碱性化合物或有机提取物处理的大麦对淀粉体外消化部位和消化程度的影响

张 田，马翠萍，陈红霞

（济宁职业技术学院生物与化学工程系，山东济宁 272100）

谷物是反刍动物日粮的主要成分，但其快速降解严重影响瘤胃发酵和宿主健康。谷物中大部分可消化的能量来自淀粉，淀粉消化率是影响瘤胃酸中毒的一个风险，因为高淀粉在瘤胃降解诱发严重的瘤胃pH 下降，这可能会降低微生物蛋白质合成、纤维消化和动物采食量（Hunt，1996）。如果应用一种处理方法使谷物淀粉可以成为葡萄糖的来源，从而减少在瘤胃中的降解，使其在小肠中被消化。因此，谷物加工的目标包括最大化动物的总淀粉消化率，优化瘤胃淀粉发酵，避免酸中毒的同时提高挥发性脂肪酸的产量，提高小肠淀粉的利用率（Yahaghi 等，2014）。近年来，人们采用各种加工方法来提高大麦消化率，每种方法都需要特殊条件，同时由于谷物在瘤胃内的淀粉消化对动物健康产生不利影响，因此，采用包括物理和化学方法在内的许多处理来调节其瘤胃降解率。碱性处理可提高反刍动物饲料消化率，碱性处理反应是由于半纤维素溶解，但当碱性化合物应用于大麦加工时，是否会影响瘤胃生态系统的研究仍然有限。紫花苜蓿和甜菜粕都是果胶的优良来源，具有较高的阳离子交换能力。阳离子交换能力会影响纤维电离表面基团，进而影响微生物对纤维的粘附速度和消化速度，还可能在胃肠道中提供显著的缓冲能力（McBurney 等，1983）。当氢离子与植物成分结合而不是在瘤胃中游离时，瘤胃的酸性较低，而当瘤胃中游离氢离子浓度高，瘤胃酸度高，因为氢离子带正电荷，而植物细胞表面通常有许多负电荷，它们可以与氢离子结合，但如果这些离子在化学上与植物结合而不是游离，瘤胃就会变成弱酸性，因此饲喂这些谷物可以防止奶牛代谢紊乱（Greathead，2003）。在本研究中，我们假设有机处理和化学处理大麦颗粒的方式可能会改变瘤胃微生物的丰度或代谢活性，因此，试验测定了各种化学或有机处理的大麦在体外消化的一阶动力学参数，同时确定原位移动袋对干物质、粗蛋白质和淀粉在瘤胃内的降解情况。

1 材料与方法

1.1 样品采集与原料处理 试验用碱性化合物为氨盐（液体）、氢氧化钠和明矾，有机提取物为甜菜粕、苜蓿草和石莼提取物。参考Carvalha 等（2009）的研究方法用上述原料对大麦处理。

1.2 瘤胃体外发酵 发酵培养基为400 mL 瘤胃液、0.05 g 游离的纤维二糖、0.45 g 磷酸氢二钾、0.45 g 磷酸二氢钾、0.9 g 氯化钠、0.9 g 硫酸铵、0.09 g 七水硫酸镁、0.09 g 氯化钙、4 g 小苏打和0.5 g 盐酸半胱氨酸。试验以3 头荷斯坦奶牛为研究对象，采用全混合日粮（438 g/kg 干物质），具体由238 g/kg 紫花苜蓿干草和190 g/kg 青贮玉米组成，同时补充商品浓缩料。将瘤胃液在39℃中孵育1 h，使较大的饲料粒上浮。随着时间的推移，既不把上升到顶部的大颗粒接种进去，也不把底部未消化的大颗粒接种进去。在39℃孵化4、8、12、16、24、48 h 后过滤，每瓶未过滤的成分在60℃的烘箱中烘干48 h，然后测定其干物质、粗蛋白质、淀粉含量，并计算其降解量。

1.3 尼龙袋发酵 该研究参考Danesh 和Stern（2005）的方法制备样品。样品制备后将1 g 样品放到尼龙袋中（3 cm×6 cm；52 μm 孔隙大小；每个样品6 袋），每隔30 min 通过T 形管将袋子插入十二指肠。收集丢入粪中的袋子，清水洗涤后60℃烘干48 h，分析每个粪袋的干物质、粗蛋白质和淀粉含量，同时测定样品残渣中干物质、蛋白质和淀粉含量，计算降解率。

1.4 统计分析 采用非线性模型体外瘤胃发酵评估干物质、粗蛋白质和淀粉的降解，非线性模型为，其中D（t）=消化残留物，D（i）=可能消化部分，kd= 消化速率常数，i= 不可消化部分。试验数据用SAS 软件MIXED 程序分析，P ＜0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 化学成分 由表1 可知，与对照组相比，碱性化合物和有机提取物处理组显著降低了粗蛋白质含量（P ＜0.05）。石莼提取物较其他组显著提高了淀粉含量（P ＜0.05）。对照组与各处理组对大麦干物质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量无显著影响（P ＞0.05）。

2.2 碱性化合物或有机提取物处理大麦对其体外瘤胃发酵养分降解的影响 由表2 可知，在本研究条件下，经碱性化合物和有机提取物处理的大麦干物质降解率与对照组无显著差异（P＞0.05）。干物质的消化速率在0.05 ～0.09 之间，平均速率为0.07。氢氧化钠、明矾和甜菜粕提取物组显著提高了蛋白质消化速率常数（P＜0.05）。碱性化合物和有机提取物处理大麦显著影响淀粉消化速率常数，其中苜蓿草提取物和明矾组较其他组显著提高了淀粉消化速率常数（P ＜0.05），其中明矾处理组提高4%，苜蓿草提取物处理组提高2%。明矾和甜菜粕提取物处理组较其他组显著提高了淀粉的不可消化部分（P＜0.05），分别为0.24 和0.25。

表1 碱性化合物或有机提取物处理大麦对营养成分的影响 g/kg

2.3 碱性化合物或有机提取物处理大麦对其在尼龙袋发酵养分降解的影响 由表3 可知，在瘤胃液培养和过瘤胃液培养期间，7 个处理的干物质降解性无显著差异（P ＞0.05）。经处理的大麦在过瘤胃液和总肠道的粗蛋白质和淀粉降解有显著性差异（P ＜0.05）。石莼提取物处理的大麦瘤胃粗蛋白质降解显著高于其他组（P ＜0.05）。但与其他处理组相比，用明矾和甜菜粕提取物处理的大麦在过瘤胃和总肠道的粗蛋白质和淀粉降解显著提高（P ＜0.05），对照组总肠道蛋白降解表现最低（P ＜0.05）。碱性化合物和有机提取物处理大麦对瘤胃液干物质、粗蛋白质和淀粉降解的影响无显著差异（P ＞0.05）。对照组、氢氧化钠和氨盐处理组较甜菜粕提取物和石莼提取物组显著降低了瘤胃液粗蛋白质降解（P ＜0.05），而对照组、氨盐和甜菜粕提取物组较氢氧化钠、苜蓿草提取物和石莼提取物组显著降低了总消化道粗蛋白质降解（P ＜0.05）。

表2 碱性化合物或有机提取物处理大麦对其体外瘤胃发酵养分降解的影响

表3 碱性化合物或有机提取物处理大麦对其在尼龙袋发酵养分降解的影响

3 讨论

在大麦中，淀粉以颗粒的形式存在于蛋白质基质中，并与碱性化合物或有机提取物发生反应，因此，淀粉含量的差异也可能是由于碱性化合物或有机提取物对胚乳组织蛋白基质的不同影响造成的。干物质的消化速率在0.05 ～0.09 之间，平均速率为0.07。氢氧化钠、明矾和甜菜粕提取物组显著提高了蛋白质消化速率常数，其中明矾处理组提高4%，苜蓿草提取物处理组提高2%。Abdi 等（2012）报道了碱性化合物处理大麦对淀粉降解的影响，其发现明矾和甜菜粕提取物处理的大麦可以改变瘤胃到肠道的淀粉消化部位和程度。用碱性化合物或有机提取物处理对淀粉降解的影响及其原因进行比较，其中可溶性和不可溶性β- 葡聚糖之间的比例变化可以降低淀粉降解。另一种解释可能与蛋白质有关，因为这些处理增加了蛋白质的含量。大麦经化学处理后中性洗涤纤维含量不同，而Stevnebo 等（2009）也报道中性洗涤纤维组分直接或间接地对淀粉瘤胃消化率有明显影响。综上所述，处理后大麦的消化速率常数与化学处理呈正相关，作者推断，不同处理间养分的不可消化部分的差异可能与胚乳淀粉和蛋白质基质结构不同有关。

氢氧化钠处理的大麦籽，通过半纤维素和木质素的部分水解来破坏种皮。但在本试验中，明矾和甜菜粕提取物的粗蛋白质过瘤胃液降解高于其他处理，这与Dehghan 等（2008）的研究结果一致，其认为化学处理的大麦在肠内和瘤胃后淀粉降解更高。淀粉的瘤胃降解速率受瘤胃组织与瘤胃微生物相互作用的影响。在大麦颗粒中，甲醛对淀粉的保护作用与蛋白质基质的增强作用使淀粉对淀粉酶的附着位点减少（Dehghan 等，2008），说明化学处理使蛋白质基质对蛋白水解具有更强的抵抗力，从而影响淀粉降解程度。因此，我们可以预期，用碱性化合物或有机提取物处理大麦可以通过减少瘤胃中游离氢离子，即那些与饲料表面相结合的氢离子可以防止瘤胃pH 下降，从而降低淀粉酶相关微生物的生长（McBurney 等，1983）。这些处理方法不仅增加了淀粉进入十二指肠的流量，而且可以防止奶牛酸中毒，因为奶牛需要消耗更多的淀粉来提供能量。此外，本研究通过减缓处理过的大麦淀粉的瘤胃降解来支持先前的结果，但小肠中淀粉含量的减少可以通过减少甲烷等能量的浪费来提高饲料效率（Dehghan等，2008）。

4 结论

本研究结果发现，化学处理提高了大麦淀粉的消化率，也可能改变淀粉的消化部位和程度，但一定不能对瘤胃pH 造成负面影响，引起消化功能障碍。