普宣宣 王 榮 張秀敏 肖儉平 李志才 魏仲珊 譚支良 王 敏*

(1.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長(zhǎng)沙 410125;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410128;3.湘潭縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,湘潭 411228;4.湖南德人牧業(yè)科技有限公司,常德 415000)

豆渣是生產(chǎn)豆腐、豆干、豆?jié){、豆粉和腐竹等豆制品的加工副產(chǎn)物,我國(guó)每年產(chǎn)生濕豆渣超過2 000萬(wàn)t[1]。豆渣粗蛋白質(zhì)(CP)含量高,因加工方式不同而有所不同,在15.2%～39.1%[干物質(zhì)(DM)基礎(chǔ)][2],而且其氨基酸含量豐富[3],可用于替代常規(guī)飼料原料[4-5]。豆渣可作為反芻動(dòng)物質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的蛋白質(zhì)來(lái)源,Rahman等[6]研究發(fā)現(xiàn),利用豆渣100%替代豆粕提高了山羊的中性洗滌纖維(NDF)采食量和消化率,并對(duì)山羊生長(zhǎng)性能未產(chǎn)生負(fù)面影響。Rahman等[7]研究表明,豆渣DM飼喂量由成年山羊體重的0.5%上升到2%時(shí),山羊的飼草采食量降低,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)采食量、消化率和日增重則顯著升高。

豆渣水分含量較高,不易保存,通過烘干來(lái)保存豆渣的成本較高,因此實(shí)際生產(chǎn)中主要通過發(fā)酵處理豆渣。發(fā)酵可提高豆渣營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),提高豆渣營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,尤其是氨基酸含量[8-9],降低其抗?fàn)I養(yǎng)成分如胰蛋白酶抑制劑、植酸、皂苷、血凝素和異黃酮等的含量[10]。添加微生物制劑對(duì)高水分含量副產(chǎn)物和秸稈進(jìn)行混貯,是促進(jìn)兩者飼料化的主要手段[11-13]。研究表明,添加纖維素酶對(duì)豆渣和玉米秸稈進(jìn)行混貯,可顯著提高混貯品質(zhì),并提高體外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解率[14]。

近年來(lái),畜牧業(yè)生產(chǎn)中精料原料如豆粕價(jià)格持續(xù)上漲,尋找適宜且價(jià)格低廉的農(nóng)副加工品是促進(jìn)畜牧業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的必要手段[1]。在實(shí)際生產(chǎn)中,可將豆渣與某些精料原料混貯后用于替代豆粕和這些原料以降低生產(chǎn)成本。因此,本試驗(yàn)以豆渣、麥麩和玉米粉為原料進(jìn)行混合發(fā)酵制成豆渣混貯,對(duì)其發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)組成進(jìn)行測(cè)定,研究豆渣混貯替代飼糧精料中的豆粕、麥麩和玉米粉對(duì)奶牛生長(zhǎng)性能、飼養(yǎng)成本、瘤胃發(fā)酵和甲烷(CH4)排放的影響,旨在為豆渣的利用提供方法策略,為降低奶牛飼養(yǎng)成本提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物、設(shè)計(jì)及飼糧

試驗(yàn)選取10～12月齡、體重為(311.0±29.8) kg、健康狀況良好的青年期荷斯坦母牛24頭,采用單因素隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì),將其隨機(jī)分為對(duì)照組和豆渣混貯組,分別飼喂基礎(chǔ)飼糧和豆渣混貯飼糧,每組12頭。

豆渣混貯是將豆渣、麥麩和玉米粉按鮮重比例8∶1∶1混合以調(diào)節(jié)水分含量至65%左右,然后噴灑200 mg/kg復(fù)合菌劑溶液(包括枯草芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌和糞腸球菌等,活菌數(shù)1.0×106CFU/g),并置于發(fā)酵袋中室溫厭氧發(fā)酵30 d所制備,每袋約38 kg,共制作5 t。豆渣混貯組采用豆渣混貯替代對(duì)照組飼糧中的豆粕、麥麩和玉米粉,總替代比例為16.5%。飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見表1。

表1 飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

試驗(yàn)采取舍飼方式進(jìn)行,試驗(yàn)前對(duì)欄舍、器具清潔并消毒,統(tǒng)一對(duì)母牛進(jìn)行驅(qū)蟲。整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi),自由采食,每日09:00和17:00分2次等量飼喂,剩料量控制在喂料量的10%以內(nèi),定期清理圈舍,自由飲水。試驗(yàn)期為82 d,包括預(yù)試期 7 d,正試期75 d,于正試期的第60～75天進(jìn)行樣品采集,包括5 d的糞樣采集、7 d的CH4排放量測(cè)定和4 d的血樣及瘤胃內(nèi)容物采集。

1.2 試驗(yàn)樣品采集

試驗(yàn)于正試期的第60天至第64天,每天收集飼糧樣、剩料樣和糞樣。每日分別于12:00、17:00和次日07:00通過直腸收集糞便,連續(xù)采集5 d,將每頭牛每天采集的糞便稱重后等量混合。取部分糞樣直接置于-20 ℃冷凍保存,另取糞樣用10%稀硫酸進(jìn)行酸化處理,以防止糞樣中氮的損失,置于-20 ℃冷凍保存。將所有飼糧樣、剩料樣和糞樣65 ℃烘干后,粉碎過40目篩后,室溫保存。酸化處理的糞樣用于CP含量測(cè)定,未酸化部分則用于其他常規(guī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量測(cè)定。

試驗(yàn)于正試期的第72天和第73天連續(xù)2 d進(jìn)行每頭牛的瘤胃內(nèi)容物采集,時(shí)間為晨飼后0和2.5 h。利用金屬導(dǎo)管通過口腔深入腹囊中部抽取瘤胃液,舍棄初始瘤胃液約50 mL后,收集瘤胃內(nèi)容物約300 mL。立即取瘤胃內(nèi)容物(20 mL),測(cè)定pH(便攜式pH計(jì),100A,上海立辰儀器科技有限公司)。取2份瘤胃內(nèi)容物(各35 mL)于60 mL注射器,通過軟管與20 mL注射器相連(內(nèi)含10 mL氮?dú)?,將氮?dú)庾⑸淙肓鑫竷?nèi)容物后,于搖床200 r/min振蕩5 min,再將60 mL注射器中的溶解氣體打入20 mL注射器,取溶解氣體于3.5 mL真空瓶中用于瘤胃內(nèi)溶解氣體測(cè)定。另取瘤胃內(nèi)容物(2 mL)于15 000×g、4 ℃下離心10 min,取上清液1.5 mL,用0.15 mL偏磷酸固定后保存于-20 ℃用于揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和氨態(tài)氮(NH3-N)含量測(cè)定。

試驗(yàn)于正試期的第74天和第75天連續(xù)2 d進(jìn)行每頭牛的血樣采集。采集時(shí)間為晨飼后0和2.5 h,經(jīng)尾靜脈采血10 mL,置于無(wú)菌真空管中,4 ℃下靜置4 h后,600×g離心10 min,得到血清,-20 ℃保存,用于血清生化指標(biāo)測(cè)定。

1.3 樣品分析與測(cè)定

1.3.1 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量測(cè)定

按照AOAC(2005)[15]的方法步驟分析DM和總氮含量。根據(jù)Van Soest等[16]的方法測(cè)定NDF和酸性洗滌纖維(ADF)含量,其中NDF含量測(cè)定時(shí),加入了α-淀粉酶和亞硫酸鈉以消除淀粉和蛋白質(zhì)對(duì)纖維測(cè)定的影響。半纖維素(%)=NDF-ADF,中性洗滌可溶物(NDS,%)=1 000-NDF?？偰?GE)是利用等溫自動(dòng)量熱計(jì)(5E-AC8018,長(zhǎng)沙開元儀器有限公司)進(jìn)行測(cè)定。鈣(Ca)含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 13885—2017方法測(cè)定。粗灰分(Ash)含量測(cè)定先于電爐碳化至無(wú)煙后,置于馬弗爐550 ℃灰化6 h測(cè)定。有機(jī)物(OM)(%)=DM-Ash。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 23742—2009方法分別測(cè)定飼糧樣和糞便樣中酸不溶灰分(AIA)的含量,根據(jù)下述公式進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率測(cè)定:

某營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率(%)=[(1-(b×c)/(a×d)]×100。

式中:a為飼糧中該營(yíng)養(yǎng)成分含量;b為糞便中該營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量;c為飼糧中AIA含量;d為糞便中AIA含量。

1.3.2 生長(zhǎng)性能測(cè)定

于試驗(yàn)開始以及結(jié)束時(shí),晨飼前稱重并記錄青年牛的初始體重、體高和胸圍,終末體重、體高和胸圍,計(jì)算青年牛的平均日增重(ADG)、平均日增體高和平均日增胸圍。根據(jù)采食量計(jì)算每頭牛的料重比(F/G)。飼料費(fèi)用(元/頭)=飼糧單價(jià)×飼喂量×飼養(yǎng)天數(shù)。

1.3.3 CH4排放量測(cè)定

試驗(yàn)于正試期的第65天至第71天進(jìn)行CH4排放量測(cè)定。根據(jù)Wang等[17]的研究,采用自動(dòng)頭室(AHC)瘤胃甲烷監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)定奶牛CH4排放量[18]。1 d內(nèi)的測(cè)定時(shí)間點(diǎn)為00:00、03:00、06:00、09:00、12:00、15:00、17:00和21:00,每頭牛連續(xù)測(cè)定2 d,并進(jìn)行校準(zhǔn)和計(jì)算。

1.3.4 瘤胃發(fā)酵參數(shù)測(cè)定

乳酸含量采用比色法[19]進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)Wang等[20]描述的方法,使用氣相色譜儀(Agilent 7890A, Agilent Inc., Palo Alto,美國(guó))測(cè)定VFA組分含量。根據(jù)Weatherburn[21]描述的方法進(jìn)行NH3-N含量測(cè)定。使用氣相色譜測(cè)定瘤胃內(nèi)溶解CH4和氫氣濃度。

1.3.5 血清生化指標(biāo)測(cè)定

采用全自動(dòng)生化分析儀(Roche cobas c311)測(cè)定血清生化指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用混合線性模型對(duì)不包含時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,包括飼糧為固定影響因子,試驗(yàn)牛為隨機(jī)影響因子。當(dāng)采樣時(shí)間點(diǎn)存在時(shí),混合線性模型包括飼糧、飼糧與時(shí)間的交互作用為固定影響因子,時(shí)間為重復(fù)影響因子,試驗(yàn)牛為隨機(jī)影響因子。P<0.05時(shí),差異顯著;0.05≤P<0.10時(shí),有升高或降低的變化趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆渣混貯營(yíng)養(yǎng)成分組成及發(fā)酵參數(shù)

由表2可知,豆渣、麥麩與玉米粉混合發(fā)酵30 d后pH在4.05左右,乳酸、乙酸、丙酸、丁酸和NH3-N含量分別為44.60、12.60、0.89、0.67和1.23 g/kg,即豆渣混貯發(fā)酵品質(zhì)良好。對(duì)比發(fā)酵前后可知,發(fā)酵后的CP含量由17.40%上升至19.00%,NDS含量由72.00%上升至73.80%,NDF含量由28.00%下降至26.20%,半纖維素含量由14.00%下降至12.00%(表3)。

表2 豆渣混貯發(fā)酵品質(zhì)(干物質(zhì)基礎(chǔ))

表3 豆渣混貯前后營(yíng)養(yǎng)組成(干物質(zhì)基礎(chǔ))

2.2 豆渣混貯對(duì)奶牛采食量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率和CH4排放量的影響

由表4可知,與對(duì)照組相比,豆渣混貯對(duì)DM和OM采食量沒有顯著影響(P>0.05),顯著提高了ADF采食量(P<0.05),CP采食量呈上升趨勢(shì)(P=0.06);豆渣混貯組的OM和NDF表觀消化率顯著降低(P<0.05),DM表觀消化率則有降低的趨勢(shì)(P=0.07)。與對(duì)照組相比,豆渣混貯對(duì)奶牛CH4排放量、采食每千克DM的CH4排放量、采食每千克可消化OM的CH4排放量和采食每千克可消化NDF和每千克平均日增重下的CH4排放量均無(wú)顯著影響(P>0.05)。

表4 豆渣混貯對(duì)奶牛采食量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率和CH4排放量的影響

2.3 豆渣混貯對(duì)奶牛生長(zhǎng)性能和飼養(yǎng)成本的影響

由表5可知,與對(duì)照組相比,豆渣混貯顯著提高了奶牛的ADG(P<0.05),并顯著降低了整個(gè)試驗(yàn)期的飼料費(fèi)用(P<0.05)。

表5 豆渣混貯對(duì)奶牛生長(zhǎng)性能和飼養(yǎng)成本的影響

2.4 豆渣混貯對(duì)奶牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

由表6可知,與對(duì)照組相比,豆渣混貯未對(duì)瘤胃內(nèi)的溶解氫氣和溶解CH4濃度產(chǎn)生影響(P>0.05);豆渣混貯有增加瘤胃pH的趨勢(shì)(P=0.09),對(duì)瘤胃總VFA含量無(wú)顯著影響(P>0.05)。與對(duì)照組相比,豆渣混貯顯著增加了瘤胃戊酸摩爾比例(P<0.05),對(duì)乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸和異戊酸摩爾比例則無(wú)顯著影響(P>0.05)。

表6 豆渣混貯對(duì)奶牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

2.5 豆渣混貯對(duì)奶牛血清生化指標(biāo)的影響

由表7可知,與對(duì)照組相比,豆渣混貯組血清的總膽固醇、甘油三酯和補(bǔ)體4含量顯著升高(P<0.05),總蛋白含量有降低的趨勢(shì)(P=0.06)。

表7 豆渣混貯對(duì)奶牛血清生化指標(biāo)的影響

3 討 論

3.1 豆渣混貯發(fā)酵品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)組成

發(fā)酵飼料pH、有機(jī)酸及NH3-N含量等是評(píng)定其發(fā)酵品質(zhì)的主要指標(biāo)。早在1971年,Catchpoole等[22]指出,低pH和NH3-N含量預(yù)示著發(fā)酵飼料品質(zhì)良好。接種乳酸菌可促進(jìn)原料可溶性碳水化合物的降解生成乳酸,有效并快速地降低pH,進(jìn)而抑制不良微生物的產(chǎn)生,達(dá)到有效保存原料的目的[23]。一般來(lái)說(shuō),發(fā)酵飼料pH低于4.2,可認(rèn)為發(fā)酵品質(zhì)良好[24]。本試驗(yàn)中添加復(fù)合乳酸菌劑對(duì)豆渣混合物進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)酵的最終pH低于4.2,丙酸、丁酸摩爾比例及NH3-N含量均較低,并且乳酸含量較高,表明豆渣混貯發(fā)酵品質(zhì)良好。含水量是影響飼料發(fā)酵品質(zhì)的主要因素之一,水分含量較高時(shí),有利于梭菌生長(zhǎng),顯著升高發(fā)酵飼料的pH、丁酸、異丁酸、NH3-N和乙醇含量,導(dǎo)致飼料發(fā)酵品質(zhì)較差[25],水分含量過低時(shí),乳酸菌生長(zhǎng)活動(dòng)受到抑制,導(dǎo)致發(fā)酵速度慢,乳酸含量低,最終導(dǎo)致發(fā)酵品質(zhì)變差。豆渣水分含量較高,單獨(dú)發(fā)酵難以獲得良好的發(fā)酵品質(zhì),并增加運(yùn)輸成本。Yang等[26]研究發(fā)現(xiàn),添加花生殼對(duì)豆渣進(jìn)行發(fā)酵,可有效提高發(fā)酵效率。Zhao等[14]按鮮重基礎(chǔ)78∶22比例混合豆渣與玉米秸稈以調(diào)節(jié)水分至65%左右,添加乳酸菌或纖維素酶進(jìn)行混貯發(fā)酵后,品質(zhì)良好。本試驗(yàn)按鮮重基礎(chǔ)8∶1∶1比例混合豆渣、麥麩和玉米粉以調(diào)節(jié)水分含量在65%左右,添加乳酸菌劑發(fā)酵后獲得良好的發(fā)酵品質(zhì)。本試驗(yàn)利用麥麩和玉米粉作為水分調(diào)節(jié)劑與豆渣進(jìn)行混貯,發(fā)酵后水分含量為64.7%,表明豆渣、麥麩和玉米粉的混合比例適宜,有利于豆渣混貯獲得良好的發(fā)酵品質(zhì)。發(fā)酵過程中,以乳酸菌為主的微生物主要利用可溶性碳水化合物為營(yíng)養(yǎng)來(lái)源,也可以通過降解結(jié)構(gòu)性碳水化合物生成可溶性碳水化合物和有機(jī)酸[27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,豆渣混貯后的NDS含量有所升高,NDF和半纖維含量有所降低,這可能與微生物在發(fā)酵過程中對(duì)半纖維素的利用相關(guān)。綜上所述,豆渣、麥麩和玉米粉按鮮重基礎(chǔ)比例8∶1∶1混合并添加乳酸菌的發(fā)酵品質(zhì)良好,可在一定程度上改善營(yíng)養(yǎng)成分組成,為豆渣的利用提供了新的思路。

3.2 豆渣混貯對(duì)奶牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)采食量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率和ADG的影響

飼糧采食量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和飼料利用價(jià)值評(píng)定方面起著重要作用。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),豆渣混貯對(duì)奶牛的DM采食量無(wú)顯著影響,這可能與2組間營(yíng)養(yǎng)成分相平衡有關(guān)[28-29]。ADF難以被瘤胃微生物降解利用,隨著其含量的升高,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率逐漸降低。本試驗(yàn)中,豆渣混貯組ADF含量較高,進(jìn)而降低了OM和NDF表觀消化率。但豆渣混貯組的ADG顯著高于對(duì)照組。結(jié)合豆渣混貯營(yíng)養(yǎng)組成、奶牛采食量和消化率的結(jié)果可知,盡管豆渣混貯組奶牛CP表觀消化率沒有顯著提高,但是豆渣混貯CP含量卻高于對(duì)照組,這說(shuō)明豆渣混貯組奶牛可消化CP攝入量會(huì)增加,這可能有助于提高奶牛ADG。除此之外,反芻動(dòng)物生產(chǎn)中添加豆渣可有效降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益[30],這與本試驗(yàn)結(jié)果相一致。

3.3 豆渣混貯對(duì)奶牛CH4排放和瘤胃發(fā)酵的影響

在本研究結(jié)果中,豆渣混貯對(duì)奶牛CH4排放量沒有顯著影響。瘤胃內(nèi)CH4生成主要與發(fā)酵模式密切相關(guān)。豆渣混貯對(duì)奶牛瘤胃發(fā)酵模式和總VFA生成均無(wú)顯著影響,這也是豆渣混貯對(duì)奶牛CH4排放量沒有顯著影響的重要原因。Harjanti等[31]研究發(fā)現(xiàn),與精料相比,發(fā)酵豆渣對(duì)綿羊瘤胃發(fā)酵參數(shù)未產(chǎn)生顯著影響,這也與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致,說(shuō)明豆渣混貯未對(duì)瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.4 豆渣混貯對(duì)奶牛血清生化指標(biāo)的影響

血清生化指標(biāo)是反映動(dòng)物是否健康的重要因素,飼糧是影響血清生化指標(biāo)的主要因素之一[32]。谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)是判斷心臟和肝臟功能是否受損的敏感指標(biāo)[33],堿性磷酸酶(ALP)與肝腎功能密切相關(guān),可以調(diào)節(jié)腸道功能和鈣磷代謝。本試驗(yàn)中,對(duì)照組與豆渣混貯組血清中ALT、AST和ALP活性無(wú)顯著差異,說(shuō)明豆渣混貯對(duì)奶牛的心臟、肝臟或腎臟未產(chǎn)生負(fù)面影響。血清中總膽固醇和甘油三酯含量與機(jī)體脂質(zhì)代謝狀況有關(guān),本試驗(yàn)結(jié)果表明豆渣混貯組的血清總膽固醇和甘油三酯含量更高,說(shuō)明豆渣混貯可能增強(qiáng)了奶牛的脂質(zhì)代謝,有待進(jìn)一步研究。血清尿素氮和血氨含量是反映飼糧中氮降解和利用的重要指標(biāo),與瘤胃飼糧蛋白質(zhì)的攝入量和質(zhì)量有關(guān)[34-35]。本試驗(yàn)中,豆渣混貯組的血清血氨含量高于對(duì)照組,這可能與豆渣混貯組添加的尿素含量較高相關(guān)。綜上所述,豆渣混貯未對(duì)奶牛血清生化指標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面影響。

4 結(jié) 論

豆渣混貯(由豆渣、麥麩和玉米粉按鮮重比例8∶1∶1混合發(fā)酵所制備)替代飼糧精料中的豆粕、麥麩和玉米粉后提高了奶牛ADG,降低了飼養(yǎng)成本,并且對(duì)CH4排放量、瘤胃發(fā)酵參數(shù)及血清生化指標(biāo)均未產(chǎn)生負(fù)面影響,這說(shuō)明該比例下制作的豆渣混貯可作為質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的奶牛飼料原料。