复合型微生态制剂对精、粗料及全混合型日粮（TMR）体外发酵参数的影响

2021-04-14仲伟光王玉婷赵玉民祁宏伟

饲料工业 2021年5期

■仲伟光王玉婷于维赵玉民祁宏伟

（吉林省农业科学院畜牧科学分院，吉林公主岭136100）

微生态制剂是一类能够改善宿主瘤胃微生态平衡，对宿主产生有益作用的活性微生物。常见的有乳酸菌、酵母菌、双歧杆菌和芽孢杆菌等[1-2]。这些微生物能够改善宿主动物的瘤胃发酵效率，同时提高动物的抗氧化和机体免疫能力[3-4]。作为反刍动物，肉牛对精、粗料及混合型日粮的消化受瘤胃发酵效果的影响很大[5]。对瘤胃发酵进行详细的研究，能够为反刍动物营养研究提供可靠的依据。体外产气法可以通过模拟瘤胃对饲料和牧草的发酵过程，对日粮消化进行评定和预测[6-7]。本试验采用体外产气法探究了复合型微生态制剂对常用饲料原料及常用配方组合瘤胃发酵效果的影响，以期为后续的研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验所用秸秆与玉米均来自吉林省公主岭地区，试验所用精料购自禾丰集团。试验共计6 组，即精料单独发酵、玉米秸秆单独发酵、TMR发酵（精粗比为3∶7）、精料+微生态制剂、玉米秸秆+微生态制剂和TMR+微生态制剂。微生态制剂中包含酵母菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌及载体。精料组成见表1。

表1 精料组成及营养水平(风干基础)

1.2 试验动物及饲养管理

选择3 头月龄相近、体质量为(500±30) kg，健康且装有永久性瘘管的草原红牛为试验动物，作为瘤胃液供体。

1.3 试验方法

1.3.1 体外发酵装置

体外发酵装置是由吉林农业科学院畜牧科学分院自主研制的“六通路瞬时发酵微量产气全自动记录装置与软件系统”和“恒温水浴振荡器”组成。数据采集仪每间隔1 min依次（A-F）单独采集各发酵罐内气体数据，每6 min一个循环。分析仪为集成一体机，利用单独的CO2（德国，SENSORSEUROPE 公司）、CH4（德国，SENSORSEUROPE 公司）、H2（英国，CITY 公司）浓度传感器对气体组成进行检测。

1.3.2 人工瘤胃液的配制

人工瘤胃液的配制方法如表2所示。

将配制完成的人工瘤胃液在39 ℃水浴锅中预热，持续通入CO2，直至溶液变为无色透明。

1.3.3 瘤胃液的采集

晨饲前通过瘤胃瘘采集瘤胃液，装入充有CO2的保温瓶中，四层纱布过滤，再装入39 ℃的充CO2的容量瓶中。

1.3.4 体外培养

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称取1 g 样品于发酵罐中，水浴1 h，将人工瘤胃液和瘤胃液按2∶1体积比加入发酵罐，拧紧瓶盖，恒温水浴24 h。发酵结束后，取50 mL发酵液于离心管中，-20 ℃保存，用于氨态氮和微生物蛋白的测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 pH值的测定

发酵结束后立即用pH计测定发酵液pH值。

1.4.2 氨态氮的测定

表2 人工瘤胃液配制

采用比色法对氨态氮进行测定。

1.4.3 微生物蛋白的测定

采用差速离心法对微生物进行分离，将分离所得微生物转移至消化管中，用凯氏定氮法测定微生物蛋白含量。

1.5 数据分析

试验所得数据用Excel 2010 进行初步整理后用SPSS 19.0 统计软件进行方差分析，用Duncan's 法进行多重比较。显著性差异的判断标准为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵pH 值的影响（见表3）

表3 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵pH值的影响

由表3 可以看出，在无添加剂的条件下，精料组发酵液pH 值比秸秆组低4.37%（P＜0.05），而TMR 组发酵液pH 值比秸秆组降低2.41%（P＜0.05）。当各组添加复合型微生态制剂以后，精料组发酵液pH 值比秸秆组和TMR 组分别降低2.13%和2.28%（P＜0.05）。添加微生态制剂后，精料组和TMR 组发酵液pH值分别比无添加组提高1.58%和1.85%（P＜0.05）。

2.2 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵氨态氮含量的影响（见表4）

表4 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵氨态氮含量的影响（mg/dL）

由表4 可以看出，在无添加剂条件下，精料组发酵液中氨态氮含量比秸秆组和TMR 组分别提高66.20%（P＜0.05）和89.35%（P＜0.05）。添加复合型微生态制剂后，TMR发酵液中氨态氮含量比无添加组降低14.04%（P＜0.05），其他两组发酵液中氨态氮含量未出现显著性差异，秸秆组和TMR 组发酵液中氨态氮含量比精料组分别降低47.04%和59.11%（P＜0.05）。

2.3 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵微生物蛋白的影响（见表5）

表5 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵微生物蛋白含量的影响（mg/dL）

由表5 可以看出，在无添加剂条件下，精料组发酵液中微生物蛋白含量比TMR 组提高55.32%（P＜0.05），而TMR 组瘤胃液中微生物蛋白含量比秸秆组提高61.96%（P＜0.05）。添加复合型微生态制剂后，精料组、TMR组和秸秆组发酵液中微生物蛋白含量均比无添加组有所提升，其中秸秆组发酵液中微生物蛋白含量提高7.93%（P＜0.05），TMR 组发酵液中微生物蛋白含量提高20.52%（P＜0.05），精料组发酵液中物生物蛋白含量提升效果不显著（P＞0.05）。添加复合微生态制剂后，精料组微生物蛋白含量比TMR 组高出43.98%（P＜0.05），TMR组发酵液中微生物蛋白含量比秸秆组分高出80.84%（P＜0.05）。

2.4 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵总产气量的影响（见表6）

表6 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵总产气量的影响(mL)

由表6可以看出，在无添加剂条件下，TMR组产气量比精料组提高63.57%（P＜0.05），精料组产气量比秸秆组高出78.13%（P＜0.05）。与无添加组相比，添加复合微生态制剂，只有TMR发酵组的产气量提高12.74%（P＜0.05），其他组与添加前无显著差异（P＞0.05）。添加复合微生态制剂后，TMR 组产气量比精料组提高52.32%（P＜0.05），精料组产气量比秸秆组提高126.17%（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵pH值的影响

稳定的pH值是瘤胃正常发酵的前提保障。不同发酵底物对瘤胃液pH值的影响较大。当底物中结构性碳水化合物含量较高时，微生物繁殖和底物发酵速率较慢，pH值相对较高，当非结构性碳水化合物含量较高时，微生物繁殖速率加快，pH值相对较低[8-9]。本试验的结果与之基本相同，精料组pH 值显著低于秸秆组，因为精料中可快速降解的物质含量较高而结构性碳水化合物较低，有利于乳酸菌的迅速繁殖，而乳酸含量是pH值变化的关键因素，TMR组pH值居于二者之间，其原因可能是由于TMR 组的营养物质相对均衡，有助于微生物体系的稳定繁殖。添加了复合型微生态制剂后，精料组和TMR 组pH 值显著提升，而秸秆组未发生显著变化，其原因可能是由于秸秆组受发酵底物的局限，微生态制剂对瘤胃微生物的调节作用被掩盖，而精料组和TMR 组可快速降解碳水化合物含量较高，在发酵初期微生物繁殖迅速，当有机酸积累到一定程度时，除乳酸菌外的其他微生物的发酵受到限制，导致瘤胃微生物筛选性繁殖，而复合型微生态制剂有效调控了这种环境下瘤胃微生物的均衡发展，因为相关研究表明[10-12]，酵母菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌对调节瘤胃pH值均有一定作用。而具体的调控机制及通路还需要在后续的研究中进行探究。

3.2 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵液氨态氮含量的影响

氨态氮在一定程度上能够反映瘤胃氮代谢的水平，并且瘤胃液中氨态氮水平受很多因素的影响。氨态氮的浓度主要取决于蛋白降解和微生物蛋白合成的平衡程度[13]。其主要来源为饲料中的蛋白质、微生物蛋白及尿素循环，而消耗主要依赖微生物蛋白的合成[14]。本试验中精料组瘤胃液中氨态氮浓度显著高于秸秆组和TMR 组，其原因可能是由于精料组可快速降解碳水化合物，发酵过程中pH值迅速降低，除乳酸菌外的其他益生菌繁殖受到限制，导致微生物蛋白合成效率降低，氨态氮在瘤胃液中积累。添加复合型微生态制剂后TMR组瘤胃液中氨态氮含量显著降低，其原因可能是复合型微生态制剂能够提升瘤胃液pH值，为微生物繁殖提供良好环境，并且其代谢产物能够为瘤胃微生物的繁殖提供促进因子[15-16]，这有助于微生物利用氨态氮合成菌体蛋白。添加复合型微生态制剂后精料组和秸秆组的氨态氮没有显著变化，其原因可能是由于前者可快速降解碳水化合物，发酵速度快，添加剂的作用尚不足以迅速控制其发酵进度，而后者结构性碳水化合物含量较高，发酵底物营养水平低且不均衡，这种弊端是复合型微生态制剂无法有效解决的问题。

3.3 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵微生物蛋白含量的影响

微生物蛋白是瘤胃内细菌、真菌及原虫利用各种养分合成的生物体蛋白质。能够进入小肠的蛋白质有60%～80%来自微生物蛋白[17]。本试验中精料组微生物蛋白含量显著高于其他两组，并且TMR 组微生物蛋白显著高于秸秆组，TMR组微生物蛋白含量显著高于秸秆组的原因是其营养物质均衡，各种微生物均能够正常繁殖的结果，而精料组微生物蛋白含量显著高于二者可能是由于精料组可快速讲解碳水化合物，乳酸菌繁殖速度快引起的，这也与其pH 值显著降低相映射。添加了复合型微生态制剂后，TMR组和秸秆组微生物蛋白含量显著提升，其原因可能是混合型添加剂中的酵母、枯草芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌能够为瘤胃微生物提供丰富的氨基酸、维生素和糖类等，并且能够调节瘤胃发酵参数，这能为瘤胃微生物繁殖提供充足的养分和发酵环境[18-20]。而精料组由于发酵速度快pH值显著降低，这种环境条件只有利于乳酸菌的发酵，导致复合型微生态制剂的功效受到干扰。所以精料组微生物蛋白含量变化并不显著。

3.4 复合型微生态制剂对瘤胃体外发酵总产气量的影响

产气量受发酵底物营养成分的影响较明显，在一定范围内会随着发酵底物中非结构性碳水化合物含量的升高而升高[21-22]。因为底物成分能够直接影响微生物的组成，而瘤胃产气量受瘤胃微生物结构和数量的影响较大。本试验中精料组和TMR组的产气量显著高于秸秆组的原因可能就是因为精料组和TMR组的非结构性碳水化合物含量高于秸秆组的原因。而TMR组产气量又显著高于精料组，其原因可能是由于TMR组发酵底物的营养物质相对较为均衡，各种瘤胃微生物可以均衡繁殖。而精料组中非结构性碳水化合物含量过高，发酵过程中瘤胃pH 值迅速降低，当pH 值降低到一定程度后，除乳酸菌外其他瘤胃微生物的繁殖均受到限制，导致总的微生物数量降低。添加了复合型微生态制剂后，只有TMR 组产气量显著提升。其原因可能是由于添加剂中的益生菌能够促进瘤胃微生物的繁殖，因为研究表明本添加剂中所包含的酵母菌及枯草芽孢杆菌能够分泌丰富的氨基酸、维生素、蛋白酶、纤维酶等物质，在促使底物降解产生更多可利用的碳水化合物的同时，还能够为瘤胃提供促生长因子[23-25]。精料组和秸秆组的产气量并未产生差异的原因可能是两组的发酵过程受到环境和底物营养的限制，过低的营养水平和瘤胃pH 值使复合型微生物添加剂的功效受到干扰。