利用體外產氣法研究薯渣發酵產物與青貯玉米組合的瘤胃發酵特性

■張微微 張永根 李欣新 柴新義 向玉勇 顧海洋 李夢元

（1.滁州學院生物與食品工程學院，安徽滁州 239000；2.東北農業大學動物科學與技術學院，黑龍江哈爾濱 150030；3.滁州市水產研究所，安徽滁州 239000）

馬鈴薯渣是一種高產、低廉優質的反芻動物飼料，利用微生物發酵技術生產馬鈴薯渣飼料，是具有發展潛力的[1-6]。如何更好地提高薯渣飼料利用率被廣泛關注。采用體外產氣法測定飼料瘤胃發酵指標，對高效利用飼料與瘤胃營養調控有著重要意義[7-10]。史卉玲等（2013）利用體外產氣法研究苜蓿青貯與玉米青貯組合，結果表明，不同比例組合可提高粗飼料的利用效率[11]。李劍楠(2014)利用體外產氣法研究薯渣混合秸稈青貯與玉米青貯，當其比例為25∶75時，組合效果最好[12]。研究證實，利用微生物發酵薯渣飼喂動物，可提高動物生產性能，降低動物飼養成本[13-17]。本研究采用接種黑曲霉與酵母菌固態發酵薯渣與秸稈混合物與玉米青貯組合，采用體外產氣技術評價薯渣發酵產物和玉米青貯不同比例組合體外發酵的特性，旨在通過獲取最佳組合，提高飼料利用效率，為反芻動物日糧合理配置馬鈴薯渣發酵產物提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料

薯渣發酵產物（SSF）：本實驗室課題組自制（薯渣與秸稈混合，采用黑曲霉和酵母菌混合發酵獲?。?。

青貯玉米（CS）：來源于東北農業大學實驗基地。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 試驗分組

薯渣發酵產物與青貯玉米以干物質為基礎，按照0∶100、25∶75、50∶50、75∶25、100∶0的比例混合，底物總重200 mg，置于玻璃注射器中，同時設置空白組（只有體外培養液）作為產氣量校正，置39℃恒溫培養箱中預熱，每個時間點3個重復。

1.2.2 培養液的制備

人工唾液參照Menke[18]的方法進行配置，將人工唾液置于39℃恒溫水浴鍋內，并用磁力攪拌器攪拌，持續通入無氧CO2，然后加入已預熱的瘤胃液，混合制成體外培養液（瘤胃液∶人工唾液=1∶2）。

1.2.3 測定指標

產氣量：當培養0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、24、32、36、40、48、72 h各時間點時，迅速取出培養管，冰浴，快速記錄讀數（ml）。

某時間點累積凈產氣量（0.200 g DM）（ml）=某時間段產氣量(ml)-對應時間段3支空白管平均產氣量(ml)。

pH值、氨氮、揮發性脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸）測定根據辛杭書等（2015）[19]方法進行測定。

1.3 數據處理與統計分析

數據處理采用Excel進行，根據動態發酵模型，采用SAS 9.12統計軟件中NON-LINEAR方法計算不同時間點、不同混合比例的動態產氣參數，并進行擬合，利用GLM方法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同組合體外產氣特性

各組合的體外產氣曲線見圖1。由圖1可知，各組合在48 h之內隨著培養時間的增加，產氣量逐漸增加。48 h之后，產氣量處于穩定狀態。在12 h之前，產 氣 量SC100＞SC0＞SC25＞SC50＞SC75，12 h之 后，SC75的產氣量一直處于最低，SC50產氣量迅速增加，24 h之后，一直高于SC25，48 h之后，產氣量接近SC0。

圖1 不同組合的飼料產氣曲線

薯渣發酵產物和青貯玉米不同組合的產氣參數見表1。從表1中得出SC100最大理論產氣量最高（P＜0.05），SC50和SC0之間差異不顯著（P＞0.05），但顯著高于其它兩個處理組（P＜0.05）。SC100和SC75產氣速率較高，分別為0.645和0.585 h-1，顯著高于其他處理組（P＜0.05），SC50延滯期顯著高于其它處理組（P＜0.05），SC100最低。

表1 不同組合的產氣參數

注：1.SC表示固態發酵產物與青貯玉米的組合，數字表示固態發酵產物占組合的百分比；B為最大產氣量，C為產氣速率，Lag為延滯期；

2.同列數據肩標字母不同表示差異顯著（P＜0.05），字母相同表示差異不顯著（P＞0.05）；表2、表4同。

薯渣發酵產物和青貯玉米不同組合效應值見表2。通過產氣量的實測值和加權計算值比較，由表2中的各組合效應值可知，SC50組合各時間點都出現正組合效應，其余處理組合各時間點都出現微弱的負組合效應，且差異顯著（P＜0.05）。

表2 不同組合的組合效應值

2.2 不同組合處理組體外發酵培養24 h的pH值、NH3-N濃度

不同組合處理組發酵24 h培養液的pH值與NH3-N含量見表3。從表3中可知，各處理組間pH值相對穩定。SC75顯著高于其它四個處理組（P＜0.05），SC25和SC50顯著低于SC0（P＜0.05）,與SC100相比差異不顯著（P＞0.05）。SC0的NH3-N含量為4.60 mg/100 ml，顯著高于其他試驗組（P＜0.05）。SC50與SC100 NH3-N含量最低，兩組間無顯著差異（P＞0.05）,且顯著低于SC75和SC25處理組（P＜0.05）。

表3 不同組合pH值、NH3-N含量

2.3 不同組合體外發酵揮發性脂肪酸含量

表4為不同組合體外培養揮發性脂肪酸（VFA）含量。由表4可知，SC100總酸含量為57.45 mmol/l，顯著高于其他處理組（P＜0.05），且與SC0相比，不同程度添加薯渣發酵產物可顯著提高VFA含量（P＜0.05）。馬鈴薯渣與青貯玉米不同組合中，SC75和SC25處理中乙酸含量相對于SC0顯著升高（P＜0.05）；丙酸方面，SC25和SC50處理組與SC0處理組相比差異不顯著（P＞0.05），SC75顯著低于SC0（P＜0.05），SC100顯著降低了丁酸含量（P＜0.05），提高了乙酸∶丙酸比例（P＜0.05）,其他處理組乙酸∶丙酸比例與SC0相比差異不顯著（P＞0.05）。

表4 不同組合揮發性脂肪酸（VFA）含量

3 討論

3.1 不同組合體外產氣量的變化

瘤胃中氣體主要是飼料中碳水化合物和蛋白質中含碳部分被微生物作用產生的，因此產氣量在一定程度上可綜合反應飼料的發酵程度[12]。本試驗中由圖1可知，培養液的產氣曲線隨著時間的增加而增加，在12 h之前產氣迅速，12～48 h產氣增加，但速度較緩慢，48 h趨于平緩，造成的原因可能是前期發酵底物中營養物質比較豐富，隨著時間的增加，微生物利用底物減少，產氣量也減少。表2產氣量組合效應顯示，SC50處理組在發酵階段一直呈現組合正效應，可以取得較為理想的效果，能快速提供足夠的能量和蛋白質等營養物質用于微生物的生長。

3.2 不同比例體外培養液pH值、NH3-N的變化

瘤胃內環境中pH值和NH3-N濃度是反應瘤胃發酵參數的重要指標，主要反映纖維物質的消化和微生物氮供應情況[12]。Depeters等（1986）指出僅當瘤胃pH值處于6.6～6.8[20]，纖維降解效果最好。本試驗中各組合的pH值在6.65～6.71之間，與報道吻合，其中SC75 pH值最高（6.71），這與此處理組的低含量揮發性脂肪酸相呼應（見表4）。本試驗各組合pH值較低，主要由于發酵底物比較單一，且為粗飼料；其次培養體系本身的薯渣發酵產物中含有檸檬酸與果膠兩種具有緩沖、恒定pH值能力的物質。

有學者研究指出，氨氮濃度對微生物快速增長最適臨界量為20～50 mg/l[21]。本試驗中所有處理組培養液中氨氮濃度在3.34～4.60 mg/100 ml之間（＜5 mg/100 ml），在最適氨氮變化范圍之內，對瘤胃內微生物氮供應效果良好。

3.3 不同比例體外培養液VFA的變化

揮發性脂肪酸（VFA）是反芻動物能量的主要來源物質，主要反映瘤胃消化代謝活動[11]。試驗中薯渣發酵產物和青貯玉米不同比例組合培養后，總酸含量提高。研究指出，提高VFA中丙酸含量，可提高飼料利用率[16]。體外發酵試驗得出，SC100與SC75降低丙酸含量，不利于提高飼料效率。

4 結論

試驗結果可知，SC100處理組產氣量最大，表明此處理組瘤胃微生物活動較強，SC50處理組優于其它混合組合，其中發酵過程中僅SC50產氣量發生正組合效應，說明能較好利用飼料營養物質。不同比例組合提高了發酵液的VFA含量，且SC25和SC50處理組提高了丙酸含量，從而降低了飼料成本。綜合瘤胃發酵液參數，當薯渣發酵產物與青貯玉米比例為1∶1為最優組合，能獲得最佳經濟效益。