龍棟磊 文江南 王 敏 王 榮 張秀敏 毛宏祥 鄧近平,4* 譚支良

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，長沙 410128；2.湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128；3.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長沙 410125；4.華南農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，廣州 510640)

全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)：19 kPa以下排氣壓力不影響發(fā)酵特征

龍棟磊1,2文江南1王 敏2,3*王 榮1張秀敏3毛宏祥1鄧近平1,4*譚支良3

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，長沙 410128；2.湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128；3.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長沙 410125；4.華南農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，廣州 510640)

本試驗旨在研究不同排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵特征的影響。選用3只體重相近、裝有永久性瘤胃瘺管的成年湘東黑山羊作為瘤胃液供體動物，利用全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)，選用6種發(fā)酵底物進行48 h體外發(fā)酵，研究9、14和19 kPa 3種排氣壓力對總產(chǎn)氣量、甲烷產(chǎn)量、產(chǎn)氣參數(shù)、干物質(zhì)消失率、發(fā)酵液pH以及揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量等發(fā)酵參數(shù)的影響。結(jié)果表明：發(fā)酵底物對體外模擬瘤胃發(fā)酵參數(shù)影響顯著(P<0.05)；排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵參數(shù)沒有顯著影響(P>0.05)。由此可見，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa對體外模擬瘤胃發(fā)酵特征無影響。

排氣壓力；體外發(fā)酵；氣體生成；揮發(fā)性脂肪酸

瘤胃消化一直是反芻動物營養(yǎng)領域的研究重點，也是國內(nèi)外研究熱點。評價反芻動物飼料飼草營養(yǎng)價值的方法主要有體內(nèi)法、半體內(nèi)法和體外法，其中體外法又稱人工瘤胃法。人工瘤胃法操作簡單，省時省力，可以在較短時間內(nèi)評價大量飼料飼草樣品，而且基本不受動物數(shù)量限制，反應條件易于調(diào)控，重復性好，易于標準化，因而在反芻動物飼料飼草營養(yǎng)價值評價中得到了廣泛應用[1-2]。

人工瘤胃法最早由Raab等[3]和Menke等[4]建立，是目前用來評價反芻動物飼料飼草營養(yǎng)價值的關鍵技術(shù)之一，并且他們最先將100 mL注射器應用于模擬瘤胃體外產(chǎn)氣研究。隨后壓力傳感器被應用于模擬瘤胃產(chǎn)氣技術(shù)中，即借助壓力傳感器測定發(fā)酵瓶氣體壓力，采用特定軟件記錄發(fā)酵瓶壓力來估算體外總產(chǎn)氣[5]。科學家還研制出半自動定點實時記錄系統(tǒng)[6-7]，即手動型或自動定點測定產(chǎn)氣量和采集排氣樣品。近幾年，隨著計算機控制程序的引入，本研究團隊研制了全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)。

全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)可對發(fā)酵瓶壓力進行實時在線監(jiān)測，到達一定壓力時自動放氣，所排放的氣體進入氣相色譜儀測定甲烷(CH4)和氫氣(H2)等組分[8]。本系統(tǒng)進行體外模擬瘤胃發(fā)酵時，為滿足足夠的氣體進入氣相色譜儀測定氣體組分，設定的排氣壓力一般是9 kPa。在使用全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)時每批次使用40個發(fā)酵瓶，但是系統(tǒng)每次只能允許1個發(fā)酵瓶排氣進入氣相色譜儀測定氣體組分。所以，有些達到排氣壓力的發(fā)酵瓶只能等待之前發(fā)酵瓶排氣結(jié)束之后再排氣，這時等待排氣的發(fā)酵瓶的壓力會持續(xù)增加。當該系統(tǒng)40個發(fā)酵瓶同時達到排氣壓力時，最后排氣的發(fā)酵瓶壓力可達到19 kPa左右。這給本體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)帶來了一個問題，即排氣壓力增加(9～19 kPa)會不會給本系統(tǒng)帶來一個新的影響因子。

目前，國內(nèi)外已有相關報告研究發(fā)酵瓶壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵的影響。Theodorou等[9]研究表明，當發(fā)酵瓶壓力達到48 kPa時，瘤胃微生物受到抑制從而影響發(fā)酵特征。Cattani等[10]研究表明，與固定排氣壓力(3.4 kPa)相比，固定時間排氣導致發(fā)酵瓶壓力增大(最高可達23 kPa)進而增大發(fā)酵氣體在發(fā)酵液中的溶解量，使得總產(chǎn)氣量測定值偏低。但是，9～19 kPa排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵特征的影響目前還沒有深入研究。因此，本試驗利用自主研制的全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)(專利號：ZL2014102054006)，設置9、14和19 kPa的3個排氣壓力梯度，探究排氣壓力增加對體外模擬瘤胃發(fā)酵特征的影響。

1 材料與方法

1.1試驗供體動物及飼糧

選用3只成年、平均體重(20±2.5) kg、雄性去勢并裝有永久性瘤胃瘺管的湘東黑山羊作為瘤胃液供體動物。試驗動物基礎飼糧由水稻秸稈和精料補充料組成，飼糧精粗比為40∶60，每天飼喂精飼料200 g，粗飼料300 g。山羊精飼料參照我國《肉羊飼養(yǎng)標準》(NY/T 816—2004)配制，精飼料組成為玉米47%、豆粕24%、麩皮22%、食鹽0.77%、石粉2.23%、預混料4%。每只瘺管羊每天08:00和16:00各等量飼喂1次，試驗期內(nèi)，單籠飼養(yǎng)，自由飲水。

1.2全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)

本試驗利用自主研發(fā)的全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)進行體外發(fā)酵。本系統(tǒng)的設計理念、詳細組成部分和運行方法可參考專利ZL2014102054006和Wang等[8]文獻。簡要介紹如下：本系統(tǒng)由發(fā)酵瓶恒溫培養(yǎng)箱、壓力測定系統(tǒng)、氣體組分檢測系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)4部分組成，實現(xiàn)對發(fā)酵瓶壓力實時在線監(jiān)測，達到排氣壓力時自動釋放發(fā)酵瓶壓力，并測定發(fā)酵瓶排出氣體組分。發(fā)酵瓶恒溫培養(yǎng)箱主要模擬瘤胃環(huán)境，控制發(fā)酵瓶在接種后保持適宜溫度(39.5 ℃)和一定的振蕩頻率(50 r/min)。壓力測定系統(tǒng)由壓力傳感器(SMC，日本)和三通電磁閥(SMC，日本)組成，通過壓力傳感器可以在線監(jiān)測發(fā)酵瓶壓力，通過三通電磁閥可以控制發(fā)酵瓶適時排氣。氣體組分檢測系統(tǒng)主要為氣相色譜儀(安捷倫7890A，美國)，用來檢測發(fā)酵產(chǎn)生氣體中的CH4等氣體組分。計算機控制系統(tǒng)控制每個發(fā)酵瓶的排氣壓力，在計算機控制系統(tǒng)頁面可以直觀看到每個發(fā)酵瓶的實時壓力和累積壓力。模擬瘤胃發(fā)酵過程中，發(fā)酵瓶通過帶針頭的導管與三通電磁閥和壓力傳感器連接，壓力傳感器與計算機相連接。通過計算機設定三通電磁閥的排氣壓力并時刻記錄發(fā)酵瓶壓力。當發(fā)酵瓶壓力達到設定排氣壓力時，發(fā)酵瓶進入排放等待序列。當該發(fā)酵瓶之前所有排氣結(jié)束時，系統(tǒng)就自動打開該發(fā)酵瓶的三通電磁閥進行排氣。排出氣體通過氣體導管進入氣相色譜儀(安捷倫7890A，美國)，自動觸發(fā)氣相色譜儀工作，檢測排放氣體中的CH4含量。利用Wang等[11]方法計算CH4產(chǎn)量。

1.3發(fā)酵底物及體外模擬瘤胃發(fā)酵

選用6種發(fā)酵底物，4種粗飼料為菊苣、葛藤、阿巴豆葉和桑葉；2種精飼料為玉米粉和次粉。發(fā)酵底物均經(jīng)過風干、粉碎過1 mm篩片。試驗前用分析天平準確稱取0.6 g發(fā)酵底物加入到150 mL發(fā)酵瓶中。參照Menke等[4]的方法配制2.4 L人工瘤胃緩沖液。把配制好的人工瘤胃緩沖液置于恒溫磁力攪拌器上加熱使其保持在39.5 ℃并持續(xù)通入純二氧化碳(CO2)2 h左右，加入少量硫化鈉以保證厭氧環(huán)境(以刃天青變成無色來判斷)。

通過瘤胃瘺管采集2只晨飼前湘東黑山羊的新鮮瘤胃液于保溫杯中，迅速帶回實驗室。將采集的瘤胃液用6層脫脂紗布過濾，量取600 mL迅速加入到準備好的2.4 L人工瘤胃緩沖液中(瘤胃液與人工瘤胃緩沖液體積比為1∶4)，用磁力攪拌器攪拌以保持瘤胃液與緩沖液混合均勻，制成混合人工瘤胃培養(yǎng)液并保持溫度39.5 ℃。利用分液器準確移取60 mL人工瘤胃培養(yǎng)液依次加入到150 mL發(fā)酵瓶中，放入恒溫培養(yǎng)箱中進行體外模擬瘤胃厭氧發(fā)酵。在全自動體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)上設定9、14和19 kPa 3個排氣壓力。恒溫培養(yǎng)箱設定溫度為39.5 ℃，振蕩頻率50 r/min。

接種48 h后，通過操作系統(tǒng)使發(fā)酵瓶與壓力傳感器及氣相色譜儀斷開連接，迅速將發(fā)酵瓶從恒溫培養(yǎng)箱取出終止發(fā)酵。取2 mL發(fā)酵液，在25 100×g、4 ℃條件下離心10 min后，取1 mL上清液體，加入0.1 mL 25%偏磷酸固定，靜置15 min后，-20 ℃保存用于測定揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid，VFA)含量。剩余樣品用于測定pH和體外干物質(zhì)消失率(invitrodry matter disappearance，IVDMD)。本試驗做3個批次，每個批次瘤胃液來自2只不同瘺管羊。

1.4樣品測定

按照楊勝[12]確定的常規(guī)測定方法測定發(fā)酵底物的干物質(zhì)(dry matter，DM)、粗蛋白質(zhì)(crude protein，CP)、粗脂肪(ether extract，EE)、有機物(organic matter，OM)含量；依照Hall等[13]使用Fibretherm FT12全自動纖維儀(Gerhardt analytical systems, 德國)測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)含量。

用pH計(REX PHS-3C，上海儀器設備廠)迅速依次測定每個發(fā)酵瓶中發(fā)酵液的pH。發(fā)酵液經(jīng)紗布抽濾，將抽濾后的發(fā)酵底物用紗布包好再將其放置鋁盒中，在105 ℃烘箱中烘8 h，稱量并記錄，計算IVDMD。

揮發(fā)性脂肪酸含量測定方法參考Wang等[14]的方法。樣品在常溫下解凍，在25 100×g、4 ℃條件下離心10 min后取0.6 mL上清液裝于上機瓶中，利用氣相色譜儀(安捷倫7890A，美國)測定發(fā)酵液中的各VFA含量。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計

應用非線性軟件程序(NLREG)，按照Wang等[15-16]提出的模型對體外模擬瘤胃發(fā)酵產(chǎn)氣曲線進行擬合。模型及相關參數(shù)計算公式如下：

式中：GPt表示t時刻的累積產(chǎn)氣量(mL/g)，Vf表示潛在最大產(chǎn)氣量(mL/g)；k表示產(chǎn)氣速率(h-1)；b表示形狀參數(shù)。

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010進行初步整理后，采用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件中一般線性模型進行雙因素方差分析，以檢驗排氣壓力、發(fā)酵底物及其交互作用的顯著性差異。因統(tǒng)計結(jié)果顯示排氣壓力和發(fā)酵底物間沒有交互作用，交互作用的顯著性差異沒有列在表中。另外，本試驗著重研究排氣壓力對體外發(fā)酵的影響，各發(fā)酵底物之間發(fā)酵參數(shù)的差異性不是本研究重點，對各底物的發(fā)酵特性沒有做詳細說明。統(tǒng)計結(jié)果的顯著性差異定義為P<0.05。

2 結(jié) 果

2.1發(fā)酵底物特征

發(fā)酵底物營養(yǎng)成分如表1所示，6種不同發(fā)酵底物營養(yǎng)成分差別很大，其中粗飼料的纖維(NDF和ADF)含量普遍高于精飼料。

表1 發(fā)酵底物營養(yǎng)成分(干物質(zhì)基礎)

2.2不同排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵總產(chǎn)氣量的影響

以葛藤為例，不同排氣壓力下發(fā)酵瓶壓力隨發(fā)酵時間變化曲線如圖1所示。設定的排氣壓力越大，達到排氣所需的時間越長；設定的排氣壓力越小，排氣次數(shù)越多。體外模擬瘤胃發(fā)酵48 h內(nèi)，設定排氣壓力為9、14和19 kPa的發(fā)酵瓶分別排氣11、6和5次。由圖1可知，排氣主要集中在發(fā)酵前期和中期，發(fā)酵前36 h排氣18次，36～48 h排氣4次。

圖1 葛藤在不同排氣壓力下發(fā)酵瓶壓力隨發(fā)酵時間變化曲線

由圖2可知，把同一排氣壓力下6種底物發(fā)酵總產(chǎn)氣量平均，得到不同排氣壓力下體外模擬瘤胃發(fā)酵總產(chǎn)氣量隨時間變化曲線。由圖2可知，在發(fā)酵的前12 h內(nèi)，氣體生成曲線斜率最大，產(chǎn)氣速率快，產(chǎn)氣量迅速上升。但3種排氣壓力下氣體生成曲線基本重合，沒有明顯差異。隨著發(fā)酵時間延長，氣體生成曲線斜率逐漸變小，產(chǎn)氣速率趨于穩(wěn)定。但由表2可知，發(fā)酵底物對體外模擬瘤胃發(fā)酵總產(chǎn)氣量影響顯著(P<0.05)，但排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵總產(chǎn)氣量沒有顯著影響(P>0.05)。

圖2 排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵總產(chǎn)氣量的影響(6種底物發(fā)酵平均值)

2.3排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵CH4生成的影響

不同排氣壓力下體外模擬瘤胃發(fā)酵CH4產(chǎn)量及含量的曲線如圖3。由圖3可知，不同的排氣壓力下CH4生成曲線基本重合。但由表3可知，發(fā)酵底物對體外模擬瘤胃發(fā)酵CH4產(chǎn)量影響顯著(P<0.05)，排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵CH4產(chǎn)量和產(chǎn)氣速率沒有顯著影響(P>0.05)。

圖3 排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵甲烷產(chǎn)量及含量的影響(6種底物發(fā)酵平均值)

2.4排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵IVDMD、pH、VFA產(chǎn)量和組分和影響

由表4可知，發(fā)酵底物對體外模擬瘤胃發(fā)酵的IVDMD、pH及VFA產(chǎn)量和組分影響顯著(P<0.05)，排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵的IVDMD、pH及VFA產(chǎn)量和組分沒有顯著影響(P>0.05)。

表2 排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵總產(chǎn)氣量的影響

表3 排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵甲烷產(chǎn)量的影響

表4 排氣壓力對體外模擬瘤胃發(fā)酵干物質(zhì)消失率、pH及揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量的影響

3 討 論

瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的氣體主要有CO2、CH4和H2。20 ℃、101.3 kPa下，CH4、H2和CO2在純水中溶解度分別為33.1、18.2和878.0 mg/L。因此，CH4和H2是難溶氣體[17]，CO2是易溶氣體。體外發(fā)酵產(chǎn)生的氣體主要是CO2(>80%)，瘤胃液中的溶解氣體也主要是CO2。另外，CO2溶解度易受溶液溫度、壓力和pH等的影響[18]。排氣壓力可通過影響發(fā)酵液溶解CO2含量和發(fā)酵瓶壓力來影響體外模擬瘤胃發(fā)酵。

發(fā)酵瓶壓力升高可影響體外模擬瘤胃發(fā)酵過程中的微生物活性。Theodorou等[9]研究表明，當排氣壓力大于48 kPa時，瘤胃微生物活性受到抑制，進而減少瘤胃微生物對發(fā)酵底物的利用，發(fā)酵底物的IVDMD降低。本試驗結(jié)果表明，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa對IVDMD沒有影響。結(jié)果說明，19 kPa以下排氣壓力不足以直接影響瘤胃微生物的活性。

排氣壓力通過提高發(fā)酵瓶壓力影響瘤胃液溶解CO2是影響產(chǎn)氣量的一個重要影響因子。當排氣壓力升高時，發(fā)酵瓶壓力升高，溶解CO2的含量增多，氣體CO2逸出減少，從而導致總氣體產(chǎn)量偏低[9]。Tagliapietra等[23]研究表明，固定時間排氣方式產(chǎn)氣量比固定壓力產(chǎn)氣量少。與固定壓力(3.4 kPa)相比，固定時間排氣壓力可達23 kPa，促進CO2氣體溶解，阻礙CO2氣體釋放，致使總產(chǎn)氣量測定值偏低。Lowman[24]研究表明，在4.5 kPa壓力下，瘤胃液中CO2不會出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象。當排氣壓力低于9 kPa時，瘤胃液中CO2的溶解度不會變化，但當排氣壓力大于45 kPa時，CO2溶解度增大，且促進CO2在瘤胃液中產(chǎn)生更多碳酸鹽[9]。本試驗結(jié)果顯示，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa對總產(chǎn)氣量沒有影響。這說明，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa對發(fā)酵液溶解CO2含量影響較小。

甲烷菌可以利用H2和CO2合成CH4。當排氣壓力增加，瘤胃液中溶解CO2含量增大，促進甲烷菌對溶解CO2利用并生成更多CH4[25]。但是，發(fā)酵瓶壓力過大，會抑制CH4產(chǎn)量。Cattani等[10]研究表明，大于45 kPa的排氣壓力會抑制甲烷菌活性從而減少CH4產(chǎn)量。Wang等[8]研究表明，45 kPa排氣壓力雖然沒有影響CH4總產(chǎn)量，但降低CH4生成速率。本試驗結(jié)果顯示，9～19 kPa排氣壓力對CH4產(chǎn)量沒有影響。這說明，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa不會直接影響甲烷菌活性從而影響CH4產(chǎn)量。

瘤胃液中的溶解CO2具有一個雙重角色，既是基質(zhì)又是產(chǎn)物[26]。瘤胃溶解CO2通過控制微生物轉(zhuǎn)錄及羧酶和脫羧酶的活性，刺激一些瘤胃微生物生長和增殖，從而使這些瘤胃微生物達到一個最佳的生物合成和新陳代謝狀態(tài)[27-29]。例如，琥珀酸合成受磷酸烯醇丙酮酸鹽(PEP)和細胞質(zhì)CO2所調(diào)節(jié)[30]，研究表明，當在瘤胃液中溶解CO2增大時(>100 mmol/L)，琥珀酸產(chǎn)量將會達到最大[31]。琥珀酸是丙酸合成前體物[32]，可以促進丙酸生成，導致乙酸/丙酸值降低。另外，溶解CO2在溶液中形成碳酸鹽。當瘤胃液中碳酸鹽濃度增大時，微生物利用更多的H2來用于生成VFA，提高VFA產(chǎn)量[23]。但是，本試驗結(jié)果顯示，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa對VFA的組成和產(chǎn)量沒有影響。這說明，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa不足以影響瘤胃微生物生成VFA途徑。

4 結(jié) 論

綜上所述，排氣壓力由9 kPa增至19 kPa對發(fā)酵液中的溶解CO2含量影響較小，對發(fā)酵液pH、IVDMD、總產(chǎn)氣量和VFA產(chǎn)量和組成均沒有顯著影響。本試驗條件下所設置的發(fā)酵瓶不同排氣壓力不會影響該自主研發(fā)的全自動模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)所獲取試驗數(shù)據(jù)的準確性。

[1] JOHNSON R R.Techniques and procedures forinvitroandinvivorumen studies[J].Journal of Animal Science,1966,25(3):855-875.

[2] FUCHIGAMI M,SENSHU T,HORIGUCHI M.A simple continuous culture system for rumen microbial digestion study and effects of defaunation and dilution rates[J].Journal of Dairy Science,1989,72(11):3070-3078.

[3] RAAB L,CAFANTARIS B,JILG T,et al.Rumen protein degradation and biosynthesis 1. A new method for determination of protein degradation in rumen fluidinvitro[J].British Journal of Nutrition,1983,50(3):569-582.

[4] MENKE K H,RAAB L,SALEWSKI A,et al.The estimation of the digestibility and metabolizable energy content of ruminant feeding stuffs from the gas production when they are incubated with rumen liquorinvitro[J].The Journal of Agricultural Science,1979,93(1):217-222.

[5] PELL A N,SCHOFIELD P.Computerized monitoring of gas production to measure forage digestioninvitro[J].Journal of Dairy Science,1993,76(4):1063-1073.

[6] MAURICIO R M,MOULD F L,DHANOA M S,et al.A semi-automatedinvitrogas production technique for ruminant feedstuff evaluation[J].Animal Feed Science and Technology,1999,79(4):321-330.

[7] CONE J W,VAN GELDER A H,BACHMANN H.Influence of inoculum source on gas production profiles[J].Animal Feed Science and Technology,2002,99(1/2/3/4):221-231.

[8] WANG M,WANG R,TANG S X,et al.Comparisons of manual and automated incubation systems:effects of venting procedures oninvitroruminal fermentation[J].Livestock Science,2016,184:41-45.

[9] THEODOROU M K,WILLIAMS B A,DHANOA M S,et al.A simple gas production method using a pressure transducer to determine the fermentation kinetics of ruminant feeds[J].Animal Feed Science and Technology,1994,48(3/4):185-197.

[10] CATTANI M,TAGLIAPIETRA F,MACCARANA L,et al.Technicalnote:Invitrototal gas and methane production measurements from closed or vented rumen batch culture systems[J].Journal of Dairy Science,2014,97(3):1736-1741.

[11] WANG M,JANSSEN P H,SUN X Z,et al.A mathematical model to describeinvitrokinetics of H2gas accumulation[J].Animal Feed Science and Technology,2013,184(1/2/3/4):1-16.

[12] 楊勝.飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京:北京農(nóng)業(yè)大學出版社,1993:58-64.

[13] HALL M B,PELL A N,CHASE L E.Characteristics of neutral detergent-soluble fiber fermentation by mixed ruminal microbes[J].Animal Feed Science and Technology,1998,70(1/2):23-39.

[14] WANG M,SUN X Z,JANSSEN P H,et al.Responses of methane production and fermentation pathways to the increased dissolved hydrogen concentration generated by eight substrates ininvitroruminal cultures[J].Animal Feed Science and Technology,2014,194:1-11.

[15] WANG M,TANG S X,TAN Z L.Modelinginvitrogas production kinetics:Derivation of Logistic-Exponential (LE) equations and comparison of models[J].Animal Feed Science and Technology,2011,165(3/4):137-150.

[16] WANG M,SUN X Z,TANG S X,et al.Deriving fractional rate of degradation of logistic-exponential (LE) model to evaluate earlyinvitrofermentation[J].Animal,2013,7(6):920-929.

[17] 黃建軍,顧平,陸彩霞.氣相色譜法測定水相中微量氫氣[J].分析試驗室,2008,27(S2):369-372.

[18] HILL G A.Measurement of overall volumetric mass transfer coefficients for carbon dioxide in a well-mixed reactor using a pH probe[J].Industrial & Engineering Chemistry Research,2006,45(16):5796-5800.

[19] LOERTING T,BERNARD J.Aqueous carbonic acid (H2CO3)[J].ChemPhysChem,2010,11(11):2305-2309.

[20] DIJKSTRA J,ELLIS J L,KEBREAB E,et al.Ruminal pH regulation and nutritional consequences of low pH[J].Animal Feed Science and Technology,2012,172(1/2):22-33.

[21] WANG Y X,MAJAK W,MCALLISTER T A.Frothy bloat in ruminants:cause,occurrence,and mitigation strategies[J].Animal Feed Science and Technology,2012,172(1):103-114.

[22] COUNOTTE G H M,VAN’T KLOOSTER A T,VAN DER KUILEN J,et al.An analysis of the buffer system in the rumen of dairy cattle[J].Journal of Animal Science,1979,49(6):1536-1544.

[23] TAGLIAPIETRA F,CATTANI M,BAILONI L,et al.Invitrorumen fermentation:effect of headspace pressure on the gas production kinetics of corn meal and meadow hay[J].Animal Feed Science and Technology,2010,158(3/):197-201.

[24] LOWMAN R S.Investigations into the factors which influence measurements duringinvitrogas production studies[D].Ph.D.Thesis.Edinburgh:University of Edinburgh,1998.

[25] PATRA A K,YU Z.Effects of gas composition in headspace and bicarbonate concentrations in media on gas and methane production,degradability,and rumen fermentation usinginvitrogas production techniques[J].Journal of Dairy Science,2013,96(7):4592-4600.

[26] DIXON N M,KELL D B.The inhibition by CO2of the growth and metabolism of micro-organisms[J].Journal of Applied Bacteriology,1989,67(2):109-136.

[27] BAEZ A,FLORES N,BOLVAR F,et al.Simulation of dissolved CO2gradients in a scale-down system:A metabolic and transcriptional study of recombinantEscherichiacoli[J].Biotechnology Journal,2011,6(8):959-967.

[28] BLOMBACH B,TAKORS R.CO2-intrinsic product,essential substrate,and regulatory trigger of microbial and mammalian production processes[J].Frontiers in Bioengineering and Biotechnology,2015,3:108.

[29] BLOMBACH B,BUCHHOLZ J,BUSCHE T,et al.Impact of different CO2/HCO-3levels on metabolism and regulation inCorynebacteriumglutamicum[J].Journal of Biotechnology,2013,168(4):331-340.

[30] CHENG K K,ZHAO X B,ZENG J,et al.Biotechnological production of succinic acid:current state and perspectives[J].Biofuels,Bioproducts and Biorefining,2012,6(3):302-318.

[31] SONG H,LEE J W,CHOI S,et al.Effects of dissolved CO2levels on the growth ofMannheimiasucciniciproducensand succinic acid production[J].Biotechnology and Bioengineering,2007,98(6):1296-1304.

[32] PRINS R A,VAN DER MEER P.On the contribution of the acrylate pathway to the formation of propionate from lactate in the rumen of cattle[J].Antonie van Leeuwenhoek,1976,42(1/2):25-31.

*Corresponding authors: WANG Min, associate professor, E-mail： mang@isa.ac.cn; DENG Jinping, professor, E-mail： dengjinping@aliyun.com

AutomatedIncubationSysteminVitro:VentingPressureLessThan19kPadidNotAffectFermentationCharacteristics

LONG Donglei1,2WEN Jiangnan1WANG Min2,3*WANG Rong1ZHANG Xiumin3MAO Hongxiang1DENG Jinping1,4*TAN Zhiliang3

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2.HunanCo-InnovationCenterofAnimalProductionSafety,Changsha410128,China; 3.InstituteofSubtropicalAgriculture,ChineseAcademyofSciences,Changsha410125,China; 4.CollegeofAnimalScience,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510640,China)

The present study was conducted to determine the effect of different venting pressure oninvitrofermentation characteristics. Rumen fluid was collected from three adultXiaongdongblack goats with similar weight and permanent rumen fistula, used automated incubation systeminvitro, and six widely varied substrates were selected for 48 hinvitrofermentation, and three venting pressures (9, 14 and 19 kPa) were performed to investigate the effects of venting pressure oninvitrototal gas production, methane production,invitrodry matter disappearance, fermentation fluid pH and volatile fatty acid production et al. The results showed that fermentation substrate had significant effects oninvitrorumen fermentation parameters (P<0.05); however, venting pressure had no significant effects oninvitrofermentation parameters (P>0.05). In conclusion, venting pressure increase from 9 kPa to 19 kPa do not affect fermentation characteristics.[ChineseJournalofAnimalNutrition,2017,29(11)：4171-4179]

venting pressure;invitrofermentation; gas production; volatile fatty acids

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.11.041

S816.6

A

1006-267X(2017)11-4171-09

2017-05-03

國家自然科學基金項目(31561143009，31472133)；國家科技計劃項目(2016YFD0500504)；湖南省科技計劃項目(2015WK3043)；中國科學院青年促進會項目

龍棟磊(1991—)，男，湖南邵陽人，碩士研究生，從事反芻動物營養(yǎng)與繁殖研究。E-mail: 15073147518@163.com

*通信作者：王 敏，副研究員，E-mail： mang@isa.ac.cn；鄧近平，研究員，博士生導師，E-mail： dengjinping@aliyun.com

(責任編輯 武海龍)