体外产气法研究中性洗涤纤维/淀粉不同比例饲粮的降解特性

赵海碧， 刘国华， 吕 凤， 庞 鑫， 汪晓娟

（甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃兰州 730070）

碳水化合物是自然界分布最广的一类有机物质，不仅是植物性饲料的重要组成部分，更是动物体中重要的组织、能源、贮备物质和合成某些外泌成分如乳脂乳糖的原料。碳水化合物一般占饲粮的70% ～80%， 在反刍动物营养中起至关重要的作用，包括能全面反映日粮结构性碳水化合物的中性洗涤纤维（NDF）和体现易发酵的非纤维性碳水化合物（主要是淀粉）（朱丹等，2015）。已有研究表明，当增加饲粮中的NDF 含量时， 会降低反刍动物的干物质采食量和营养物质消化率；淀粉在瘤胃内的降解率与降解速度是影响瘤胃代谢和健康的重要因素，增加饲粮中的淀粉含量能够提高瘤胃中微生物蛋白的合成能力（董利锋等，2021； 姚军虎等，2020；赵勐，2015；Zebeli 等，2010）。 一直以来，人们使用饲粮精粗比为反刍动物饲粮配制提供参考依据，而NDF/starch 可以更直接、准确地反映饲粮发酵情况。产气技术已被广泛用于评价饲料的营养价值，特别是产气数据结合化学分析可以预测几种饲粮的降解率（Gallo 等，2018）。 目前关于基础饲粮NDF/starch 不同比例对瘤胃发酵影响的研究较少，本试验采用体外产气法研究饲粮中不同NDF/starch 的降解特性，为进一步配制合理的反刍动物饲粮提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与制备 从甘肃润物生物工程有限责任公司采集8 种常用饲料原料， 包括粗饲料（苜蓿干草、麦芽根）、蛋白质饲料（豆粕、膨化大豆、玉米蛋白粉）和能量饲料（玉米、小麦麸、膨化玉米），粉碎过18 目筛并标号密封保存备用。

1.2 试验设计 根据试验要求并参照 《肉用绵羊、山羊饲养标准（NYt816-2004）》，配制4 种不同NDF/starch 配比饲粮，NDF/starch 分别为0.8、1.0、1.2 和1.4。 饲粮组成及营养水平见表1。

表1 4 种试验饲粮组成及营养水平（干物质基础）

1.3 试验方法

1.3.1 瘤胃液供体动物及瘤胃液采集 选择4 只体况良好，体重约20 kg 公湖羊，屠宰后立即取出瘤胃内容物， 用4 层纱布过滤至已预热且不断通入CO2的暖瓶中，立即带回实验室备用。

1.3.2 体外培养体系 人工瘤胃液按Menke 等（1988）方法配制。 采集的瘤胃液与人工瘤胃液按1:2 的体积比混合，作为微生物培养液，搅拌均匀，39 ℃水浴锅预热待用。

1.3.3 体外培养程序 称取干物质基础的4 种饲粮500 mg 于尼龙袋中（每种饲粮设9 个平行和1个空白对照），将装有饲粮的尼龙袋置于体外发酵装置（玻璃产气管）内，然后向产气罐内加入30 mL 培养液，排空气体做好针管密封，放入39 ℃恒温振荡水浴锅发酵48 h，记录在2、4、6、9、12、24、36 h 和48 h 共8 个时间点产气管的读数（0 h 默认产气管读数为30 mL），然后依据其与0 h 产气管读数之差计算出各时间点的产气量。

1.4 测定项目和方法 按Aoac（2003）常规法测定4 种饲粮发酵48 h 后底物中干物质 （DM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量；发酵终止（48 h）后用酸度计（Sartorius PB-10）测定瘤胃液pH；采用气相色谱法测定发酵48 h 后瘤胃液中挥发性脂肪酸 （VFA）的浓度（吴凯旋等，2019），比色法测定氨氮（NH3-N）含量（冯宗慈等，2010）。

1.5 计算

1.5.1 体外法养分降解率计算

体外法养分降解率/%＝（消化前饲粮重量×消化前饲粮养分含量-残渣样品重量×残渣养分含量）／（消化前饲粮重量×消化前饲粮养分含量）×100。

1.5.2 产气参数计算 利用fit curve 软件， 根据Фrskov 和McDonald（1979）的产气模型公式GP＝a+b（1-exp-ct），将各饲粮在2、4、6、9、12、24、36、48 h 8 个时间点的GP 代入，计算消化动力参数。式中：t 为发酵过程中所记录的某时间点，h；a 为快速产气部分，mL；b 缓慢产气部分，mL；a+b 为潜在产气量，mL；c 为b 的产气速度常数，%/h。

1.6 数据处理和统计分析 数据使用Excel 2010进行初步整理，采用SPSS 17.0 软件进行单因子方差分析，Tukey 法进行多重比较，P＜0.01 为差异极显著，P＜0.05 为差异显著，0.05 ＜P＜0.1 认为有变化趋势。 结果用“平均值±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 4 种试验饲粮体外发酵的产气参数 由表2可见，不同NDF/starch 饲粮的快速产气部分（a）的均值为负， 说明各组均存在产气滞后效应，0.8 组的滞后时间极显著短于1.2 组和1.4 组 （P＜0.01）；缓慢产气部分（b）1.2 组和1.4 组极显著高于0.8 组和1.0 组（P＜0.01）； 产气速度常数（c）1.4 组极显著高于其他3 组（P＜0.01）；潜在产气量（a+b）各组间无显著差异（P＞0.05）。

表2 4 种试验饲粮体外发酵的产气参数

2.2 4 种试验饲粮体外发酵的产气量 由表3 可见， 在发酵至4、6、9 h 和12 h 时1.4 组产气量均极显著高于0.8 组和1.0 组（P＜0.01）；9 h 时1.2组极显著高于0.8 组（P＜0.01）；2、24、36 h 和48 h时的各组间产气量无显著差异（P＞0.05）。

表3 4 种试验饲粮体外发酵的产气量mL

2.3 4 种试验饲粮体外发酵后的pH、氨氮和挥发性脂肪酸含量 由表4 可知，1.4 组的乙酸含量极显著高于其他3 组（P＜0.01）；1.4 组的丙酸和总酸含量极显著高于0.8 组和1.0 组（P＜0.01）；1.2和1.4 组的异丁酸含量极显著高于0.8 和1.0 组（P＜0.01）；1.0 和1.4 组的乙酸与丙酸的比值极显著高于0.8 组（P＜0.01）；1.4 组的丁酸含量有高于0.8 和1.0 组的趋势（0.05 ＜P＜0.1）；异戊酸和戊酸各组间含量无显著差异（P＞0.05）。 NH3-N 含量各组间均无显著差异（P＞0.05）；1.2 和1.4组的pH 显著高于0.8 组（P＜0.05）。

表4 4 种试验饲粮体外发酵后的pH、氨氮和挥发性脂肪酸含量

2.4 4 种试验饲粮体外发酵后IVDMD、CP、NDF 和ADF 由表5 可知， 1.4 组干物质降解率有高于1.0 组的趋势（P＝0.063）；1.4 组NDF 显著高于其他3 组（P＜0.05）；各组间CP 和ADF 均无显著差异（P＞0.05）。

表5 4 种试验饲粮体外发酵后IVDMD、CP、NDF 和ADF 的降解率%

3 讨论

3.1 不同NDF/starch 饲粮对产气参数和产气量的影响 体外发酵的产气量能够有效反映出饲粮可发酵程度，即饲料的可发酵性越强，瘤胃中微生物活性越高，产气量越大，反之则越少（王志敬等，2017）。 本试验中产气量随饲粮NDF/starch 的提高，4 ～24 h 累积产气量依次上升，可能是因为粗饲料比例逐渐增加，瘤胃微生物活性提高，引起产气量增大（朱丹等，2015）。 本试验发现，随着饲粮NDF/starch 增加，淀粉含量降低，缓慢产气部分和产气速度常数逐渐增大，这与王志敬等（2017）研究结果一致。 本试验中4 种配比饲粮的产气量在24 h 前显著升高，说明在快速产气阶段4 组饲粮均有较快的产气速度，并在24 h 后产气稳定（袁翠林等，2015）。 体外产气参数可反映饲粮体外发酵的情况（Palizdar 等，2014），本试验中4 种饲粮的快速产气部分（a）均为负值，说明4 组饲粮均存在产气滞后效应，且1.4 组的a 值最小，0.8 组的a值最大，可能是因为0.8 组的淀粉含量高，有利于饲粮最初24 h 的降解，且Benedeti 等（2018）也认为发酵24 h 之内，淀粉具有最快的消化速度和总产气量。 并且本试验的缓慢产气部分（b）均是1.2 和1.4 组的高于其他两组， 产气速率常数（c）是1.4 组的大于其他3 组，这源于发酵24 h 后低淀粉组中淀粉降解， 产生的能量促进降解纤维的微生物繁殖，引起产气量上升（雒国彬等，2017）。

3.2 不同NDF/starch 饲粮对挥发性脂肪酸、氨氮、粗蛋白质和pH 的影响 pH 是判断瘤胃发酵状况的重要指标， 能够反映瘤胃内有机酸和氨态氮等碱性物质的动态平衡关系（董利锋等，2021）。本试验中4 种不同饲粮发酵后的瘤胃液平均pH为5.77，均在正常的pH 范围之内（5.5 ～7.5）（宋荣渊等，2010）。随着饲粮NDF/starch 递增， pH 也显著递增， 可能是饲粮中纤维素被瘤胃微生物降解产生大量VFA 所致（丁健，2003）。 发酵液中总酸（TVFA）的65% ～80%由碳水化合物产生，主要包括乙酸、丙酸和丁酸，且乙酸、丙酸和丁酸占总酸含量的90%以上，纤维素和淀粉是瘤胃微生物生成VFA 主要底物，对宿主动物有显著的供能作用 （郑玮才等，2019； 王玲，2016；Spears 等，2004；Jr 等，1998）。 乙酸/丙酸是反映瘤胃发酵模式的重要指标。 本试验中， 乙酸/丙酸在2.33 ～2.56，偏向于乙酸型发酵，有利于瘤胃微生物的生长繁殖，与尹召华等（2011）的研究结果一致。且本试验中，随着NDF/starch 增大，粗饲料含量增加，乙酸和异丁酸含量显著增大， 丁酸和戊酸也有显著增大的趋势， 这可能是粗饲料含量增大产生的VFA 含量增加（俞文靓等，2019）。 NH3-N 是瘤胃内微生物合成菌体蛋白的主要原料，瘤胃中NH3-N 浓度对微生物MCP 的数量起决定性作用（陈晓霞等，2015）。饲粮发酵后瘤胃液中NH3-N 浓度与饲粮中粗蛋白质含量呈正相关关系， 但提高饲粮中碳水化合物水平则会影响瘤胃微生物对蛋白质的降解，NH3-N 浓度上升（Kljak 等，2017）。本试验中NDF/starch 配比对NH3-N 浓度无显著影响，这与阳伏林等（2008）、张建勋等（2013）和朱丹等（2015）研究结果一致。 另外，本试验中不同NDF/starch 饲粮组中粗蛋白质的含量差异较小， 这也可能是瘤胃NH3-N 含量无显著差异的原因。

3.3 不同NDF/starch 饲粮对体外干物质降解率的影响 饲粮的IVDMD 是反映反刍动物干物质采食量的重要指标， 其能体现饲粮在反刍动物瘤胃中降解的难易程度 （Kamra 等，2003）。 本试验中，随淀粉水平降低，IVDMD 增大，可能是低淀粉水平下瘤胃液降解淀粉水平提高， 促进了微生物对营养物质的利用，进而提高了IVDMD。 李华等（2008）研究也指出粗饲料玉米秸秆IVDMD 随饲粮精料水平的增加而降低，这与本试验结果一致。

饲粮NDF 和ADF 在瘤胃中的降解程度可以反映出饲粮消化的难易程度（朱丹等，2015）。纤维的消化受饲粮组分、瘤胃发酵环境、瘤胃微生物组成以及饲粮在瘤胃流通速度等影响， 当饲粮中粗料比例增加时，分解纤维素的微生物数量增加，而当饲粮中精料比例增加时分解淀粉等易发酵物质的微生物占主要地位（张立涛，2013）。

4 结论

本试验结果表明， 饲粮NDF/starch 为1.4 时体外发酵效果最佳。 1.4 组产气量最高，如若增加粗饲料的含量，发酵情况是否会更好，还有待进一步研究。