不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树发酵品质、营养成分和瘤胃降解特性的影响

2024-04-02郭升岚毕小兵毕研亮郭春华史海涛

动物营养学报 2024年3期

郭升岚毕小兵毕研亮郭春华王茜史海涛*

(1.西南民族大学畜牧兽医学院,青藏高原动物遗传资源保护与利用教育部重点实验室,成都 610041;2.平凉市崆峒区动物疫病预防控制中心,平凉 744000;3.中国农业科学院饲料研究所农业农村部饲料生物技术重点实验室,北京 100081)

杂交构树是利用现代生物技术和传统杂交育种方法培育出的桑科、构树属落叶灌木,适应性强,生长迅速,产量高,蛋白质含量高。自杂交构树被国务院扶贫开发领导小组列入“国家精准扶贫十项工程”以来,其已在全国各地推广应用[1]。建立高效低成本的加工和保存技术是推动构树饲料化利用的重要前提。新鲜构树水分含量高,不宜调制为干草。研究表明,加工青贮饲料是保存饲草的有效手段,且青贮发酵能在一定程度上改善构树的营养价值及畜禽消化率[2]。然而,新鲜构树可溶性碳水化合物(WSC)含量较低,直接进行青贮发酵不易成功。目前已有不少研究报道通过添加含糖量高的辅料[3-4]或添加剂来提高构树的青贮品质[5-8]。但在不同地区、原料不同含水量条件下发酵效果不一致且不稳定,而关于原料的含水量与添加剂的交互作用及其对青贮构树饲料品质影响的研究较少。因此,本试验旨在探索不同原料含水量和糖蜜添加量对构树青贮发酵品质、营养成分、瘤胃降解特性和小肠消化率的影响,以获得简便高效的优质构树青贮加工技术并提供全套营养价值参数。

1 材料与方法

1.1 试验材料

构树青贮原料采自四川省成都市崇州市恺泉镇杂交构树基地(东经103°29′,北纬30°43′,海拔532 m),收割时株高为80～100 cm,留茬高度15～20 cm。杂交构树原料的营养成分见表1。试验所用的甘蔗糖蜜含糖46.0%、干物质(DM)65.0%、粗蛋白质(CP)4.5%、粗灰分(Ash)2.0%、钙(Ca)0.60%和磷(P)0.08%。

表1 杂交构树原料的营养成分(干物质基础)

1.2 试验设计

将全株杂交构树切短至1～2 cm。采用2×4两因素试验设计,鲜样含水量73%,萎蔫后含水量60%;2种不同含水量的杂交构树以鲜重为基础,分别添加0(对照)、2.5%、5.0%和7.5%糖蜜。每组以鲜重称取3 000 g构树,将糖蜜溶于120 mL蒸馏水中稀释,然后均匀喷晒到切短后的构树上,对照组喷晒等量蒸馏水。混匀后装入透明聚乙烯袋,每袋1 000 g,每个处理3个重复,使用真空机密封后于室温避光发酵90 d后开袋取样,制成风干样后粉碎分别过1.0和2.5 mm筛网待用。

1.3 测定指标及方法

青贮质量感官评价采用德国农业协会(DLG)青贮质量感官评分和等级评定标准来进行评定,从青贮饲料的气味、茎叶结构和颜色3个方面进行评分,评分标准见表2;得分16～20分为1级(优良)、10～15分为2级(尚好)、5～9分为3级(中等)、0～4分为4级(腐败)。

表2 DLG青贮感官评分标准

发酵品质指标主要测定pH以及WSC、氨态氮(NH3-N)、乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量。采用雷磁pH-3C型pH计测定pH,采用苯酚-次氯酸钠比色法测定NH3-N含量,采用蒽酮-硫酸比色法测定WSC含量,采用高效液相色谱法测定4种有机酸含量。

参照AOAC(1990)[8]的方法测定DM、CP、粗脂肪(EE)和Ash含量;参照Van Soest等[9]的方法测定中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)、中性洗涤不溶性粗蛋白质(NDICP)和酸性洗涤不溶性粗蛋白质(ADICP)含量;采用高锰酸钾滴定法测定Ca含量;采用钼黄比色法测定P含量;参照Krishnamoorthy等[10]的方法测定可溶性粗蛋白质(SCP)含量;采用钨酸钠沉淀法测定非蛋白氮(NPN)含量。

1.4 瘤胃降解特性测定

选用3头装有永久性瘤胃瘘管的健康泌乳荷斯坦奶牛(体重约650 kg)测定样品的瘤胃降解率。瘘管牛每天投喂3次(分别在07:30、14:30和18:30)全混合日粮(TMR),自由采食和饮水。

取5 g经2.5 mm筛网粉碎的样品装入尼龙袋(孔径50 μm,尺寸10 cm×20 cm),分别在瘤胃内培养4、8、12、24、48和72 h。每个样品每个时间点设3个重复,每个重复1头牛,每头牛体内同一样品2个平行。分别测定4、8、12、24、48和72 h培养后的DM、CP、NDF和ADF的瘤胃降解率、降解参数(a、b和c)和有效降解率(ED)。

瘤胃降解率计算公式:

A=[(B-C)/B]×100。

式中:A为待测饲料某成分的瘤胃降解率(%);B为待测饲料中某成分的含量(g);C为瘤胃降解残渣中某成分的含量(g)。

养分瘤胃降解率参数及有效降解率计算公式:

y=a+b(1-e-ct);ED=a+b×c/(k+c)。

式中:y为待测饲料某成分在瘤胃内停留t小时的降解率(%);a为快速降解部分(%);b为慢速降解部分(%);c为b的降解速率(%/h);t为瘤胃内培养时间(h);k为瘤胃内容物外流速度,本试验k值取2.53%/h[11]。

1.5 CP小肠消化率测定

采用体外三步法(瘤胃-胃蛋白酶-肽酶)测定瘤胃未降解残渣CP的小肠消化率。饲料原料在瘤胃培养16 h后,取出尼龙袋洗净,于65 ℃下烘至恒重;然后将尼龙袋放入胃蛋白酶缓冲液[1 g/L胃蛋白酶(P-7000,Sigma)、pH 1.9的盐酸溶液]中,39 ℃恒温旋转培养1 h,取出尼龙袋洗净,65 ℃烘至恒重;再将尼龙袋放入胰蛋白酶溶液[50 mg/L百里香酚,3 g/L胰蛋白酶(P-7545,Sigma),0.5 mol/L磷酸盐缓冲液]中,39 ℃恒温旋转培养24 h;最后取出尼龙袋冲洗干净,65 ℃烘至恒重,测定残渣中的CP含量[10]。

瘤胃未降解残渣CP小肠消化率(%)=100×[瘤胃未降解残渣中CP含量(g)-酶解后未降解残渣中CP含量(g)]/瘤胃未降解残渣中CP含量(g)。

1.6 数据统计分析

使用Excel 2016对数据进行初步整理,采用SAS 9.2软件中的PROC MIED程序对数据进行分析,数据模型为:yijk=μ+ai+bj+ai×bj+εijk。其中yijk为观测值,μ为平均值,ai为含水量(i=2,分别为73%和60%);bj为糖密添加量(j=4,分别为0、2.5%、5.0%和7.5%);ai×bj为含水量与糖蜜之间的交互效应;εijk为随机误差;采用SAS 9.2软件中的GLM程序中的不相关比较法(orthogonal contrast)分别对不同含水量下各指标随糖蜜添加量的线性或二次反应进行统计分析。以P<0.05作为差异显著的判断标准。

2 结果与分析

2.1 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树感官评价的影响

青贮发酵完成后,新鲜构树原料和萎蔫构树原料DM含量分别为(27.29±0.01)%和(39.37±0.01)%。由表3可知,各组青贮饲料乳酸味浓,茎叶结构保持完整,手感松散略带黏手。根据DLG青贮感官评分标准,与未添加糖蜜的对照组相比,添加糖蜜后各组评分等级都达到了1级标准(≥16分),表明添加糖蜜能有效改善构树的发酵品质;此外,低含水量组添加糖蜜后的青贮效果优于高含水量组。

表3 青贮杂交构树感官评价结果

2.2 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树发酵品质的影响

由表4可知,含水量和糖蜜添加量以及二者的交互作用对青贮杂交构树pH、乳酸和NH3-N含量有显著影响(P<0.05);随着含水量的降低和糖蜜添加量的升高,乳酸含量显著升高(P<0.05),pH和NH3-N含量显著降低(P<0.05);pH、乳酸和NH3-N含量随着糖蜜添加量的升高呈二次变化(P<0.05)。综合来看,以60%含水量+7.5%糖蜜组的发酵品质较好,其乳酸含量较73%含水量对照组提高了271.61%(P<0.05),pH、乙酸和NH3-N含量分别较73%含水量对照组组降低了26.96%、41.26%和74.19%(P<0.05)。

2.3 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树常规营养成分含量的影响

由表5可知,含水量和糖蜜添加量以及二者的交互作用对青贮杂交构树大多数常规营养成分含量有显著影响(P<0.05);随着含水量的降低和糖蜜添加量的升高,CP、非纤维性碳水化合物(NFC)和WSC含量显著升高(P<0.05),NDF、ADF、ADL、纤维素、半纤维素、NDICP和ADICP含量显著降低(P<0.05),且上述指标随糖蜜添加量的升高呈二次变化(P<0.05)。综合来看,60%含水量+7.5%糖蜜组CP、NFC和WSC含量分别较73%含水量对照组提高了15.68%、74.86%和108.55%(P<0.05),NDF、ADF、ADL、纤维素、半纤维素、NDICP和ADICP含量分别较73%含水量对照组降低了25.35%、25.82%、32.08%、24.51%、24.74%、26.73%和26.97%(P<0.05)。

表5 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树常规营养成分含量的影响(干物质基础)

2.4 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树瘤胃降解特性和小肠消化率的影响

如图1所示,含水量对青贮杂交构树72 h瘤胃降解率有显著影响(P<0.05);随着含水量的降低和糖蜜添加量的升高,青贮杂交构树DM、CP、NDF和ADF 72 h瘤胃降解率呈提高趋势,其中60%含水量组DM和NDF 72 h瘤胃降解率显著高于73%含水量组(P<0.05),60%含水量+2.5%糖蜜组和60%含水量+7.5%糖蜜组CP 72 h瘤胃降解率显著高于73%含水量+2.5%糖蜜组和73%含水量+7.5%糖蜜组(P<0.05)。

*表示不同含水量之间有显著差异(P<0.05)。* indicated significant difference between different moisture contents (P<0.05).

不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树瘤胃降解参数和小肠消化率的影响见表6。含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树大多数瘤胃降解参数和小肠消化率有显著影响(P<0.05);随着含水量的降低,DM和CP的快速降解部分(a)呈降低趋势,慢速降解部分(b)呈提高趋势;NDF和ADF的快速降解部分(a)、慢速降解部分(b)、潜在可降解部分(d)以及有效降解率呈提高趋势。含水量和糖蜜添加量以及二者的交互作用对青贮杂交构树过瘤胃养分小肠消化率有显著影响(P<0.05);随着含水量的降低,DM和CP小肠消化率显著提高(P<0.05),而随着糖蜜添加量的升高,DM和CP小肠消化率呈先升高后降低的变化趋势。

表6 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树瘤胃降解参数和小肠消化率的影响

3 讨论

3.1 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树感观评价和发酵品质的影响

根据青贮饲料感观评分标准,未添加糖蜜的新鲜(73%含水量)和萎蔫(60%含水量)构树青贮综合评分均为7分(中等),新鲜构树添加2.5%、5.0%和7.5%糖蜜后的青贮综合评分为16～19分(优良),萎蔫构树添加2.5%、5.0%和7.5%糖蜜后的青贮综合评分均为20分(优良),表明降低含水量(60%)和/或添加糖蜜(2.5%～7.5%)均能提高青贮杂交构树的感观评价,这与已有研究报道[12]相符。付锦涛等[13]将新鲜构树直接青贮,发现含水量过高会出现酪酸菌发酵,使发酵品质变差。刘凯丽[13]研究发现,在含水量60%时,杂交构树青贮发酵品质较优。杨玉玺等[15]研究发现,萎蔫苜蓿青贮的发酵品质优于高水分苜蓿青贮。高含水量无添加剂青贮时,即使pH下降至4.0左右也不能抑制梭菌活动,导致蛋白质分解过多并降低青贮饲料适口性[16-17]。刘晓婧等[5]添加乳酸菌青贮新鲜构树,因含水量过高,发酵品质有所提高但效果不明显。宫斌等[18]研究了含水量(60%、55%、50%和45%)等因素对杂交构树半干青贮效果的影响,发现以55%含水量的效果为佳。本试验中,低含水量(60%)组青贮杂交构树pH、乙酸和NH3-N含量低于高含水量(73%)组,乳酸含量高于高含水量(73%)组,发酵品质整体优于高含水量(73%)组,这与上述研究结果一致。

朱琳等[3]研究发现,构树单独青贮发酵品质不佳,添加菠萝皮可以提高发酵品质。司丙文等[19]和孙蓉等[20]研究发现,添加糖蜜可加快构树青贮pH下降,改善发酵品质。王梦等[21]在制作翅荚决明青贮时发现,添加玉米粉和糖蜜可降低pH和NH3-N含量,提高乳酸含量,且糖蜜最适添加量为4%。Sutaryono等[22]研究发现,糖蜜能有效降低青贮饲料的pH和NH3-N含量。Wang等[23]添加3%糖蜜制作青贮构树,发现pH、NH3-N和乙酸含量呈下降趋势,乳酸和丙酸含量呈上升趋势,但差异不显著。本试验中,除无糖蜜组和高水分低糖蜜(2.5%)组有少量丙酸和丁酸外,其余各组均未检出丙酸和丁酸。NH3-N与总氮的比值可反映青贮饲料中蛋白质的被降解程度,其含量越高,说明蛋白质损失越严重。付锦涛等[7]在构树和稻草混贮中添加糖蜜也降低了CP的分解,减少了NH3-N的生成。李改英等[24]和任志花等[25]研究表明,添加糖蜜后苜蓿青贮饲料发酵品质也会显著提高。本研究中,糖蜜组pH、乙酸和NH3-N含量均低于对照组,并随着糖蜜添加量的升高而降低;乳酸含量均高于对照组,并随着糖蜜添加量的升高而提高,与上述研究结果一致。

3.2 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树常规营养成分含量的影响

本试验中,含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树大多数常规营养成分含量有显著影响。Arbabi等[26]研究了添加不同水平糖蜜(2.5%、5.0%和7.5%)对整株小米青贮营养价值的影响发现,CP、总可消化养分(TDN)和总挥发性脂肪酸(TVFA)含量随着糖蜜添加量的升高而提高,ADF和NDF含量随着糖蜜添加量的升高而降低。Baytok等[27]分别添加5%糖蜜、0.5%甲酸或10 g/t微生物制剂青贮玉米秸秆的研究发现,糖蜜组青贮效果优于其他组。Zhang等[28]添加3%糖蜜制作构树青贮发现,WSC含量提高,NDF、ADF和ADL含量降低。姜富贵等[29]研究表明,随着糖蜜添加量的升高(0.5%、1.0%和2.0%),青贮杂交构树的DM和CP含量呈线性提高,NDF和ADF含量呈线性降低。王梦等[21]研究发现,添加糖蜜(1%、2%、3%和4%)可降低翅荚决明青贮的NDF和ADF含量,提高CP和WSC含量,且糖蜜最适添加量为4%。本研究也得到类似结果,低含水量和添加糖蜜可以提高青贮杂交构树CP、NFC和WSC含量,降低NDF、ADF、ADL、ADICP和NDICP含量,且糖蜜适宜添加量为5.0%。

3.3 不同含水量和糖蜜添加量对青贮杂交构树瘤胃降解特性的影响

饲粮DM的瘤胃降解率通常与动物的采食量呈正相关[30]。本研究中,青贮杂交构树DM的有效降解率为57.06%～65.87%,其中萎蔫青贮比新鲜青贮DM有效降解率平均提高了3.80%。同时,添加糖蜜显著提高了青贮杂交构树DM有效降解率,这与已有研究报道相符。李胜利等[6]添加3%糖蜜制作青贮全株杂交构树,DM有效降解率为60%左右。李梦楚等[31]添加2%的糖蜜制作菠萝茎叶青贮,显著提高了DM瘤胃降解率。Sutaryono等[22]添加2%、4%和6%糖蜜制作玉米秸秆青贮,DM瘤胃降解率随着糖蜜添加量的升高而提高。这可能是糖蜜提高了瘤胃微生物对饲粮的附着率,使其更易被微生物降解[32]。本试验中,新鲜青贮构树CP瘤胃有效降解率高于萎蔫青贮,这可能因为新鲜青贮组过高的水分稀释了细胞液中的糖分,乳酸积累不足导致pH下降缓慢,霉菌、腐败菌和丁酸菌等好氧菌生长,将更多蛋白质分解成NPN(12.3% vs. 9.8%)。此外,本研究中糖蜜组CP平均有效降解率(68.97%)比未添加糖蜜组(65.32%)提高5.59%,这与刘凯丽[14]研究结果相似。孔凡林等[33]采用尼龙袋法研究了未发酵全株构树的瘤胃降解率,CP有效降解率为47.23%,低于本试验中青贮杂交构树的结果,表明青贮发酵可能改善了CP的有效降解率。

饲粮NDF和ADF的瘤胃降解率反映了其可被反刍动物消化的难易程度。本研究结果表明,降低含水量和添加糖蜜青贮,不仅使青贮杂交构树的NDF和ADF含量下降,也提高了NDF和ADF的瘤胃有效降解率,表明青贮发酵品质的提高可能会改善结构性碳水化合物在瘤胃中的降解[34]。Arbabi等[26]和Baytok等[27]也报道了类似的结果,经过糖蜜处理后青贮饲料NDF和ADF瘤胃有效降解率均显著高于对照组。李胜利等[6]报道,添加糖蜜可以提高青贮杂交构树粗纤维瘤胃降解率,这与本试验结果相符。