3种植物饼粕类饲料原料对肉牛体外产气量、瘤胃发酵以及瘤胃降解特性的影响

2018-12-29樊庆山刁其玉毕研亮成述儒

饲料工业 2018年13期

■樊庆山刁其玉毕研亮王炳成述儒付彤屠焰*

（1.中国农业科学院饲料研究所农业部饲料生物技术重点实验室，北京100081；2.甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃兰州730070；3.河南农业大学牧医工程学院，河南郑州450002）

我国牧场幅员辽阔，牧草资源丰富，牧草中含有家畜必需的各种营养物质，特别是对维持反刍家畜健康必需的粗纤维。因此牧草是反刍动物饲料来源的首选。草原生态系统是我国面积最大的陆地生态系统，它不仅是畜牧业的生产基地，还是重要的生态屏障。草原生态系统在整个生物圈里处于压力的最底层[1]，然而一个多世纪以来，由于对草业的重视不够以及自然环境的恶化，导致牧场退化严重，大量牧草得不到合理利用，加上玉米、豆粕等常规饲料资源的短缺，所以开发新型饼粕饲料资源以补充饼粕饲料资源的短缺问题迫在眉睫。棕榈是世界上最耐寒的棕榈科植物之一，主要分布在中国南方各省。棕榈仁粕是油棕树上的棕果经机械榨取棕榈油后的副产品。棕榈仁粕粗蛋白质（CP）含量约为14%～17%，富含氨基酸和矿物质[2]，除棕榈仁粕外，茶籽作为我国特有的木本油料，按照其生长情况又分为油茶树的种子（油茶籽）和茶树的种子（茶叶籽）。油茶籽含油30%以上，茶叶籽含油17%～20%。油茶籽提油后的副产物油茶籽粕CP含量约为12%～15%，含有17种氨基酸[3]；茶叶籽提油后的茶籽粕，CP含量约为10%～20%，含有18种氨基酸，都是潜在的饲料资源[4]。体外产气法和尼龙袋法是评价反刍动物饲料营养价值的常用方法。Menke建立的体外产气法成功预测了发酵底物的营养价值[5]。Murillo等用体外产气法评价了放牧阉牛日粮营养价值随季节性的变化规律，结果表明，体外产气是评价放牧牛营养价值很好的一个指标[6]。尼龙袋技术因其易操作、耗时少等特点，现已广泛应用于反刍动物饲料营养价值评定[7]。Broderick等研究表明，尼龙袋法与体内法测得的饲料降解率有很好的相关性[8]。本试验应用体外产气法和尼龙袋法从瘤胃发酵特性和瘤胃降解特性综合分析比较了棕榈仁粕、油茶籽粕和茶籽粕的营养价值，旨在为棕榈仁粕、油茶籽粕和茶籽粕作为我国新型饼粕饲料原料的开发提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

本试验于2017年5月10日至2017年6月19日在北京市房山区窦店宝瑞源工业区中国农业大学肉牛研究中心进行。

1.2 试验原料和日粮

本试验中的棕榈仁粕采自河北大午农牧集团饲料有限公司，油茶籽粕采自湖南株洲唐人神油脂有限公司，茶籽粕采自浙江东方茶业科技有限公司常山分公司。

1.3 试验动物及饲养管理

本试验根据NRC（2000）肉牛营养需要量，设计满足日增重1.2 kg的基础饲粮配方。选用3头健康、体重500 kg、装有永久性瘤胃瘘管的安格斯阉牛作为瘤胃液供体牛。试验日粮组成及营养成分见表1。日粮精粗比为3∶7，每日8:00、16:00各饲喂1次，自由饮水。预饲期为2周，试验期于晨饲前采集瘤胃液。

表1 瘤胃液供体动物日粮配方(干物质基础)

1.4 尼龙袋试验方法

选用尼龙袋孔径350目，尼龙袋尺寸为8 cm×12 cm，袋的三边以细尼龙绳作双线缝合，准确称取5 g样品装入尼龙袋中，袋口用2个尼龙扎带扎紧，每头牛每个待测时间点做2个平行样品，每2个平行样固定在一段塑料管的细缝中并用尼龙扎带固定。采用同时放入分别取出的方法，在0（空白，测定消失率）、24、48 h 3个时间点，从瘤胃中取出尼龙袋后立即连同软塑料管一起浸泡在冷水中。用手洗，多次换水，直至滤出水澄清为止。在冲洗过程中严禁用手捏或用手揉搓尼龙袋。将冲洗过的尼龙袋（连同之中的残余物）置于真空干燥箱或鼓风干燥箱内65℃下恒温烘48 h，称重并记录尼龙袋和残渣的总重量。回潮24 h，之后将每头牛每个时间点的两个尼龙袋中的残渣收集到一个自封袋中，供实验室分析。

1.5 体外产气试验方法

于晨饲前2 h抽取3头牛的瘤胃液，将采集后的瘤胃液装入保温瓶内，并迅速带回实验室，正式培养前将瘤胃液混合均匀后经4层纱布过滤。按照Zhao等[9]的方法将瘤胃液和人工瘤胃培养液按照1∶2的比例混合，人工瘤胃培养液按照Menke[5]的方法配制。混合后的人工瘤胃培养液持续通入无氧CO2，并且在39℃条件下水浴30 min。采用玻璃注射器（德国HABERLE）为培养管，称取待测样品约200 mg（DM），置于体外培养管底部。用自动分液器向每个培养管中分别加入30 ml上述混合培养液。记录初始刻度值（ml），同时做5个空白（只有培养液而没有底物）。将上述培养管迅速放入已预热（39℃）的水浴箱中，完成后转入人工瘤胃培养箱中开始培养，记录起始时间。当培养至0、2、4、6、8、10、12、16、20、24、30、36、42、48、60、72、84、96 h各时间点时，取出培养管，快速读取活塞所处的刻度值（ml）并记录。参试样品在体外培养条件下培养24 h和48 h后，将培养管快速取出并放入冰水浴中，发酵停止。将培养管中的发酵液排出至5 ml对应编号的塑料离心管中，立即用pH计测定发酵液pH值并记录。发酵液经低温离心（4℃、8 000 g、15 min），取上清液冷冻保存以备其他发酵参数（VFA、NH3-N等）的测定。

1.6 测定指标与测定方法

1.6.1 常规营养成分

参试样品首先在65℃条件下烘干48 h，粉碎至40目左右。在实验室条件下进行DM、有机物、粗蛋白、粗脂肪等常规样品成分分析测定。

干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）、粗灰分的测定参照张丽英的方法进行[10]；CP含量采用全自动凯氏定氮仪测定；有机物（OM）=100%-粗灰分含量；EE采用ANKOM全自动仪器测定；中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）采用Van Soest[11]纤维分析方法测定。

1.6.2 体外产气试验测定指标

1.6.2.1 累积净产气量（ml/0.2 g DM）

读取各时间点的产气量，计算公式为：

净产气量（ml/0.2 g DM）=某时间段产气量（ml/0.2 g DM）-对应时间段5支空白管平均产气量（ml/0.2 g DM）。

1.6.2.2 产气动力学数据计算

根据不同时间点的产气量，采用Compertz模型公式计算：

GP=Aexp{-exp[1±be/A（Lag-t）]}

式中：GP为时间t的产气量(ml)；A表示理论最大产气量(ml)；b表示产气速率常数(ml/h)；Lag表示体外发酵产气延滞时间(h)；e为欧拉常数；t表示产气时间点(h)[12]。

1.6.2.3 发酵液挥发性脂肪酸、氨态氮浓度以及pH值的测定

挥发性脂肪酸含量采用气相色谱仪（型号SP-3420，北京分析仪器厂）测定；氨态氮采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[8]。发酵液pH值采用便携式pH计（testo 206，德国）测定。

1.6.3 尼龙袋试验指标测定

1.6.3.1 降解率的计算

某营养成分瞬时瘤胃降解率(%)=[降解前袋中某营养成分含量（g）-残渣中某营养成分含量(g）]/降解前袋中某营养成分含量(g)×100

1.6.3.2 瘤胃降解参数和有效降解率的计算

P=a+b(1-e-ct)

ED=a+b×c/(c+K)

式中[13]：P——t时间点时的降解率(%)；

a——快速降解部分(%)；

b——慢速降解部分(%)；

a+b——潜在降解部分(%)；

c——b的降解速率(h-1)；

ED——待测样品目标养分的有效降解率(%)；

K——饲料瘤胃外流速率，本试验K取值0.059/h[14]。

1.6.3.3 能氮平衡参数的计算

饲料的能氮平衡参数计算公式为[15]：

FOM=OM×ED×1 000

RDP=CP×ED×1 000

MCPFOM＝FOM×0.169

MCPRDP=RDP×0.9

RENB=MCPFOM-MCPRDP

式中：FOM为可发酵有机物，RDP为瘤胃降解蛋白，MCP为瘤胃微生物蛋白，MCPFOM为可转化为MCP的FOM，MCPRDP为可转化为MCP的RDP，RENB为瘤胃能氮平衡值。

1.7 数据统计分析

数据均采用Excel 2007进行初步整理，后采用SAS 9.2处理软件NLIN（Non⁃linear regression）程序计算产气参数和降解参数，挥发性脂肪酸含量、氨态氮浓度等采用单因素方差分析（one-way ANOVA）程序进行分析，结果差异显著则用LSD法和Duncan's法进行多重比较检验，P＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 原料营养成分

4种饲料的营养价值如表2所示。其中CP含量最高的为豆粕，高达47.26%，棕榈粕、油茶籽粕、茶籽粕的蛋白质含量均低于20%。豆粕的OM含量最低，油茶籽粕的最高；4种饲料的NDF和ADF差距较大，其中棕榈仁粕的NDF和ADF含量最高，分别为58.91%和31.43%。

表2 饼粕饲料的主要营养成分(干物质基础)(%)

2.2 体外产气试验

2.2.1 产气量及体外发酵参数

由表3可见，不同副产物各个时间点的产气量差异显著。随着培养时间的增加，不同副产物体外发酵累计产气量呈递增趋势。36 h前，豆粕的产气量最高（P＜0.05），60、72、84 h和96 h时茶籽粕的产气量最高（P＜0.05）。理论最大产气量茶籽粕显著高于豆粕、棕榈仁粕和油茶籽粕（P＜0.05）。棕榈仁粕产气速度显著高于其他3组（P＜0.05）。4种饼粕的产气延滞期差异均不显著（P＞0.05）。

表3 饼粕饲料的产气量（ml）

2.2.2 饲粮体外24 h瘤胃发酵参数

由表4可知，棕榈仁粕的pH值显著高于豆粕（P＜0.05）。24 h发酵液中，豆粕的氨态氮浓度显著高于其他3组（P＜0.05），油茶籽粕和茶籽粕的氨态氮浓度次之，棕榈仁粕的氨态氮浓度最低。豆粕的异丁酸浓度显著高于其他3组（P＜0.05），而其他三组间差异不显著（P＞0.05）。茶籽粕戊酸浓度显著高于其他3组（P＜0.05）。棕榈仁粕乙丙比显著高于其他3组（P＜0.05）。

表4 饼粕饲料体外瘤胃发酵参数（24 h）

2.2.3 饲粮体外48 h瘤胃发酵参数

由表5可知，豆粕的pH值显著低于其他3组（P＜0.05），棕榈仁粕的pH值显著高于豆粕（P＜0.05），与油茶籽粕和茶籽粕相比，差异不显著（P＞0.05）。豆粕的氨态氮浓度显著高于其他3组（P＜0.05），茶籽粕的氨态氮浓度最低。豆粕的总VFA浓度显著高于其他3组（P＜0.05），油茶籽粕的总VFA浓度最低。棕榈仁粕的乙酸浓度显著高于其他3组（P＜0.05）。茶籽粕的丙酸和丁酸浓度显著高于其他3组（P＜0.05）。棕榈仁粕的乙丙比显著高于其他3组（P＜0.05）。

表5 饼粕饲料体外瘤胃发酵参数（48 h）

2.3 尼龙袋法测定瘤胃降解参数

2.3.1 饼粕饲料干物质瘤胃实时降解率

由表6可知，4种饼粕饲料在各个时间点DM瘤胃降解率均存在着显著差异（P＜0.05），但均随瘤胃停留时间的延长而增加。油茶籽粕和茶籽粕0 h的DM消失率显著高于豆粕和棕榈仁粕（P＜0.05）。豆粕72 h的DM瘤胃降解率显著高于其余3种饼粕（P＜0.05）；棕榈仁粕72 h的DM降解率最低，仅为28.21%。油茶籽粕和茶籽粕DM的快速降解成分a值显著高于豆粕和棕榈仁粕饲料（P＜0.05）；豆粕和棕榈仁粕DM的慢速降解成分b值显著高于油茶籽粕和茶籽粕饲料（P＜0.05）；豆粕的DM有效降解率显著高于其他3种饼粕饲料（P＜0.05）。

2.3.2 饼粕饲料有机物瘤胃实时降解率

由表7可知，4种饼粕饲料的OM降解规律与DM相似，在各个时间点OM瘤胃降解率均存在着显著差异（P＜0.05），但均随瘤胃停留时间的延长而增加。茶籽粕和油茶籽粕0 h的OM消失率显著高于其余2种饼粕（P＜0.05）。4种饼粕饲料72 h OM瘤胃降解率表现为豆粕显著高于其余3种饼粕（P＜0.05）；棕榈仁粕72 h的OM降解率最低，仅为28.39%。油茶籽粕和茶籽粕OM的快速降解成分a值显著高于豆粕和棕榈仁粕饲料（P＜0.05）；豆粕OM的慢速降解成分b值显著高于其余3种饼粕（P＜0.05）；豆粕OM有效降解率显著高于其他3种饼粕饲料（P＜0.05）。

表6 饼粕饲料干物质瘤胃实时降解率和降解参数(%)

表7 饼粕饲料有机物瘤胃实时降解率和降解参数(%)

2.3.3 饼粕饲料粗蛋白质瘤胃实时降解率

由表8可知，4种饼粕饲料在各个时间点的CP瘤胃降解率均存在着显著差异（P＜0.05）。油茶籽粕和茶籽粕0 h的CP消失率高于DM和OM，分别为48.71%和46.62%，显著高于其余2种饼粕（P＜0.05）。油茶籽粕和茶籽粕72 h CP降解率显著高于其余2种饼粕（P＜0.05）；但不同于DM和OM降解率，油茶籽粕和茶籽粕的CP瘤胃降解率差异不显著（P＞0.05）。与DM和OM一致，棕榈仁粕CP72 h的降解率最低，仅为34.25%。油茶籽粕和茶籽粕CP的快速降解成分a值显著高于豆粕和棕榈仁粕饲料（P＜0.05）；豆粕CP的慢速降解成分b值显著高于其余3种饼粕饲料（P＜0.05）；棕榈仁粕组的降解速率c显著高于其余3种饼粕饲料（P＜0.05），油茶籽粕CP有效降解率显著高于其他3种饼粕饲料（P＜0.05）。

2.3.4 能氮平衡参数

由表9可知，4种饲料的能氮平衡值大小差距较大。豆粕能氮负平衡程度较大，表明其瘤胃降解氮过剩，不能全部被瘤胃吸收利用；棕榈仁粕、油茶籽粕和茶籽粕的能氮负平衡程度较小，棕榈仁粕的能氮平衡值接近0，表明其可降解氮在瘤胃利用率较高。

表8 饼粕饲料粗蛋白质瘤胃实时降解率和降解参数(%)

表9 饼粕饲料的能氮平衡参数

3 讨论

3.1 营养成分分析

本试验测定了豆粕和其余3种饼粕的常规营养成分，试验结果表明，4种饼粕的各营养成分存在一定差异。油茶籽粕的DM、OM含量较高，高于豆粕，这与Shen等[16]研究结果相近。豆粕CP含量高于其余三种饼粕。其中油茶籽粕和茶籽粕的CP含量分别为13.86%和12.84%，略低于李旭等[17]研究结果。棕榈仁粕的CP含量为16.32%，与Alimon[18]的研究结果相近；其NDF、ADF含量高于豆粕，分别为58.91%、31.43%，低于Freitas等[19]测定的结果，可能由两种原料的产地不同所致。

3.2 产气量及产气参数

Maherisis等[20]指出，饲粮中NDF含量与体外发酵累计产气量呈负相关关系。本试验以豆粕、棕榈仁粕、油茶籽粕和茶籽粕为发酵底物，96 h总产气量茶籽粕＞豆粕＞油茶籽粕＞棕榈仁粕。表现出与上面类似的关系。本试验中4种饼粕的理论最大产气量与实际最大产气量一致，茶籽粕最高，棕榈仁粕最低。Nsahlai等认为理论最大产气量与NDF呈负相关[21]，本试验中茶籽粕组饲粮理论产气量最大，其NDF含量最低，符合这一规律。汤少勋等指出，发酵底物中纤维含量较高，其产气延滞期增长[22]。本试验中棕榈仁粕的NDF含量较高，因此其体外发酵将滞后。茶籽粕的总产气量最大，且其Lag值最小，说明其消化性最好。但产气量并不能直接衡量饲料之间的降解程度，还需要结合DM消失率、OM降解率等指标综合评定其营养价值。

3.3 挥发性脂肪酸浓度

VFA含量及组成比例是反映瘤胃消化代谢活动的重要指标[23]。试验中，豆粕的总VAF含量最大，可能原因是豆粕中含有相对较多的粗蛋白。一般来说，粗饲料中的纤维素、半纤维素和木质素的含量较高，在瘤胃中发酵产生的乙酸比例较高。本试验中棕榈仁粕的粗纤维含量最高，产生的乙酸也最高。丙酸是反刍动物体内的主要生糖物质，丙酸含量的提高将有助于提高动物的生产性能[24]，本试验中茶籽粕的丙酸含量显著高于豆粕组，表明茶籽粕饲粮饲喂动物可能更有助于提高动物的生产性能。乙酸和丙酸的比例可以反映能量利用的情况，正常情况下，乙酸与丙酸的比例应大于2.2∶1[25]。本试验中，几种饼粕体外发酵的乙酸/丙酸的值都符合正常的范围。试验结果表明，棕榈仁粕饲料乙酸与丙酸的比例最高，说明比其他几种饼粕提供能量方面更有优势。

3.4 氨态氮浓度

瘤胃中NH3-N的浓度过高或过低都不利于微生物的生长，Preston等的研究表明，微生物发酵的最佳NH3-N浓度为6.3～27.5 mg/dl[26]。如果NH3-N浓度过高，则说明瘤胃微生物降解氮源释放氨气(NH3)的速率超过了微生物利用NH3合成自身蛋白质的速率，这会增加瘤胃氮循环中氮素的损失，而NH3-N浓度过低会限制微生物蛋白（MCP）合成和分解纤维素的效率[27]。本试验结果表明，豆粕发酵后NH3-N的浓度超出了最佳浓度。张吉鹍等指出发酵底物中蛋白质的含量及特性会影响体外发酵体系中NH3-N的浓度[28]。结合饼粕饲料常规营养成分分析，豆粕的CP含量最高，豆粕发酵24 h和48 h时NH3-N的浓度最高，本试验结果与其他研究结果基本一致。豆粕CP含量高也可能与豆粕发酵24 h和48 h后NH3-N的浓度超出最佳浓度有关。

3.5 4种饼粕瘤胃降解率及降解参数分析

DM瘤胃降解率的大小可以反映饲料消化的难易程度，另外，饲料的CP降解率、NDF降解率与饲料DM降解率都存在一定的相关性[29]。本试验结果发现，豆粕的DM有效降解率最高，即豆粕的EDDM值最高。茶籽粕的aDM值即快速降解部分显著高于豆粕，原因可能与其水溶性较高，降解速度较快有关。CP是评价饲料营养价值的重要指标，CP在瘤胃中的降解速度直接影响到动物体内微生物蛋白的合成和小肠蛋白质供给的平衡。饲料在瘤胃中培养时间的长短，影响着CP降解率。从试验结果可以看出，几种副产物的CP降解率随着培养时间的延长而增加。CP在瘤胃中先降解可溶部分，包含有快速降解部分如非蛋白氮（NPN）。油茶籽粕饲料的aCP值即快速降解部分显著高于其他几种饼粕，这可能是由于油茶籽粕饲料中的NPN含量比较高。a+b值代表了饲料中的可降解部分，豆粕的（a+b）CP值最高，表明了棕榈仁粕、油茶籽粕和茶籽粕降低了饲料中可降解组分的含量。本试验中各种饼粕的OM消化率之所以不同，可归因于各种饼粕的化学成分如CP和产气量的不同。由于本试验中这些饲料原料大多为工农业副产品，受原材料、加工过程等的不同，这些饼粕饲料的化学成分差异较大。

3.6 能氮平衡值分析

本试验中豆粕的能氮平衡值为-156.51，高于苏华维的研究结果[30]，可能与所用原料和试验动物不同所致。相比于豆粕，其余三种饼粕的能氮平衡值较低，显示出棕榈仁粕、油茶籽粕、茶籽粕的能氮平衡值较好。瘤胃微生物的生长依赖于蛋白质提供的氮源和碳水化合提供的能量，而且只有两者在数量和时间上同步供给才能最大程度保证使微生物生长、繁殖，最有效地利用饲料的营养成分[31]。大量研究证明，瘤胃氮只有在正平衡条件下才能被充分有效利用。根据能氮平衡值分析，相对于碳源来说，豆粕组饲粮的蛋白质在瘤胃中降解过多，瘤胃微生物不能完全利用，所以在反刍动物饲料配制中，通常都需要使用含碳源较高的饲料与豆粕配合使用，平衡瘤胃中蛋白质和达到小肠的蛋白质。4种饼粕中棕榈仁粕的能氮平衡值最接近于0，表明其能氮平衡较好，其本身所含的碳源和氮源较为平衡，瘤胃降解氮被微生物利用的比例较高。