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        棉籽粕替代豆粕對瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)的影響

        2022-09-14 02:36:44李金輝陳佳欣王里彥田星哲楊彩虹張立申嚴(yán)慧高艷霞劉月琴紀(jì)守坤張英杰
        中國畜牧雜志 2022年9期
        關(guān)鍵詞:棉籽豆粕消化率

        李金輝,陳佳欣,王里彥,田星哲,楊彩虹,張立申,嚴(yán)慧,高艷霞,劉月琴,紀(jì)守坤*,張英杰*

        (1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,河北保定 071000;2.河北省保定市唐縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,河北保定 072350)

        豆粕是我國畜禽主要的蛋白質(zhì)飼料,占蛋白質(zhì)飼料原料總量的67%,具有蛋白質(zhì)含量高、氨基酸平衡、生物學(xué)效價高等優(yōu)點,在畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,但我國豆粕年產(chǎn)量低,大量依賴進口,尋找豆粕的替代品對于我國畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。棉籽粕是棉籽脫殼后加工生成的副產(chǎn)品,蛋白質(zhì)品質(zhì)好,礦物質(zhì)和維生素含量豐富,年產(chǎn)量可達(dá)600 萬t。棉籽粕因含有抗?fàn)I養(yǎng)因子棉酚影響動物生長發(fā)育,限制了其作為蛋白質(zhì)飼料在單胃動物上的應(yīng)用。反芻動物因特殊的消化道結(jié)構(gòu)以及消化方式可部分降解棉酚,具有一定耐受性,這為棉籽粕作為豆粕的替代品應(yīng)用于反芻動物日糧中提供了可能性。Alagarsamy 等研究發(fā)現(xiàn),6~7月齡羔羊日糧中添加40%棉籽粕對羔羊生產(chǎn)性能和血液指標(biāo)無不良影響;荊元強等研究表明,棉籽粕作為日糧中主要的蛋白質(zhì)來源并不會影響肉牛生長性能和屠宰性能,但棉籽粕替代豆粕的適宜比例尚不明確。瘤胃體外發(fā)酵是模擬反芻動物瘤胃的體外發(fā)酵方式被廣泛應(yīng)用于預(yù)測和評定飼料營養(yǎng)價值。本試驗擬采用瘤胃體外發(fā)酵的方式,研究棉籽粕替代豆粕對瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)的影響,以期尋找出棉籽粕替代豆粕的適宜比例。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料 精飼料包括豆粕(河北省石家莊市)、玉米(河北省張家口市)和棉籽粕(河北省滄州市),粗飼料為花生秧(河北省邢臺市),配制前先將原料在65℃烘48 h 制成風(fēng)干樣,過40 目篩,置于干燥環(huán)境密封保存。育肥羊預(yù)混料由河北吉農(nóng)久遠(yuǎn)生物科技有限公司提供。

        1.2 試驗設(shè)計 采用單因素試驗設(shè)計,按等能等氮原則,參照NRC(2001)育肥羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)以棉籽粕分別替代33%、66%、100% 豆粕來配制體重50 kg、日增重300 g 的育肥羊日糧,試驗分為4 組,每組6 個重復(fù),每個重復(fù)2 個平行。試驗日糧組成及營養(yǎng)成分見表1。

        表1 試驗日糧組成及營養(yǎng)成分(干物質(zhì)基礎(chǔ))

        1.3 瘤胃體外發(fā)酵

        1.3.1 瘤胃液采集和瘤胃緩沖液的配制 在河北省保定市唐縣振宏屠宰場采集新鮮屠宰的育肥羊瘤胃液,4 層紗布過濾后置于保溫瓶中密封,帶回實驗室-20℃冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>

        瘤胃緩沖液參考Menke 等的方法配制,將400 mL蒸餾水、0.1 mL A 液(10 g MnCl·4HO、13.2 g CaCl·2HO、8 g FeCl·6HO、1 g CoCl·6HO 定容至100 mL)、200 mL B 液(4 g NHHCO、35 g NaHCO定容至100 mL)、300 mL C 液(5.7 g NaHPO、6.2 g KHPO、0.6 g MgSO·7HO 定容至1 000 mL)、1 mL 刃天青(100 mg 刃天青定容至100 mL)和40 mL 還原劑(0.16 g NaOH、0.625 g NaS·9HO 定容至100 mL)混合均勻。瘤胃緩沖液加入異抗壞血酸鈉代替?zhèn)鹘y(tǒng)通CO進行除氧,并密封靜置保存,直至溶液顏色由紅色變?yōu)樽攸S色后置于39℃恒溫水浴振蕩器中進行恒溫。

        1.3.2 瘤胃體外發(fā)酵和樣品采集 試驗前,將瘤胃液在0~4℃冰水浴中解凍后預(yù)熱至39℃,將瘤胃液和瘤胃緩沖液按1:2 比例混勻制成人工瘤胃培養(yǎng)液;準(zhǔn)確稱取1.5 g 日糧裝入纖維濾袋中使用脈沖熱封機封口,下端使用尼龍繩固定1 個打孔玻璃珠便于纖維濾袋沉入人工瘤胃培養(yǎng)液中,將2 個固定有打孔玻璃珠的纖維濾袋放到發(fā)酵吸嘴袋中,斜口使用硅膠塞密封,開口處使用平面袋真空包裝機除氧密封;使用注射器將200 mL 混合好的人工瘤胃培養(yǎng)液經(jīng)斜口注射到發(fā)酵吸嘴袋中并置于39℃恒溫水浴振蕩器中,打開震蕩開關(guān)進行體外發(fā)酵;恒溫水浴振蕩器搖床頻率為45 r/min,發(fā)酵時間為48 h。

        在體外發(fā)酵2、4、6、8、10、12、24、36、48 h時使用注射器經(jīng)吸嘴袋斜口抽出氣體并記錄產(chǎn)氣量。待48 h 發(fā)酵結(jié)束后,迅速將發(fā)酵吸嘴袋放入冰水浴中終止發(fā)酵。使用EL20 型酸度計測定人工瘤胃培養(yǎng)液pH,取10 mL 人工瘤胃培養(yǎng)液置于15 mL 離心管中,-20℃冷凍保存,用于后續(xù)測定氨態(tài)氮(NH-N)和菌體蛋白(MCP)濃度。

        1.4 測定指標(biāo)和方法

        1.4.1 常規(guī)營養(yǎng)成分 日糧和發(fā)酵殘渣中干物質(zhì)(DM)、總能(GE)和CP 參照AOAC(2000)的方法測定。NDF 和ADF 含量采用Van Soest 等的方法測定。

        1.4.2 體外發(fā)酵參數(shù) 樣品解凍后采用考馬斯亮藍(lán)法測定MCP 濃度,采用靛酚比色法測定NH-N 濃度,采用氣相色譜分析法測定揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度。發(fā)酵結(jié)束后將裝有發(fā)酵殘渣的纖維濾袋用蒸餾水沖洗3次,105℃烘4 h 至恒重,采用Bodas 等的方法測定DM、GE、CP、NDF 和ADF 的消化率。

        養(yǎng)分消化率=[(日糧中養(yǎng)分含量– 發(fā)酵殘渣中養(yǎng)分含量)/日糧中養(yǎng)分含量]×100%

        1.4.3 產(chǎn)氣參數(shù) 將各組2、4、6、8、10、12、24、36、48 h 時的產(chǎn)氣量代入產(chǎn)氣量模型計算產(chǎn)氣參數(shù),產(chǎn)氣量模型:

        GP=a+b(1-e)

        其中,t 表示發(fā)酵時間(h),GP 表示t 時刻時的產(chǎn)氣量(mL),a 表示快速降解部分產(chǎn)氣量(mL),b 表示慢速降解部分產(chǎn)氣量(mL),c 表示b 的產(chǎn)氣速率(%/h),a+b 表示理論總產(chǎn)氣量(mL)。

        1.5 統(tǒng)計分析 試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和初步整理,使用SPSS 20.0 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析,并采用Duncan's 法進行多重比較,以<0.05作為數(shù)據(jù)顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

        2 結(jié)果

        2.1 棉籽粕替代豆粕對產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣參數(shù)的影響 由表2 可知,隨發(fā)酵時間延長,各組產(chǎn)氣量增加,發(fā)酵初期產(chǎn)氣速率較快。發(fā)酵6 h 時,對照組、33%組產(chǎn)氣量高于66% 組(<0.05);發(fā)酵8 h 時,100% 組產(chǎn)氣量高于66% 組(<0.05);發(fā)酵10、12、48 h 時,33% 組產(chǎn)氣量高于100% 組(<0.05)。體外發(fā)酵產(chǎn)氣參數(shù)結(jié)果表明,33% 組快速降解部分產(chǎn)氣量高于100% 組(<0.05);33%組慢速降解部分產(chǎn)氣量、理論總產(chǎn)氣量高于對照組、100% 組(<0.05);33% 組、66% 組慢速降解部分產(chǎn)氣速率高于100%組(<0.05)。

        表2 棉籽粕替代豆粕對產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣參數(shù)的影響

        2.2 棉籽粕替代豆粕對養(yǎng)分消化率的影響 由表3 可知,各組間DM 消化率無顯著差異;對照組CP 消化率高于試驗組(<0.05);33%組、66%組的GE 消化率高于對照組、100% 組(<0.05);33% 組NDF、ADF 消化率高于對照組、66%組和100%組(<0.05)。

        表3 棉籽粕替代豆粕對養(yǎng)分消化率的影響 %

        2.3 棉籽粕替代豆粕對人工瘤胃培養(yǎng)液pH、NH-N、MCP 濃度的影響 由表4 可知,對照組MCP 濃度低于試驗組(<0.05);對照組、33%組pH 無顯著差異,100% 組高于其他各組(<0.05);100% 組NH-N 濃度高于其他3 組(<0.05)。

        表4 棉籽粕替代豆粕對人工瘤胃培養(yǎng)液NH3-N、MCP 含量及pH 的影響

        2.4 棉籽粕替代豆粕對人工瘤胃培養(yǎng)液VFA 濃度的影響 由表5 可知,對照組乙酸和丙酸濃度高于100%組(<0.05);對照組、33% 組總VFA 濃度高于100%組(<0.05);33% 組丁酸、戊酸濃度高于對照組和100% 組(<0.05);33% 組乙酸/ 丙酸低于對照組、66%組和100%組(<0.05)。

        表5 棉籽粕替代豆粕對人工瘤胃培養(yǎng)液VFA 濃度的影響

        3 討 論

        3.1 棉籽粕替代豆粕對產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣參數(shù)的影響 產(chǎn)氣量可反映瘤胃微生物總體變化趨勢和有機物的消化率,其與日糧中可消化營養(yǎng)成分和微生物活性正相關(guān)。飼料可發(fā)酵程度越高,微生物活性越強,產(chǎn)氣量越多。本試驗結(jié)果表明,棉籽粕替代日糧中33% 的豆粕時產(chǎn)氣量最高,此后隨替代比例增加產(chǎn)氣量減少,這可能是由于棉籽粕含有抗?fàn)I養(yǎng)因子棉酚,替代比例較低時瘤胃細(xì)菌對棉酚具有較強的耐受性,且低濃度棉酚促進瘤胃細(xì)菌的生長繁殖,進而增強了瘤胃細(xì)菌對日糧營養(yǎng)物質(zhì)的消化導(dǎo)致產(chǎn)氣量增多,替代比例達(dá)100%時由于棉酚的抑制作用導(dǎo)致瘤胃細(xì)菌活性降低、產(chǎn)氣量減少。

        產(chǎn)氣參數(shù)可反映瘤胃微生物對飼料中不同成分的發(fā)酵效果??焖俳到獠糠之a(chǎn)氣量主要反映葡萄糖、蛋白質(zhì)等可溶性成分的消化程度;慢速降解部分產(chǎn)氣量主要反映纖維素、半纖維素等非可溶性成分的消化程度;產(chǎn)氣速率與日糧的營養(yǎng)特性和微生物發(fā)酵能力有關(guān);理論總產(chǎn)氣量與非纖維性碳水化合物含量正相關(guān)。本試驗結(jié)果表明,產(chǎn)氣參數(shù)均以替代比例為33% 時最高,說明棉籽粕可一定程度促進瘤胃微生物的發(fā)酵能力,增強對日糧中可溶性成分、非可溶性成分等消化,有利于微生物的生長繁殖,替代比例為100%時,可能由于棉酚的毒害作用導(dǎo)致微生物活性下降,對營養(yǎng)物質(zhì)的消化不利。Zhang 等研究發(fā)現(xiàn),日糧中可即時降解的有機物含量不足或瘤胃微生物定植延遲會導(dǎo)致產(chǎn)氣滯后。本試驗中,快速降解部分產(chǎn)氣量各組均為負(fù)值,這可能是由于冷凍引起瘤胃微生物定植延遲所致。

        3.2 棉籽粕替代豆粕對養(yǎng)分消化率的影響 養(yǎng)分消化率可反映飼料在瘤胃中被微生物消化的程度,是評價飼料營養(yǎng)價值和瘤胃發(fā)酵特性的重要參數(shù)。DM 消化率越高表明飼料可消化程度越高,瘤胃內(nèi)環(huán)境更適合微生物生長和繁殖,有利于提高飼料營養(yǎng)物質(zhì)利用率;王海榮等研究發(fā)現(xiàn),棉粕組DM、CP 消化率與豆粕組無顯著差異,但棉粕組NDF、ADF 消化率高,纖維降解菌和厭氧真菌數(shù)也多于豆粕組。本試驗結(jié)果與上述結(jié)果類似,但試驗組CP 消化率低于對照組,替代比例達(dá)100% 時NDF、ADF 消化率降低,這可能是日糧的組成和替代比例不同所致,替代比例較低時纖維降解菌對棉酚具有較強的耐受性,且一定濃度棉酚可促進纖維降解菌大量繁殖,進而增強了對纖維的消化能力,替代比例達(dá)100%時由于棉酚的毒害作用導(dǎo)致微生物消化能力下降。

        3.3 棉籽粕替代豆粕對人工瘤胃培養(yǎng)液pH、NH-N、MCP 濃度的影響 pH 是反映瘤胃內(nèi)環(huán)境的重要指標(biāo),其與飼料類型、唾液分泌和瘤胃代謝等密切相關(guān)。瘤胃pH 過高或過低均不利于微生物生長繁殖,會導(dǎo)致微生物活性降低甚至消失,瘤胃pH 正常波動范圍為5.5~7.5。本試驗中,各組人工瘤胃培養(yǎng)液pH 均在正常范圍內(nèi),且隨替代比例增加pH 升高,說明棉籽粕抑制了瘤胃微生物對碳水化合物等成分的消化,導(dǎo)致VFA 生成量減少、pH 升高。

        NH-N 可用于合成MCP,是瘤胃微生物分解含氮物質(zhì)的終產(chǎn)物,適宜的NH-N 濃度對瘤胃微生物生長繁殖具有重要意義。NH-N 濃度與瘤胃微生物合成MCP 和利用飼料蛋白質(zhì)合成NH-N 的動態(tài)平衡有關(guān),因此可間接反映瘤胃氮代謝狀態(tài),瘤胃NH-N 最佳濃度范圍為2.37~27.3 mg/dL。本試驗結(jié)果顯示,人工瘤胃培養(yǎng)液NH-N 濃度均高于27.3 mg/dL,是由于體外發(fā)酵過程中的NH-N 一部分被微生物利用合成MCP,另一部分溶解在人工瘤胃培養(yǎng)液中,人工瘤胃不具備對NH-N 的吸收和排出能力,進而導(dǎo)致NH-N 濃度升高。此外,隨棉籽粕替代比例增加NH-N 濃度升高,這可能是棉酚導(dǎo)致瘤胃微生物降解含氮物質(zhì)的速率超過其利用NH-N 的速率所致。

        MCP 是反芻動物最主要的氮源,可為其提供蛋白質(zhì)需要量的40%~80%,瘤胃中MCP 濃度與微生物利用NH-N 的能力有關(guān),也可間接反映瘤胃微生物的種群數(shù)量。郎朝麗研究發(fā)現(xiàn),相較于豆粕,棉籽粕會促使肉牛瘤胃微生物合成更多的MCP,與本試驗結(jié)果一致;本試驗同時發(fā)現(xiàn),MCP 濃度并未隨棉籽粕替代比例增加而改變,提示棉籽粕雖能促進瘤胃微生物合成更多的MCP,但替代比例并不會增強微生物合成MCP 的效率。

        3.4 棉籽粕替代豆粕對人工瘤胃培養(yǎng)液VFA 濃度的影響VFA 是由反芻動物發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生,主要為乙酸、丙酸和丁酸,是反芻動物重要的能量來源之一,可為其提供吸收能量的60%~80%,VFA 也是合成乳脂和體脂的主要原料。VFA 的產(chǎn)量及比例可反映反芻動物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、利用能力,對于生產(chǎn)性能的充分發(fā)揮具有顯著影響。王海榮等研究發(fā)現(xiàn),豆粕較棉籽粕能產(chǎn)生更多的VFA,且乙酸/丙酸無顯著差別。本試驗也得出類似的結(jié)論,但33%組乙酸/丙酸顯著低于對照組,這可能是由于替代比例不同。本試驗結(jié)果提示,與豆粕相比,棉籽粕不利于瘤胃VFA 的合成。

        4 結(jié) 論

        本試驗結(jié)果表明,棉籽粕替代豆粕可提高日糧GE、NDF、ADF 消化率以及人工瘤胃培養(yǎng)液NH-N 和MCP 的濃度,但存在降低日糧CP 消化率以及人工瘤胃培養(yǎng)液pH 和總VFA 濃度的風(fēng)險;本試驗條件下棉籽粕替代日糧中33%的豆粕效果較優(yōu)。

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