不同仓储天数小麦的组分变化、瘤胃发酵特性及降解规律研究

2021-03-15赵红波张相伦谭秀文万发春

中国畜牧杂志 2021年3期

魏晨，游伟，赵红波，张相伦，谭秀文，万发春,4*

（1.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，山东济南 250100；2.山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室，山东济南 250100；3.山东省肉牛生产性能测定中心，山东济南 250100；4.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128）

我国是世界上最大的小麦生产国，近两年（2018、2019 年）小麦产量一直在1.3 亿t 以上[1-2]。随着我国小麦逐年稳产增产，部分新收获小麦因未被直接利用转而进入储存过程。小麦储存是其利用过程中的重要环节，随储存时间延长，存粮即使未发热霉变，但由于酶活性和呼吸作用减弱，小麦的品质也会发生变化，即发生陈化，最终影响其利用价值[3]。目前，小麦作为种用或口粮的陈化问题研究较多，李娟[4]研究发现，随储存时间增加，小麦发芽率逐渐下降，胚乳中的淀粉结构发生变化。刘爽[5]报道，随储藏时间增加，小麦发生不完善粒、杂质和面筋吸水性增大等质量变差的现象，说明小麦陈化过程与储藏时间关系密切。随着畜牧业快速发展，饲料资源供应日趋紧缺，这使陈化小麦因品质受到影响被用作饲料。然而，针对小麦随储存时间增加导致的营养成分变化、饲料安全性和可利用价值评价的报道很少，不同储存时间的小麦品质和对反刍动物利用效率的影响需要进一步研究。因此，本试验通过化学成分检测、瘤胃发酵体外模拟和尼龙袋技术研究在平房仓储条件下储存不同天数的小麦组成成分变化、瘤胃发酵特性及瘤胃降解规律，为评价不同储存时间小麦的饲料营养价值、安全性和对反刍动物的可利用价值提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及采样 2017 年6 月10 日在市场上购买1 t 已晾晒的新收获小麦（鲁麦21），然后用编织袋分袋封口包装，每袋40 kg，初始干物质（DM）含量为89.87%，在山东省肉牛生产性能测定中心（山东省济南市历城区工业北路171 号；北纬36°72'，东经117°09'；温带季风气候）进行仓储，期限为2 年。粮仓为小型砖混结构平房仓，仓房内侧空间长16.4 m、宽10.4 m、高8.0 m，通风良好。通过饲料采样器进行采样，采样过程参照国家标准《饲料采样》（GB/T 14699.1—2005）[6]提供的方法进行，每5 袋作为1 个取样单位，每个取样单位随机选择包装袋取样，共得到5 份样品约10 kg，混匀后缩样至4 kg，置于-20℃保存，待后续试验和分析。每180 d 采集1 次样品，即采样时仓储天数为1、180、360、540、720 d。

1.2 试验动物试验选用3 头36 月龄、平均体重为（465±15）kg、安装有永久性瘤胃瘘管的利鲁公牛（利木赞牛× 鲁西黄牛）作为试验动物，饲喂由70% 全株玉米青贮和30% 精料组成的基础饲粮，饲粮组成及营养成分见表1，试验牛饲粮按《肉牛营养需要和饲养标准》制定[8]。每天07:00 和17:00 各喂1 次，自由采食，自由饮水。

表1 饲粮组成及营养成分（DM 基础）

1.3 试验设计和方法

1.3.1 体外培养试验将部分小麦样品粉碎，过2 mm筛，培养前1 d，称取0.5 g（DM 基础）底物放入已标记、用丙酮浸洗过并称重的Ringbio 滤袋中，并封口，每个处理（采样时仓储天数）5 个重复，另设2 个空白对照（只有滤袋）。早上饲喂2 h 后，通过瘤胃瘘管分别从瘤胃的不同位置采集3 头瘘管牛的瘤胃内容物，用4 层纱布过滤，均匀混合，并立即放入密闭保温瓶中，带回实验室，置于39℃恒温水浴中。进行培养前，将滤袋放入培养瓶，参照Goering 等[8]的方法配置无氧培养液。用分液器将45 mL 预热培养液和15 mL 瘤胃液（3:1）加入到125 mL 培养瓶中。用橡胶塞和压接帽密封后，置于125 r/min 的振荡器上，在39℃恒温箱中培养24 h。在培养发酵后的3、6、12、18、24 h，用可视测压计（06-664-21，Fisher Scientific Inc.，USA）测定每个培养瓶的气压值。培养结束后，将培养瓶置于冰上终止发酵。用pH 计（HI 9125，Hanna Instruments Inc.）测定每个培养瓶中发酵液的pH 后，取1 mL 上清液与0.2 mL 25%偏磷酸混匀，置于-20℃保存，测定挥发性脂肪酸（VFA），另取1 mL 上清液与0.2 mL 1% 硫酸混匀，置于-20℃保存，测定氨态氮（NH3-N）。

1.3.2 瘤胃降解试验采用尼龙袋法，选择孔径为40 μm尼龙布，制成8 cm×12 cm 尼龙袋，标号后用自来水浸泡冲洗，65℃烘干恒重后备用。称取粉碎并过2 mm 筛的小麦样品3 g（DM 基础），放入规定尼龙袋内，每个处理48 个尼龙袋。每个处理的3 个尼龙袋（平行）分别用橡皮筋固定在1 根塑料软管上，塑料软管两端与尼龙绳相连，尼龙绳固定在瘤胃瘘管的外端。晨饲2 h 后，将尼龙袋通过瘘管分别投入3 头牛（重复）瘤胃腹囊处，每头牛瘤胃中放5 根塑料软管，即每头牛一次性投放75个尼龙袋，按“同时投入，依次取出”的原则进行试验，分别在3、6、12、18、24 h 取出。每个处理3 个剩余的尼龙袋用流水缓慢冲洗5 min，65℃烘干恒重，测定损失部分得到样品在尼龙袋中的流失率。各时间点取出的尼龙袋用流水缓慢冲洗至澄清，一般为3～5 min，65℃烘至恒重（约48 h）后取出残余物并磨碎，过1 mm 孔筛，测定DM 和淀粉。

1.4 化学分析将部分小麦样品粉碎，过1 mm 筛，参照AOAC（1990）[9]的方法测定饲粮、小麦样品DM、有机物（OM）、粗蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）含量和瘤胃降解试验中小麦残渣DM 含量，参照Van Soest等[10]的方法测定饲粮样品中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量。根据《水稻、玉米、谷子籽粒直链淀粉测定法》（GB/7648—1987）[11]测定小麦样品中直连淀粉和支链淀粉含量。根据《食品中脂肪酸的测定》（GB/5009.168—2016）[12]，使用气相色谱仪（Model 6890N，Agilent Technologies）测定小麦样品中脂肪酸含量。参照Dagnac 等[13]的液相色谱-串联质谱法，使用多毒素检测净化柱（MycoSpin 400，Romer LABS）和液相色谱-串联质谱仪（Xevo-TQ-S，Waters Co.）检测小麦样品中霉菌毒素含量。参照《食品中氨基酸的测定》（GB/T5009.124—2016）[14]用外标法测定氨基酸含量。参照淀粉检测试剂盒（BC0700，Solarbio Science &Technology）说明书，采用蒽酮比色法测定小麦样品和残渣中的淀粉含量。以上测定指标均设置2个重复。参照Erwin 等[15]的气相色谱分析法，使用气相色谱仪（Model 7890A，Agilent Technologies）测定发酵液样品中VFA 含量，采用Chaney 等[16]提出的方法测定发酵液NH3-N 浓度。

1.5 统计分析经空白对照校正后，采用Mauricio 等[17]提出的公式计算气压值对应的产气量：

产气量（mL）=0.18+[3.697×气压值（psi）]+[0.0824×气压值平方（psi）]

参照Ørskov 等[18]提出的指数模型计算DM 和淀粉的降解参数。指数模型：

其中，dp 指尼龙袋在瘤胃中滞留t 时间后的饲料某一营养成分的降解率，a 为快速降解部分，b 为慢速降解部分，c 为慢速降解部分降解的速率常数。

利用以下方程计算瘤胃有效降解率（ED）：

其中，k 为瘤胃外流速率，参考Bhargava 等[19]将其值设为0.02/h。

采用SAS 9.1 中的Non-Linear 程序计算a、b、c的值，采用SAS 9.1 中Mixed 模型的重复测量数据程序分析各仓储天数小麦营养物质降解率，采用Duncan´s法比较检验样品组成成分、瘤胃发酵和降解参数，显著水平为P＜0.05，试验结果以平均值表示。

2 结果

2.1 不同仓储天数小麦的组成成分变化由表2 可知，小麦初始DM 含量为89.87%（初始含水量10.13%），随着储存天数的延长，小麦DM 含量显著降低，储存720 d 直链淀粉含量显著增加，支链淀粉含量显著降低，其他营养成分和脂肪酸含量没有显著变化，未检测到霉菌毒素。

由表3 可知，小麦中各氨基酸含量没有随储存时间的延长发生显著变化。

表2 不同仓储天数小麦组成成分变化（DM 基础）

表3 不同仓储天数小麦氨基酸组成变化（DM 基础） %

2.2 不同仓储天数小麦的瘤胃发酵特性和降解规律由表4 可知，经过24 h 体外瘤胃发酵后，不同储存天数小麦的产气量、发酵液pH、NH3-N 和VFA 差异不显著。

由表5 可知，不同仓储天数小麦DM 的3、6、12、18、24 h 瘤胃降解率和动态降解参数没有显著差异。

由表6 可知，不同仓储天数小麦淀粉的3、6、12、18、24 h 瘤胃降解率和动态降解参数没有显著差异。

3 讨论

3.1 不同仓储天数小麦的组成成分变化我国小麦产量不断提高，部分不被直接利用的小麦会转入储存环节，在储存过程中可能会发生劣变、陈化等变化，因此储存时间对小麦品质和成分的影响一直受到高度关注。已有的研究多集中于小麦的色泽、气味、杂质、不完整粒、面筋吸水力等品质评价。本试验中，随着储存时间的增加，小麦DM 含量逐渐降低，与王旭峰等[20]、苑洁敏[21]的研究结果一致，因小麦中的面筋有一定吸水性，随时间延长逐渐吸收环境中的水分。其他常规营养成分并没有随储存时间增加而改变，这说明平房仓储2 年内的小麦相对稳定。小麦淀粉总量并未随储存时间增加而改变，这说明小麦在自身水分含量较低的情况下呼吸作用很弱，基本没有被分解。但淀粉组成结构发生变化，原因可能是直链淀粉在储存过程中更容易形成稳定性强的线性直链结晶或与其他化学基团形成稳定的螺旋结构[20]，而支链淀粉不断被缓慢酶解，相关机制有待进一步明确。有研究表明小麦脂肪酸值随着储存时间的增加略有提高[5]，但本试验中各主要脂肪酸含量并没有出现显著变化，不同结果源于不同试验中小麦受到储存温度、湿度、时间等不同综合因素影响。霉菌毒素是有害菌霉菌在其所污染的物质中产生的有毒代谢产物，是影响陈化粮品质的关键物质。霉菌毒素产生说明储存条件有利于几种或多种霉菌的滋生。本试验结果表明，平房仓储2 年内的小麦并没有发生霉变，这与储存过程中小麦水分含量一直较低（＜11.94%）有关。有研究表明，储藏时间、温度和湿度是影响谷物氨基酸含量的主要因素[5]，但目前尚未有关于储存时间对小麦各氨基酸含量影响的报道。本试验结果说明，平房仓储2 年内小麦氨基酸稳定性较好，这与曹川等[22]报道的粮食陈化过程中蛋白质变化较小一致。虽然小麦属于以淀粉含量为主的谷物籽实，但其氨基酸含量也较为丰富，有必要进一步研究不同仓储条件对小麦氨基酸含量的影响。

表4 不同仓储天数小麦24 h 的瘤胃体外发酵参数

表5 不同仓储天数小麦DM 的瘤胃降解率和动态降解参数

表6 不同仓储天数小麦淀粉的瘤胃降解率和动态降解参数

3.2 不同仓储天数小麦的瘤胃发酵特性和降解规律饲料的瘤胃发酵特性和降解规律可以准确反映饲料与瘤胃的相互作用和饲料的可利用价值，目前，未见关于不同储存时间小麦的瘤胃发酵特性和降解规律的相关报道。本试验发现，经过2 年平房仓储的小麦虽然在组成成分上有变化，但其瘤胃发酵参数和降解规律没有显著改变。产气量与VFA 产量反映了底物在瘤胃中的总体发酵情况。本试验结果表明，不同储存天数小麦的体外瘤胃发酵特性与瘤胃降解情况相互印证，均说明平房仓储2 年内小麦的可利用价值基本不变。饲料DM 降解率是评定饲料在瘤胃中降解难易和可利用程度的主要指标。李洪涛[23-24]研究表明，小麦DM 在瘤胃中的降解率随在瘤胃内培养时间的延长而增加，这与本试验结果一致，但是前者小麦DM 的24 h 瘤胃降解率仅为80%左右，显著小于本试验结果，可能因试验动物不同造成结果差异。饲料营养物质包括瘤胃可利用部分和不可利用部分，瘤胃可利用部分又包括快速降解部分和慢速降解部分。本试验结果表明，小麦本身的可利用程度很高，几乎能在瘤胃中全部被降解，且储存2 年小麦的可利用部分基本没有变化，这说明瘤胃对陈化小麦仍有很强的降解作用，这为充分利用陈化小麦提供数据参考。淀粉是小麦中含量最丰富的物质，也是容易被瘤胃微生物降解的物质。本试验结果说明，小麦淀粉在18 h 内已基本被降解完全。姜豇等[25]研究也显示，小麦淀粉在山羊瘤胃中的有效降解率为96.28%，但淀粉12 h 瘤胃降解率已经达到97.42%，比本试验的92.41% 略高。赵芳芳[26]研究发现，高比例直链支链淀粉有利于羔羊瘤胃丁酸的产生。本试验中，随储存时间增加，小麦中直链淀粉的比值不断升高，但对VFA 的产生没有影响，可能因为赵芳芳[26]的研究使用不同淀粉来源的饲料原料（木薯、玉米、小麦和豌豆）作为不同直链支链淀粉比的处理组，而原料本身有一定差异，最终导致结果的差异。本试验中不同储存天数小麦淀粉的有效降解率比较一致，这与体外瘤胃发酵参数一同说明瘤胃微生物对不同结构淀粉的降解和利用效率相对一致。