发酵湿玉米纤维饲料同常用粗饲料在瘤胃降解特性和小肠消化率上的比较研究

2019-01-03王馨影张广宁赵雪娇张永根

饲料工业 2018年9期

■王馨影张广宁赵雪娇严鸣张永根

(东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨150030)

湿玉米纤维饲料（wet corn gluten feed，WCGF）是按照一定比例将玉米浆、玉米皮、玉米麸及少量玉米胚芽粕等玉米加工副产物与浓缩玉米浆混合，经过大型搅拌机充分混匀后，制成的DM含量在40%左右，纤维性较好的蛋白饲料[1]，将其作为动物饲料被牧场利用，获得了良好的饲养效果[2-3]，对解决我国优质粗饲料资源短缺日渐严重的问题具有重要意义。但因其湿度较大（含水量60%左右），易发酵腐败，不易保存，一直制约湿玉米纤维饲料的利用，而烘干加工湿玉米纤维饲料能耗大，营养损失严重。因此，选用一种安全、有效的防腐剂，以提高湿玉米纤维饲料利用率，已成为目前研究的热点。刘文娟等[4]在湿玉米纤维饲料中添加双乙酸钠起到了很好的保存效果。王楠等[5]利用酿酒酵母处理玉米浆与玉米秸秆能改善饲料发酵品质。本研究是利用酿酒酵母菌对湿玉米纤维饲料进行发酵研究。酿酒酵母菌发酵可能会影响湿玉米纤维饲料的营养价值，目前有关发酵湿玉米纤维(FWCGF)营养价值的研究较少。因此，本试验从营养成分、瘤胃降解特性两方面比较研究了FWCGF、WCGF、苜蓿和全株玉米青贮营养价值的差异，为科学、合理利用玉米纤维饲料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物与试验材料

试验动物选用东北农业大学阿城试验实习与示范中心的2头健康、安装永久性瘘管的荷斯坦奶牛。WCGF来自吉林省松原市嘉吉生化有限公司，苜蓿和玉米青贮取自黑龙江省蓬勃牧草有限公司，所有样本采用四分法采集，玉米青贮于65℃烘干48 h后，粉碎过1 mm筛，放入自封袋中，在4℃冰箱中保存待测。

1.2 基础饲粮与饲养管理

试验奶牛采用先粗后精的饲喂方式进行饲喂，每日饲喂2次，自由饮水。试验动物营养需要量参照奶牛营养需要NRC(2001)[6]，试验日粮组成及营养水平见表1。

1.3 试验方法

1.3.1 营养成分测定

干物质（DM）、粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、粗灰分（Ash）按照AOAC方法[7]进行测定；中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）的含量按照Van Soest等[8]方法进行测定；淀粉含量参照张旭等[9]方法测定；α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖试剂盒均购自上海荣盛生物制药有限公司；可溶性粗蛋白质（SP）、非蛋白氮（NPN）含量根据CNCPS的测定方法进行[10]。

1.3.2 尼龙袋法测定瘤胃降解率

尼龙袋法的操作参照NuezOrtín等[11]介绍的步骤。选择孔眼为50 μm的尼龙过滤布，制成10 cm×20 cm(长×宽)的尼龙袋，散边用塑料封口机热烫。将尼龙袋置于65℃烘箱内烘干48 h，恒重。称取7 g FWCGF饲料样品放入尼龙袋内，用橡皮筋扎紧尼龙袋口，每4个尼龙袋夹在1根半软塑料管上，并用尼龙绳扎好。每头牛每个时间点设4个平行，早晨饲喂前投入瘤胃中，分别在4、8、12、16、24、36、48 h和72 h培养后取出。取出后尼龙袋放在自来水下冲洗，直至尼龙袋清洗干净为止。置于65℃烘箱烘48 h至恒重，装入封口袋中保存待测。应用公式计算饲料样品在不同时间点DM、NDF和CP的瘤胃降解率[12]。

表1 试验日粮配方组成及营养水平

式中：A——饲料样品的瘤胃降解率(%)；

B——装入袋中饲料DM、NDF和CP的质量(g)；

C——某时间点袋内残渣的DM、NDF和CP的质量(g)。

根据McDonald的动态降解模型[13]计算a、b和c值，计算公式如下：

式中：P——尼龙袋在瘤胃中滞留t时间后的饲料某一营养素的降解率(%)；

a——快速降解部分(%)；

b——慢速降解部分(%)；

c——慢速降解部分的降解速率常数(%/h)；

t——样本在瘤胃中的培养时间(h)。

有效降解率计算公式[11]如下：

式中：ED——尼龙袋在瘤胃中滞留t时间后的某一营养素的有效降解率(%)；

kp——瘤胃外流速率，参考Chumpawadee等[14]的理论值，每小时饲料kp为0.05/h。

1.3.3 三步体外法测定瘤胃非降解蛋白质的小肠消化率

采用改进三步法参照Gargallo[15]的原理和方法，其中选用的胃蛋白酶(P-7000，美国Sigma公司)活力800～2 500 U/mg prot.，效价1∶10 000；胰蛋白酶(P-7545，美国Sigma公司)，活力8 USPU(美国药典单位)，效价100%。瘤胃非降解蛋白质(RUP)的小肠消化率(Idg)和小肠可消化粗蛋白质(IDCP)含量[16]。

式中：CP16h——16 h瘤胃降解残渣中CP含量(g/kg)；

CPi——小肠消化后残渣中CP含量(g/kg)；

RDP——瘤胃降解蛋白质含量(g/kg)。

1.4 数据处理及统计分析

试验数据经Excel基本处理后，使用SAS 9.4软件中的GLM程序计算样本的动态降解参数a、b、c值，使用GLM程序进行数据分析，采用Duncan's法进行显著性分析，P＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的营养成分含量（见表2）

由表2可知，4种奶牛常用粗饲料的营养成分含量有较大差异，苜蓿的DM含量最高，FWCGF的DM含量显著低于WCGF(P＜0.05)；FWCGF的CP含量最高，WCGF次之，显著高于苜蓿和全株玉米青贮(P＜0.05)；苜蓿的SP、NPN和NDICP含量最高，由高到低的顺序为：苜蓿＞FWCGF＞WCGF＞全株玉米青贮。WCGF和苜蓿的NPN含量显著高于FWCGF和全株玉米青贮的NPN含量(P＜0.05)；苜蓿的ADICP含量最高，全株玉米青贮次之，FWCGF和WCGF的ADICP含量差异不显著（P＞0.05）；全株玉米青贮的NDF含量最高，苜蓿次之，FWCGF和WCGF的NDF含量差异不显著（P＞0.05）；苜蓿的ADF含量最高，全株玉米青贮次之，FWCGF的ADF含量显著低于WCGF（P＜0.05）；FWCGF和WCGF的ADL含量差异性不显著（P＞0.05），全株玉米青贮最高。全株玉米青贮的Starch含量最高，苜蓿最低，FWCGF和WCGF的Starch含量差异性不显著（P＞0.05）；全株玉米青贮的EE含量最高，FWCGF的EE含量显著高于WCGF的EE含量（P＜0.05）；苜蓿的Ash含量最高，全株玉米青贮的Ash含量最低，FWCGF和WCGF的Ash含量差异性不显著（P＞0.05）。

2.2 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的DM、CP及NDF的瘤胃消失率（见表3）

表2 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的营养成分含量(%DM)

表3WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的DM、CP及NDF的瘤胃消失率（%DM）

由表3可知，随着4种饲料在瘤胃中降解时间的延长，DM、CP、NDF在瘤胃内降解率均逐渐增加，但不同种类的饲料其增加的幅度不同。WCGF和FWCGF的DM降解率在4、8、12 h时差异不显著（P＞0.05），但显著高于苜蓿和全株玉米青贮（P＜0.05）；在24 h时，4种饲料的DM瘤胃降解率差异显著（P＜0.05），FWCGF、WCGF和苜蓿的DM瘤胃降解率达到了50%以上，其中FWCGF的瘤胃降解率超过了60%；在36 h和48 h，WCGF和FWCGF的DM降解率差异不显著（P＞0.05），但显著高于苜蓿和全株玉米青贮（P＜0.05），FWCGF、WCGF和苜蓿的DM瘤胃降解率达到了60%以上；4种饲料的瘤胃降解率在72 h时瘤胃降解率差异显著（P＜0.05），由高到低的顺序是：FWCGF＞WCGF＞苜蓿＞全株玉米青贮。在12 h和24 h，4种饲料的CP瘤胃降解率差异显著（P＜0.05），FWCGF的CP瘤胃降解率达到了70%以上；在36、48 h和72 h，4种饲料的CP瘤胃降解率差异显著（P＜0.05），由高到低的顺序是：FWCGF＞WCGF＞苜蓿＞全株玉米青贮，其中WCGF、FWCGF和苜蓿的CP降解率超过了80%。4种饲料的NDF瘤胃降解率在4 h和8 h时差异显著（P＜0.05），由高到低的顺序是：苜蓿＞全株玉米青贮＞FWCGF＞WCGF；在12 h和24 h时，WCGF和FWCGF的NDF降解率显著低于苜蓿和全株玉米青贮（P＜0.05）；全株玉米青贮在36 h瘤胃降解率最高，为44.23%，其他3种饲料NDF降解率保持在31.77%～37.23%之间；在48 h时，全株玉米青贮NDF降解率达到了60%以上，4种饲料的NDF降解率由高到低的顺序是：全株玉米青贮＞苜蓿＞FWCGF＞WCGF；全株玉米青贮在72 h NDF降解率达到了80%以上，苜蓿、FWCGF和WCGF的NDF降解率差异性不显著（P＞0.05）。

2.3 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的DM、CP、NDF瘤胃动态降解参数（见表4）

表4WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的DM、CP、NDF瘤胃动态降解参数(%)

由表4可知，FWCGF和WCGF的DM慢速降解部分含量差异不显著（P＞0.05），全株玉米青贮的DM慢速降解部分含量最高，显著高于其它3种饲料（P＜0.05），苜蓿的慢速降解部分含量最低；全株玉米青贮DM慢速降解部分降解速率最低，苜蓿的DM慢速降解部分降解速率最高，显著高于其它3种饲料（P＜0.05）；4种饲料的DM有效降解率由高到低的顺序是：FWCGF＞WCGF＞苜蓿＞全株玉米青贮。4种饲料的CP快速降解部分含量由高到低的顺序是：FWCGF＞WCGF＞全株玉米青贮＞苜蓿；苜蓿的CP慢速降解部分最高，显著高于其它3种饲料（P＜0.05），FWCGF慢速降解部分含量显著高于WCGF（P＞0.05）；FWCGF和WCGF的CP有效降解率显著高于苜蓿和全株玉米青贮的CP有效降解率；4种饲料的NDF快速降解部分含量差异显著（P＜0.05），由高到低的顺序是：苜蓿＞全株玉米青贮＞FWCGF＞WCGF；4种饲料的NDF慢速降解部分含量差异显著（P＜0.05），由高到低的顺序是：WCGF＞FWCGF＞全株玉米青贮＞苜蓿；全株玉米青贮NDF慢速降解部分降解速率最高，显著高于苜蓿、FWCGF和WCGF（P＜0.05）；4种饲料的NDF有效降解率差异显著（P＜0.05），由高到低的顺序是：全株玉米青贮＞苜蓿＞FWCGF＞WCGF。

2.4 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的蛋白质小肠消化特性的比较（见表5）

由表5可知，苜蓿的RUP(瘤胃非降解蛋白质)的小肠消化率和小肠可消化蛋白质显著高于其它3种饲料（P＜0.05），WCGF和FWCGF的RUP的小肠消化率和小肠可消化蛋白质差异不显著（P＞0.05）。

3 讨论

3.1 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的营养成分含量

本试验较全面地比较分析了WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的营养成分差异，从常规营养成分可以看出，FWCGF和WCGF均含有较高的CP含量，可以作为奶牛较好的蛋白饲料，Biricik等[17]报道WCGF含有的可利用NDF，是可消化纤维的优质来源。WCGF是玉米湿磨法生产淀粉所得的一种副产物，其细胞壁的木质化程度低于其他粗饲料，所以相对于苜蓿和全株玉米青贮，FWCGF和WCGF的ADF和ADL含量较低，ADICP的含量低于苜蓿和全株玉米青贮。FWCGF的ADF含量低于WCGF，可能是酵母菌发酵造成纤维素降解导致的[18]。本试验中FWCGF的CP、SP、NPN含量高于WCGF，可能是酵母菌发酵提高了CP的含量[19]。WCGF在生产过程中添加一定比例的玉米浓缩浆，故CP含量较高，且SP和NPN含量较其他粗饲料显著提高[20]。同时酵母菌发酵WCGF导致了EE含量的增加，与惠文森等[21]研究的结果相似。

3.2 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮的DM、CP及NDF的瘤胃消失率和瘤胃动态降解参数

饲料养分在瘤胃中的降解主要由其在瘤胃内的滞留时间和降解的难易程度两方面决定[22]，过瘤胃速度绝大多数取决于饲料的比重和颗粒大小[23]。颗粒小可与瘤胃充分接触，在瘤胃内可充分发酵，促进饲料在瘤胃内的降解。湿玉米纤维饲料是一种可快速降解的、非饲草类纤维和蛋白的来源[24]。本试验中FWCGF和WCGF的DM降解率显著高于苜蓿和全株玉米青贮，说明FWCGF和WCGF更容易被降解，可能是由于酵母菌发酵增强了纤维的降解[18]。FWCGF和WCGF的DM快速降解部分和慢速降解部分含量均高于苜蓿，所以FWCGF和WCGF的DM有效降解率高于苜蓿；FWCGF和WCGF的DM慢速降解部分降解速率显著高于全株玉米青贮，因此，FWCGF和WCGF的DM有效降解率高于全株玉米青贮。试验中FWCGF和WCGF的CP有效降解率显著高于苜蓿和全株玉米青贮，是因为湿玉米纤维饲料含有大量的瘤胃可消化蛋白[25]，同时FWCGF在瘤胃中12 h之后的CP降解率显著高于WCGF，可能是因为酵母菌发酵提高了FWCGF的可消化蛋白的含量[18]，所以FWCGF慢速降解部分含量高于WCGF，从而FWCGF的CP有效降解率高于WCGF，苜蓿在4～12 h的CP降解率低于全株玉米青贮，24 h之后高于全株玉米青贮，所以苜蓿的快速降解部分含量低于全株玉米青贮，慢速降解部分含量高于全株玉米青贮，总体苜蓿的CP有效降解率低于全株玉米青贮。试验中苜蓿和全株玉米青贮的NDF有效降解率显著高于FWCGF和WCGF，是因为FWCGF和WCGF提供的纤维是非饲草性短纤维，该纤维比重较大，在瘤胃内滞留时间相对较短，高比重使其瘤胃滞留时间短，饲粮瘤胃通过率更高，Hristov等[26]报道了WCGF的高比重使其瘤胃滞留时间短，饲粮瘤胃通过率更高。FWCGF在4 h和8 h的NDF降解率高于WCGF，所以FWCGF的快速降解部分含量高于WCGF，从而有效降解率高于WCGF，可能是因为酵母菌发酵分解了WCGF中的纤维素和半纤维素[18]，提高了瘤胃降解率。苜蓿在8 h之前的NDF降解率高于全株玉米青贮，之后低于全株玉米青贮，从而苜蓿的快速降解部分含量高于全株玉米青贮，慢速降解部分含量低于全株玉米青贮，慢速降解部分含量比例大于快速降解部分，所以全株玉米青贮的NDF有效降解率大于苜蓿。

3.3 WCGF、FWCGF、苜蓿和全株玉米青贮蛋白质小肠消化特性的比较

新蛋白质体系中，以小肠可吸收蛋白质为核心评价反刍动物的蛋白质需要量和饲料的蛋白质营养价值。在新蛋白质体系中，小肠可吸收蛋白质来源分为瘤胃微生物蛋白质(MCP)、瘤胃非降解蛋白质(RUP)和内源蛋白质(ECP)[27]。其中，RUP占小肠蛋白质流量的30%～50%。由于瘤胃微生物蛋白质组成比较稳定，内源蛋白质含量很少，可吸收小肠蛋白质组成变异主要由瘤胃非降解饲料所提供的蛋白质差异引起。另外，小肠中RUP的含量，一方面取决于饲料蛋白质在瘤胃中的降解程度，另一方面也取决于RUP在小肠中的消化率。因此，除瘤胃降解率外，饲料RUP在小肠的消化率对于衡量饲料小肠可吸收蛋白质供给情况具有十分重要的意义。Taghizadeh等[28]认为，如果饲料原料在瘤胃中降解率低，那么在肠道中的消化率就会相对较高，从而保持在总消化道的消化率较高。苜蓿的小肠高消化率进而导致小肠可消化蛋白含量最高。本试验中苜蓿的CP瘤胃降解率低于全株玉米青贮，所以苜蓿的小肠消化率高于全株玉米青贮。WCGF的CP瘤胃降解率低于FWCGF，但差距不大，可能导致了WCGF和FWCGF的小肠消化率没有差异。