体外产气法评价生薯条加工副产品-稻草混贮与全株玉米青贮组合效应的研究

温媛媛，张美琦，刘桃桃，沈宜钊，高艳霞，2，李秋凤，2*，曹玉凤，2*，李建国，2*

（1.河北农业大学动物科技学院，河北 保定071000；2.河北省牛羊胚胎工程技术研究中心，河北 保定071000）

马铃薯（Solanum tuberosum）种植面积不断扩大，成为我国玉米（Zea mays）、小麦（Triticum aestivum）、水稻（Oryza sativa）后的第四大主要农作物［1］。在利用马铃薯生产薯条过程中，会产生大量的薯条副产品，因其水分含量高，单独使用具有季节性且不易保存。据调查，一个中型薯条加工厂每天大约产10 t的副产品，包括薯皮、薯渣和部分薯条等下脚料。这些副产品中不仅含有丰富的淀粉、蛋白质，还含有纤维素、微量元素等动物所需的多种营养物质［2-5］，是动物非常好的饲料资源。我国秸秆年产量超8亿t［6］，稻草占全部秸秆数量的30%以上［7］。干稻草茎秆坚硬，含水量低，可溶性糖含量少（2.3%~2.8%）［8］，而生薯条加工副产品水分和淀粉含量较高，可利用二者间养分与水分互补的原理，进行混贮发酵法处理。据报道，稻草与高水分、高可溶性碳水化合物饲料混贮能提高其营养价值［9］。因此，高水分含量的生薯条加工副产品与水分含量低的稻草按一定比例混贮，既开发出新的饲料资源，又减少了环境污染［10］。

全株玉米青贮是目前饲用最广泛的粗饲料，但其价格相对于其他粗饲料较高，为了发挥饲料间的互补作用和降低饲料成本，目前已有花生（Arachis hypogaea）蔓、羊草（Leymus chinensis）与全株玉米青贮［11］、苹果（Malus domestica）渣与全株玉米青贮等组合效应的研究［12］，而“薯稻混贮”与全株玉米青贮组合效应的相关研究未见报道。本试验通过体外产气法将“薯稻混贮”与全株玉米青贮进行不同比例组合，旨在探索“薯稻混贮”与全株玉米青贮间的最佳组合比例，为其在反刍动物饲养中应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年7月在河北省动物营养学与饲料科学重点学科实验室进行。试验中所用粗饲料“薯稻混贮”和全株玉米青贮均由河北景美牧业有限公司生产。

按照1∶2将生薯条加工副产品与稻草均匀混合（混贮后的干物质含量为35%），同时将稀释好的青贮邦和拉曼两种青贮添加剂（有效成分为植物乳杆菌和布氏乳杆菌）分别以5和1 g·t-1青贮的量，均匀喷洒在薯稻混合料上，用GT 2421型号搅拌机混匀，经打捆机打捆、裹包机裹包、密封发酵60 d。全株青贮玉米在蜡熟期用青贮收割机收割，经打捆机打捆、裹包机裹包、密封发酵60 d。

采集的样品先称重、记录，然后放入已称重量的托盘中，放入105℃烘箱处理15 min，再将烘箱温度调至65℃烘至恒重，最后将烘干样品粉碎，用于测定中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）、常规营养养分［13-18］及体外试验。剩余样品密封保存。“薯稻混贮”和全株玉米青贮营养成分详见表1。

表1 “薯稻混贮”和全株玉米青贮营养成分Table 1 Nutr itional components of the mixed silage of raw potato crisp processing by-product with rice straw and whole corn silage（dry matter basis，%）

1.2 试验设计

试验采用单因素试验设计，将“薯稻混贮”与全株玉 米 青 贮 按 照 ：T（00∶100）、T2（020∶80）、T4（040∶60）、T5（050∶50）、T6（060∶40）、T8（080∶20）、T100组（100∶0）7个比例进行组合，同时，保证50∶50精粗比条件。每个组合3个重复，同时设置空白对照，进行体外发酵试验。

1.3 体外发酵试验

按不同比例组合处理，分别称取0.5 g样品（dry matter，DM）放入已用丙酮清洗且称重的纤维袋中，将纤维袋密封，放入100 mL已编号的发酵瓶中。瘤胃液取自3头健康、月龄和体重相近，并装有永久性瘤胃瘘管的荷斯坦阉牛。瘘管牛散栏舍饲，自由饮水，其日粮配方及营养水平见表2。体外培养所需瘤胃液于晨饲前采集，经4层纱布过滤到密封厌氧且提前预热的保温瓶中（通入CO2使其达到厌氧条件），于30 min内返回实验室。参照Menke等［19］的方法配制人工缓冲瘤胃液，每个发酵瓶中加入15 mL瘤胃液和45 mL缓冲液（39℃水浴），期间不断通入CO2，保证厌氧条件，然后用橡胶塞和铝制盖密封发酵瓶，置于39℃恒温气浴摇床中，转速保持为125 r·min-1，同时设置2个空白对照，开始发酵。分别于发酵过程中2、4、6、8、10、12、24、36、48 h测量发酵瓶中的产气值，并用空白值进行校对。

表2 瘘管牛饲粮配方及营养水平Table 2 Diet composition and nutritional levels of cattle with permanent rumen fistula（dry matter basis）

1.4 测定指标及方法

1.4.1 产气量的测定 根据Mauricio等［20］的方法计算累积产气量（gas production，GP）。并参照Ørskov等［21］的方法计算产气动力学参数：

式中：GP为某一时间产气量（mL）；B为理论最大产气量（mL）；c为产气速率常数（mL·h-1）；Lag为体外发酵产气延滞时间（h）；e为欧拉常数；t为产气时间点（h）。

1.4.2 发酵参数的测定 发酵48 h时取出发酵瓶，放置装有碎冰的盆中立即停止发酵，从碎冰中取出发酵瓶轻轻摇晃、开盖，用UB-7 pH测定仪（美国）测定发酵液pH。将发酵液分别分装于10和15 mL的离心管中，参照冯宗慈等［22］的方法测定15 mL离心管内发酵液体外发酵的NH3-N浓度，分别参照苏海涯［23］和Erwin等［24］的方法测定10 mL离心管内发酵液微生物蛋白（microbial protein，MCP）的产量和挥发性脂肪酸（volatile fatty acid，VFA）浓度。然后将发酵瓶内装有发酵底物的纤维袋取出，迅速使用自来水冲洗掉袋表面残渣，然后用蒸馏水冲洗，直到蒸馏水清澈如初为止。将清洗干净的纤维袋放在铺有干净封口袋的托盘中，再将其放入烘箱中（65℃），烘至恒重。并通过发酵前后底物重量差计算干物质降解率（dry matter degradation，DMD），具体公式如下：

1.5 组合效应的计算

根据王旭［25］的方法计算两种粗饲料间的组合效应：

1.6 数据分析

采用SPSS 22.0软件的One-way ANOVA进行单因素方差分析，采用Duncan法进行多重比较，P<0.05为差异显著性判断标准，P<0.01为差异极显著性判断依据，试验数据结果采用“平均值±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外发酵产气量（GP）的影响

GP随“薯稻混贮”比例增加而降低（表3），其次序为T0>T20>T40>T50>T60>T80>T100，其中，T100组各时间点的GP较T0组分别降低了16.65%、16.41%、26.67%、33.36%、36.51%、36.43%、30.00%、28.35%、27.82%（P<0.01）。同时，随发酵时间的延长各组GP持续增加。

表3 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外发酵产气量的影响Table 3 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole corn silage on gas production in vitro fermentation（mL·g-1）

2.2 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外发酵参数的影响

DMD随全株玉米青贮比例的降低而降低（表4），除T0与T20组外，其他各组间均存在显著或极显著差异（P<0.05或P<0.01）。pH随“薯稻混贮”比例增加而增加，T0组的pH极显著低于T80、T100组（P<0.01），而与T20、T40、T50组间无显著差异（P>0.05）。同时，T40、T50、T60三组间的pH也无显著差异（P>0.05）。NH3-N和MCP两个指标在各组间无显著差异（P>0.05），但均以T40最高，分别是8.69 mg·d L-1和2.93 mg·mL-1。

表4 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外发酵参数的影响Table 4 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole corn silage on fermentation parameters in vitro

2.3 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外挥发性脂肪酸浓度的影响

乙酸、丙酸、丁酸、总挥发性脂肪酸浓度随着“薯稻混贮”比例增加而降低（表5），乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸浓度均以T100组最低，T0最高，分别为42.32、19.75、72.06 mmol·L-1和49.92、27.73、88.88 mmol·L-1。而丁酸浓度最低值为7.94 mmol·L-1，出现在T80组。戊酸中以T80和T100组浓度最低，T0组最高。而各不同组合间异丁酸、异戊酸浓度差异不显著（P>0.05）。乙酸/丙酸随“薯稻混贮”比例的增加显著或极显著升高（P<0.05或P<0.01）。

表5 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外发酵挥发性脂肪酸浓度的影响Table 5 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole cor n silage on the concentration of volatile fatty acids in vitro fermentation（mmol·L-1）

2.4 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外发酵组合效应指数的影响

以SFAEI评定发现，GP在T20和T40时出现正组合效应值，其他为负组合效应，其中T20组最高。DMD和NH3-N各组合均为正组合效应，分别以T20和T80组最高（表6）。T40和T80组的pH出现正组合值，分别是0.0015和0.0051。MCP在T40、T50、T60组均为正组合，其中T40>T50>T60，T20和T80组均为负组合。乙酸在T40组，丙酸在T40、T60组，丁酸在T80组为负组合，其他均为正组合。以MFAEI评定时发现，“薯稻混贮”与全株玉米青贮5个组合均为正组合效应。其中，T40组最高，T50组次之，T20、T60和T80组间组合值接近。

表6 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对体外发酵组合效应指数的影响Table 6 Effects of different proportions of the mixed silage of raw potato chips processing by-product with rice straw and whole corn silage on the associative effect index in vitro fermentation

3 讨论

3.1 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对产气量（GP）的影响

本试验中“薯稻混贮”与全株玉米青贮随着组合比例的变化影响其产气量发生相应变化，说明这两种粗饲料间存在组合效应［26］。饲料中淀粉含量与GP具有一定的相关性［27-28］。饲料淀粉含量多，微生物数量增加，GP高；反之，GP降低［29］。本试验研究发现，GP随着全株玉米青贮比例降低而降低，当全株玉米青贮为0时，GP达到最低。另外，本试验还发现，全株玉米青贮中淀粉含量高（31.65%），而“薯稻混贮”淀粉含量低（13.24%），进一步证实了淀粉含量与GP的关系。此外，两种不同粗饲料组合均随着发酵时间的增加GP呈增加的趋势，可能是随发酵时间的延长，瘤胃微生物活性增强，加快了其对饲料的降解速度而导致的结果［11］。

3.2 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对发酵参数的影响

干物质降解率、产气量和体内消化率三者间存在高度相关性［30-31］。本试验中，DMD高，则GP高；DMD低，GP随之降低。粗饲料中过高的纤维含量是限制DMD的关键因素，而适宜的纤维含量可促进DMD。T0与T20两组的DMD最高，且无显著差异，这可能是因为全株玉米青贮中NDF，ADF含量少于“薯稻混贮”，此外，80%全株玉米青贮和20%“薯稻混贮”组合在一

起较为适宜，其纤维含量不足以降低微生物对DM的降解。本试验中，DMD与GP变化趋势相同，且随全株玉米青贮比例降低而降低，20%的“薯稻混贮”组合不影响瘤胃DMD。

瘤胃pH是保证瘤胃健康和瘤胃微生物活性的关键。其为6.0~7.0时最适宜［32］瘤胃微生物活动，进而提高饲料利用率。本试验中各组pH的变化范围为6.46~6.58，均处于正常范围。另外，本试验中pH随“薯稻混贮”比例增加呈升高趋势。饲料中淀粉经微生物分解在瘤胃内产生VFA。VFA和瘤胃p H存在负相关关系［33］，当饲料中淀粉含量少，所产生的VFA也相对较少，pH随之升高。“薯稻混贮”淀粉含量低于全株玉米青贮，这可能是导致pH随“薯稻混贮”比例增加而升高的主要原因。

NH3-N浓度与底物蛋白质含量呈正相关［34］，其反映了饲料在发酵过程中蛋白质分解与利用的状况［35］。McDonald等［36］认为，瘤胃最适宜的氨态氮浓度为5~25 mg·dL-1。本试验中两种不同粗饲料组合的氨态氮浓度为7.96~8.69 mg·d L-1，在适宜范围内。此外，各组间NH3-N浓度均无显著差异，原因可能是原料中“薯稻混贮”和全株玉米青贮的CP含量相近（分别是8.9%和7.0%），组合后的底物CP水平也无较大差异所致。

MCP是反映饲料中蛋白质和非蛋白氮经瘤胃微生物分解再利用情况的主要指标。MCP不仅氨基酸组成平衡，消化率高，更是反刍动物小肠可吸收蛋白的主要来源（50%左右）。饲料中CP和淀粉含量影响MCP的产量［37］，高CP和高淀粉饲料，MCP合成量也高，由此可知，CP与淀粉的水平及其协同性均影响MCP合成［38］，两者同步释放时，瘤胃微生物固氮效果达到最佳。本试验用7种比例“薯稻混贮”替代全株玉米青贮时，MCP产量无显著差异，与NH3-N结果一致，均在T40组出现最大值，可能是因为各组“薯稻混贮”和全株玉米青贮组合在一起时，底物中CP和淀粉含量平衡性得到改善。T40组中CP与淀粉含量平衡性相对较好，说明此组合还有能够促进瘤胃微生物生长的潜能。

3.3 “薯稻混贮”与全株玉米青贮组合对挥发性脂肪酸的影响

饲料中碳水化合物经瘤胃微生物降解生成VFA，它不仅能为反刍动物生命活动提供能量，还影响畜产品的生产。乙酸的多少会影响反刍动物乳脂的合成量，丙酸浓度可调控体脂和乳糖的生成量［39］，大部分丁酸则转化为β-羟丁酸为肌肉等组织氧化供能［40］。饲料中纤维含量高时呈乙酸发酵模式，淀粉含量高时呈丙酸发酵模式［41］。本试验随全株玉米青贮比例降低，淀粉含量减少，丙酸浓度随之降低，但乙酸浓度也呈降低趋势，这可能是由于各组间NDF、ADF降解率不同引起的［42］，降解率低导致微生物可发酵的底物不足，乙酸生成量相应降低。饲料中纤维含量的增加，会减少瘤胃微生物的发酵底物并降低速率，“薯稻混贮”中的NDF、ADF均比全株玉米青贮中的NDF、ADF含量高，这可能是导致TVFA的浓度随“薯稻混贮”比例增加而降低［43-44］的原因。另外，乙酸/丙酸随“薯稻混贮”比例增加呈升高趋势，TVFA中70%的乙酸产量是由粗饲料中纤维素、半纤维素发酵而来，而纤维素、半纤维素对丙酸产量的影响很小，只占到TVFA的18%左右［45］。所以，当以“薯稻混贮”为主要发酵底物的情况下，丙酸产生浓度会较乙酸低，这可能是造成随“薯稻混贮”比例增加乙酸/丙酸升高的原因。

3.4 “薯稻混贮”与全株玉米青贮不同组合对组合效应指数的影响

不同饲料的适宜组合可有效提高饲料利用率，对反刍动物生产有重要影响。本试验中“薯稻混贮”与全株玉米青贮的MFAEI均出现了正组合效应值。其原因可能是“薯稻混贮”与全株玉米青贮这两种粗饲料以5个不同组合搭配后，其营养物质相互补充，为瘤胃微生物提供适宜的发酵底物，且以T40组为最优组合，其次是T50组。

4 结论

本试验条件下，通过综合指标评定，“薯稻混贮”与全株玉米青贮的最优组合为40∶60，其次为50∶50。