用体外法对不同处理马铃薯渣降解特性的研究

2014-01-22张微微张永根李欣新向玉勇柴新义

饲料工业 2014年7期

■张微微张永根李欣新向玉勇柴新义

（1.滁州学院生物与食品工程学院，安徽滁州 239000；2.东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨 150030)

马铃薯渣是淀粉加工行业的副产物，含水量高，果胶含量很高，是一种低蛋白质、高能量型的优质多汁的纤维性饲料，可以作为一种新型的反刍动物优质的饲料来源[1-3]。

一些学者研究证明将薯渣这种高水分的糟渣副产物制作高水分青贮或者与其他添加剂进行混合青贮，不仅可以提高薯渣的利用率，还可以增加其有氧稳定性[4-6]。还有学者研究利用固态发酵薯渣生产蛋白饲料[7-11]或者奶牛饲料[12]，直接饲喂反刍动物，已经取得良好效果。这些薯渣的处理方式不仅为畜牧行业开辟了饲料来源，而且提高了工农业副产物的利用率，也减缓了因薯渣高含水量而带来的环境污染[13]。

在反刍动物日粮中，粗饲料是能量来源和维持正常乳脂率的主要物质，尤其是奶牛日粮中，粗饲料一般占日粮的40%～70%[14]。而评价反刍动物饲料营养价值的重要指标是其在瘤胃中的降解特性[15]。因此，准确把握粗饲料中营养物质在瘤胃内的降解率是正确调控瘤胃发酵以及精确配制营养平衡日粮所需的基础数据。

体外产气法已经广泛用于饲料各种营养成分降解率的测定，它克服了尼龙袋法测定样品数过少，试验动物及手术费用过高等缺陷而逐渐被接受为原位法的一种替代方法,而且很多研究已经证明体外产气法与尼龙袋法评定粗饲料营养物质的降解率相关性很高[16-18]。

综上所述，本试验采用体外发酵装置测定不同处理的马铃薯渣的干物质（DM）、粗蛋白质（CP）和中性洗涤纤维（NDF）瘤胃降解率，以便为充分和合理利用薯渣这一新型饲料资源提供营养参数。

1 材料与方法

1.1 试验原料

鲜薯渣（WPP）：含水量为88.7%鲜薯渣单一原料。

发酵原料（PSF）：薯渣与秸秆混合，调制成70%含水量的混合物。

固态发酵产物（SSF）：发酵原料蒸汽灭菌5 min，冷却至室温，pH值、水分自然，接种白地霉和黑曲霉变种混合菌液5%，菌株比例10∶1，料层厚度6 cm，发酵温度28℃，发酵时间60 h后的培养物。

青贮（SFS）：发酵原料，抽真空，密封，室温保存45 d后的发酵产物。

所有原料经65℃干燥48 h、粉碎、过40目筛，密封保存。

1.2 试验方法

1.2.1 体外培养装置及其溶液配制

根据Menke等（1988）的方法进行体外发酵的溶液配制与体外发酵装置的改装[19]。由本实验室自行设计体外发酵装置，装置具体参考刘薇[20]（2011）。

1.2.2 测定步骤

1.2.2.1 样本称量

纤维袋（F57滤袋，美国ANKOM技术公司）事先用丙酮浸泡3～5 min，等丙酮散发完毕之后，放入烘箱，60℃烘6 h后，备用。

用小药勺称取饲料样品干物质0.25 g，送入纤维袋，热封，然后放入小瓶。每个瓶里放入2个纤维袋。为了保证测试样品具有代表性，每个样本做3个平行测定，同时做空白对照。

1.2.2.2 分装和培养

向每个小玻璃瓶中分别加入75 ml人工瘤胃培养液，边通入无氧CO2，始终保持无色，确保瓶内保持厌氧状态。然后将小瓶置于已预热（39℃）的水浴摇床中培养。培养时间为4、8、12、24、36、48、72 h，采用同时放入不同时间取出原则，纤维袋取出后统一放在自来水下细流冲洗，直至水清澈明亮，无味为止。65℃烘干至恒重。测定残留的干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）含量。

1.2.3 计算公式

待测饲料中的DM（CP、NDF）在培养液中不同时间点的降解率。

瘤胃降解参数计算模型y=a+b（1-e-ct）。

式中：y——在t培养时间蛋白质降解率；

a——快速可降解部分；

b——潜在可降解部分；

c——b组分的降解速率；

t——培养时间点。

有效降解率：ED=a+b[c/（c+KP）]。式中，a，b，c同上，KP为外流速度，由方程KP=0.05/h解出。

1.3 数据处理

数据处理采用Excel进行，采用SAS统计软件计算不同时间点、不同饲料的动态降解参数，并进行拟合，利用分析过程（ANOVA）进行分析，采用Duncan's法进行多重比较[21]。

2 结果与分析

2.1 原料成分分析（见表1）

表1 各种原料的养分含量

由表1可以得出，马铃薯渣营养物质比较丰富，但是含水量过高，达到88.71%。而将其和水稻秆混合之后，提高了其干物质含量。

2.2 不同处理的马铃薯渣体外DM消失率的测定（见表2）

由表2可知，不同处理的马铃薯渣各时间点的DM消失率显著低于WPP（P＜0.05），高于原料水稻秸秆（RS）（P＜0.05），而混菌固态发酵产物（SSF）处理组在12 h之后的各时间点的消失率显著高于发酵原料（PSF）和青贮（SFS）处理组（P＜0.05），且SFS处理组在24 h的消失率显著高于PSF处理组（P＜0.05）。鲜马铃薯渣在前48 h里DM消失率达到80%以上，而且在培养24 h时其消失率就已经达到70%以上。而处理组SSF和SFS在48 h的消失率虽然分别达到了60%和50%以上，但在24 h前降解速度相对较慢。72 h干物质降解率WPP和SSF高于处理组SFS和PSF（P＜0.05），而SFS处理组显著高于PSF处理组（P＜0.05）。

表2 不同处理马铃薯渣在体外培养不同时间点的DM消失率

不同处理马铃薯渣的DM的体外动态降解率见表3。从表3可以看出不同处理的马铃薯渣在体外培养的DM动态降解模型参数存在很大差异（P＜0.05）。干物质快速降解部分以SFS和PSF最高，达到23.80%和21.42%。所有处理组的慢速降解部分显著低于WPP（P＜0.05），PSF的干物质慢速降解部分显著低于SSF与SFS处理组（P＜0.05）。干物质的有效降解率以WPP最高（70.77%），显著高于其他处理组（P＜0.05）。SSF（51.00%）与SFS（47.00%）处理组的有效降解率显著高于PSF处理组（43.81%）（P＜0.05）。

表3 不同处理马铃薯渣的DM动态降解模型参数

2.3 不同处理的马铃薯渣体外NDF消失率的测定（见表4）

由表4可知，鲜马铃薯渣（WPP）在各时间点的NDF瘤胃消失率显著高于其他处理组（P＜0.05）。处理组SSF在16 h开始，各时间点的消失率显著高于SFS和PSF（P ＜0.05），同时处理组SFS的 NDF消失率显著高于PSF（P＜0.05）。而发酵原料经过微生物发酵（SSF和SFS）48 h之后，NDF的瘤胃消失率明显快于发酵原料（PSF）（P ＜0.05）。24 h SSF的NDF降解率已经达到了50%以上，显著高于处理组PSF（36.58%）和 SFS（38.75%）。这说明在24 h以内，SSF的NDF降解速度较快，而SFS在24～48 h时降解速率加快，PSF在48 h之后仍然保持一定的降解能力。

表4 不同处理马铃薯渣在体外培养不同时间点的NDF消失率

表5 不同处理薯渣的NDF动态降解模型参数

表5为不同处理薯渣的NDF体外动态降解参数。由表5可得出，以SFS处理组的NDF的快速降解部分最高，达到22.67%，显著高于其他处理组（P＜0.05），最低为SSF处理组，仅9.91%。WPP的NDF慢速降解部分最高（64.02%），而PSF的NDF的慢速降解部分最低（32.13%），显著低于SSF（48.37%）和SFS（47.01%）（P＜0.05），但是其慢速部分的降解速度高于处理组 SFS（P＜0.05），WPP 的NDF有效降解率最高（P＜0.05），而SSF和SFS处理组显著高于PSF处理组（P＜0.05）。由此可知，发酵原料经过不同处理后，显著提高了NDF的有效降解率（P＜0.05）。

2.4 不同处理的马铃薯渣体外CP消失率的测定（见表6)

由表6可知，单一薯渣在体外培养中各个时间点的CP消失率均显著高于其他处理组（P＜0.05）。SSF处理组在各时间点的CP消失率显著高于SFS和PSF处理组。而SFS在各时间点（除48 h）的CP消失率均高于PSF（P＜0.05）。由此，可得出经过菌株发酵处理的马铃薯渣显著提高了CP消失率（P＜0.05）。

表6 不同处理马铃薯渣在体外培养不同时间点的CP消失率

表7 不同处理薯渣的CP动态降解模型参数

由表7可知，处理组中WPP和SSF的CP的快速降解部分显著高于其他试验组（P＜0.05），依次为35.25%和35.67%。PSF的CP的慢速降解部分高达66.23%，显著高于其他试验组（P＜0.05），而慢速部分的降解速率为1.3%/h，显著低于其它试验组（P＜0.05）。SSF和SFS的CP有效降解率显著高于处理组PSF（P＜0.05）。

3 讨论

饲料养分的降解特性是反刍动物饲料营养价值评定的一个重要指标。研究指出，同一饲料在瘤胃中的纤维降解率较其干物质、有机物和粗蛋白都低，主要源于纤维类物质交错连接的复杂结构，以及很难被瘤胃微生物降解的木质素的存在。而这些物质必须需要紧密依附在消化底物上的瘤胃微生物才得以降解，因此，在其被微生物消化前存在着一段延搁期[22]。本试验测得同一饲料的NDF降解率小于DM降解率和CP降解率，此结果与上述论点相吻合。从表5和表7可以看出，饲料养分的体外有效降解率与其原料粗蛋白含量之间存在正相关关系，与中性洗涤纤维含量存在负相关关系，此结论与余梅[22]（2010）相一致。

干物质降解率主要是蛋白质、脂肪、纤维素等物质的降解，是影响反刍动物对粗饲料干物质采食量的一个主要因子。本试验中，各处理组的体外干物质消化率随着培养时间出现不同程度的变化，主要与原料的处理方式相关。这也证实了干物质的降解率与原料的状态相关，例如，不同的加工工艺、不同的产地、来源和处理方式等[23]。

NDF降解率是衡量粗饲料优劣的重要指标，其降解率受饲料中纤维组成所影响。由降解率试验可知，薯渣各指标各时间点的消失率都最高。薯渣的NDF降解率高，主要原因在于薯渣饲料纤维属于可溶性，尤其是果胶是比较容易降解的复杂碳水化合物[24-25]。而即使同一类型的粗饲料，其NDF可能存在很大差异[24,26,27]。本试验中SSF和SFS处理组的NDF有效降解率显著高于PSF处理组，这一结果与此结论相一致。从试验结果同样可见，经过青贮和混菌固态发酵处理后都可显著提高马铃薯渣混合饲料DM和NDF的慢速降解部分（b），b值的显著提高将使马铃薯渣混合饲料中总的可降解DM和NDF量得到显著提高。由此说明，青贮[14，28]和混菌固态发酵处理可降解DM和NDF的总量，还提高了其降解速率。混菌固态发酵产物在体外发酵中产生的异位酸可提高纤维降解率[29-31]。

李颖丽等（2009）指出由于组成饲料的蛋白质成分不一，因此其蛋白质的降解特性也会有差别，影响饲料蛋白质降解率的因素主要有基础日粮类型、饲料在瘤胃内的发酵时间、蛋白质的溶解度、动物因素以及机体对蛋白质的消化时间[32]。WPP处理组CP降解率高则是由于薯渣中含有的蛋白主要是真蛋白、氨基酸等，而且慢速降解蛋白部分和降解速度都是最大的。而RS的各指标各时间点的消失率都是最低的。薯渣混合饲料（PSF、SSF、SFS）的消失率低于WPP处理组，主要是由于混合饲料中添加了水稻秸秆。稻秸属于高纤维性物质，木质化程度高，难降解，而且蛋白含量低。而处理组（SSF和SFS处理组）在任一时间点体外消失率都显著高于PSF处理组。SFS处理组体外有效降解率升高，说明经过青贮处理，马铃薯渣混合饲料蛋白质的体外降解速度变快，其可能的原因是青贮过程微生物发酵产生大量的非蛋白氮。而SSF处理组的粗蛋白质体外有效降解率高于PSF处理组，是由于混菌中的白地霉菌株可作为饲料蛋白，在固态发酵过程中，产生大量的微生物蛋白。饲料蛋白质根据其在体外发酵中的滞留时间可分为快速降解部分和慢速降解部分，而每一部分的在体外瘤胃液中的降解比例都是不尽相同的[33-34]。本试验中PSF处理组的CP快速降解部分高于SFS处理组，慢速降解部分比SFS高，但慢速度降解部分的降解速率低于SFS处理组，所以有效降解率反而低，可见粗饲料的慢速降解部分比例及降解速率能显著影响粗饲料的降解程度。