添加活性酵母和莫能菌素對蒸汽壓片玉米活體外產氣量及瘤胃發酵參數的影響

丁 健， 孟慶翔

（1.全國畜牧總站，北京100125；2.中國農業大學動物科技學院，北京100094）

谷物蒸汽壓片加工技術通過提高谷物淀粉在瘤胃和全消化道的消化率， 提高了谷物的飼喂效果，在反芻動物飼養中得到廣泛應用。但蒸氣壓片谷物淀粉糊化度的提高， 加快了其在瘤胃內的發酵速度， 對于飼喂以谷物為主的高精料日糧的肥育牛羊而言，易引發瘤胃有機酸的積累，導致微生物區系失調和功能紊亂， 從而提高誘發急慢性瘤胃酸中毒的可能。莫能菌素作為瘤胃調控劑，被用于穩定反芻動物瘤胃內環境。 但由于抗生素耐藥性轉移、 藥物殘留等食品安全問題引起人們廣泛擔憂，其使用也受到限制。活性酵母主要通過活酵母菌來穩定瘤胃功能， 由于其不存在藥物殘留等問題，近年來被廣泛應用。但酵母產品由于其活性及使用方法的差異，目前的研究報告顯示，其對瘤胃發酵及動物生產性能的影響效果不一致。 本試驗利用活體外產氣法，以蒸汽壓片玉米為底物，研究比較活性酵母和莫能菌素對瘤胃發酵的影響，為瘤胃調控劑在以蒸汽壓片谷物為日糧的反芻家畜生產中的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 蒸汽壓片玉米的制備：選取河北省本地玉米進行蒸汽壓片處理。 壓片參數：95 ℃蒸汽調質55 min，壓片厚度2 mm，容重390 g/L。風干樣品通過旋風磨粉碎機粉碎后過1 mm 米篩， 常溫保存、 備用。 活性酵母（Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077）由拉曼動物營養公司提供（活細胞數≥2.0×1010cfu/g）。 莫能菌素由浙江海正興發獸藥有限公司提供（含量20%）。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 試驗處理 采用Menke 等（1979）的活體外產氣法進行體外試驗。 試驗設三個處理：（1）對照組（CK 組）；（2）活性酵母（LY 組）添加組，添加量16.7 mg/L （3.3×108cfu//L）；（3） 莫能菌素（MO組）添加組，添加量3.3 mg/L。

1.2.2 活體外培養 將0.2000 g 蒸汽壓片玉米放入特制的100 mL 注射器樣玻璃消化管中，試驗組分別添加活性酵母（16.7 mg/L）和莫能霉素（3.3 mg/L），39 ℃水浴鍋預熱。 用自動加液器向各培養管加入30 mL 混合培養液，迅速放入已預熱（39 ℃）的人工瘤胃培養箱中培養。 分別記錄各處理組在培養1、2、3、4、5、6、8、10、12、16、18、24、28、32、36、40、44、48、56、64 和72 h 的產氣量，每個時間點3 個重復。 同時將各處理組進行另一個批次3 個重復的培養， 測定24 h 干物質消化率，并測定上清液中pH、VFA 和NH3-N 濃度等活體外瘤胃發酵參數。

1.2.3 混合培養液的制備 于晨飼前通過瘤胃瘺管分別采集4 頭西門塔爾雜交閹公牛的瘤胃內容物，等體積混合后，以4 層紗布過濾，并迅速加入裝有經CO2飽和并預熱的39 ℃緩沖液中，配制成混合培養液（瘤胃液與緩沖液配比為1：2）。

1.2.4 產氣參數計算公式

采用模型GP=B×｛1-exp［-c×（t-lag）］｝，計算動態消化產氣參數；

式中：GP 為t 時間點0.2000 g 底物干物質（DM）產氣量，mL；B 為0.2000 g 底物DM 理論最大產氣量，mL；c 為樣本的產氣速度，h-1；lag 為樣本的產氣延滯期，h；t 為體外培養時間，h。

1.3 測定指標與方法 pH： 發酵結束后用雷磁PHS－3C 型精密pH 計（數顯讀數精度0.01）迅速測定。

VFA 濃度：采用Varian 3420 氣相色譜儀（北京分析儀器廠）測定。 取1 mL 分離液相，加入0.2 mL 25%（W/V）偏磷酸，搖勻后冰浴超過30 min，10000 g 離心10 min，取上清液用于色譜分析。 色譜條件：PEG-20M+H3PO4玻璃填充柱， 色譜柱為內徑3 mm，長2 m；載氣為氮氣，流速45 mL/min，氫氣流速35 mL/min，空氣流速250 mL/min，氫焰離子檢測器，柱溫150 ℃，離子化室溫度220 ℃，靈敏度107，衰減4，進樣量0.6 μL。

NH3-N 濃度：苯酚－次氯酸鈉比色法測定。1.4 統計分析 試驗數據采用SAS 統計分析軟件（SAS，1999）中的廣義線性模型（GLM）進行單因子試驗方差分析， 采用鄧肯氏新復極差法進行多重比較。

2 結果

2.1 添加活性酵母和莫能菌素對72 h 動態產氣量和產氣參數的影響 圖1 為添加LY 和MO 后蒸汽壓片玉米在72 h 內的動態產氣曲線。 產氣量數據擬合非線性回歸方程得出各發酵參數值見表1。 由表1 可知，與對照組相比，LY 添加顯著降低了蒸汽壓片玉米的產氣速度 （P ＜0.05），但對產氣延滯期24 h 和72 h 總產氣量及理論最大產氣量影響不顯著；添加MO 顯著提高了產氣速度 （P ＜0.05）， 縮短了產氣延滯期 （P ＜0.05），并顯著降低了24 h 和72 h 總產氣量及理論最大產氣量（P ＜0.05）。

圖1 添加活性酵母和莫能菌素后蒸汽壓片玉米72 h 的產氣趨勢

表1 添加活性酵母和莫能菌素對蒸汽壓片玉米體外產氣動態參數的影響

2.2 添加活性酵母和莫能菌素對底物干物質消化率的影響 添加LY 和MO 對蒸汽壓片玉米24 h DM 消化率無顯著影響（P ＞0.05），結果見圖2。

圖2 添加活性酵母和莫能菌素后蒸汽壓片玉米24 h DM 消化率

2.3 添加活性酵母和莫能菌素對24 h 活體外瘤胃發酵參數的影響 從表2 可以看出， 添加LY顯著提高了發酵液NH3-N 濃度 （P ＜0.05），對VFA 組成比例無顯著影響；添加MO 顯著降低了發酵液NH3-N 濃度，乙酸、丁酸、異丁酸、戊酸及異戊酸摩爾比例（P ＜0.05），顯著提高了丙酸比例（P ＜0.05），從而顯著地降低了乙：丙比（P ＜0.05）。兩者對體外瘤胃pH 和總VFA 的影響均不顯著。

表2 添加活性酵母和莫能菌素對蒸汽壓片玉米活體外瘤胃發酵參數的影響

3 討論

3.1 添加活性酵母和莫能菌素對72 h 動態產氣量、 產氣參數和DM 消化率的影響 據報道，莫能菌素能選擇性抑制革蘭氏陽性菌生長，產甲烷菌被抑制導致瘤胃發酵甲烷的量減少，同時CO2產量也會有所降低，導致總產氣量減少，這與本試驗中添加莫能菌素顯著降低了24 h 和72 h 的總產氣量一致。 但從試驗結果也可以看出，試驗中莫能菌素對產氣量的抑制主要體現在發酵12 h以后， 而在發酵前12 h 莫能菌素反而提高了產氣量，最終表現為添加莫能菌素顯著加快了產氣速度，并縮短了發酵底物的產氣延滯期。 添加活性酵母雖未對產氣延滯期產生影響，但卻顯著降低了產氣速度，實質是減緩了蒸汽壓片玉米的瘤胃發酵速度。 根據本試驗結果推測，相對于莫能菌素，活性酵母對在蒸汽壓片玉米等含高快速降解碳水化合物日糧中緩解瘤胃酸中毒可能更為有效，但這一推論還有待于試驗的進一步驗證。

研究表明， 谷物飼料在瘤胃中發酵速度越快，其發酵程度越高。但在本次試驗中，酵母的添加雖然降低了蒸汽壓片玉米的發酵速度， 但其24 h 累積產氣量與對照組無顯著差異，因此并未觀察到DM 消化率的降低，反而在數值上略有升高。Miller-Webster 等（2002）發現，酵母或酵母培養物的添加，能夠增加瘤胃內的細菌總數，提高細菌活力及營養物質在瘤胃的消化率。 相反，莫能菌素雖然提高了壓片玉米的產氣速度，但發酵至24 h 時，瘤胃產氣量卻顯著降低了，因此體現在DM 消化率數值上反而略有降低。 有研究發現，在連續培養試驗中添加莫能菌素能降低飼料DM 的消化率，谷物類型也會影響離子載體對營養物質的消化。

3.2 添加活性酵母和莫能菌素對活體外瘤胃發酵參數的影響 本試驗采用蒸汽壓片玉米作為活體外發酵底物，因其淀粉糊化度提高，在瘤胃內降解速度快， 易導致有機酸積累和pH 下降。但根據本試驗發酵液pH 的范圍看，瘤胃發酵處于一個正常pH 的發酵狀態。 Miller-Webster 等（2002）研究發現，在較高pH 條件下活性酵母對pH 調節的效應則不能有效發揮。本試驗中，活性酵母和莫能菌素的添加都未對體外瘤胃pH 產生顯著影響，可能是因為活體外發酵本身處于一個較高的pH 水平。 活性酵母的添加顯著提高了NH3-N 濃度，可能是因為酵母培養物能夠提高底物蛋白質在瘤胃中的消化，從而導致瘤胃NH3-N濃度的升高。 與之相反，莫能菌素顯著降低了發酵液中NH3-N 濃度， 可能與莫能菌素對格蘭氏陽性菌的抑制作用會降低蛋白質瘤胃代謝，從而降低瘤胃氨氮濃度有關。柏研等（2019）在荷斯坦犢牛上也得到了相同的結果。

本試驗中， 活性酵母對發酵液中總VFA 產量、各VFA 的摩爾百分比及乙丙比均未產生顯著影響， 這與其他研究添加酵母產品對瘤胃發酵的影響結果不一致。 Wen 等（2017）報道，在給采食低質粗飼料的泌乳奶牛的日糧中添加活性酵母，能顯著提高瘤胃總揮發性脂肪酸的濃度， 但不影響各類VFA 摩爾比例， 與Andrighetto 等（1993）在給采食高精料日糧的綿羊添加酵母培養物的結論一致。 Zeleňák 等（1994）在體外試驗中發現，添加活性酵母對瘤胃VFA 產量及摩爾比例的影響隨發酵底物的精粗比而改變。 Lynch 和Martin（2002）報道，當以粉碎玉米作為發酵底物時，活性酵母對丙酸及丁酸濃度無顯著影響， 但能顯著降低乙酸產量，從而降低乙丙比；而當以可發酵淀粉為底物時，活性酵母對乙酸影響不大，對丙酸產量有所提高，但差異不顯著，最終顯著地降低了乙丙比。顯然，酵母類產品對瘤胃發酵參數的影響規律并不一致，其會隨日糧特性的不同而發生改變。莫能菌素能提高丙酸比例， 降低乙丙比的這一作用已被前人研究一致證實， 本試驗也得到了與之一致的結果， 而高丙酸型發酵有利于提高反芻動物的能量利用效率。

4 結論

以蒸汽壓片玉米為發酵底物時， 活性酵母的添加能夠減緩谷物的體外發酵速度， 但對產氣量及體外瘤胃發酵參數無顯著影響。 莫能菌素則能顯著提高谷物的體外產氣速度，縮短產氣延滯期，并顯著降低乙酸比例，提高丙酸產量，降低乙：丙比例。