體外產氣法評價不同方式加工玉米對牦牛瘤胃發酵參數的影響

劉 穎 張群英 郝力壯 馮宇哲* 牛建章 劉書杰

（1.青海大學，青海西寧810016；2.青海大學畜牧獸醫科學院青海省高原放牧家畜動物營養與飼料科學重點實驗室省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室青海高原牦牛研究中心，青海西寧810016）

牦牛主要生活在海拔3 000 m 以上地區，全世界90%的牦牛生活在中國的青藏高原地區，是高原畜牧業重要的優勢畜種，對青藏高原的畜牧業發展起到重要作用，青海省現有牦牛500 萬頭，約占全國總數的40%，居全國首位[1]。青藏高原海拔高、寒冷缺氧、牧草稀缺，受這些因素的影響，導致牦牛飼草利用效率低、生產效益低下的現狀，近些年牦牛的飼養由純放牧轉變為放牧加舍飼、純舍飼的形式轉變[2]。

玉米適口性好，能值高是育肥牛飼糧中重要的能量來源。由于目前的加工方式多為簡單的粗粉碎為主，導致玉米的營養物質利用率較低。現在國內外的研究主要集中在通過各種不同加工處理方法,來改善淀粉在瘤胃中的降解和消化特性,從而達到優化瘤胃發酵、改善營養物質利用率、提高反芻動物生產性能的目的[3]。煮熟玉米，是現階段牧民和養殖戶處理玉米的方式，用來提高玉米的可消化性，對煮熟玉米的報道現在還非常少，實踐證明，蒸汽壓片技術在很大程度上可改善玉米的生物學價值，有效提高動物機體對其利用率。已經有研究學者指出蒸汽壓片玉米可以提高玉米在消化道的消化程度使玉米凈能值增加13%～19%[4]，目前國外蒸汽壓片玉米在黃牛，禽類上已經應用的非常廣泛，但蒸汽壓片玉米在牦牛上的應用還鮮有研究。

針對現狀本文擬對蒸汽壓片玉米(SFC)、煮熟玉米(CC)和普通玉米(RC)的常規營養成分和瘤胃發酵特性進行研究比較，以期對蒸汽壓片玉米和熟化玉米的瘤胃發酵特性，營養價值進行初步的了解，旨在為蒸汽壓片玉米和煮熟玉米在牦牛養殖中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗采用單因子設計，研究不同物理方式處理（熟化玉米、蒸汽壓片玉米）對玉米營養成分的影響，并通過活體外人工瘤胃法，研究熟化和蒸汽壓片處理下對玉米干物質消化率（DMD）和活體外瘤胃發酵參數（發酵液pH值、揮發性脂肪酸和NH3-N含量）的影響。

1.2 試驗動物

選擇健康、體重相近、年齡相符的3 歲牦牛3 頭，3 頭牦牛單獨飼喂，用采樣管通過口腔抽取瘤胃液，試驗日糧由精料補充料、粗料由青貯玉米和花生草組成組成，混合成TMR日糧，日糧組成和營養水平見表1，分早晚兩次投喂，8：00、18：00，自由飲水，營養狀況處于維持水平。

表1 日糧組成和營養水平（干物質基礎）

1.3 試驗材料

所用玉米均為青海省本地玉米，熟化玉米和蒸汽壓片玉米均有青海省海西漠河駝廠生產加工。熟化玉米為開水煮熟制備，蒸汽壓片玉米調制時間為50 min，壓片厚度為2 nm，將樣品風干粉碎過1 mm 篩，取樣備用。

1.4 試驗指標與試驗方法

1.4.1 常規營養成分測定

3 種飼料原料的常規營養成分測定方法參照《飼料分析及飼料質量檢測技術》[5]。即：飼料的總能（GE）、干物質（DM）、有機物（OM）、酸性洗滌纖維（ADF）、粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、灰分（Ash）、鈣（Ca）、磷（P）；ADF采用Van Soest等[6]的方法測定。結果見表2。

1.4.2 體外產氣法

人工瘤胃裝置：二氧化碳氣罐、恒溫培養箱、水浴培養箱、分液裝置(德國生產的HIRSCHMA NN LABORGERA TE D-74246 分液裝置，用于培養液分裝，分裝范圍從0～60 ml，最小刻度為1 ml)、恒溫及磁力攪拌體系裝置、紗布和漏斗、玻璃培養管(100 ml注射器，從德國霍恩海姆大學進口特制玻璃針管，最小刻度均為1 ml)、分析天平(十萬分之一)。

緩沖液的制備:厭氧人工瘤胃緩沖液按Menke[7]方法配制。

1.4.3 培養管的準備和發酵底物的稱取

準確稱取分別采于青海省海西州粉碎玉米顆粒（1組）、青海省海西州煮熟玉米顆粒（2組）、青海省海西州蒸汽壓片玉米顆粒（3 組）（65 ℃烘干后，粉碎過40 目篩）粉碎樣0.2 g 左右，送入100 ml 玻璃注射器內，在注射器活塞前1/3 部位均勻涂抹適量醫用凡士林，早飼前用瘤胃管采集的混合瘤胃液，采集后盡快放入保溫瓶，迅速帶到實驗室；緩慢通入CO2，用4層紗布過濾到預熱的燒瓶中；量取過濾后的瘤胃液，按照與人工培養液1:2 的比例加到裝有培養液的燒瓶中，往培養液中持續通入CO2。用30 ml 經稀釋后的瘤胃液消化，放入39 ℃的水浴恒溫振蕩器中，記錄0、3、6、9、12、24、36、48 h的產氣量。每個樣品設計3個重復，同時設3個空白(人工瘤胃培養液)，用于產氣量的校正。

pH值用25型酸度計(上海第二分析儀器廠，甘汞電極)測定。

NH3-N參照馮宗慈等[8]的比色方法進行測定。

揮發性脂肪酸（VFA）用島津（AOC-20I，GC-2014，E）氣相色譜儀按內標法進行測定。

瘤胃干物質降解率(%)=(1-發酵后玉米樣品干物質質量/發酵前玉米樣品干物質質量)×100

1.5 數據的統計分析

試驗數據經初步整理后，采用Excel 2007進行數據的初步統計處理，利用SPSS19.0統計軟件進行單因素方差分析和顯著性檢驗進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同物理加工方式下玉米營養成分變化

表2 不同物理加工方式下玉米營養成分變化情況（以干物質為基礎）

從表2中，可以看出，與普通玉米（RC組）相比，蒸汽壓片玉米（SFC組）和熟化玉米（CC組）的Ca、ADF的含量沒有顯著差異（P＞0.05）。其他常規營養成分的含量差異顯著（P＜0.05）,蒸汽壓片玉米的Ash含量比普通玉米組低0.9%，CP含量比普通玉米組低8.5%，EE含量比普通玉米組低43.4%，P 含量比普通玉米組低36.4%，GE 含量比普通玉米組高8.0%。熟化玉米的Ash 含量比普通玉米組低27.3%，CP 含量比普通玉米組低5.4%，EE含量比普通玉米組低32.1%，P含量比普通玉米組低25.5%，GE含量比普通玉米組高3.9%。

2.2 不同物理加工方式下的玉米對產氣量、干物質消化率及瘤胃發酵參數的影響

2.2.1 產氣量和產氣速率

3種不同物理加工方式的玉米（蒸汽壓片玉米、熟化玉米和普通玉米）的發酵模式如表3和圖1所示，從表和圖中可見24 h 的普通破碎玉米的發酵速度為1.25 ml/h，熟化玉米為1.17 ml/h，蒸汽壓片玉米為1.27 ml/h，此時發酵速度為蒸汽壓片玉米＞普通破碎玉米＞熟化玉米。從表和圖中可見48 h的蒸汽壓片玉米和熟化玉米的發酵速度均為0.469 ml/h，高于普通破碎玉米的0.458 ml/h。但是蒸汽壓片玉米、熟化玉米和普通玉米顆粒的48 h 的總產氣量差異不顯著（P=0.081），但蒸汽壓片玉米的累計產氣量始終高于熟化玉米和普通破碎玉米。

表3 不同物理加工方式下的玉米瘤胃發酵參數變化情況

圖1 不同物理加工方式下玉米產氣量變化

2.2.2 干物質消化率（DMD）

如圖2 所示，本試驗測得3 種玉米（普通玉米顆粒、熟化玉米和蒸汽壓片玉米）24 h 瘤胃干物質消化率分別為67.73%、74.32%和76.97%，蒸汽壓片玉米和熟化玉米分別比普通玉米可以提高了9.24%和6.58%，處理間差異顯著（P=0.012），3 種玉米（普通玉米顆粒、熟化玉米和蒸汽壓片玉米）48 h 瘤胃干物質消化率分別為75.23%、77.34%和81.69%，蒸汽壓片玉米和熟化玉米比普通玉米顆粒分別提高了6.46%、2.11%，處理間差異顯著（P=0.019）。

圖2 不同物理加工方式下玉米干物質消化率變化

2.2.3 瘤胃發酵參數的影響

由表3可以看出在24 h和48 h的發酵后，不同處理的玉米對瘤胃發酵液的pH 值的影響差異不顯著（P=0.255、P=0.406）。24 h 和48 h 蒸汽壓片玉米組的NH3-N 濃度、乙丙酸比例、丁酸和異戊酸的摩爾比例顯著低于普通玉米組（P＜0.05），丙酸摩爾比例顯著高于普通玉米組（P＜0.05）。48 h 熟化玉米組的NH3-N濃度、乙丙酸比例、丁酸和異戊酸摩爾比例低于普通玉米組但不顯著（P＞0.05），丙酸摩爾比例顯著高于普通玉米組（P＜0.05）。

3 討論

3.1 不同物理加工方式下玉米營養成分變化情況

在本試驗中，與普通玉米相比，蒸汽壓片玉米和煮熟玉米的Ash 和P 含量顯著降低（P＜0.05），有可能是因為蒸汽處理和煮熟處理的過程中一部分的可溶性無機鹽（含P、K的無機物）溶解在水中從而導致了P和Ash 的損失。這與May 等[9]和Brown 等[10]的報道結果一致。但是在喬富強等[11-12]的研究中表明蒸汽壓片處理的玉米對Ca 和P 的含量差異不顯著。出現偏差的可能是由于不成比例取樣，表現出營養成分的差異。蒸汽壓片玉米和熟化玉米的CP含量均低于普通玉米，其原因可能是加工過程中造成了非蛋白氮的損失從而導致了蛋白質值的降低，這一結果與Crocker等[13]研究結果相同。

3.2 不同物理加工方式下玉米瘤胃發酵參數

3.2.1 產氣量和產氣速率

總產氣量是反映飼料可發酵程度及瘤胃微生物活性的重要指標[14]。本試驗結果表明，蒸汽壓片玉米、熟化玉米和普通玉米顆粒的48 h的總產氣量無差異（P=0.081），說明三種玉米的營養成分無差異。這與Depeters[15]，魏曼琳[3]和喬富強[11]研究結果一致。但是崔彥召[16]和馬星光等[17]分別對蒸汽壓片玉米和顆粒玉米的體外產氣量進行了測定，結果發現蒸汽壓片玉米的72 h產氣量顯著高于顆粒玉米，與本試驗結果不同，這種差異可能是由于發酵體系不同造成的。本試驗蒸汽壓片玉米、煮熟玉米的48 h發酵速度均大于普通玉米，原因是經過物理處理的玉米改變了玉米可消化性（淀粉）在瘤胃中更容易被吸收和利用，這與崔彥召[16]，魏曼琳[3]、馬星光等[17]和辛杭書等[18]的研究結果一致。但發酵速率明顯不同，可能是由于試驗動物不同導致。

3.2.2 干物質消化率

干物質降解率（DMD）的大小反映了飼料在發酵體系中被微生物降解的程度[19]。本試驗中蒸汽壓片處理極顯著提高了玉米24 h和48 h的瘤胃干物質降解率。這與Zinn[20-21]、Barajas等[22]、May等[9]、Theurer等[23]報道結果相同，本試驗的24 h蒸汽壓片干物質降解率為76.97%與魏曼琳[3]報道的24 h 蒸汽壓片干物質降解率75.7%相近，但與Theurer 等[23]報道的24 h 蒸汽壓片干物質降解率61.8%相差較大。有相關學者喬富強等[12]、齊智利等[24]、Joy 等[25]報道的蒸汽處理對玉米干物質降解率沒有影響，與本試驗結果不同。關于瘤胃干物質消化率指標的測定，差異比較大，結論不一，認為可以通過多測定幾個指標來矯正，如有機物降解率，蛋白質降解率。

3.2.3 瘤胃發酵參數的影響

瘤胃液pH值是一項反映瘤胃發酵水平的重要指標可以判斷反芻動物瘤胃是否酸中毒反映瘤胃微生物、代謝產物有機酸產生、吸收、排除及中和狀況。而揮發性脂肪酸和乳酸濃度是導致瘤胃液pH值變化的主要因素[26-27]。本試驗中，24、48 h的蒸汽壓片玉米組和熟化玉米組的pH 值與普通玉米組差異不顯著，且均在在有利于瘤胃微生物生長、發育及發酵的pH 值范圍(5.5～7.5)內[28]，說明蒸汽壓片玉米、熟化玉米干物質的降解率的提高對瘤胃酸度的影響較小，即造成酸中毒的幾率較小。

丙酸作為反芻動物體內內源葡萄糖合成的前體物質，發酵液中的丙酸摩爾比例增加、乙酸:丙酸比例的降低均有利于葡萄糖的合成和能量的沉淀，從而有利于提高反芻動物的日增重。本試驗中24、48 h的蒸汽壓片玉米組和熟化玉米組都可增加瘤胃發酵產物中丙酸摩爾比例，降低乙丙比例的含量。這與喬富強等[12]、王桂瑛等[29]研究結果一致，說明與飼喂熟化玉米和普通玉米相比，飼喂蒸汽壓片玉米處理的玉米更有利于肉牛的增重。

瘤胃中NH3-N 濃度是反映瘤胃氮代謝的重要指標，適宜的NH3-N 濃度有利于微生物的生長，能間接反映瘤胃微生物分解飼料粗蛋白質和利用蛋白質合成微生物菌體蛋白的平衡情況[30-31]。本試驗中24、48 h 的蒸汽壓片玉米組和熟化玉米組均降低氨態氮的含量。造成降低的原因可能是因為蒸汽壓片玉米組和熟化玉米組的蛋白質均低于普通玉米組，也可能是因為經過處理后的玉米發生了蛋白質結構的改變被微生物利用。Crocker 等[13]、馬星光等[17]、Plascencia等[32]也有類似的報道，結果也表明體外發酵過程中蒸汽壓片玉米組的氨氮濃度顯著低于顆粒玉米組。

4 結論

本試驗測定并分析不同物理加工方式下玉米(蒸汽壓片玉米、熟化玉米和普通玉米顆粒)的常規營養成分、干物質消化率及瘤胃發酵參數得出：①熟化和蒸汽壓片處理的玉米的常規營養成分與未經處理的玉米在灰分、磷差異極顯著(P＜0.01)，但48 h的總產氣量各組之間沒有差異，說明指標的差異沒有影響玉米中可被吸收和利用的營養成分。②24 h和48 h蒸汽壓片玉米組、熟化玉米組的NH3-N 濃度、乙丙酸比例低于對照組，這些指標的降低更有利于肉牛的增重。24、48 h瘤胃干物質消化率兩個處理組均比對照組高，且蒸汽壓片玉米組的消化率比熟化玉米組更高，說明經過處理的玉米比未經處理的玉米更有利于消化和吸收，且經過蒸汽壓片處理的玉米效果更佳。

綜合各項指標得出，玉米經過蒸汽壓片處理后，能提高其在反芻動物瘤胃中的降解率，有利于機體增重，在牦牛飼養中更具有應用潛力。