史浩亭，王加啟，卜登攀，潘龍，李發(fā)弟

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州　730070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，

動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100193)

蘇子油對(duì)瘤胃體外發(fā)酵模式、脂肪酸組成及甲烷生成的影響

史浩亭1，2，王加啟1，2，卜登攀2，潘龍2，李發(fā)弟1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，

動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193)

摘要：為探討蘇子油對(duì)瘤胃體外發(fā)酵的影響,采用人工瘤胃技術(shù)分析不同添加水平的蘇子油對(duì)瘤胃發(fā)酵模式、發(fā)酵參數(shù)和瘤胃脂肪酸代謝的影響.結(jié)果表明：添加不同劑量蘇子油對(duì)發(fā)酵液pH值和氨氮(NH3-N)含量無(wú)顯著影響(P>0.05)；與對(duì)照相比較，隨著蘇子油添加量的增加干物質(zhì)降解率、中性洗滌纖維降解率、酸性洗滌纖維降解率、發(fā)酵底物單位產(chǎn)氣量顯著降低(P<0.05)，甲烷產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)(P>0.05)；對(duì)TVFA無(wú)顯著影響(P>0.05)，丙酸含量顯著增加(P<0.05)，乙酸含量和乙酸丙酸比例顯著降低(P<0.05)；C18：1、c9，t11-CLA和總的長(zhǎng)鏈脂肪酸濃度均明顯升高(P<0.01).表明在糧中添加一定量的蘇子油,可改變瘤胃發(fā)酵類型、降低甲烷產(chǎn)量、調(diào)節(jié)瘤胃液脂肪酸組成.

關(guān)鍵詞：蘇子油；人工瘤胃裝置；CH4產(chǎn)量；氫化

第一作者：史浩亭(1987- )，男，碩士研究生，從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與牛奶質(zhì)量改良研究.E-mail：sht444@126.com

卜登攀，男，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝與調(diào)控、牛奶品質(zhì)改善和瘤胃微生態(tài)研究與應(yīng)用方面的研究.E-mail:burdenpan@gmail.com

Effects of perilla seed oil supplements on rumen fermentation

parameters,fatty acid composition and methane

production by a rumen-simulation technique

SHI Hao-ting1,2,WANG Jia-qi1,2,BU Deng-pan2,PAN Long2,LI Fa-di1

(1.College of Animal Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;

2.State Key Laboratory of Animal Nutrition,Institute of Animal Science,Chinese

Academy of Agricultural Science,Beijing 100193,China)

Abstract：In order to investigate the effects of perilla oil on rumen fermentation in vitro,we analyzed the change trend of rumen fermentation model,parameters and fatty acid metabolism in different levels of perilla oil based on artificial rumen fermentation.The results indicated that different doses of perilla oil had no significant effect on the pH and ammonia (NH3-N) content of fermentation broth (P>0.05).Compared with control,the degradation rate of dry matter,neutral detergent fiber,acid detergent fiber and gas production of fermentable substrates significantly decreased with perilla oil dose increase (P<0.05).Meanwhile,the content of propionic acid,acetic acid and acetate propionate proportion significantly decreased (P<0.05) while the effect of perilla oil on TVFA was insignificant (P>0.05).Methane production treated by different doses of perilla oil had a downside(P>0.05)while the concentration of C18∶1,c9,t11-CLA and total long chain fatty acids significantly increased (P<0.01).It is suggested that adding an appropriate dose of perilla soil in diet could change rumen fermentation type,reduce methane production and regulate the fatty acid composition of rumen fluid.

Key words：perilla seed oil；artificial rumen device;methane production;biohydrogenation

在反芻動(dòng)物瘤胃“宿主-微生物”共生體系中，微生物發(fā)酵伴隨著能量和氮的損失且釋出大量的甲烷造成環(huán)境污染[1].研究表明,通過(guò)日糧、化學(xué)物質(zhì)、生物學(xué)方法以及植物提取物等可調(diào)控瘤胃微生物發(fā)酵[2]，而提高瘤胃發(fā)酵效率、降低甲烷排放、提高動(dòng)物生產(chǎn)性能.但一些化學(xué)制劑在動(dòng)物組織和畜產(chǎn)品中的殘留量對(duì)人體健康產(chǎn)生危害[3]，因此開(kāi)發(fā)天然的瘤胃調(diào)控劑具有重要的意義.

從自然界植物果實(shí)、種子、胚芽等中提取的含有不飽和脂肪酸的植物油具有調(diào)控反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵、改善其產(chǎn)品中的脂肪酸組成和有抑制甲烷的效果[4]，且能調(diào)控瘤胃脂肪酸的代謝，受到人們廣泛關(guān)注，但添加大量植物油往往會(huì)影響瘤胃本身的消化代謝[5].紫蘇油是紫蘇籽粒經(jīng)預(yù)處理并通過(guò)特定方法提取得到的可食用油[6].研究表明，紫蘇油中含豐富的油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸，其中α-亞麻酸含量可達(dá)50%以上[7]，是目前發(fā)現(xiàn)含α-亞麻酸最高的植物油[8]，其通過(guò)瘤胃微生物氫化過(guò)程產(chǎn)生的中間產(chǎn)物可為反芻動(dòng)物合成CLA提供底物.本試驗(yàn)擬研究添加不同水平的蘇子油對(duì)體外瘤胃發(fā)酵、甲烷產(chǎn)量以及脂肪酸組成的影響,以期為豐富和發(fā)展天然反芻動(dòng)物瘤胃調(diào)控劑提供依據(jù).

1材料與方法

1.1供體動(dòng)物及瘤胃液的采集

在北京中地種畜有限公司試驗(yàn)基地選取3頭健康且裝有永久性瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛(體質(zhì)量=(558±10)kg， 泌乳日齡=(136±37)d，胎次3)作為瘤胃液供體牛.奶牛每天飼喂3次(7∶00，13∶00和19∶00)，自由飲水.在晨飼2 h后通過(guò)瘤胃瘺管采集瘤胃內(nèi)容物并裝入保溫瓶迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，用4層紗布過(guò)濾(過(guò)濾同時(shí)通入CO2)，整個(gè)操作在盡量短的時(shí)間內(nèi)于39 ℃水浴中完成.

1.2蘇子油和飼料樣品制備

發(fā)酵所用飼料與供體動(dòng)物所飼喂的飼料一致，飼料原料粉碎并過(guò)2 mm篩，按配方制成顆粒料，風(fēng)干后備用，飼料組成及營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表1.蘇子油來(lái)自于甘肅省天水地區(qū)的紫蘇通過(guò)傳統(tǒng)的壓榨工藝榨取獲得，主要成份見(jiàn)表2.

表1　日糧組成和營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

①每kg預(yù)混料(DM)含有VA 2 000 000 IU、VD 600 000 IU、VE 10 800 mg、Fe 5 500 mg、Cu 4 080 mg、Mn 4 989 mg、Zn 17 500 mg、I 180 mg、Se 110 mg和Co 8 805 mg.②NEL為計(jì)算值，其他為實(shí)測(cè)值.

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，以0%添加為對(duì)照，蘇子油的添加量為飼料干物質(zhì)含量的1%、2%、3%和4%.試驗(yàn)期8 d(前5 d的適應(yīng)期，后3 d采樣期)，試驗(yàn)重復(fù)3次.

1.4體外發(fā)酵

人工瘤胃裝置使用中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究室研制的“固液氣分流式瘤胃模擬系統(tǒng)”[9].試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)每個(gè)發(fā)酵罐(有效體積1 L)中加入20 gTMR、500 mL新鮮瘤胃液和500 mL人工唾液進(jìn)行發(fā)酵，人工唾液采用Dougall等[10]設(shè)計(jì)的配方配制且每升加入0.4 g尿素，以模仿瘤胃氮循環(huán)[11].試驗(yàn)時(shí)裝置運(yùn)行參數(shù)為：水浴溫度39 ℃;攪拌轉(zhuǎn)速15 r/min;液體稀釋率8%/h[12];固體稀釋率4% /h.每天早、晚九點(diǎn)定時(shí)每個(gè)發(fā)酵罐排出100 mL食糜，加入20 g TMR(補(bǔ)料)和100 mL人工唾液，同時(shí)加入相應(yīng)添加水平的蘇子油.

1.5樣品采集

每天(整個(gè)試驗(yàn)期)補(bǔ)料前從發(fā)酵罐底部的排固口和溢流液中收集消化后過(guò)篩網(wǎng)的食糜于尼龍袋中，通過(guò)清洗烘干用于食糜的干物質(zhì)(DM)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的測(cè)定.裝置內(nèi)瘤胃微生物發(fā)酵在補(bǔ)料3 h后基本處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，因此，在采樣期(第6～8天)的每天9∶00補(bǔ)料后3 h時(shí)采集10 mL發(fā)酵液用于VFA、脂肪酸濃度的測(cè)定，在3、6、9、12 h均采集發(fā)酵液4 mL用于NH3-N濃度、pH的測(cè)定，以研究瘤胃微生物對(duì)不同劑量蘇子油的適應(yīng)情況.采樣期每個(gè)發(fā)酵罐外接1個(gè)氣袋收集9∶00補(bǔ)料后12 h內(nèi)發(fā)酵所產(chǎn)生的氣體，用于CH4體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定.

1.6樣本分析

發(fā)酵液pH通過(guò)取樣用pH計(jì)(Sartorius,PB-10)測(cè)定,揮發(fā)性脂肪酸、脂肪酸濃度和氣體中CH4體積分?jǐn)?shù)在前處理后用氣相色譜( Agilent-6890 NGC system，Agilent，America)測(cè)定[13].用靛酚比色法測(cè)定發(fā)酵液中NH3-N濃度[14].NDF和ADF含量按照Van Soest等[15]的方法測(cè)定.DM含量參照GB 6435-86測(cè)定.

1.7數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)用Excel 2010進(jìn)行初步整理后，采用SAS 9.1中ANOVA模型進(jìn)行方差分析，并采用Ducan氏法進(jìn)行多重比較.

2結(jié)果與分析

2.1蘇子油添加水平對(duì)瘤胃微生物發(fā)酵參數(shù)的影響

從表3可知，添加蘇子油后未對(duì)各組發(fā)酵液pH值、 NH3-N濃度產(chǎn)生顯著影響(P>0.05).隨著添加劑量的升高干物質(zhì)體外降解率(IVDMD)、中性洗滌纖維降解率(DNDF)、酸性洗滌纖維降解率(DADF)和飼料的單位產(chǎn)氣量均顯著降低(P<0.05).甲烷含量隨著添加劑量的增加呈下降趨勢(shì)，最大劑量與對(duì)照組比較甲烷含量降低了24%.

表3　蘇子油添加水平對(duì)瘤胃微生物發(fā)酵參數(shù)的影響

同列肩標(biāo)不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，相同或無(wú)字母表示差異不顯著(P>0.05).

2.2蘇子油添加水平對(duì)VFA濃度的影響

由表4可知，添加不同水平的蘇子油對(duì)未發(fā)酵液中總VFA、丁酸、戊酸和支鏈揮發(fā)性脂肪酸濃度產(chǎn)生顯著影響(P>0.05).與對(duì)照組相比，隨著添加劑量的增加，乙酸和乙酸/丙酸值呈下降趨勢(shì)，丙酸呈升高趨勢(shì)；添加2%蘇子油對(duì)乙酸濃度及乙酸/丙酸有顯著影響(P<0.01)乙酸；添加3%和4%的蘇子油對(duì)乙酸、丙酸、乙酸/丙酸值的影響結(jié)果保持一致，之間比較無(wú)顯著變化(P>0.05).

表4　蘇子油添加水平對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的影響

同列肩標(biāo)不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，相同或無(wú)字母表示差異不顯著(P>0.05).

2.3蘇子油添加水平對(duì)脂肪酸濃度的影響

由表5可知，添加蘇子油未對(duì)C8∶0-C18∶0等脂肪酸產(chǎn)生顯著影響(P>0.05)，隨著添加劑量的增加,油酸、亞油酸和亞麻酸含量呈上升趨勢(shì)，其中.與對(duì)照相比，在3%添加水平時(shí)總脂肪酸含量、不飽和脂肪酸含量，多不飽和脂肪酸影響效果顯著(P<0.05).

表5　蘇子油添加水平對(duì)瘤胃液中脂肪酸的影響

同列肩標(biāo)不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，相同或無(wú)字母表示差異不顯著(P>0.05).

3討論與結(jié)論

3.1蘇子油不同添加水平對(duì)瘤胃微生物發(fā)酵參數(shù)的影響

瘤胃液pH是綜合反映瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要指標(biāo)，可以反映瘤胃內(nèi)部的環(huán)境狀況及飼料在瘤胃內(nèi)的發(fā)酵程度和模式[16]，本試驗(yàn)中添加蘇子油未對(duì)發(fā)酵液pH產(chǎn)生顯著影響(P=0.66).瘤胃中NH3-N能間接反映瘤胃微生物分解飼料粗蛋白產(chǎn)生NH3-N和利用NH3-N合成微生物菌體蛋白的平衡情況，符合其生長(zhǎng)的最適NH3-N濃度范圍5～28 mg/dL[17]，本研究NH3-N濃度在適宜范圍內(nèi)且添加蘇子油未對(duì)其含量有顯著影響.添加植物油可提高日糧能量濃度，但過(guò)量時(shí)會(huì)影響日糧的消化，本試驗(yàn)中干物質(zhì)降解率、中性、酸性洗滌纖維降解率都隨著添加劑量的提高而降低，說(shuō)明添加蘇子在一定量時(shí)可抑制飼料的發(fā)酵，使其降解率下降.添加蘇子油也抑制了甲烷的產(chǎn)量和單位干物質(zhì)的產(chǎn)氣量其主要作用途徑是調(diào)控不飽和脂肪酸的氫化作用，使瘤胃內(nèi)丙酸產(chǎn)量增加，并抑制瘤胃微生物生長(zhǎng).

3.2蘇子油不同添加水平對(duì)VFA濃度的影響

VFA是碳水化合物在瘤胃中發(fā)酵的主要產(chǎn)物，可提供反芻動(dòng)物總能量需要量的70%～80%，其含量及組成比例是反映瘤胃消化代謝活動(dòng)的重要指標(biāo).乙酸、丙酸、丁酸是VFA的主要成分其濃度受到反芻動(dòng)物采食水平、日糧組成以及pH等因素的影響.本試驗(yàn)中發(fā)酵底物是相同的，添加蘇子油對(duì)總VFA濃度未產(chǎn)生顯著影響，但對(duì)乙酸和丙酸濃度影響顯著，降低了乙丙酸比值，使發(fā)酵模式傾向于丙酸型，與報(bào)道中添加其他不飽和脂肪酸植物油影響瘤胃發(fā)酵模式的結(jié)果基本一致[18-19].可能原因是隨著添加蘇子油量的增加，抑制了瘤胃發(fā)酵和纖維素的降解，改變了微生物活動(dòng)或微生物酶活性造成的.

3.3蘇子油不同添加水平對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪酸的影響

日糧中不飽和脂肪酸進(jìn)入瘤胃后可被微生物分解、氫化(biohydrogenation),最終生成硬脂酸(C18∶0)[20],氫化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種中間產(chǎn)物如C18∶1和CLA等異構(gòu)體[21]，其中trans11-C18∶1加氫生成C18∶0是生物氫化過(guò)程的限速步驟[22].研究發(fā)現(xiàn)增加飼糧亞油酸和(或)亞麻酸的水平，可抑制trans11C18∶1進(jìn)一步氫化成C18∶0，能提高乳脂cis-9,trans11CLA的含量[23].驗(yàn)結(jié)果表明，隨著蘇子油量增加，C18∶0的含量呈上高趨勢(shì)，蘇子油的添加水平在3%時(shí)，C18∶1和c9,t11-CLA的含量顯著增加，C18∶2和C18∶3的含量也顯著增加.而在各種酸的增加幅度上,以c9-C18∶1和t11-C18∶1最為明顯,在一定程度上說(shuō)明通過(guò)添加蘇子油增加C18∶1的含量可進(jìn)一步提高組織中CLA量.

本試驗(yàn)結(jié)果也表明，日糧添加3%蘇子油使發(fā)酵液中脂肪酸總量(TFA)增加的同時(shí),不飽和脂肪酸(UFA)含量也顯著升高,其中單不飽和脂肪酸(MUFA)相對(duì)于對(duì)照組增加了23.6%.而蘇子油中90%以上為不飽和脂肪酸,說(shuō)明蘇子油對(duì)瘤胃脂質(zhì)的生物氫化模式有一定影響.

本試驗(yàn)添加不同水平的蘇子油對(duì)瘤胃發(fā)酵參數(shù)、脂肪酸代謝產(chǎn)生了影響，隨添加水平的提高，產(chǎn)氣量及甲烷產(chǎn)量逐漸降低；瘤胃液pH值逐漸升高；干物質(zhì)降解率，纖維降解率逐漸降低；乙酸摩爾濃度降低，丙酸摩爾濃度呈上升趨勢(shì)，乙酸丙酸比下降，從以上幾個(gè)指標(biāo)得出，不同添加水平蘇子油對(duì)瘤胃代謝影響程度，添加水平越大，對(duì)抑制產(chǎn)氣及甲烷產(chǎn)量有積極作用，但同時(shí)對(duì)纖維降解有不利的影響，對(duì)發(fā)酵類型也有顯著影響.綜合各項(xiàng)指標(biāo)，本次體外試驗(yàn)中，蘇子油的最適添加量為3%.

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(責(zé)任編輯李辛)

收稿日期：2014-04-17；修回日期：2014-04-25

基金項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目(XDA01010301)；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(ASTIP-IAS07)；“十二五”科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD43B01-2).

通信作者：王加啟，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與牛奶質(zhì)量安全研究.E-mail:wang-jia-qi@263.net

中圖分類號(hào)：S 816.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-4315(2015)02-0023-06