和煮熟玉米在牦牛养殖中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验采用单因子设计，研究不同物理方式处理（熟化玉米、蒸汽压片玉米）对玉米营养成分的影响，并通过活体外人工瘤胃法，研究熟化和蒸汽压片处理下对玉米干物质消化率（DMD）和活体外瘤胃发酵参数（发酵液pH值、挥发性脂肪酸和NH3-N含量）的影响。

1.2 试验动物

选择健康、体重相近、年龄相符的3 岁牦牛3 头，3 头牦牛单独饲喂，用采样管通过口腔抽取瘤胃液，试验日粮由精料补充料、粗料由青贮玉米和花生草组成组成，混合成TMR日粮，日粮组成和营养水平见表1，分早晚两次投喂，8：00、18：00，自由饮水，营养状况处于维持水平。

表1 日粮组成和营养水平（干物质基础）

1.3 试验材料

所用玉米均为青海省本地玉米，熟化玉米和蒸汽压片玉米均有青海省海西漠河驼厂生产加工。熟化玉米为开水煮熟制备，蒸汽压片玉米调制时间为50 min，压片厚度为2 nm，将样品风干粉碎过1 mm 筛，取样备用。

1.4 试验指标与试验方法

1.4.1 常规营养成分测定

3 种饲料原料的常规营养成分测定方法参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[5]。即：饲料的总能（GE）、干物质（DM）、有机物（OM）、酸性洗涤纤维（ADF）、粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、灰分（Ash）、钙（Ca）、磷（P）；ADF采用Van Soest等[6]的方法测定。结果见表2。

1.4.2 体外产气法

人工瘤胃装置：二氧化碳气罐、恒温培养箱、水浴培养箱、分液装置(德国生产的HIRSCHMA NN LABORGERA TE D-74246 分液装置，用于培养液分装，分装范围从0～60 ml，最小刻度为1 ml)、恒温及磁力搅拌体系装置、纱布和漏斗、玻璃培养管(100 ml注射器，从德国霍恩海姆大学进口特制玻璃针管，最小刻度均为1 ml)、分析天平(十万分之一)。

缓冲液的制备:厌氧人工瘤胃缓冲液按Menke[7]方法配制。

1.4.3 培养管的准备和发酵底物的称取

准确称取分别采于青海省海西州粉碎玉米颗粒（1组）、青海省海西州煮熟玉米颗粒（2组）、青海省海西州蒸汽压片玉米颗粒（3 组）（65 ℃烘干后，粉碎过40 目筛）粉碎样0.2 g 左右，送入100 ml 玻璃注射器内，在注射器活塞前1/3 部位均匀涂抹适量医用凡士林，早饲前用瘤胃管采集的混合瘤胃液，采集后尽快放入保温瓶，迅速带到实验室；缓慢通入CO2，用4层纱布过滤到预热的烧瓶中；量取过滤后的瘤胃液，按照与人工培养液1:2 的比例加到装有培养液的烧瓶中，往培养液中持续通入CO2。用30 ml 经稀释后的瘤胃液消化，放入39 ℃的水浴恒温振荡器中，记录0、3、6、9、12、24、36、48 h的产气量。每个样品设计3个重复，同时设3个空白(人工瘤胃培养液)，用于产气量的校正。

pH值用25型酸度计(上海第二分析仪器厂，甘汞电极)测定。

NH3-N参照冯宗慈等[8]的比色方法进行测定。

挥发性脂肪酸（VFA）用岛津（AOC-20I，GC-2014，E）气相色谱仪按内标法进行测定。

瘤胃干物质降解率(%)=(1-发酵后玉米样品干物质质量/发酵前玉米样品干物质质量)×100

1.5 数据的统计分析

试验数据经初步整理后，采用Excel 2007进行数据的初步统计处理，利用SPSS19.0统计软件进行单因素方差分析和显著性检验进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同物理加工方式下玉米营养成分变化

表2 不同物理加工方式下玉米营养成分变化情况（以干物质为基础）

从表2中，可以看出，与普通玉米（RC组）相比，蒸汽压片玉米（SFC组）和熟化玉米（CC组）的Ca、ADF的含量没有显著差异（P＞0.05）。其他常规营养成分的含量差异显著（P＜0.05）,蒸汽压片玉米的Ash含量比普通玉米组低0.9%，CP含量比普通玉米组低8.5%，EE含量比普通玉米组低43.4%，P 含量比普通玉米组低36.4%，GE 含量比普通玉米组高8.0%。熟化玉米的Ash 含量比普通玉米组低27.3%，CP 含量比普通玉米组低5.4%，EE含量比普通玉米组低32.1%，P含量比普通玉米组低25.5%，GE含量比普通玉米组高3.9%。

2.2 不同物理加工方式下的玉米对产气量、干物质消化率及瘤胃发酵参数的影响

2.2.1 产气量和产气速率

3种不同物理加工方式的玉米（蒸汽压片玉米、熟化玉米和普通玉米）的发酵模式如表3和图1所示，从表和图中可见24 h 的普通破碎玉米的发酵速度为1.25 ml/h，熟化玉米为1.17 ml/h，蒸汽压片玉米为1.27 ml/h，此时发酵速度为蒸汽压片玉米＞普通破碎玉米＞熟化玉米。从表和图中可见48 h的蒸汽压片玉米和熟化玉米的发酵速度均为0.469 ml/h，高于普通破碎玉米的0.458 ml/h。但是蒸汽压片玉米、熟化玉米和普通玉米颗粒的48 h 的总产气量差异不显著（P=0.081），但蒸汽压片玉米的累计产气量始终高于熟化玉米和普通破碎玉米。

表3 不同物理加工方式下的玉米瘤胃发酵参数变化情况

图1 不同物理加工方式下玉米产气量变化

2.2.2 干物质消化率（DMD）

如图2 所示，本试验测得3 种玉米（普通玉米颗粒、熟化玉米和蒸汽压片玉米）24 h 瘤胃干物质消化率分别为67.73%、74.32%和76.97%，蒸汽压片玉米和熟化玉米分别比普通玉米可以提高了9.24%和6.58%，处理间差异显著（P=0.012），3 种玉米（普通玉米颗粒、熟化玉米和蒸汽压片玉米）48 h 瘤胃干物质消化率分别为75.23%、77.34%和81.69%，蒸汽压片玉米和熟化玉米比普通玉米颗粒分别提高了6.46%、2.11%，处理间差异显著（P=0.019）。

图2 不同物理加工方式下玉米干物质消化率变化

2.2.3 瘤胃发酵参数的影响

由表3可以看出在24 h和48 h的发酵后，不同处理的玉米对瘤胃发酵液的pH 值的影响差异不显著（P=0.255、P=0.406）。24 h 和48 h 蒸汽压片玉米组的NH3-N 浓度、乙丙酸比例、丁酸和异戊酸的摩尔比例显著低于普通玉米组（P＜0.05），丙酸摩尔比例显著高于普通玉米组（P＜0.05）。48 h 熟化玉米组的NH3-N浓度、乙丙酸比例、丁酸和异戊酸摩尔比例低于普通玉米组但不显著（P＞0.05），丙酸摩尔比例显著高于普通玉米组（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 不同物理加工方式下玉米营养成分变化情况

在本试验中，与普通玉米相比，蒸汽压片玉米和煮熟玉米的Ash 和P 含量显著降低（P＜0.05），有可能是因为蒸汽处理和煮熟处理的过程中一部分的可溶性无机盐（含P、K的无机物）溶解在水中从而导致了P和Ash 的损失。这与May 等[9]和Brown 等[10]的报道结果一致。但是在乔富强等[11-12]的研究中表明蒸汽压片处理的玉米对Ca 和P 的含量差异不显著。出现偏差的可能是由于不成比例取样，表现出营养成分的差异。蒸汽压片玉米和熟化玉米的CP含量均低于普通玉米，其原因可能是加工过程中造成了非蛋白氮的损失从而导致了蛋白质值的降低，这一结果与Crocker等[13]研究结果相同。

3.2 不同物理加工方式下玉米瘤胃发酵参数

3.2.1 产气量和产气速率

总产气量是反映饲料可发酵程度及瘤胃微生物活性的重要指标[14]。本试验结果表明，蒸汽压片玉米、熟化玉米和普通玉米颗粒的48 h的总产气量无差异（P=0.081），说明三种玉米的营养成分无差异。这与Depeters[15]，魏曼琳[3]和乔富强[11]研究结果一致。但是崔彦召[16]和马星光等[17]分别对蒸汽压片玉米和颗粒玉米的体外产气量进行了测定，结果发现蒸汽压片玉米的72 h产气量显著高于颗粒玉米，与本试验结果不同，这种差异可能是由于发酵体系不同造成的。本试验蒸汽压片玉米、煮熟玉米的48 h发酵速度均大于普通玉米，原因是经过物理处理的玉米改变了玉米可消化性（淀粉）在瘤胃中更容易被吸收和利用，这与崔彦召[16]，魏曼琳[3]、马星光等[17]和辛杭书等[18]的研究结果一致。但发酵速率明显不同，可能是由于试验动物不同导致。

3.2.2 干物质消化率

干物质降解率（DMD）的大小反映了饲料在发酵体系中被微生物降解的程度[19]。本试验中蒸汽压片处理极显著提高了玉米24 h和48 h的瘤胃干物质降解率。这与Zinn[20-21]、Barajas等[22]、May等[9]、Theurer等[23]报道结果相同，本试验的24 h蒸汽压片干物质降解率为76.97%与魏曼琳[3]报道的24 h 蒸汽压片干物质降解率75.7%相近，但与Theurer 等[23]报道的24 h 蒸汽压片干物质降解率61.8%相差较大。有相关学者乔富强等[12]、齐智利等[24]、Joy 等[25]报道的蒸汽处理对玉米干物质降解率没有影响，与本试验结果不同。关于瘤胃干物质消化率指标的测定，差异比较大，结论不一，认为可以通过多测定几个指标来矫正，如有机物降解率，蛋白质降解率。

3.2.3 瘤胃发酵参数的影响

瘤胃液pH值是一项反映瘤胃发酵水平的重要指标可以判断反刍动物瘤胃是否酸中毒反映瘤胃微生物、代谢产物有机酸产生、吸收、排除及中和状况。而挥发性脂肪酸和乳酸浓度是导致瘤胃液pH值变化的主要因素[26-27]。本试验中，24、48 h的蒸汽压片玉米组和熟化玉米组的pH 值与普通玉米组差异不显著，且均在在有利于瘤胃微生物生长、发育及发酵的pH 值范围(5.5～7.5)内[28]，说明蒸汽压片玉米、熟化玉米干物质的降解率的提高对瘤胃酸度的影响较小，即造成酸中毒的几率较小。

丙酸作为反刍动物体内内源葡萄糖合成的前体物质，发酵液中的丙酸摩尔比例增加、乙酸:丙酸比例的降低均有利于葡萄糖的合成和能量的沉淀，从而有利于提高反刍动物的日增重。本试验中24、48 h的蒸汽压片玉米组和熟化玉米组都可增加瘤胃发酵产物中丙酸摩尔比例，降低乙丙比例的含量。这与乔富强等[12]、王桂瑛等[29]研究结果一致，说明与饲喂熟化玉米和普通玉米相比，饲喂蒸汽压片玉米处理的玉米更有利于肉牛的增重。

瘤胃中NH3-N 浓度是反映瘤胃氮代谢的重要指标，适宜的NH3-N 浓度有利于微生物的生长，能间接反映瘤胃微生物分解饲料粗蛋白质和利用蛋白质合成微生物菌体蛋白的平衡情况[30-31]。本试验中24、48 h 的蒸汽压片玉米组和熟化玉米组均降低氨态氮的含量。造成降低的原因可能是因为蒸汽压片玉米组和熟化玉米组的蛋白质均低于普通玉米组，也可能是因为经过处理后的玉米发生了蛋白质结构的改变被微生物利用。Crocker 等[13]、马星光等[17]、Plascencia等[32]也有类似的报道，结果也表明体外发酵过程中蒸汽压片玉米组的氨氮浓度显著低于颗粒玉米组。

4 结论

本试验测定并分析不同物理加工方式下玉米(蒸汽压片玉米、熟化玉米和普通玉米颗粒)的常规营养成分、干物质消化率及瘤胃发酵参数得出：①熟化和蒸汽压片处理的玉米的常规营养成分与未经处理的玉米在灰分、磷差异极显著(P＜0.01)，但48 h的总产气量各组之间没有差异，说明指标的差异没有影响玉米中可被吸收和利用的营养成分。②24 h和48 h蒸汽压片玉米组、熟化玉米组的NH3-N 浓度、乙丙酸比例低于对照组，这些指标的降低更有利于肉牛的增重。24、48 h瘤胃干物质消化率两个处理组均比对照组高，且蒸汽压片玉米组的消化率比熟化玉米组更高，说明经过处理的玉米比未经处理的玉米更有利于消化和吸收，且经过蒸汽压片处理的玉米效果更佳。

综合各项指标得出，玉米经过蒸汽压片处理后，能提高其在反刍动物瘤胃中的降解率，有利于机体增重，在牦牛饲养中更具有应用潜力。