朱麗媛，盧慶萍，夏冰，劉正群，孫永波，張宏福

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體外法研究纖維日糧的發(fā)酵特性及對(duì)豬氮排放相關(guān)指標(biāo)的影響

朱麗媛，盧慶萍，夏冰，劉正群，孫永波，張宏福

（中國農(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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

【】利用體外法探討并比較不同纖維日糧的發(fā)酵特性及對(duì)豬氮排放相關(guān)指標(biāo)的影響，為生豬生產(chǎn)中合理應(yīng)用日糧纖維及減少氮排放的日糧配制提供試驗(yàn)依據(jù)?！尽窟x擇小麥、麥麩與燕麥麩3種原料，采用酶-重量法（AOAC Method 985.29）提取原料中的總?cè)占Z纖維組分，得到小麥纖維、麥麩纖維與燕麥麩纖維。以玉米-豆粕為基礎(chǔ)，分別添加5%的提取纖維，形成3種纖維日糧：小麥纖維日糧（WF）、麥麩纖維日糧（WBF）與燕麥麩纖維日糧（OBF）。利用單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)（SDS-Ⅱ）模擬豬胃-小腸消化；采集6頭健康、體重接近的生長(zhǎng)豬的新鮮糞便，混合均勻后與培養(yǎng)液按一定比例配制接種液，定量裝入發(fā)酵瓶中模擬大腸發(fā)酵。日糧經(jīng)胃-小腸仿生消化后，稱取200 mg的消化產(chǎn)物于裝有30 mL接種液的發(fā)酵瓶中，轉(zhuǎn)入（39±0.25）℃培養(yǎng)箱中，分別在發(fā)酵4、12、24、36、48和72 h，取出對(duì)應(yīng)發(fā)酵瓶，收集發(fā)酵殘?jiān)c發(fā)酵液，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)?！尽吭隗w外大腸發(fā)酵階段，不同纖維日糧組的干物質(zhì)降解率（IVDMD）及發(fā)酵液短鏈脂肪酸（SCFA）含量、pH、氨氮（NH3-N）濃度、微生物蛋白（MCP）產(chǎn)量有顯著差異（＜0.05）：(1)在發(fā)酵4與12 h，OBF組的IVDMD在3組中最高（0.01），其他時(shí)間點(diǎn)3組差異不顯著（0.05）。在4 h，OBF組的IVDMD比WF組與WBF組分別高18.32%、15.21%（＜0.01）；在12 h，比WF組與WBF組分別高14.87%、10.06%（＜0.01）。(2)在發(fā)酵24與36 h，OBF組發(fā)酵液總SCFA含量顯著高于其他兩組（＜0.05），在72 h，OBF組與WBF組極顯著高于WF組（＜0.01），在4與12 h，OBF組有高于其他兩組的趨勢(shì)（=0.0599；=0.0504）。在24 h，OBF組發(fā)酵液總SCFA含量比WF組與WBF組分別高27.32%、17.11%（＜0.05）；在36 h，比WF組與WBF組分別高16.65%、25.96%（＜0.05）。(3)在發(fā)酵4與12 h，OBF組發(fā)酵液pH在3組中最低（＜0.01）；在24、36與72 h，OBF組與WBF組顯著低于WF組（＜0.05）。(4)在發(fā)酵24與48 h，OBF組發(fā)酵液NH3-N濃度顯著低于其他兩組（＜0.05），并在12 h，有低于其他兩組的趨勢(shì)（=0.0559）。在24 h，OBF組發(fā)酵液NH3-N濃度比WF組與WBF組分別低6.86%、4.59%（＜0.05）；在48 h，比WF組與WBF組分別低8.44%、7.09%（＜0.05）。(5)在發(fā)酵4 h，OBF組發(fā)酵液MCP產(chǎn)量顯著高于其他兩組（＜0.05），并分別在12、24 h與36、48 h，顯著高于WF組與WBF組（＜0.05）。在4 h，OBF組發(fā)酵液MCP產(chǎn)量比WF組與WBF組分別高69.85%、82.25%（＜0.05）?！尽矿w外條件下，燕麥麩纖維顯著提高了日糧在發(fā)酵階段的干物質(zhì)降解率、發(fā)酵液總短鏈脂肪酸含量與微生物蛋白產(chǎn)量，并顯著降低了發(fā)酵液pH與氨氮濃度。因此，相比小麥纖維與麥麩纖維，燕麥麩纖維在促進(jìn)微生物發(fā)酵及氮減排方面具有更高的潛力。

日糧纖維；生長(zhǎng)豬；體外發(fā)酵；發(fā)酵特性；氮排放相關(guān)指標(biāo)

0 引言

【研究意義】養(yǎng)豬業(yè)帶來的氮污染對(duì)環(huán)境、人畜健康及生產(chǎn)的危害逐漸受到廣泛重視[1-2]。因尿氮比糞氮易分解釋放氨氣，所以研究氮減排的重心便集中在減少尿氮排放或者將尿氮轉(zhuǎn)至糞便中[3]。大量體內(nèi)研究已證實(shí)[4-6]，豬日糧中添加日糧纖維（dietary fiber, DF）可以促進(jìn)尿氮向糞氮的轉(zhuǎn)移，DF在后腸內(nèi)經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid, SCFA）為微生物供能，促進(jìn)其生長(zhǎng)，導(dǎo)致微生物對(duì)氨的需要量增多，尿素合成減少，而微生物蛋白（microbial protein, MCP）合成增加，并隨糞便排出。但不同來源的纖維因自身理化性質(zhì)的迥異，對(duì)宿主腸道微生物的刺激具有選擇性，在微生物的作用下有不同的發(fā)酵模式，對(duì)氮排放的影響也必然存在差異[7]。隨著纖維型飼料原料越來越被重視，在養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，如何選擇DF來源、充分利用其發(fā)酵性能成為一個(gè)關(guān)鍵問題，既在緩解飼料資源短缺、降低生產(chǎn)成本的同時(shí)還能有效實(shí)現(xiàn)氮減排?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】在豬營(yíng)養(yǎng)相關(guān)研究中，體外法（）因其快速、省力、易于標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)受到關(guān)注。目前普遍使用的體外胃-小腸-大腸三步法因在大腸階段未引入微生物發(fā)酵、不能發(fā)揮DF的發(fā)酵性能，而具有一定的局限性[8-10]。近幾年國外學(xué)者將豬的新鮮糞便作為微生物來源，引入纖維日糧體外發(fā)酵研究中，實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸微生物環(huán)境較大程度的模擬[11-12]，但當(dāng)前在國內(nèi)研究中的應(yīng)用仍然較少。纖維型飼料原料的化學(xué)組成復(fù)雜，DF在宿主腸道內(nèi)的發(fā)酵情況受其他組分的綜合影響[13]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】為了去除其他組分的干擾，客觀地反應(yīng)DF組分的發(fā)酵特性，本研究選擇小麥、麥麩與燕麥麩3種生產(chǎn)中常用的飼料原料，提取原料的總?cè)占Z纖維（total dietary fiber，TDF），分別配制成生長(zhǎng)豬日糧，并利用單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)（SDS-Ⅱ）對(duì)日糧進(jìn)行豬胃-小腸模擬消化，之后對(duì)消化產(chǎn)物進(jìn)行體外微生物發(fā)酵?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以探討并比較不同纖維日糧的發(fā)酵特性及對(duì)氮排放相關(guān)指標(biāo)的影響，為生豬生產(chǎn)中合理應(yīng)用DF及減少氮排放的日糧配制提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2016年1—6月在中國農(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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)日糧

選擇小麥、麥麩與燕麥麩3種飼料原料，參照Prosky（AOAC Method 985.29）[14]酶-重量法去除蛋白與淀粉，提取原料的TDF，并對(duì)提取纖維的纖維含量進(jìn)行測(cè)定，見表1。

表1 3種原料提取纖維的纖維含量

以玉米和豆粕為基礎(chǔ)，分別添加5%的提取纖維（小麥纖維、麥麩纖維與燕麥麩纖維），形成3種日糧：小麥纖維日糧、麥麩纖維日糧與燕麥麩纖維日糧。日糧滿足NRC（2012）20—50 kg生長(zhǎng)豬營(yíng)養(yǎng)需要量，其組成及營(yíng)養(yǎng)水平如表2所示。

1.3 體外胃-小腸消化

體外條件下對(duì)各日糧進(jìn)行豬的胃-小腸模擬消化。利用動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)（SDS-Ⅱ）完成，具體操作規(guī)程參見《單胃動(dòng)物仿生消化系統(tǒng)操作手冊(cè)（第二版）》[15]，收集消化產(chǎn)物（即為發(fā)酵底物）備用。

1.4 體外發(fā)酵

1.4.1 發(fā)酵培養(yǎng)液 參照MENKE等方法配制[16]，現(xiàn)用現(xiàn)配。培養(yǎng)液由蒸餾水、溶液A、溶液B、溶液C、刃天青溶液和還原劑溶液組成，具體組成見表3。在400 mL蒸餾水中加入0.1 mL溶液A、200 mL溶液B、200 mL溶液C和1 mL刃天青溶液（指示培養(yǎng)液厭氧狀況，有氧時(shí)呈紅色，厭氧時(shí)呈無色），通無氧CO2飽和后置于（39±0.25）℃恒溫水浴鍋中，在與糞便混合前1 h加入40 mL還原劑溶液，混勻并持續(xù)通入CO2。

1.4.2 發(fā)酵菌源 選擇6頭健康、體重接近（BW，（37.2±4.6）kg）杜×長(zhǎng)×大三元雜交閹公豬（動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室昌平試驗(yàn)基地）作為糞便供體動(dòng)物。收集每頭豬的新鮮糞便，直接保存于100 mL的塑料注射器中，推動(dòng)活塞驅(qū)趕空氣，放置于水?。?9±0.25）℃的保溫瓶中，立即帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.4.3 接種液 將收集的糞便混勻，取28.5 g與預(yù)熱至（39±0.25）℃的培養(yǎng)液210 mL充分混合（機(jī)械攪拌60 s）后，經(jīng)4層紗布過濾，取濾液密封于適宜體積的玻璃瓶中，持續(xù)攪拌，并通入CO2使其保持在厭氧環(huán)境中。所有操作均于（39±0.25）℃恒溫水浴鍋中進(jìn)行，盡量在最短時(shí)間內(nèi)完成。

1.4.4 體外發(fā)酵設(shè)計(jì) 稱取經(jīng)胃和小腸消化后的殘?jiān)?00 mg，分裝于100 mL的玻璃發(fā)酵瓶中，加入30 mL接種液，持續(xù)沖入CO25 s后，立即蓋上瓶塞，轉(zhuǎn)入已預(yù)熱至（39±0.25）℃的恒溫培養(yǎng)箱中（SPX-250 B-2，上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）培養(yǎng)，在發(fā)酵4、12、24、36、48和72 h后（各時(shí)間點(diǎn)設(shè)6個(gè)重復(fù)，另設(shè)3個(gè)空白用于校正數(shù)據(jù)），取出對(duì)應(yīng)發(fā)酵瓶，收集發(fā)酵殘?jiān)桶l(fā)酵液，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)。

1.5 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.5.1 常規(guī)成分 日糧的干物質(zhì)、能量、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、中性洗滌纖維及粗灰分含量按照《常規(guī)飼料分析與檢測(cè)技術(shù)》[17]方法測(cè)定。

1.5.2 纖維含量 采用PROSKY（AOAC Method 985.29）[14]酶-重量法測(cè)定日糧及提取纖維的可溶性日糧纖維（soluble dietary fiber，SDF）、不溶性日糧纖維（insoluble dietary fiber，IDF）及總?cè)占Z纖維（total dietary fiber，TDF）含量。

表2 試驗(yàn)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平（風(fēng)干基礎(chǔ)，%）

1)預(yù)混料為每千克日糧提供：維生素A，8 250 IU；維生素B1，1 mg；維生素B2，5 mg；維生素B5，40 mg；維生素B6，2 mg；維生素B12，0.025 mg；維生素D3，825 IU；維生素E，40 IU；維生素K3，4 mg,；生物素，0.20 mg；葉酸，2.0 mg；D-泛酸，15 mg；煙酸，35 mg；銅，50 mg；鐵，80 mg；錳，25 mg；鋅，100 mg；碘，0.50 mg；硒，0.15 mg。2)營(yíng)養(yǎng)水平中除消化能為計(jì)算值外，其他均為實(shí)測(cè)值。

1)The premix provided the following per kg of diets：vitamin A, 8 250 IU; vitamin B1, 1 mg; vitamin B2,5 mg; vitamin B5, 40 mg; vitamin B6, 2 mg; vitamin B12, 0.025 mg; vitamin D3, 825 IU; vitamin E, 40 IU; vitamin K3,4 mg; biotin, 0.20 mg; folic acid, 2.0 mg; D-pantothenic acid, 15 mg; nicotinic acid, 35 mg; copper, 50 mg; iron, 80 mg; manganese, 25 mg; zinc, 100 mg; iodine, 0.50 mg; selenium, 0.15 mg.2)Nutrient levels are measured values, but the digestibility energy is calculated value

1.5.3 體外發(fā)酵階段干物質(zhì)降解率 （dry matter degradability during thefermentation，IVDMD）

IVDMD（%）=（日糧干物質(zhì)重-發(fā)酵后殘?jiān)晌镔|(zhì)重）／日糧干物質(zhì)重×100。

1.5.4 發(fā)酵液短鏈脂肪酸含量、pH及氨氮濃度 發(fā)酵液短鏈脂肪酸含量采用氣相色譜法[18]（Agilent 7890B氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司）測(cè)定。

發(fā)酵結(jié)束后，立即使用pH酸度計(jì)（Sartorius PB-10）測(cè)定發(fā)酵液pH。

使用納氏比色法（CM-02N臺(tái)式氨氮水質(zhì)測(cè)定儀，北京雙暉京承電子產(chǎn)品有限公司）測(cè)定發(fā)酵液氨氮（NH3-N）濃度。

1.5.5 發(fā)酵液微生物蛋白濃度及產(chǎn)量 采用嘌呤法[19]測(cè)定發(fā)酵液微生物蛋白濃度。

表3 培養(yǎng)液組成

微生物蛋白產(chǎn)量（mg）=微生物蛋白濃度（mg·mL-1）×發(fā)酵液體積（mL）

1.6 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)單因子完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，以SAS 9.2 MEANS模塊對(duì)基本統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行分析，GLM模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，均值通過Tukey法進(jìn)行多重比較，＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 日糧纖維對(duì)體外發(fā)酵階段干物質(zhì)降解率的影響

不同底物在體外發(fā)酵階段的干物質(zhì)降解率如表4所示。在發(fā)酵4與12 h，OBF組的IVDMD極顯著高于其他兩組（＜0.01），其他時(shí)間點(diǎn)3組差異不顯著。在4 h，OBF組的IVDMD比WF組與WBF組分別高18.32%、15.21%（＜0.01）；在12 h，比WF組與WBF組分別高14.87%、10.06%（＜0.01）。

表4 日糧纖維對(duì)體外發(fā)酵階段干物質(zhì)降解率的影響

同行數(shù)據(jù)標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05），相同字母或無字母表示差異不顯著（＞0.05）。下表同

In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (＜0.05) , and values with the same or no letter superscripts mean no significant difference (＞0.05). The same as below

不同底物的IVDMD隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況如圖1所示。各組底物的IVDMD在發(fā)酵4—24 h隨發(fā)酵時(shí)間增加而極顯著增加（＜0.01），之后便緩慢增加，但差異不顯著（＞0.05）。

2.2 日糧纖維對(duì)體外發(fā)酵總短鏈脂肪酸含量的影響

不同纖維日糧體外發(fā)酵總短鏈脂肪酸含量有顯著差異（＜0.05，表5）。在發(fā)酵24 h與36 h，OBF組發(fā)酵液總SCFA含量顯著高于其他兩組（＜0.05），在72 h，OBF組與WBF組極顯著高于WF組（＜0.01），在4與12 h，OBF組有高于其他兩組的趨勢(shì)（=0.0599；=0.0504）。在24 h，OBF組發(fā)酵液總SCFA含量比WF組與WBF組分別高27.32%、17.11%（＜0.05）；在36 h，比WF組與WBF組分別高16.65%、25.96%（＜0.05）。

不同纖維日糧體外發(fā)酵總SCFA含量隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況如圖2所示。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，各組發(fā)酵液總SCFA含量表現(xiàn)為先升高后降低（＜0.01），并在發(fā)酵48 h達(dá)到最大。

圖1 體外發(fā)酵階段干物質(zhì)降解率隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況

圖2 發(fā)酵液總短鏈脂肪酸含量隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況

表5 日糧纖維對(duì)發(fā)酵液總短鏈脂肪酸含量的影響

2.3 日糧纖維對(duì)體外發(fā)酵pH的影響

不同纖維日糧體外發(fā)酵pH有顯著差異（＜0.05，表6）。在發(fā)酵4 h與12 h，OBF組發(fā)酵液pH極顯著低于其他兩組（＜0.01）；在24、36與72 h，OBF組與WBF組顯著低于WF組（＜0.05）。

不同纖維日糧體外發(fā)酵pH隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況如圖3所示。在發(fā)酵4—36 h，隨發(fā)酵時(shí)間的增加各組發(fā)酵液pH極顯著降低（＜0.01），之后便維持平穩(wěn)（＞0.05）。不同時(shí)間點(diǎn)各組發(fā)酵液pH介于6.79—6.96之間。

表6 日糧纖維對(duì)發(fā)酵液pH的影響

圖3 發(fā)酵液pH隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況

2.4 日糧纖維對(duì)體外發(fā)酵氨氮濃度的影響

不同纖維日糧體外發(fā)酵氨氮濃度有極顯著差異（＜0.01表7）。在發(fā)酵24與48 h，OBF組發(fā)酵液NH3-N濃度顯著低于其他兩組（＜0.05），并在12 h，有低于其他兩組的趨勢(shì)（=0.0559）。在24 h，OBF組發(fā)酵液NH3-N濃度比WF組與WBF組分別低6.86%、4.59%（＜0.05）；在48 h，比WF組與WBF組分別低8.44%、7.09%（＜0.05）。

不同纖維日糧體外發(fā)酵NH3-N濃度隨時(shí)間的變化情況如圖4所示。隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，各組發(fā)酵液NH3-N濃度基本呈現(xiàn)出相同的變化，即先上升后降低再升高（＜0.01），并在發(fā)酵72 h達(dá)到最高。

圖4 發(fā)酵液氨氮濃度隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況

表7 日糧纖維對(duì)發(fā)酵液氨氮濃度的影響

2.5 日糧纖維對(duì)體外發(fā)酵微生物蛋白產(chǎn)量的影響

不同纖維日糧體外發(fā)酵微生物蛋白產(chǎn)量有顯著差異（＜0.05，表8）。在發(fā)酵4 h，OBF組發(fā)酵液MCP產(chǎn)量顯著高于其他兩組（＜0.05），在12與24 h，OBF顯著高于WF組（＜0.05），在36與48 h，OBF組顯著高于WBF組（＜0.05）。在4 h，OBF組發(fā)酵液MCP產(chǎn)量比WF組與WBF組分別高69.85%、82.25%（＜0.05）。

不同纖維日糧體外發(fā)酵MCP產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況如圖5所示。在發(fā)酵4—48 h，各組發(fā)酵液MCP產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間的增加而極顯著增加（＜0.01），之后基本不變（＞0.05）。

3 討論

日糧纖維在促進(jìn)豬尿氮向糞氮轉(zhuǎn)移上的效果越來越受到重視。筆者前期也做過研究，發(fā)現(xiàn)日糧中添加20%麥麩或燕麥麩后，生長(zhǎng)豬尿液總氮與氨氮含量顯著降低[20-21]。在此基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)采用體外研究手段，選擇麥麩、燕麥麩及生產(chǎn)中常用的原料小麥，提取原料中的總?cè)占Z纖維，配制3種纖維日糧，體外條件下模擬其在豬消化道內(nèi)的消化與發(fā)酵，以研究并比較纖維日糧的發(fā)酵特性及發(fā)酵過程中氮排放相關(guān)指標(biāo)的變化情況。但目前相關(guān)體外研究中，評(píng)價(jià)纖維的發(fā)酵特性多集中為纖維原料，鮮少涉及以上3種纖維日糧，且結(jié)合研究氮排放相關(guān)指標(biāo)的報(bào)道比較少[4,12,22-23]。因此，本研究對(duì)體外法、纖維日糧的發(fā)酵特性及氮排放相關(guān)指標(biāo)的有機(jī)結(jié)合，為深入了解DF、DF在豬日糧中的合理應(yīng)用及減少氮排放的日糧配制提供了新的思路。

表8 日糧纖維對(duì)發(fā)酵液微生物蛋白產(chǎn)量的影響

圖5 發(fā)酵液微生物蛋白產(chǎn)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化情況

3.1 對(duì)發(fā)酵起始階段干物質(zhì)降解有顯著影響

DF是不能被胃與小腸內(nèi)源消化酶分解，只能部分或全部由微生物發(fā)酵利用的碳水化合物的總稱[24]。不同來源DF的可發(fā)酵性各異[11]，對(duì)其他養(yǎng)分被微生物利用程度的影響也不盡相同。前人研究表明[20,25-26]，SDF型纖維比IDF型纖維的可發(fā)酵性高，更易降解，并通過發(fā)酵供能及促進(jìn)微生物生長(zhǎng)等，進(jìn)一步促進(jìn)其他養(yǎng)分的酵解利用。IVDMD是反應(yīng)底物DM在體外發(fā)酵階段的降解率及被微生物利用的程度的直觀指標(biāo)，本試驗(yàn)中，在發(fā)酵起始階段，DF對(duì)IVDMD有顯著影響，且燕麥麩纖維組的IVDMD最高，這符合筆者的認(rèn)識(shí)，燕麥麩纖維屬SDF型纖維（SDF/ TDF=33.19%），而其他兩種纖維為IDF型纖維，也與孟麗輝[20]的體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果一致，即SDF含量最高日糧的后腸發(fā)酵率顯著高于其他日糧。

此外，3種底物的IVDMD均隨發(fā)酵時(shí)間的增加而增加，但從24 h開始增加緩慢，這可能是隨著發(fā)酵進(jìn)行，底物被大量消耗，發(fā)酵速率有所下降的緣故[27]。目前相關(guān)研究也以發(fā)酵期間產(chǎn)氣量的多少來反映底物被微生物利用的程度[22-23]，產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與本試驗(yàn)中IVDMD變化趨勢(shì)基本一致，且AWATI指出[28]在發(fā)酵一定時(shí)間后產(chǎn)氣量增加緩慢的原因：在發(fā)酵一定時(shí)間后，接種液中微生物區(qū)系已適應(yīng)發(fā)酵底物，作為產(chǎn)氣來源的物質(zhì)已被大量消耗，產(chǎn)氣量基本達(dá)到最大。

3.2 體外發(fā)酵總短鏈脂肪酸含量與pH的影響

SCFA是豬后腸微生物發(fā)酵DF的主要終產(chǎn)物，是估測(cè)后腸發(fā)酵的一個(gè)重要指標(biāo)。在體內(nèi)，后腸發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA迅速被腸上皮細(xì)胞吸收，而體外發(fā)酵過程中不存在吸收過程，因此提供了一種值得信賴的測(cè)定SCFA含量的方法[29]。有研究證實(shí)，SCFA含量受DF來源及發(fā)酵率的影響，即當(dāng)?shù)孜镏锌砂l(fā)酵DF含量越高，被微生物利用程度越高，SCFA含量也相繼提高[30-31]。本研究中，在發(fā)酵前4個(gè)時(shí)間點(diǎn)，燕麥麩纖維組的總SCFA含量均高于其他兩組，這與燕麥麩纖維組可發(fā)酵DF含量（SDF/TDF=18.19%）及IVDMD最高的試驗(yàn)結(jié)果切合。

隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，3組總SCFA含量在4—48 h不斷增加，這是微生物不斷發(fā)酵產(chǎn)酸而SCFA無法外流、吸收的結(jié)果，在48—72 h又降低，可能是由代謝產(chǎn)物積累使微生物增長(zhǎng)變緩以及可發(fā)酵碳水化合物大量消耗引起。動(dòng)物后腸內(nèi)pH主要受SCFA含量、腸上皮對(duì)SCFA的吸收及食糜外流等的共同影響[27]，顯然，在體外發(fā)酵過程中，動(dòng)物體內(nèi)生理代謝過程并不存在，發(fā)酵液pH則主要被SCFA含量影響。本試驗(yàn)中，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵液pH變化與SCFA變化基本相對(duì)應(yīng)，在發(fā)酵4—48 h，SCFA的大量積累導(dǎo)致pH不斷下降，且在48—72 h，從數(shù)值上看，發(fā)酵液pH呈增加趨勢(shì)，與前文所述SCFA含量下降吻合。

3.3 對(duì)體外發(fā)酵氨氮濃度與微生物蛋白產(chǎn)量的影響

NH3-N是底物中蛋白質(zhì)發(fā)酵的產(chǎn)物，同時(shí)也是微生物維持生長(zhǎng)及合成自身MCP的主要氮源，其濃度反映了蛋白質(zhì)降解與合成間的平衡狀況，可作為體外條件下預(yù)示氮排放潛力的重要指標(biāo)[32]。同樣地，BINDELLE等研究發(fā)現(xiàn)，體外發(fā)酵產(chǎn)生的MCP可被用來預(yù)測(cè)豬尿氮與糞氮的排放比例[11]，之后JHA等[12]也在其研究中進(jìn)行應(yīng)用。

當(dāng)?shù)孜锏目砂l(fā)酵碳水化合物利用率低，微生物即開始利用蛋白質(zhì)，發(fā)酵產(chǎn)NH3[33]。而許多體內(nèi)試驗(yàn)顯示，日糧中添加DF后，纖維發(fā)酵增加，蛋白質(zhì)發(fā)酵減少，NH3產(chǎn)生減少[12,34]。NH3產(chǎn)生后，微生物利用其合成MCP，在氮源充足的情況下，MCP的合成效率又反過來由可發(fā)酵碳水化合物的發(fā)酵率及提供的可利用能量決定[19]。本研究中，在發(fā)酵多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，燕麥麩纖維組發(fā)酵液NH3-N濃度均低于其他兩組，對(duì)應(yīng)地，MCP產(chǎn)量最高。綜合前面分析，相比其他兩組，燕麥麩纖維組無論是在SDF（SDF/TDF=18.19%）含量上，還是底物DM發(fā)酵率、SCFA（提供能量）產(chǎn)量上均顯示出其突出的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步驗(yàn)證了前述觀點(diǎn)。本試驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)酵進(jìn)行，蛋白質(zhì)發(fā)酵逐漸開始，不斷產(chǎn)NH3，發(fā)酵液NH3-N濃度持續(xù)上升，之后微生物利用NH3合成MCP，導(dǎo)致NH3-N濃度在36 h或48 h下降，因體外發(fā)酵消除了腸壁對(duì)NH3-N的吸收及參與尿素循環(huán)的影響，且發(fā)酵液無法外流，因此，在發(fā)酵末NH3-N濃度又出現(xiàn)回升。相應(yīng)地，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，發(fā)酵液MCP產(chǎn)量顯著增加，而72 h的MCP產(chǎn)量與48 h基本持平，這可能暗示著在48 h該體外發(fā)酵系統(tǒng)中微生物區(qū)系達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡[28]。

值得注意的是，本研究中，小麥纖維組與麥麩纖維組的部分指標(biāo)（SCFA及pH）在發(fā)酵某時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)顯著差異。麥麩是小麥籽實(shí)加工面粉后的副產(chǎn)品，也即麥麩纖維與小麥纖維在某種程度上具有一定的同源性。然而，二者的DF組成、各組分結(jié)構(gòu)不同，由此對(duì)腸道菌群等的影響也不盡相同[35]，因此，二者產(chǎn)生的差異可能與此有關(guān)，尚需進(jìn)一步研究。

此外，在進(jìn)行纖維日糧的體外消化時(shí)，研究者們?cè)絹碓揭庾R(shí)到，需在大腸階段引入微生物發(fā)酵，只有這樣才能對(duì)纖維日糧進(jìn)行更理性客觀的評(píng)價(jià)[20,31]。因受實(shí)際條件所限，相關(guān)研究通常使用新鮮糞便作為微生物來源。而具有不確定性的一點(diǎn)是，以糞便為微生物來源得出的結(jié)果，是否能夠代表后腸微生物利用底物的能力[36]。同時(shí)，引入微生物后，如何使體外大腸環(huán)境與豬實(shí)際生理環(huán)境更加類似，仍是相關(guān)研究的重點(diǎn)。因此，使用體外法來模擬豬纖維日糧的后腸發(fā)酵，還需在選擇微生物來源、更加貼近動(dòng)物生理?xiàng)l件等方面做出改進(jìn)，有待深入探究。

4 結(jié)論

體外條件下，燕麥麩纖維顯著提高了日糧在發(fā)酵階段的干物質(zhì)降解率、發(fā)酵液總短鏈脂肪酸含量與微生物蛋白產(chǎn)量，并顯著降低了發(fā)酵液pH與氨氮濃度。因此，相比小麥纖維與麥麩纖維，燕麥麩纖維在促進(jìn)微生物發(fā)酵及氮減排方面具有更高的潛力。

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（責(zé)任編輯 林鑒非）

the Fermentation Characteristics and Effects on Nitrogen Excretion Related Indicators of Different Fiber Diets using anMethod in Pigs

ZHU Liyuan, LU Qingping,XIA Bing, LIU Zhengqun, SUN Yongbo, ZHANG Hongfu

(Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory of Animal Nutrition, Beijing 100193)

【】The present study was conducted to investigate and compare the fermentation characteristics and effects on nitrogen excretion related indicators of different fiber diets using anmethod in pigs. The study aimed to provide an experimental basis for the rational application of dietary fiber in pig production and for the preparation of diets to reduce nitrogen excretion. 【】Wheat fiber (WF), wheat bran fiber (WBF) and oat bran fiber (OBF) were purified from wheat, wheat bran and oat bran, respectively, using the enzyme-gravimetric method (AOAC Method 985.29). WF diet, WBF diet and OBF diet based on maize and soybean were formulated to contain 5% WF, WBF and OBF. The three fiber diets were undergone a stomach-small intestine digestion of pigs by simulative digestion system (SDS-II). A total of six growing pigs, which were in good health and had similar weight, were used to collect fresh feces. The mixed feces and culture solution were compounded in an appropriate proportion to prepare inocula which were quantitatively charged into fermentation flasks for simulating large intestine fermentation. After the stomach-small intestine digestion, the digestive products were pooled. 200 mg digestive products were added into a fermentation flask filled with 30 mL of inocula, placed in an incubator at (39±0.25)℃. The fermentation were stopped at 4, 12, 24, 36, 48 and 72 h of incubation. Then the fermentation residues and fermentation broth were collected, and the relevant indicators were determined.【】The results indicated that in the large intestine fermentation stage, there were significant differences in dry matter degradability during thefermentation (IVDMD) and total short-chain fatty acid (SCFA) concentration, pH, ammonia nitrogen (NH3-N) concentration and microbial protein (MCP) production in fermentation broth among the three fiber groups (＜0.05): (1) At 4 h and 12 h, OBF group had the highest IVDMD among the three groups (＜0.01), and no significant differences at other point in time(＞0.05). At 4 h, the IVDMD of OBF group was 18.32% and 15.21% higher than WF group and WBF group, respectively (＜0.01); at 12 h, OBF group was 14.87% and 10.06% higher than WF group and WBF group, respectively (＜0.01). (2) As for total SCFA concentration in fermentation broth, at 24 h and 36 h, OBF group was significantly higher than other groups (＜0.05); at 72 h, OBF group and WBF group were significantly higher than WF group (＜0.01); at 4 h and 12 h, OBF group had a higher trend than other groups (=0.0599;=0.0504). At 24 h, the total SCFA concentration of OBF group was 27.32% and 17.11% higher than WF group and WBF group, respectively (＜0.05); at 36 h, OBF group was 16.65% and 25.96% higher than WF group and WBF group, respectively (＜0.05). (3) As for pH in fermentation broth, at 4 h and 12 h, OBF group had the lowest values among the three groups (＜0.01); at 24 h, 36 h and 72 h, OBF group and WBF group were significantly lower than WF group (＜0.05). (4) As for NH3-N concentration in fermentation broth, OBF group was significantly lower than other groups at 24 h and 48 h (＜0.05) and had a lower trend at 12 h (=0.0559). At 24 h, the NH3-N concentration of OBF group was 6.86% and 4.59% lower than WF group and WBF group, respectively (＜0.05); at 48 h, OBF group was 8.44% and 7.09% lower than WF group and WBF group, respectively (＜0.05). (5) As for MCP production in fermentation broth, OBF group had the highest value among the three groups at 4 h (＜0.05); at 12 h, 24 h and at 36 h, 48 h, respectively, OBF group was significantly higher than WF group and WBF group (＜0.05). At 4 h, the MCP production of OBF group was 69.85% and 82.25% higher than WF group and WBF group, respectively (＜0.05).【】In conclusion, oat bran fiber significantly increased IVDMD, total SCFA concentration and MCP production in fermentation broth, and significantly lowered pH and NH3-N concentration in fermentation broth. Thus, compared to wheat fiber and wheat bran fiber, oat bran fiber had a good potential in promoting microorganism fermentation and reducing nitrogen excretion.

dietary fiber; growing pig;fermentation; fermentation characteristics; nitrogen excretion related indicators

10.3864/j.issn.0578-1752.2017.19.018

2017-03-07；接受日期：2017-07-07

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD39B01）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（ASTIP-IAS07）

朱麗媛，E-mail：zhuliyuan23@163.com。通信作者盧慶萍，E-mail：luqingping@iascaas.net.cn