不同比例甘蔗渣在糖蜜添加下对发酵型全混合日粮品质和干物质消化率的影响

■吕仁龙 曾庆羚 李 茂 王定发 陈世永 周汉林*

(1.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南海口 571101；2.海南大学林学院，海南儋州 571737；3.海南盛旭生物科技有限公司，海南儋州 571746）

发酵型全混合日粮（Fermented total mixed ration，FTMR）是将粗饲料、精饲料、添加剂和必需矿物质等混合后密封发酵的反刍动物日粮产品，不仅可以保持营养稳定还可以长期保存[1]。在发酵过程中产生的挥发性脂肪酸（Volatile fatty acid，VFA）还可以显著提升产品营养价值和反刍动物适口性[2]。近年来，FTMR产品在海南地区逐渐被推广应用，不仅在山羊育肥和肉牛饲养上起到了良好的效果，还大大缓解了海南岛内冬季饲料短缺问题，同时还带动了粗饲料加工业发展，拉动了副产物回收市场，对海南地区的发展起到了一定推动作用。王草具有生长速度快、生物量大、适口性好等特点，是热带地区不可替代的反刍动物粗饲料来源。在海南地区加工FTMR过程中，由于王草糖分高、容易发酵，因此，它在日粮粗饲料部分中占据了主体地位。

甘蔗广泛种植于我国南方地区，甘蔗制糖加工后副产物的年产量在2 000万吨以上[3]。甘蔗渣含有大量的纤维素、半纤维素和木质素（含量约为20%）[4-5]，粗蛋白质含量为2%～4%[6]。甘蔗渣在反刍动物体内不易消化，代谢能利用率低[7]，在反刍动物体内的有机物消化率仅有20%～25%[8]，因此不宜直接将其作为饲料进行饲喂[9]。近年来研究发现，甘蔗渣经过氨化处理[10]、碱化处理[11-12]、生物发酵处理[13]或膨化处理[14]后会降低非营养物质含量，提升瘤胃内消化率，显著改善其饲用价值。微生物发酵是粗饲料常用加工手段，有研究显示，青贮甘蔗渣，可提升其蛋白质含量，改善其营养结构[5，15-16]。糖蜜也是制糖工业中的副产物，与甘蔗渣互补，二者混合发酵加工成为了粗饲料加工的一个热点。胡咏梅等[17]研究发现，甘蔗渣与糖蜜混合发酵后，粗蛋白会提升10%以上。徐雅飞[18]的试验也表明二者混合发酵后会改善其品质和产品风味。扩大甘蔗渣在反刍动物日粮中的应用，改善其加工方法和品质，制备标准化的FTMR产品将提升饲料加工产业的经济效益。综上，本试验的目的是考察不同比例甘蔗渣在添加糖蜜的FTMR中，对产品发酵品质和瘤胃消化率的影响，讨论甘蔗渣作为原料在FTMR中应用的可行性和最佳添加比例。

1 材料与方法

1.1 全混合日粮组成

FTMR由粗饲料（王草、甘蔗渣）和精饲料[玉米、麸皮、豆粕、食盐、碳酸钙、碳酸氢钠（NaHCO3）和预混料]两部分组成。王草栽培于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所畜牧实验基地（海拔149 m），于2020年5月26日，草高1.8～2.0 m时收割，收割的王草粉碎后自然晾晒1 d。甘蔗渣由海南盛旭生物科技有限公司在海南岛内收购。日粮组成原料的营养水平见表1。

表1 FTMR各组成的营养水平（干物质基础，%）

1.2 试验设计

各处理FTMR的组成成分如表2所示，FTMR中粗饲料部分占总比重50%，甘蔗渣添加比例分别为0（0甘蔗渣组）、5%（5%甘蔗渣组）和10%（10%甘蔗渣组）。本试验进行了双因素设计，在每个处理组分别做无添加（对照）组和糖蜜（M，2%）组添加。

表2 FTMR的原料组成成分（%DM）

1.3 试验方法

1.3.1 FTMR制备

将处理组原料参照表2的比例称取后，充分混合后装入一个30 cm×20 cm聚乙烯青贮袋中，添加适当纯化水将各处理组水分控制在60%左右，再用真空打包机（SINBO，上海）真空密封，保存于暗室（室温25～30℃）发酵60 d后开封。糖蜜添加方法是直接将糖蜜按照干物质2%的比例在真空打包之前添加到青贮袋中，充分混合后真空密封。

1.3.2 体外培养试验

培养方法与吕仁龙等[19]的方法相同。选用3只平均体重为17.5 kg的成年海南黑山羊饲养于代谢笼中。以维持每日必需能量的餐食，每天上午8：30和下午16：00各饲喂一次（粗精比例为5∶5，粗饲料部分为新鲜王草），自由饮水和采食矿盐。在早上饲喂黑山羊2 h后，分别抽取3只羊的瘤胃液，保存于玻璃密封瓶，39℃水浴保温带回实验室，经4层纱布过滤，再将过滤后的瘤胃液等比例混合。将混合瘤胃液与缓冲液1∶2混合[缓冲液使用之前放入水浴中，并通入二氧化碳（CO2），排除溶液中氧气]，置于39℃恒温水浴，并持续通入5 min CO2。称取待培养样品约0.3 g装入50 mL培养瓶中，抽取培养液30 mL加入培养瓶，CO2排净空气，使其保持真空状态，用橡胶内盖和塑料外盖密封，置于39℃的水浴摇床中培养6 h。

1.3.3 营养成分分析

按照Van等[20]的方法对各处理组FTMR营养成分中的干物质、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分含量及酸性洗涤纤维含量进行测定。按照Van等[20]的方法对NDF含量进行测定；洗涤后，减去残留灰分计算出NDF的含量。参照National Research Council（NRC）2001[21]的计算方法对NFC和碳水化合物总含量进行计算。

NFC=100-CP-CA-EE-NDF

1.3.4 FTMR发酵品质

FTMR开封后，取50 g样品，切碎，浸泡在200 mL纯化水中，使样品置于液面下方浸泡24 h（4℃），浸泡过后，用四层纱布将汁液过滤，用雷磁PHS-3C精密pH计测定滤液的pH。取10 mL过滤液体到离心管，放入离心机离心（HERMLE，美国），设定转速12 000 r/min，5 min，取部分上清液用一个0.22μm微孔滤膜过滤至进样瓶。采用高效液相色谱仪（HPLC）分析各挥发性脂肪酸（乳酸、甲酸、乙酸、丙酸和丁酸）的含量。HPLC设定条件为：色谱柱（RP-18，5μm，4.6 mm×25 mm），检测器：日立-Primaide型紫外检测器，流动相：甲醇。流速：1 mL/min,检测波长：210 nm，进样体积：10μL。

用微量扩散法分析挥发性氨态氮（NH3-N）的含量，在康卫皿内皿加入1 mL硼酸指示剂，外皿加入1 mL离心后的青贮汁液和1 mL饱和碳酸钾溶液（K2CO3），使外皿的青贮汁液和碳酸钾溶液充分混合，保持挥发状态，静置24 h后，用滴定盐酸（0.01 mol/L HCl）滴定。

1.3.5 干物质消化率与蛋白质消化率

用过滤法测定干物质消化率[22]，使用抽滤瓶和布氏漏斗将培养液和残渣抽滤到滤纸上，随后将包有残渣的滤纸放入干燥箱（100℃）中干燥12 h，取出进行称重。计算上述滤纸的蛋白质总含量和蛋白质消化率。

干物质消化率（%）=[1-培养后干物质重/（培养样品鲜重×干物率）]×100

粗蛋白消化率（%）=（1-培养后粗蛋白含量/培养样品中粗蛋白总量）×100

1.3.6 瘤胃发酵特性

培养结束后，加入100μL福尔马林溶液停止微生物发酵反应[22]。再用玻璃注射器测定培养瓶内气体总量，并测定培养液的pH。培养液各挥发性脂肪酸（VFA）组成含量采用高效气相色谱仪（GC，安捷伦，7890B）测定。GC设定条件为，色谱柱：HP-INNOWAX（19091N-133）毛细管柱，30 m×0.25 mm×0.25μm；柱温160℃，汽化室温度200℃，氮气流速30 mL/min，氢气流速60 mL/min，空气流速360 mL/min，进样量1μL。挥发性氨态氮的含量利用苯酚次氯酸钠比色法进行分析，取1 mL培养液稀释液，加入4 mL的0.2 mol/L盐酸溶液，再加入苯酚和次氯酸钠混匀后放入60℃水浴锅加热，显色10 min后冷却，用分光光度计测定吸光度，波长设定为560 nm。

1.3.7 数据处理

试验数据采用SAS 9.1[23]软件中的GLM程序进行统计分析，以甘蔗渣添加比例和糖蜜作为主要影响因素，利用双因素数据模型分析发酵TMR的营养成分含量、pH和有机酸组成。Tukey检验用于确定同甘蔗渣添加比例间在糖蜜添加有无处理的平均值之间的差异。

2 结果与分析

表1显示了FTMR组成原料的营养成分，其中王草和甘蔗渣的粗蛋白和NDF含量分别为11.7%和56.2%，甘蔗渣的CP、NDF、ADF和EE含量分别为4.5%、82.7%、66.0%和0.6%。表3揭示了不同甘蔗渣添加比例的FTMR在糖蜜添加条件下营养成分的变动，结果表明，CP含量和EE含量显著受到了甘蔗渣添加比例的影响，即随甘蔗渣比例的增加，CP和EE含量逐渐降低（P＜0.05），但二者都没有受到糖蜜组的影响（P＞0.05）。在三个甘蔗渣添加组中，与对照组相比，糖蜜组在发酵过后，NDF含量都显著降低（P＜0.05），而ADF含量在随着甘蔗渣添加比例增加而显著升高（P＜0.05）。NFC和TC含量都受到了甘蔗渣添加量的影响，即NFC随着甘蔗渣添加增加而降低，而TC含量则随之升高。表4表明了各处理组的发酵品质，结果显示：pH同时受到了甘蔗渣添加量和糖蜜的影响，随着甘蔗渣添加量的增加，pH显著升高（P＜0.05），在糖蜜组中，pH显著降低（P＜0.05）。在本试验中，随着甘蔗渣添加比例的增加，乳酸含量逐渐降低（P＜0.05）,但没有受到糖蜜添加的影响（P＞0.05）。糖蜜显著提升了发酵后日粮中乙酸和丙酸的含量（P＜0.05），同时抑制了丁酸的产生（P＜0.05）。表5反映了在体外培养后，干物质消化率以及对瘤胃发酵效果的影响。其中，干物质消化率同时受到甘蔗渣添加量和糖蜜的影响，随着甘蔗渣比例的增加，干物质消化率显著降低（P＜0.05），而糖蜜添加后的处理组，干物质消化率显著高于对照组（P＜0.05）。在几个处理组中，经过培养后，瘤胃液的pH并没有受到任何影响，但产气量随甘蔗渣添加量增加而降低（P＜0.05），糖蜜组显著高于对照组（P＜0.05）。各处理组的乙酸、丙酸、丁酸含量以及挥发性氨态氮含量没有受到糖蜜添加和甘蔗渣添加比例的影响。

表3 不同甘蔗渣添加比例的FTMR在糖蜜添加有无条件下的营养水平变动（%）

表4 不同甘蔗渣添加比例的FTMR在糖蜜添加有无条件下对发酵品质的影响

表5 不同甘蔗渣添加比例的FTMR在糖蜜添加有无条件下对体外培养后干物质消化率和瘤胃发酵参数的影响

3 讨论

FTMR产品在反刍动物饲养领域中具有较高的经济前景[24]，特别是近年来在海南地区，随着FTMR产品的投放，不仅缓解了岛内冬季饲料短缺问题，而且也降低了饲养成本。利用饲料加工技术，将部分农业废弃物作为动物日粮并应用推广是建立循环农业的重要手段。尽管甘蔗渣消化率较低，但少量地添加或替代到FTMR中，也将大大缩减饲养成本。通常，FTMR水分控制在50%～60%，在我们前期多个研究中发现[19，25]，在60%水分条件下，FTMR的发酵品质和动物适口性都较好，并且在实际生产过程中，60%的水分相对易控制，有助于减少人工投入。关于主体粗饲料王草的利用，在2018-2020年持续测定过程中表明，王草（热研4号）在1.6～2.0 m时收割，其利用率较高，蛋白质含量为10%～13%，可以作为FTMR日粮原料的基本标准。

3.1 不同甘蔗渣添加量对FTMR品质和消化率的影响

研究表明，未经过处理的甘蔗渣作为单一粗饲料饲喂羊，对山羊的日增重和纤维消化率都会产生显著负面影响[26]。由于甘蔗渣含有较高的NDF和较低的CP和EE，随甘蔗渣添加量的增加，FTMR中EE含量逐渐降低，NDF含量显著提升。在发酵品质方面，甘蔗渣使发酵后的pH显著偏高（P＜0.05），这是由于甘蔗渣含量的增加，提升了青贮中总碳水化合物的含量（表3），使青贮中的缓冲能较高，进而提升了pH[27]。高甘蔗渣添加组降低了乳酸含量，同时使挥发性氨态氮的比例升高，这是由于甘蔗渣中可发酵糖分含量较低，减少了合成乳酸的原料。随着甘蔗渣比例的增大，精饲料部分的麸皮所占比例增加，导致了在发酵中可分解蛋白质增加，进而提升了挥发性氨态氮比例。甘蔗渣中过高的纤维含量抑制了瘤胃内的干物质消化率[28]，因此，在几个处理组中，FTMR中甘蔗渣的添加量与干物质消化率呈现了负相关（P＜0.05）。瘤胃产气是伴随着日粮消化逐渐产生的，本研究中，FTMR的干物质消化率与产气量呈相同趋势，这也再次表明，甘蔗渣在瘤胃内不易被消化，在生产应用过程中，要考虑其添加比例和加工方式。

3.2 糖蜜添加对FTMR品质和消化率的影响

糖蜜中的水溶性碳水化合物（WSC）可以被乳酸菌直接利用，进而快速发酵达到发酵稳定[29]，在青贮发酵过程中，糖蜜提供了可发酵糖用于生产更多有机酸[30]，进而提升了发酵品质和动物适口性。本试验中，糖蜜的添加降低了NDF含量，这与陶莲等[31]的结果一致，甘蔗渣中含有较高的木质素和半纤维素，添加糖蜜后，良好的发酵环境促进降解部分纤维，但由于在青贮环境中并没有对降解纤维效果显著的酶类活动，所以其降解程度相对较低[32]，另一方面，糖蜜添加后使pH进一步降低，导致了细胞壁碳水化合物发生酸水解[33]，而进一步促使NDF降低。本试验中，添加糖蜜后显著提升了乙酸和丙酸并抑制了丁酸产量。乙酸主要来源于乙酸菌或异型发酵乳酸菌[34]，这表明了在发酵过程中可能含有较多的异型发酵乳酸菌，这可以有效提高青贮有氧稳定性。丙酸主要由丙酸菌发酵乳酸而产生，其含量不影响发酵品质，但可显著降低发酵后的pH，这在本研究中也再次得到验证[35]。此外，本试验中，添加糖蜜并没有显著提升乳酸含量，这是因为在FTMR中已经有充足的可发酵糖[36]。糖蜜处理增加了FTMR的干物质消化率和产气（表5），这与Shellito等[37]和Sahoo等[38]的研究结果相同，这是由于糖蜜增加了碳水化合物含量，为瘤胃微生物提供了良好的环境，提升了其活性，促进了营养物质的消化。Cao等[36]的研究结果显示，糖蜜可以显著降低体外培养后瘤胃液的丁酸含量，但这一现象并没有得到进一步解释，本试验中，糖蜜没有显著影响丁酸含量，我们猜测这可能与日粮发酵品质和瘤胃微生物组成等存在关联，这个现象有待进一步探明。

3.3 互作效应

FTMR中的CA、挥发性氨态氮含量表现出了显著的互作效应，在5%甘蔗渣处理下，二者的含量没有受到来自糖蜜添加的影响，这个现象不能完全被解释，但可能与FTMR的发酵效果以及青贮内部环境存在关联，特别是挥发性氨态氮含量可能受到青贮中微生物分解蛋白的效率的影响[19]，这将在未来研究中深入讨论。

4 结论

甘蔗渣营养成分含量较低，作为反刍动物日粮添加到FTMR中会降低发酵品质，并降低总日粮的干物质消化率，但在添加糖蜜后，会提升发酵品质和干物质消化率，因此，甘蔗渣在FTMR利用过程，应适当补充促发酵的添加剂（如糖蜜）。此外，由于甘蔗渣适口性较差，不宜过多添加，在FTMR产品生产中，5%的添加量相对适宜。