張 田，馬翠萍，陳紅霞

（濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物與化學(xué)工程系，山東濟寧 272100）

谷物是反芻動物日糧的主要成分，但其快速降解嚴重影響瘤胃發(fā)酵和宿主健康。谷物中大部分可消化的能量來自淀粉，淀粉消化率是影響瘤胃酸中毒的一個風(fēng)險，因為高淀粉在瘤胃降解誘發(fā)嚴重的瘤胃pH 下降，這可能會降低微生物蛋白質(zhì)合成、纖維消化和動物采食量（Hunt，1996）。如果應(yīng)用一種處理方法使谷物淀粉可以成為葡萄糖的來源，從而減少在瘤胃中的降解，使其在小腸中被消化。因此，谷物加工的目標(biāo)包括最大化動物的總淀粉消化率，優(yōu)化瘤胃淀粉發(fā)酵，避免酸中毒的同時提高揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量，提高小腸淀粉的利用率（Yahaghi 等，2014）。近年來，人們采用各種加工方法來提高大麥消化率，每種方法都需要特殊條件，同時由于谷物在瘤胃內(nèi)的淀粉消化對動物健康產(chǎn)生不利影響，因此，采用包括物理和化學(xué)方法在內(nèi)的許多處理來調(diào)節(jié)其瘤胃降解率。堿性處理可提高反芻動物飼料消化率，堿性處理反應(yīng)是由于半纖維素溶解，但當(dāng)堿性化合物應(yīng)用于大麥加工時，是否會影響瘤胃生態(tài)系統(tǒng)的研究仍然有限。紫花苜蓿和甜菜粕都是果膠的優(yōu)良來源，具有較高的陽離子交換能力。陽離子交換能力會影響纖維電離表面基團，進而影響微生物對纖維的粘附速度和消化速度，還可能在胃腸道中提供顯著的緩沖能力（McBurney 等，1983）。當(dāng)氫離子與植物成分結(jié)合而不是在瘤胃中游離時，瘤胃的酸性較低，而當(dāng)瘤胃中游離氫離子濃度高，瘤胃酸度高，因為氫離子帶正電荷，而植物細胞表面通常有許多負電荷，它們可以與氫離子結(jié)合，但如果這些離子在化學(xué)上與植物結(jié)合而不是游離，瘤胃就會變成弱酸性，因此飼喂這些谷物可以防止奶牛代謝紊亂（Greathead，2003）。在本研究中，我們假設(shè)有機處理和化學(xué)處理大麥顆粒的方式可能會改變瘤胃微生物的豐度或代謝活性，因此，試驗測定了各種化學(xué)或有機處理的大麥在體外消化的一階動力學(xué)參數(shù)，同時確定原位移動袋對干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和淀粉在瘤胃內(nèi)的降解情況。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與原料處理 試驗用堿性化合物為氨鹽（液體）、氫氧化鈉和明礬，有機提取物為甜菜粕、苜蓿草和石莼提取物。參考Carvalha 等（2009）的研究方法用上述原料對大麥處理。

1.2 瘤胃體外發(fā)酵 發(fā)酵培養(yǎng)基為400 mL 瘤胃液、0.05 g 游離的纖維二糖、0.45 g 磷酸氫二鉀、0.45 g 磷酸二氫鉀、0.9 g 氯化鈉、0.9 g 硫酸銨、0.09 g 七水硫酸鎂、0.09 g 氯化鈣、4 g 小蘇打和0.5 g 鹽酸半胱氨酸。試驗以3 頭荷斯坦奶牛為研究對象，采用全混合日糧（438 g/kg 干物質(zhì)），具體由238 g/kg 紫花苜蓿干草和190 g/kg 青貯玉米組成，同時補充商品濃縮料。將瘤胃液在39℃中孵育1 h，使較大的飼料粒上浮。隨著時間的推移，既不把上升到頂部的大顆粒接種進去，也不把底部未消化的大顆粒接種進去。在39℃孵化4、8、12、16、24、48 h 后過濾，每瓶未過濾的成分在60℃的烘箱中烘干48 h，然后測定其干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、淀粉含量，并計算其降解量。

1.3 尼龍袋發(fā)酵 該研究參考Danesh 和Stern（2005）的方法制備樣品。樣品制備后將1 g 樣品放到尼龍袋中（3 cm×6 cm；52 μm 孔隙大??；每個樣品6 袋），每隔30 min 通過T 形管將袋子插入十二指腸。收集丟入糞中的袋子，清水洗滌后60℃烘干48 h，分析每個糞袋的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和淀粉含量，同時測定樣品殘渣中干物質(zhì)、蛋白質(zhì)和淀粉含量，計算降解率。

1.4 統(tǒng)計分析 采用非線性模型體外瘤胃發(fā)酵評估干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和淀粉的降解，非線性模型為，其中D（t）=消化殘留物，D（i）=可能消化部分，kd= 消化速率常數(shù)，i= 不可消化部分。試驗數(shù)據(jù)用SAS 軟件MIXED 程序分析，P ＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)成分 由表1 可知，與對照組相比，堿性化合物和有機提取物處理組顯著降低了粗蛋白質(zhì)含量（P ＜0.05）。石莼提取物較其他組顯著提高了淀粉含量（P ＜0.05）。對照組與各處理組對大麥干物質(zhì)、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量無顯著影響（P ＞0.05）。

2.2 堿性化合物或有機提取物處理大麥對其體外瘤胃發(fā)酵養(yǎng)分降解的影響 由表2 可知，在本研究條件下，經(jīng)堿性化合物和有機提取物處理的大麥干物質(zhì)降解率與對照組無顯著差異（P＞0.05）。干物質(zhì)的消化速率在0.05 ～0.09 之間，平均速率為0.07。氫氧化鈉、明礬和甜菜粕提取物組顯著提高了蛋白質(zhì)消化速率常數(shù)（P＜0.05）。堿性化合物和有機提取物處理大麥顯著影響淀粉消化速率常數(shù)，其中苜蓿草提取物和明礬組較其他組顯著提高了淀粉消化速率常數(shù)（P ＜0.05），其中明礬處理組提高4%，苜蓿草提取物處理組提高2%。明礬和甜菜粕提取物處理組較其他組顯著提高了淀粉的不可消化部分（P＜0.05），分別為0.24 和0.25。

表1 堿性化合物或有機提取物處理大麥對營養(yǎng)成分的影響 g/kg

2.3 堿性化合物或有機提取物處理大麥對其在尼龍袋發(fā)酵養(yǎng)分降解的影響 由表3 可知，在瘤胃液培養(yǎng)和過瘤胃液培養(yǎng)期間，7 個處理的干物質(zhì)降解性無顯著差異（P ＞0.05）。經(jīng)處理的大麥在過瘤胃液和總腸道的粗蛋白質(zhì)和淀粉降解有顯著性差異（P ＜0.05）。石莼提取物處理的大麥瘤胃粗蛋白質(zhì)降解顯著高于其他組（P ＜0.05）。但與其他處理組相比，用明礬和甜菜粕提取物處理的大麥在過瘤胃和總腸道的粗蛋白質(zhì)和淀粉降解顯著提高（P ＜0.05），對照組總腸道蛋白降解表現(xiàn)最低（P ＜0.05）。堿性化合物和有機提取物處理大麥對瘤胃液干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和淀粉降解的影響無顯著差異（P ＞0.05）。對照組、氫氧化鈉和氨鹽處理組較甜菜粕提取物和石莼提取物組顯著降低了瘤胃液粗蛋白質(zhì)降解（P ＜0.05），而對照組、氨鹽和甜菜粕提取物組較氫氧化鈉、苜蓿草提取物和石莼提取物組顯著降低了總消化道粗蛋白質(zhì)降解（P ＜0.05）。

表2 堿性化合物或有機提取物處理大麥對其體外瘤胃發(fā)酵養(yǎng)分降解的影響

表3 堿性化合物或有機提取物處理大麥對其在尼龍袋發(fā)酵養(yǎng)分降解的影響

3 討論

在大麥中，淀粉以顆粒的形式存在于蛋白質(zhì)基質(zhì)中，并與堿性化合物或有機提取物發(fā)生反應(yīng)，因此，淀粉含量的差異也可能是由于堿性化合物或有機提取物對胚乳組織蛋白基質(zhì)的不同影響造成的。干物質(zhì)的消化速率在0.05 ～0.09 之間，平均速率為0.07。氫氧化鈉、明礬和甜菜粕提取物組顯著提高了蛋白質(zhì)消化速率常數(shù)，其中明礬處理組提高4%，苜蓿草提取物處理組提高2%。Abdi 等（2012）報道了堿性化合物處理大麥對淀粉降解的影響，其發(fā)現(xiàn)明礬和甜菜粕提取物處理的大麥可以改變瘤胃到腸道的淀粉消化部位和程度。用堿性化合物或有機提取物處理對淀粉降解的影響及其原因進行比較，其中可溶性和不可溶性β- 葡聚糖之間的比例變化可以降低淀粉降解。另一種解釋可能與蛋白質(zhì)有關(guān)，因為這些處理增加了蛋白質(zhì)的含量。大麥經(jīng)化學(xué)處理后中性洗滌纖維含量不同，而Stevnebo 等（2009）也報道中性洗滌纖維組分直接或間接地對淀粉瘤胃消化率有明顯影響。綜上所述，處理后大麥的消化速率常數(shù)與化學(xué)處理呈正相關(guān)，作者推斷，不同處理間養(yǎng)分的不可消化部分的差異可能與胚乳淀粉和蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。

氫氧化鈉處理的大麥籽，通過半纖維素和木質(zhì)素的部分水解來破壞種皮。但在本試驗中，明礬和甜菜粕提取物的粗蛋白質(zhì)過瘤胃液降解高于其他處理，這與Dehghan 等（2008）的研究結(jié)果一致，其認為化學(xué)處理的大麥在腸內(nèi)和瘤胃后淀粉降解更高。淀粉的瘤胃降解速率受瘤胃組織與瘤胃微生物相互作用的影響。在大麥顆粒中，甲醛對淀粉的保護作用與蛋白質(zhì)基質(zhì)的增強作用使淀粉對淀粉酶的附著位點減少（Dehghan 等，2008），說明化學(xué)處理使蛋白質(zhì)基質(zhì)對蛋白水解具有更強的抵抗力，從而影響淀粉降解程度。因此，我們可以預(yù)期，用堿性化合物或有機提取物處理大麥可以通過減少瘤胃中游離氫離子，即那些與飼料表面相結(jié)合的氫離子可以防止瘤胃pH 下降，從而降低淀粉酶相關(guān)微生物的生長（McBurney 等，1983）。這些處理方法不僅增加了淀粉進入十二指腸的流量，而且可以防止奶牛酸中毒，因為奶牛需要消耗更多的淀粉來提供能量。此外，本研究通過減緩處理過的大麥淀粉的瘤胃降解來支持先前的結(jié)果，但小腸中淀粉含量的減少可以通過減少甲烷等能量的浪費來提高飼料效率（Dehghan等，2008）。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，化學(xué)處理提高了大麥淀粉的消化率，也可能改變淀粉的消化部位和程度，但一定不能對瘤胃pH 造成負面影響，引起消化功能障礙。