发酵废弃咖啡粉对绵羊营养物质消化率和氮利用的影响

徐金广

（郑州财经学院，河南郑州 450000）

咖啡豆是世界上仅次于石油的第二大贸易产品。一般来说，咖啡豆经烘焙、研磨和提取制成咖啡饮料，加工后的残渣通常被扔掉。随着国际咖啡贸易的不断发展，废咖啡粉的产生不断增加。当废弃咖啡粉处理不当时，可能会对环境造成危害。因此，一些研究试图利用废弃咖啡粉生产生物柴油或作为糖、堆肥和吸附剂的来源，用于去除金属离子（Campos-Vega等，2015）。但很少有人将废弃咖啡粉作为动物饲料进行评价。咖啡含有抗氧化剂，如咖啡因、多酚和黑色素，这些化合物可能对动物有益，同时废弃咖啡粉含有13.8～14.5%的粗蛋白质，13.6～18.4%的粗脂肪、64.6～68.8%的中性洗涤纤维及45.1～54.8%的酸性洗涤纤维，这些营养成分可作为反刍动物饲料原料（Vignoli等，2011）。但Givens等（1986）认为，绵羊对废弃咖啡粉的适口性和氮消化率较低，限制了废弃咖啡粉在反刍动物饲料上的应用。动物的采食量和饲料适口性受饲料形状、气味、味道、质地、颗粒大小和温度等特性的影响。为提高饲料适口性，目前研究最多的是利用微生物发酵或添加有机酸，如在动物饲料中添加丙酸和乳酸可以改善适口性。已有研究表明，利用植物乳杆菌对生产糖蜜后的废水渣进行发酵可以提高其适口性（Tondee和Sirianuntapiboon，2008）。因此，本研究旨在确定利用微生物发酵的废弃咖啡粉对绵羊营养物质消化率和氮利用率的影响。

1 材料与方法

1.1 试验动物与日粮设计 饲养试验选择8只成年公羊[初始体重（56.8±0.4）kg]置于呼吸代谢室中，日粮处理方法为：对照组（不添加废弃咖啡粉）、10%废弃咖啡粉组、10%发酵废弃咖啡粉组和20%发酵废弃咖啡粉组，试验周期为18 d，适应期为14 d，样品采集期为4 d。试验日粮组成及营养水平见表1。废弃咖啡粉采用植物乳杆菌在含水量70%，温度39℃，厌氧发酵48 h制得。试验期间动物自由采食，同时提供矿物补充剂（钠388 g/kg，镁 330 mg/kg，钴 0.25 mg/kg，铁 90 mg/kg，锰 25 mg/kg，锌 14 mg/kg，I 5.5 mg/kg）。在试验开始时测量体重，用每一周期初重和末重的平均值计算体增重和平均日增重。

表1 试验日粮组成及营养水平

1.2 化学分析 饲料成分和粪便样品在60℃条件下烘干48 h，用微型锤磨机研磨后过1 mm筛。采用营养分析方法测定干物质、有机物、粗蛋白质、粗脂肪、氮含量，并pH计测定pH。使用自动氧弹热量计分析总能。采用气相色谱法测定脂肪酸含量。

1.3 统计分析 数据分析采用SAS软件包PROC混合程序，分析模型参考Littell等（2007）的研究方法。采用多项式线性或二次曲线比较发酵废弃咖啡粉对指标的影响。P＜0.05表示差异显著，0.05＜P＜0.1表示具有差异显著趋势。

2 结果与分析

2.1 废弃咖啡粉发酵48 h后的质量 由表2可知，发酵48 h后，有机物含量显著下降（P＜0.05），但粗蛋白质水平显著升高（P＜0.05）。发酵48 h后，酸性洗涤不溶氮浓度显著增加，pH显著降低（P＜0.05）。废弃咖啡粉中乙酸浓度为50.5 g/kg，发酵 48 h后无显著变化（P＞0.05），但乳酸含量显著升高（P＜0.05）。

表2 废弃咖啡粉发酵48 h后营养成分

2.2 废弃咖啡粉对绵羊生长性能的影响 由表3可知，随着日粮发酵废弃咖啡粉添加水平的升高，绵羊体增重和平均日增重呈显著线性下降（P＜0.05），20%发酵废弃咖啡粉组饮水量和排尿量均显著大于基础日粮组（P＜0.05）。随着日粮发酵废弃咖啡粉组添加水平的升高，饮水量和排尿量呈线性增加（P＜0.05）。但日粮处理对绵羊干物质摄入量无显著影响（P＞0.05），饲料效率随发酵废弃咖啡粉添加水平的升高有降低趋势（P=0.09）。

表3 废弃咖啡粉对绵羊生长性能的影响

表4 废弃咖啡粉对绵羊养分表观消化率和氮利用率的影响

2.3 废弃咖啡粉对绵羊养分表观消化率和氮利用率的影响 由表4可知，处理组间干物质和有机物的表观消化率无显著差异（P＞0.05），20%发酵废弃咖啡粉组粗蛋白质表观消化率显著低于对照组（P＜0.05）。10%发酵废弃咖啡粉组的粗蛋白质消化率显著高于10%未发酵废弃咖啡粉组。此外，对照组绵羊氮沉积率显著高于废弃发酵粉组和发酵废弃咖啡粉组（P＜0.05）。随着日粮发酵咖啡粉添加水平的升高，氮沉积率呈显著线性下降（P＜0.05）。发酵废弃咖啡粉组氮沉积率较非发酵咖啡粉组有降低氮沉积率的趋势（P=0.09）。

3 讨论

发酵后由于废弃咖啡粉中碳水化合物源作为微生物发酵的底物，其有机物含量降低，但发酵废弃咖啡粉中粗蛋白质含量显著高于未发酵产品，我们认为，发酵废弃咖啡粉中粗蛋白质的比例随微生物对有机物的消耗而增加。由于咖啡豆在加工提取前烘烤时会发生美拉德反应，降低了营养物质的消化率，因此，废弃咖啡粉中粗蛋白质的消化率低，原料适口性差，一般只能作为反刍动物的饲料原料。酸性洗涤不溶氮是动物胃肠道中难消化蛋白，而本研究通过微生物发酵降低了废弃咖啡粉中酸性洗涤不溶氮的浓度，所以发酵提高了废弃咖啡粉的蛋白质质量，这可能是由于微生物打破了难消化蛋白，增加了微生物蛋白（Axelsson和Ahrne，2000）。由于发酵后的咖啡粉比未发酵的咖啡粉含有更多的乳酸，所以pH显著降低。此外，乳酸可以延长发酵废弃咖啡粉的保存期，还可以提高适口性。

虽然各处理间干物质摄入量、体增重、日增重无显著差异，但随着日粮发酵废弃咖啡粉添加水平的增加，体增重、日增重表现为显著下降趋势。本研究以总能量为基础，建立了各处理的试验饲料，结果表明，由于废弃咖啡粉的消化能量低于苜蓿和梯牧草。Xu等（2006）报道了湿咖啡粉添加量增加时，阉割公羊的干物质摄入量降低。但在本研究中，补充发酵废弃咖啡粉对公羊干物质摄入量的影响在不同处理间并无差异。此外，发酵或未发酵废弃咖啡粉组增加饮水量和尿排泄量提高，可能是由于咖啡因含量改变了体液和水电解质的平衡。

已有研究报道，增加湿咖啡粉的添加水平线性降低了干物质、有机物、粗蛋白质和酸性洗涤纤维的消化率（Xu等，2006）。但本研究中处理组公羊的干物质和有机物消化率相似。如上所述，在发酵质量测定方面，通过发酵降低了酸性洗涤不溶氮，表明废弃咖啡粉的难消化蛋白含量降低，也表明10%发酵废弃咖啡粉比10%废弃咖啡粉具有更高的粗蛋白质消化率，与发酵质量测定结果吻合较好。此外，10%发酵废弃咖啡粉组公羊氮利用率较10%废弃咖啡粉组有提高趋势，粗蛋白质消化率随发酵废弃咖啡粉水平的增加线性下降。在本研究日粮配方中，对照组日粮的粗蛋白质含量用牧草代替废弃咖啡粉进行调整，结果表明，虽然各试验日粮的粗蛋白质含量相似，但含有发酵废弃咖啡粉的日粮粗蛋白质含量可能比对照日粮含有更多的难消化粗蛋白质。由于废弃咖啡粉是在高温高压条件下产生的，很难被动物消化（Borrelli等，2002），其似乎是一个无氮糖原（糖蜜）和氮源（废弃咖啡粉）的协同作用是困难的。因此，还有必要对无氮糖和低效氮源的结合进行进一步研究。

4 结论

本研究评估了日粮添加废弃咖啡粉和发酵废弃咖啡粉对绵羊营养物质消化率和氮利用率的影响。乳酸菌发酵废弃咖啡粉可以提高氮质量，而饲料中添加发酵废弃咖啡粉降低了公羊对粗蛋白质和酸性洗涤纤维的消化率。其中，10%发酵废弃发酵粉组粗蛋白质消化率和氮沉积率均高于10%未发酵废弃咖啡粉组。因此，利用微生物发酵废弃咖啡粉可以提高蛋白质利用率。