碳水化合物与蛋白质同步降解对瘤胃发酵特性及微生物蛋白质合成的影响

马翠萍，张 田，张 莉，陈可涛

（济宁职业技术学院 生物与化学工程系，山东济宁 272100）

瘤胃微生物蛋白质合成是反刍动物氮代谢中最重要的过程，因为它不仅贡献了超过50%的小肠吸收的氨基酸，同时其氨基酸组成也是合成肉和奶所需的成分。瘤胃微生物蛋白合成主要依赖于可降解碳水化合物和蛋白质的供应，当瘤胃中可发酵碳水化合物提供足够的能量时，瘤胃微生物可以捕获氨基酸、氨等氮源，并将其转化为微生物蛋白（张成喜等，2017）。但如果可利用碳水化合物来源不足，氨可能会在瘤胃中积累，被机体吸收后随尿液排出，导致氮源利用效率低下。同步降解是同时向瘤胃提供瘤胃可降解蛋白（非蛋白氮和瘤胃可降解真蛋白）和能量（瘤胃可发酵碳水化合物），它是改善微生物蛋白合成的一种有效措施（艳城等，2016）。许多试验已经评估了饲料同步降解对瘤胃微生物蛋白合成和氮利用的影响，但这些结果模棱两可。Rotger等（2006）使用了两种非结构性碳水化合物来源：大麦和玉米，两种蛋白质来源：豆粕和葵花粕，它们在瘤胃中的降解性各不相同。与非同步日粮相比，同时含有快速发酵（大麦-葵花粕）和慢速发酵（玉米-豆粕）的日粮具有更高的有机物消化率、挥发性脂肪酸浓度和微生物蛋白合成。但在体内试验中，同步降解似乎并不影响瘤胃发酵特性或消化率（Rotger等，2006）。因此，我们使用相同的碳水化合物和蛋白质来源来控制各饲料成分的日粮特性，用酶和甲醛处理玉米或豆粕，并调整各饲料的降解率来检验同步降解效果。本研究的目的：（1）评估酶和甲醛处理对碳水化合物和蛋白质来源的降解特性影响；（2）探讨碳水化合物和蛋白质同步降解对瘤胃体外发酵和微生物蛋白合成的影响。

1 材料与方法

1.1 试验日粮及养分降解 试验将未处理玉米和酶处理玉米与豆粕或酶处理或甲醛处理豆粕相结合，制备6种不同同步指数的试验饲料。通过体外试验以检查每种试验饲料的降解动力学。参考Orskov等（1980）的尼龙袋法评估瘤胃干物质、有机物和粗蛋白质的降解率。本试验选用体重为（350±18.77）kg 的3只荷斯坦奶牛作用瘤胃液供体。尼龙袋通过瘤胃插管被放置在每只荷斯坦牛瘤胃腹囊中。饲喂结束后开始孵化，所有饲料样品孵育 0、3、6、9、12、24、48 h。孵育后将袋子从瘤胃中取出，用冷水清洗，除去附着在袋子表面的饲料颗粒，直至漂洗干净。洗涤后，所有尼龙袋在65℃下干燥48 h，称重以计算干物质残留量，4℃保存至化学分析。

1.2 同步指数及体外试验 参考Sinclair等（1993）的方法评估原料同步降解指数。在体外试验中我们收集了3只荷斯坦奶牛的瘤胃液，并在早上喂食后的2～3 h内将其与在原位试验中的饲料进行混合。瘤胃液体经过8层纱布过滤后，装在预先加热过的保温瓶中运到实验室。然后将其与缓冲液按1∶2的比例在CO2流下混合。将25 mL的瘤胃液和缓冲液混合厌氧分配到50 mL血清瓶中，每个血清瓶中含有1 g试验饲料。然后这些瓶子充入CO2气体，盖上一个橡胶塞子。在39℃的培养箱中分别培养0、3、6、12和24 h。

1.3 统计分析 试验数据采用SAS软件多因素方差分析，同时评估玉米、豆粕处理的主效应及其交互效应，P＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 饲料的原位降解特性 由表1可知，尽管用淀粉酶处理玉米，但玉米的化学成分不受酶处理影响，同时用酶或甲醛处理豆粕也不会改变其化学成分。

表1 原料化学成分 %

由表2可知，玉米和豆粕的瘤胃降解特性受酶和甲醛处理的显著影响（P＜0.05）。酶处理豆粕较豆粕显著提高了干物质、粗蛋白质和有机物的降解率（P＜0.05），但甲醛处理豆粕组干物质、有机物和粗蛋白质降解率最低（P＜0.05）。玉米和豆粕用酶处理后，干物质、有机物和粗蛋白质的降解动力学a值显著提高（P＜0.05），用甲醛处理豆粕组较豆粕显著降低了a和b值（P＜0.05）。豆粕和甲醛处理豆粕中蛋白可降解部分分别为66.94%和100%。

表2 各种原料的体外降解动力学

2.2 体外发酵试验 由表3可知，6种日粮有机物、粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量分别是98.17%、17.55%、3.59%、13.34%和5.77%。但在玉米+甲醛处理豆粕组和玉米+酶处理豆粕组中，每种试验日粮的同步指数值在0.71～0.95。经酶处理的玉米或豆粕饲料的同步指数值最高，而甲醛处理组同步指数值最低。

表3 试验配方饲料的化学成分及同步指数

由表4可知，各处理的干物质体外降解率均随孵育时间递增而升高。在孵育24 h时，玉米和豆粕处理对干物质体外降解率的影响显著（P＜0.05）。低同步指数的玉米+甲醛处理豆粕组和酶处理玉米+甲醛处理豆粕组在所有孵育时间内的消化率均低于高和中同步指数组（P＜0.05），且高同步指数日粮在玉米组中干物质体外降解率最高（P＜0.05）。玉米和豆粕处理对培养基pH影响最多的是孵育时间，6 h后影响更明显，但仅在孵育24 h时才观察到显著的相互作用（P＜0.05）。在孵育6和12 h时，添加酶处理玉米的日粮瘤胃pH低于未处理玉米组（P＜0.05）。在所有孵育时间内，含甲醛处理豆粕的日粮氨氮浓度均低于含未处理豆粕日粮和酶处理豆粕日粮（P＜0.05），而孵育12 和24 h时，酶处理玉米日粮的氨氮浓度低于未处理的玉米日粮（P ＜ 0.05）。

表4 不同饲料处理对干物质体外降解率、pH和氨氮浓度的影响

由表5可知，酶处理玉米组的挥发性脂肪酸总产量和单个挥发性脂肪酸浓度显著高于其他组（P＜0.05）。

表5 不同饲料处理对体外孵育12 h后挥发性脂肪酸和嘌呤浓度的影响

3 讨论

豆粕和甲醛处理豆粕的潜在可降解蛋白分数（a+b）为66.94%～100%。通过甲醛处理来保护饲粮蛋白不被瘤胃微生物分解，以提高瘤胃对氮的利用效率。Eghbali等（2011）研究了菜粕的不同处理方式对粗蛋白质和干物质瘤胃降解性的影响，结果发现，醛可以与游离氨基酸交联，降低饲料蛋白质在瘤胃的降解性，但这些复合物可以通过胃和小肠，使水解蛋白质在后肠消化吸收。本研究结果也显示原料的同步降解程度并不影响酶处理玉米组的消化率，表明日粮在瘤胃中的快速发酵率比同步降解对瘤胃消化更重要。

孵育12和24 h时，无论同步降解指数如何，酶处理玉米日粮的氨氮浓度均低于含玉米日粮组，说明只有在酶处理玉米作为碳水化合物来源时，瘤胃微生物才能有效利用氨氮，进而影响微生物蛋白的核查。这些数据表明，高发酵能量来源的供应是刺激氨氮作为微生物蛋白合成的更有影响的因素，这与Rotger等（2006）的研究结果一致。

从理论上讲，瘤胃能量和氮释放同步可以提高微生物蛋白的利用率，提高瘤胃氮利用效率，提高瘤胃发酵效率。但瘤胃微生物可以在能量充足时合成多糖，在机体储藏或在碳水化合物和氮源缺乏时利用机体贮藏和回收的尿素氮来应对营养物质缺乏（Ichinohe和Fujihara，2008）。孵育12 h后，玉米和豆粕处理及其交互相应显著影响挥发性脂肪酸浓度。以酶处理玉米为能量来源时，挥发性脂肪酸总量和单一挥发性脂肪酸浓度显著高于其他组，这些参数均不受原料同步降解的影响。

4 结论

低同步指数日粮（玉米/酶处理玉米+甲烷处理豆粕）对瘤胃发酵、干物质体外降解和微生物蛋白合成有积极影响。同时，可快速发酵的能量和蛋白质来源具有较高的干物质消化率、挥发性脂肪酸产量、氨氮利用率和嘌呤含量，说明能量或蛋白质来源的可利用性也是提高瘤胃发酵和微生物蛋白合成的重要因素。