添加活性酵母和莫能菌素对蒸汽压片玉米活体外产气量及瘤胃发酵参数的影响

丁 健， 孟庆翔

（1.全国畜牧总站，北京100125；2.中国农业大学动物科技学院，北京100094）

谷物蒸汽压片加工技术通过提高谷物淀粉在瘤胃和全消化道的消化率， 提高了谷物的饲喂效果，在反刍动物饲养中得到广泛应用。但蒸气压片谷物淀粉糊化度的提高， 加快了其在瘤胃内的发酵速度， 对于饲喂以谷物为主的高精料日粮的肥育牛羊而言，易引发瘤胃有机酸的积累，导致微生物区系失调和功能紊乱， 从而提高诱发急慢性瘤胃酸中毒的可能。莫能菌素作为瘤胃调控剂，被用于稳定反刍动物瘤胃内环境。 但由于抗生素耐药性转移、 药物残留等食品安全问题引起人们广泛担忧，其使用也受到限制。活性酵母主要通过活酵母菌来稳定瘤胃功能， 由于其不存在药物残留等问题，近年来被广泛应用。但酵母产品由于其活性及使用方法的差异，目前的研究报告显示，其对瘤胃发酵及动物生产性能的影响效果不一致。 本试验利用活体外产气法，以蒸汽压片玉米为底物，研究比较活性酵母和莫能菌素对瘤胃发酵的影响，为瘤胃调控剂在以蒸汽压片谷物为日粮的反刍家畜生产中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 蒸汽压片玉米的制备：选取河北省本地玉米进行蒸汽压片处理。 压片参数：95 ℃蒸汽调质55 min，压片厚度2 mm，容重390 g/L。风干样品通过旋风磨粉碎机粉碎后过1 mm 米筛， 常温保存、 备用。 活性酵母（Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077）由拉曼动物营养公司提供（活细胞数≥2.0×1010cfu/g）。 莫能菌素由浙江海正兴发兽药有限公司提供（含量20%）。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验处理 采用Menke 等（1979）的活体外产气法进行体外试验。 试验设三个处理：（1）对照组（CK 组）；（2）活性酵母（LY 组）添加组，添加量16.7 mg/L （3.3×108cfu//L）；（3） 莫能菌素（MO组）添加组，添加量3.3 mg/L。

1.2.2 活体外培养 将0.2000 g 蒸汽压片玉米放入特制的100 mL 注射器样玻璃消化管中，试验组分别添加活性酵母（16.7 mg/L）和莫能霉素（3.3 mg/L），39 ℃水浴锅预热。 用自动加液器向各培养管加入30 mL 混合培养液，迅速放入已预热（39 ℃）的人工瘤胃培养箱中培养。 分别记录各处理组在培养1、2、3、4、5、6、8、10、12、16、18、24、28、32、36、40、44、48、56、64 和72 h 的产气量，每个时间点3 个重复。 同时将各处理组进行另一个批次3 个重复的培养， 测定24 h 干物质消化率，并测定上清液中pH、VFA 和NH3-N 浓度等活体外瘤胃发酵参数。

1.2.3 混合培养液的制备 于晨饲前通过瘤胃瘘管分别采集4 头西门塔尔杂交阉公牛的瘤胃内容物，等体积混合后，以4 层纱布过滤，并迅速加入装有经CO2饱和并预热的39 ℃缓冲液中，配制成混合培养液（瘤胃液与缓冲液配比为1：2）。

1.2.4 产气参数计算公式

采用模型GP=B×｛1-exp［-c×（t-lag）］｝，计算动态消化产气参数；

式中：GP 为t 时间点0.2000 g 底物干物质（DM）产气量，mL；B 为0.2000 g 底物DM 理论最大产气量，mL；c 为样本的产气速度，h-1；lag 为样本的产气延滞期，h；t 为体外培养时间，h。

1.3 测定指标与方法 pH： 发酵结束后用雷磁PHS－3C 型精密pH 计（数显读数精度0.01）迅速测定。

VFA 浓度：采用Varian 3420 气相色谱仪（北京分析仪器厂）测定。 取1 mL 分离液相，加入0.2 mL 25%（W/V）偏磷酸，摇匀后冰浴超过30 min，10000 g 离心10 min，取上清液用于色谱分析。 色谱条件：PEG-20M+H3PO4玻璃填充柱， 色谱柱为内径3 mm，长2 m；载气为氮气，流速45 mL/min，氢气流速35 mL/min，空气流速250 mL/min，氢焰离子检测器，柱温150 ℃，离子化室温度220 ℃，灵敏度107，衰减4，进样量0.6 μL。

NH3-N 浓度：苯酚－次氯酸钠比色法测定。1.4 统计分析 试验数据采用SAS 统计分析软件（SAS，1999）中的广义线性模型（GLM）进行单因子试验方差分析， 采用邓肯氏新复极差法进行多重比较。

2 结果

2.1 添加活性酵母和莫能菌素对72 h 动态产气量和产气参数的影响 图1 为添加LY 和MO 后蒸汽压片玉米在72 h 内的动态产气曲线。 产气量数据拟合非线性回归方程得出各发酵参数值见表1。 由表1 可知，与对照组相比，LY 添加显著降低了蒸汽压片玉米的产气速度 （P ＜0.05），但对产气延滞期24 h 和72 h 总产气量及理论最大产气量影响不显著；添加MO 显著提高了产气速度 （P ＜0.05）， 缩短了产气延滞期 （P ＜0.05），并显著降低了24 h 和72 h 总产气量及理论最大产气量（P ＜0.05）。

图1 添加活性酵母和莫能菌素后蒸汽压片玉米72 h 的产气趋势

表1 添加活性酵母和莫能菌素对蒸汽压片玉米体外产气动态参数的影响

2.2 添加活性酵母和莫能菌素对底物干物质消化率的影响 添加LY 和MO 对蒸汽压片玉米24 h DM 消化率无显著影响（P ＞0.05），结果见图2。

图2 添加活性酵母和莫能菌素后蒸汽压片玉米24 h DM 消化率

2.3 添加活性酵母和莫能菌素对24 h 活体外瘤胃发酵参数的影响 从表2 可以看出， 添加LY显著提高了发酵液NH3-N 浓度 （P ＜0.05），对VFA 组成比例无显著影响；添加MO 显著降低了发酵液NH3-N 浓度，乙酸、丁酸、异丁酸、戊酸及异戊酸摩尔比例（P ＜0.05），显著提高了丙酸比例（P ＜0.05），从而显著地降低了乙：丙比（P ＜0.05）。两者对体外瘤胃pH 和总VFA 的影响均不显著。

表2 添加活性酵母和莫能菌素对蒸汽压片玉米活体外瘤胃发酵参数的影响

3 讨论

3.1 添加活性酵母和莫能菌素对72 h 动态产气量、 产气参数和DM 消化率的影响 据报道，莫能菌素能选择性抑制革兰氏阳性菌生长，产甲烷菌被抑制导致瘤胃发酵甲烷的量减少，同时CO2产量也会有所降低，导致总产气量减少，这与本试验中添加莫能菌素显著降低了24 h 和72 h 的总产气量一致。 但从试验结果也可以看出，试验中莫能菌素对产气量的抑制主要体现在发酵12 h以后， 而在发酵前12 h 莫能菌素反而提高了产气量，最终表现为添加莫能菌素显著加快了产气速度，并缩短了发酵底物的产气延滞期。 添加活性酵母虽未对产气延滞期产生影响，但却显著降低了产气速度，实质是减缓了蒸汽压片玉米的瘤胃发酵速度。 根据本试验结果推测，相对于莫能菌素，活性酵母对在蒸汽压片玉米等含高快速降解碳水化合物日粮中缓解瘤胃酸中毒可能更为有效，但这一推论还有待于试验的进一步验证。

研究表明， 谷物饲料在瘤胃中发酵速度越快，其发酵程度越高。但在本次试验中，酵母的添加虽然降低了蒸汽压片玉米的发酵速度， 但其24 h 累积产气量与对照组无显著差异，因此并未观察到DM 消化率的降低，反而在数值上略有升高。Miller-Webster 等（2002）发现，酵母或酵母培养物的添加，能够增加瘤胃内的细菌总数，提高细菌活力及营养物质在瘤胃的消化率。 相反，莫能菌素虽然提高了压片玉米的产气速度，但发酵至24 h 时，瘤胃产气量却显著降低了，因此体现在DM 消化率数值上反而略有降低。 有研究发现，在连续培养试验中添加莫能菌素能降低饲料DM 的消化率，谷物类型也会影响离子载体对营养物质的消化。

3.2 添加活性酵母和莫能菌素对活体外瘤胃发酵参数的影响 本试验采用蒸汽压片玉米作为活体外发酵底物，因其淀粉糊化度提高，在瘤胃内降解速度快， 易导致有机酸积累和pH 下降。但根据本试验发酵液pH 的范围看，瘤胃发酵处于一个正常pH 的发酵状态。 Miller-Webster 等（2002）研究发现，在较高pH 条件下活性酵母对pH 调节的效应则不能有效发挥。本试验中，活性酵母和莫能菌素的添加都未对体外瘤胃pH 产生显著影响，可能是因为活体外发酵本身处于一个较高的pH 水平。 活性酵母的添加显著提高了NH3-N 浓度，可能是因为酵母培养物能够提高底物蛋白质在瘤胃中的消化，从而导致瘤胃NH3-N浓度的升高。 与之相反，莫能菌素显著降低了发酵液中NH3-N 浓度， 可能与莫能菌素对格兰氏阳性菌的抑制作用会降低蛋白质瘤胃代谢，从而降低瘤胃氨氮浓度有关。柏研等（2019）在荷斯坦犊牛上也得到了相同的结果。

本试验中， 活性酵母对发酵液中总VFA 产量、各VFA 的摩尔百分比及乙丙比均未产生显著影响， 这与其他研究添加酵母产品对瘤胃发酵的影响结果不一致。 Wen 等（2017）报道，在给采食低质粗饲料的泌乳奶牛的日粮中添加活性酵母，能显著提高瘤胃总挥发性脂肪酸的浓度， 但不影响各类VFA 摩尔比例， 与Andrighetto 等（1993）在给采食高精料日粮的绵羊添加酵母培养物的结论一致。 Zeleňák 等（1994）在体外试验中发现，添加活性酵母对瘤胃VFA 产量及摩尔比例的影响随发酵底物的精粗比而改变。 Lynch 和Martin（2002）报道，当以粉碎玉米作为发酵底物时，活性酵母对丙酸及丁酸浓度无显著影响， 但能显著降低乙酸产量，从而降低乙丙比；而当以可发酵淀粉为底物时，活性酵母对乙酸影响不大，对丙酸产量有所提高，但差异不显著，最终显著地降低了乙丙比。显然，酵母类产品对瘤胃发酵参数的影响规律并不一致，其会随日粮特性的不同而发生改变。莫能菌素能提高丙酸比例， 降低乙丙比的这一作用已被前人研究一致证实， 本试验也得到了与之一致的结果， 而高丙酸型发酵有利于提高反刍动物的能量利用效率。

4 结论

以蒸汽压片玉米为发酵底物时， 活性酵母的添加能够减缓谷物的体外发酵速度， 但对产气量及体外瘤胃发酵参数无显著影响。 莫能菌素则能显著提高谷物的体外产气速度，缩短产气延滞期，并显著降低乙酸比例，提高丙酸产量，降低乙：丙比例。