豆渣混贮对青年期奶牛生长性能、营养物质表观消化率、瘤胃发酵及甲烷排放的影响

2024-04-02普宣宣张秀敏肖俭平李志才魏仲珊谭支良

动物营养学报 2024年3期

普宣宣王荣张秀敏肖俭平李志才魏仲珊谭支良王敏*

(1.中国科学院亚热带农业生态研究所,长沙 410125;2.湖南农业大学动物科学技术学院,长沙 410128;3.湘潭县农业农村局,湘潭 411228;4.湖南德人牧业科技有限公司,常德 415000)

豆渣是生产豆腐、豆干、豆浆、豆粉和腐竹等豆制品的加工副产物,我国每年产生湿豆渣超过2 000万t[1]。豆渣粗蛋白质(CP)含量高,因加工方式不同而有所不同,在15.2%～39.1%[干物质(DM)基础][2],而且其氨基酸含量丰富[3],可用于替代常规饲料原料[4-5]。豆渣可作为反刍动物质优价廉的蛋白质来源,Rahman等[6]研究发现,利用豆渣100%替代豆粕提高了山羊的中性洗涤纤维(NDF)采食量和消化率,并对山羊生长性能未产生负面影响。Rahman等[7]研究表明,豆渣DM饲喂量由成年山羊体重的0.5%上升到2%时,山羊的饲草采食量降低,营养物质采食量、消化率和日增重则显著升高。

豆渣水分含量较高,不易保存,通过烘干来保存豆渣的成本较高,因此实际生产中主要通过发酵处理豆渣。发酵可提高豆渣营养品质,提高豆渣营养价值,尤其是氨基酸含量[8-9],降低其抗营养成分如胰蛋白酶抑制剂、植酸、皂苷、血凝素和异黄酮等的含量[10]。添加微生物制剂对高水分含量副产物和秸秆进行混贮,是促进两者饲料化的主要手段[11-13]。研究表明,添加纤维素酶对豆渣和玉米秸秆进行混贮,可显著提高混贮品质,并提高体外营养物质降解率[14]。

近年来,畜牧业生产中精料原料如豆粕价格持续上涨,寻找适宜且价格低廉的农副加工品是促进畜牧业稳定发展的必要手段[1]。在实际生产中,可将豆渣与某些精料原料混贮后用于替代豆粕和这些原料以降低生产成本。因此,本试验以豆渣、麦麸和玉米粉为原料进行混合发酵制成豆渣混贮,对其发酵品质和营养组成进行测定,研究豆渣混贮替代饲粮精料中的豆粕、麦麸和玉米粉对奶牛生长性能、饲养成本、瘤胃发酵和甲烷(CH4)排放的影响,旨在为豆渣的利用提供方法策略,为降低奶牛饲养成本提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物、设计及饲粮

试验选取10～12月龄、体重为(311.0±29.8) kg、健康状况良好的青年期荷斯坦母牛24头,采用单因素随机试验设计,将其随机分为对照组和豆渣混贮组,分别饲喂基础饲粮和豆渣混贮饲粮,每组12头。

豆渣混贮是将豆渣、麦麸和玉米粉按鲜重比例8∶1∶1混合以调节水分含量至65%左右,然后喷洒200 mg/kg复合菌剂溶液(包括枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和粪肠球菌等,活菌数1.0×106CFU/g),并置于发酵袋中室温厌氧发酵30 d所制备,每袋约38 kg,共制作5 t。豆渣混贮组采用豆渣混贮替代对照组饲粮中的豆粕、麦麸和玉米粉,总替代比例为16.5%。饲粮组成及营养水平见表1。

表1 饲粮组成及营养水平(干物质基础)

试验采取舍饲方式进行,试验前对栏舍、器具清洁并消毒,统一对母牛进行驱虫。整个试验期内,自由采食,每日09:00和17:00分2次等量饲喂,剩料量控制在喂料量的10%以内,定期清理圈舍,自由饮水。试验期为82 d,包括预试期 7 d,正试期75 d,于正试期的第60～75天进行样品采集,包括5 d的粪样采集、7 d的CH4排放量测定和4 d的血样及瘤胃内容物采集。

1.2 试验样品采集

试验于正试期的第60天至第64天,每天收集饲粮样、剩料样和粪样。每日分别于12:00、17:00和次日07:00通过直肠收集粪便,连续采集5 d,将每头牛每天采集的粪便称重后等量混合。取部分粪样直接置于-20 ℃冷冻保存,另取粪样用10%稀硫酸进行酸化处理,以防止粪样中氮的损失,置于-20 ℃冷冻保存。将所有饲粮样、剩料样和粪样65 ℃烘干后,粉碎过40目筛后,室温保存。酸化处理的粪样用于CP含量测定,未酸化部分则用于其他常规营养物质含量测定。

试验于正试期的第72天和第73天连续2 d进行每头牛的瘤胃内容物采集,时间为晨饲后0和2.5 h。利用金属导管通过口腔深入腹囊中部抽取瘤胃液,舍弃初始瘤胃液约50 mL后,收集瘤胃内容物约300 mL。立即取瘤胃内容物(20 mL),测定pH(便携式pH计,100A,上海立辰仪器科技有限公司)。取2份瘤胃内容物(各35 mL)于60 mL注射器,通过软管与20 mL注射器相连(内含10 mL氮气),将氮气注射入瘤胃内容物后,于摇床200 r/min振荡5 min,再将60 mL注射器中的溶解气体打入20 mL注射器,取溶解气体于3.5 mL真空瓶中用于瘤胃内溶解气体测定。另取瘤胃内容物(2 mL)于15 000×g、4 ℃下离心10 min,取上清液1.5 mL,用0.15 mL偏磷酸固定后保存于-20 ℃用于挥发性脂肪酸(VFA)和氨态氮(NH3-N)含量测定。

试验于正试期的第74天和第75天连续2 d进行每头牛的血样采集。采集时间为晨饲后0和2.5 h,经尾静脉采血10 mL,置于无菌真空管中,4 ℃下静置4 h后,600×g离心10 min,得到血清,-20 ℃保存,用于血清生化指标测定。

1.3 样品分析与测定

1.3.1 营养物质含量测定

按照AOAC(2005)[15]的方法步骤分析DM和总氮含量。根据Van Soest等[16]的方法测定NDF和酸性洗涤纤维(ADF)含量,其中NDF含量测定时,加入了α-淀粉酶和亚硫酸钠以消除淀粉和蛋白质对纤维测定的影响。半纤维素(%)=NDF-ADF,中性洗涤可溶物(NDS,%)=1 000-NDF。总能(GE)是利用等温自动量热计(5E-AC8018,长沙开元仪器有限公司)进行测定。钙(Ca)含量根据国标GB/T 13885—2017方法测定。粗灰分(Ash)含量测定先于电炉碳化至无烟后,置于马弗炉550 ℃灰化6 h测定。有机物(OM)(%)=DM-Ash。根据国标GB/T 23742—2009方法分别测定饲粮样和粪便样中酸不溶灰分(AIA)的含量,根据下述公式进行营养物质表观消化率测定:

某营养物质表观消化率(%)=[(1-(b×c)/(a×d)]×100。

式中:a为饲粮中该营养成分含量;b为粪便中该营养物质含量;c为饲粮中AIA含量;d为粪便中AIA含量。

1.3.2 生长性能测定

于试验开始以及结束时,晨饲前称重并记录青年牛的初始体重、体高和胸围,终末体重、体高和胸围,计算青年牛的平均日增重(ADG)、平均日增体高和平均日增胸围。根据采食量计算每头牛的料重比(F/G)。饲料费用(元/头)=饲粮单价×饲喂量×饲养天数。

1.3.3 CH4排放量测定

试验于正试期的第65天至第71天进行CH4排放量测定。根据Wang等[17]的研究,采用自动头室(AHC)瘤胃甲烷监测设备测定奶牛CH4排放量[18]。1 d内的测定时间点为00:00、03:00、06:00、09:00、12:00、15:00、17:00和21:00,每头牛连续测定2 d,并进行校准和计算。

1.3.4 瘤胃发酵参数测定

乳酸含量采用比色法[19]进行测定。根据Wang等[20]描述的方法,使用气相色谱仪(Agilent 7890A, Agilent Inc., Palo Alto,美国)测定VFA组分含量。根据Weatherburn[21]描述的方法进行NH3-N含量测定。使用气相色谱测定瘤胃内溶解CH4和氢气浓度。

1.3.5 血清生化指标测定

采用全自动生化分析仪(Roche cobas c311)测定血清生化指标。

1.4 数据统计分析

利用SPSS 26.0软件进行统计分析。采用混合线性模型对不包含时间点的数据进行分析,包括饲粮为固定影响因子,试验牛为随机影响因子。当采样时间点存在时,混合线性模型包括饲粮、饲粮与时间的交互作用为固定影响因子,时间为重复影响因子,试验牛为随机影响因子。P<0.05时,差异显著;0.05≤P<0.10时,有升高或降低的变化趋势。

2 结果与分析

2.1 豆渣混贮营养成分组成及发酵参数

由表2可知,豆渣、麦麸与玉米粉混合发酵30 d后pH在4.05左右,乳酸、乙酸、丙酸、丁酸和NH3-N含量分别为44.60、12.60、0.89、0.67和1.23 g/kg,即豆渣混贮发酵品质良好。对比发酵前后可知,发酵后的CP含量由17.40%上升至19.00%,NDS含量由72.00%上升至73.80%,NDF含量由28.00%下降至26.20%,半纤维素含量由14.00%下降至12.00%(表3)。

表2 豆渣混贮发酵品质(干物质基础)

表3 豆渣混贮前后营养组成(干物质基础)

2.2 豆渣混贮对奶牛采食量、营养物质表观消化率和CH4排放量的影响

由表4可知,与对照组相比,豆渣混贮对DM和OM采食量没有显著影响(P>0.05),显著提高了ADF采食量(P<0.05),CP采食量呈上升趋势(P=0.06);豆渣混贮组的OM和NDF表观消化率显著降低(P<0.05),DM表观消化率则有降低的趋势(P=0.07)。与对照组相比,豆渣混贮对奶牛CH4排放量、采食每千克DM的CH4排放量、采食每千克可消化OM的CH4排放量和采食每千克可消化NDF和每千克平均日增重下的CH4排放量均无显著影响(P>0.05)。

表4 豆渣混贮对奶牛采食量、营养物质表观消化率和CH4排放量的影响

2.3 豆渣混贮对奶牛生长性能和饲养成本的影响

由表5可知,与对照组相比,豆渣混贮显著提高了奶牛的ADG(P<0.05),并显著降低了整个试验期的饲料费用(P<0.05)。

表5 豆渣混贮对奶牛生长性能和饲养成本的影响

2.4 豆渣混贮对奶牛瘤胃发酵参数的影响

由表6可知,与对照组相比,豆渣混贮未对瘤胃内的溶解氢气和溶解CH4浓度产生影响(P>0.05);豆渣混贮有增加瘤胃pH的趋势(P=0.09),对瘤胃总VFA含量无显著影响(P>0.05)。与对照组相比,豆渣混贮显著增加了瘤胃戊酸摩尔比例(P<0.05),对乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸和异戊酸摩尔比例则无显著影响(P>0.05)。

表6 豆渣混贮对奶牛瘤胃发酵参数的影响

2.5 豆渣混贮对奶牛血清生化指标的影响

由表7可知,与对照组相比,豆渣混贮组血清的总胆固醇、甘油三酯和补体4含量显著升高(P<0.05),总蛋白含量有降低的趋势(P=0.06)。

表7 豆渣混贮对奶牛血清生化指标的影响

3 讨论

3.1 豆渣混贮发酵品质及营养组成

发酵饲料pH、有机酸及NH3-N含量等是评定其发酵品质的主要指标。早在1971年,Catchpoole等[22]指出,低pH和NH3-N含量预示着发酵饲料品质良好。接种乳酸菌可促进原料可溶性碳水化合物的降解生成乳酸,有效并快速地降低pH,进而抑制不良微生物的产生,达到有效保存原料的目的[23]。一般来说,发酵饲料pH低于4.2,可认为发酵品质良好[24]。本试验中添加复合乳酸菌剂对豆渣混合物进行发酵,发酵的最终pH低于4.2,丙酸、丁酸摩尔比例及NH3-N含量均较低,并且乳酸含量较高,表明豆渣混贮发酵品质良好。含水量是影响饲料发酵品质的主要因素之一,水分含量较高时,有利于梭菌生长,显著升高发酵饲料的pH、丁酸、异丁酸、NH3-N和乙醇含量,导致饲料发酵品质较差[25],水分含量过低时,乳酸菌生长活动受到抑制,导致发酵速度慢,乳酸含量低,最终导致发酵品质变差。豆渣水分含量较高,单独发酵难以获得良好的发酵品质,并增加运输成本。Yang等[26]研究发现,添加花生壳对豆渣进行发酵,可有效提高发酵效率。Zhao等[14]按鲜重基础78∶22比例混合豆渣与玉米秸秆以调节水分至65%左右,添加乳酸菌或纤维素酶进行混贮发酵后,品质良好。本试验按鲜重基础8∶1∶1比例混合豆渣、麦麸和玉米粉以调节水分含量在65%左右,添加乳酸菌剂发酵后获得良好的发酵品质。本试验利用麦麸和玉米粉作为水分调节剂与豆渣进行混贮,发酵后水分含量为64.7%,表明豆渣、麦麸和玉米粉的混合比例适宜,有利于豆渣混贮获得良好的发酵品质。发酵过程中,以乳酸菌为主的微生物主要利用可溶性碳水化合物为营养来源,也可以通过降解结构性碳水化合物生成可溶性碳水化合物和有机酸[27]。本试验结果表明,豆渣混贮后的NDS含量有所升高,NDF和半纤维含量有所降低,这可能与微生物在发酵过程中对半纤维素的利用相关。综上所述,豆渣、麦麸和玉米粉按鲜重基础比例8∶1∶1混合并添加乳酸菌的发酵品质良好,可在一定程度上改善营养成分组成,为豆渣的利用提供了新的思路。

3.2 豆渣混贮对奶牛营养物质采食量、营养物质表观消化率和ADG的影响

饲粮采食量和营养物质表观消化率对动物的生长性能和饲料利用价值评定方面起着重要作用。本试验研究发现,豆渣混贮对奶牛的DM采食量无显著影响,这可能与2组间营养成分相平衡有关[28-29]。ADF难以被瘤胃微生物降解利用,随着其含量的升高,营养物质消化率逐渐降低。本试验中,豆渣混贮组ADF含量较高,进而降低了OM和NDF表观消化率。但豆渣混贮组的ADG显著高于对照组。结合豆渣混贮营养组成、奶牛采食量和消化率的结果可知,尽管豆渣混贮组奶牛CP表观消化率没有显著提高,但是豆渣混贮CP含量却高于对照组,这说明豆渣混贮组奶牛可消化CP摄入量会增加,这可能有助于提高奶牛ADG。除此之外,反刍动物生产中添加豆渣可有效降低生产成本,提高经济效益[30],这与本试验结果相一致。

3.3 豆渣混贮对奶牛CH4排放和瘤胃发酵的影响

在本研究结果中,豆渣混贮对奶牛CH4排放量没有显著影响。瘤胃内CH4生成主要与发酵模式密切相关。豆渣混贮对奶牛瘤胃发酵模式和总VFA生成均无显著影响,这也是豆渣混贮对奶牛CH4排放量没有显著影响的重要原因。Harjanti等[31]研究发现,与精料相比,发酵豆渣对绵羊瘤胃发酵参数未产生显著影响,这也与本试验研究结果一致,说明豆渣混贮未对瘤胃发酵产生负面影响。

3.4 豆渣混贮对奶牛血清生化指标的影响

血清生化指标是反映动物是否健康的重要因素,饲粮是影响血清生化指标的主要因素之一[32]。谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)是判断心脏和肝脏功能是否受损的敏感指标[33],碱性磷酸酶(ALP)与肝肾功能密切相关,可以调节肠道功能和钙磷代谢。本试验中,对照组与豆渣混贮组血清中ALT、AST和ALP活性无显著差异,说明豆渣混贮对奶牛的心脏、肝脏或肾脏未产生负面影响。血清中总胆固醇和甘油三酯含量与机体脂质代谢状况有关,本试验结果表明豆渣混贮组的血清总胆固醇和甘油三酯含量更高,说明豆渣混贮可能增强了奶牛的脂质代谢,有待进一步研究。血清尿素氮和血氨含量是反映饲粮中氮降解和利用的重要指标,与瘤胃饲粮蛋白质的摄入量和质量有关[34-35]。本试验中,豆渣混贮组的血清血氨含量高于对照组,这可能与豆渣混贮组添加的尿素含量较高相关。综上所述,豆渣混贮未对奶牛血清生化指标产生负面影响。