甜菜颗粒替代玉米对奶牛消化及瘤胃消化动力的影响

乔国华，李桂杰，肖志刚，徐彩红，解铁民

(沈阳师范大学粮食学院，辽宁 沈阳 110034)

甜菜颗粒替代玉米对奶牛消化及瘤胃消化动力的影响

乔国华，李桂杰，肖志刚，徐彩红，解铁民

(沈阳师范大学粮食学院，辽宁 沈阳 110034)

试验使用4头安装有瘤胃瘘管和十二指肠套管的处于泌乳后期的中国荷斯坦奶牛，研究了甜菜颗粒替代玉米对荷斯坦奶牛消化和瘤胃消化动力的影响。试验日粮中粗饲料(玉米青贮+紫花苜蓿)占40%，精饲料占60%，精饲料中的玉米分别用0%、6%、12%和24%的甜菜颗粒进行替代(干物质基础)。4个处理组日粮中的中性洗涤纤维和淀粉的质量分数分别为(24.3%,34.5%)、(26.2%,30.6%)、(28.0%,26.5%)和(31.6%,18.5%)。结果表明，随着甜菜颗粒替代玉米比例的提高，瘤胃干物质周转率下降，瘤胃中性洗涤纤维的周转率提高；潜在降解中性洗涤纤维在瘤胃中的降解率提高，而且降解的速率也提高了，最终日粮总消化道的中性洗涤纤维的消化率提高了。不可消化中性洗涤纤维的瘤胃外排速率并没有受到不同处理的影响。瘤胃淀粉的消化率随着甜菜颗粒替代玉米比例的提高而显著下降，但是，总肠道淀粉的消化率并没有受到影响。随着甜菜替代玉米比例的提高，日粮纤维的消化率显著提高，淀粉的消化率没有受到影响。因此，处于泌乳后期的奶牛在低粗饲料饲喂条件下，日粮中15%～20%的玉米可以用甜菜颗粒进行替代。

甜菜颗粒；玉米；瘤胃消化动力；淀粉消化

为了提高奶牛的生产性能，在生产实践中经常采用提高日粮中淀粉含量的做法，这是因为淀粉比纤维物质更容易被奶牛消化。然而，提高淀粉的含量经常造成日粮纤维消化率的下降，这可能基于以下几点原因：由于纤维物质含量的下降，奶牛反刍行为减弱了。瘤胃液中挥发性脂肪酸浓度的上升和唾液缓冲的减弱导致pH值下降，从而削弱了纤维的消化[1-3]。寻找能够比粗饲料中性洗涤纤维更容易降解的碳水化合物来源，而不影响日粮中淀粉的发酵和消化，将对提高奶牛健康状况和降低饲喂成本起到双重作用。甜菜颗粒含有大概40%的中性洗涤纤维，这部分纤维的可溶解性非常好，尤其是果胶部分大概占到25%(干基)。甜菜颗粒中的NDF在瘤胃中的降解速率比粗饲料中的NDF更快[4-5]。与淀粉不同，果胶的发酵并不会对瘤胃中的纤维素和半纤维素降解菌造成抑制作用[6]。因此，在高精饲料、低粗饲料的日粮中加入一定比例的甜菜颗粒有可能会提高NDF的消化率，提高总营养物质的消化率。但是，淀粉的消化动力也可能会受到影响，改变其在不同消化位点的消化程度。本试验的目的就是测定不同比例甜菜颗粒替代玉米对瘤胃、过瘤胃，总胃肠道的NDF、淀粉、干物质和有机物质消化的影响，从而为生产实践提供必要的数据参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 处理和奶牛

玉米和甜菜颗粒的养分构成见表1，试验日粮配方构成及营养组分见表2。

表1 玉米和甜菜颗粒的养分构成

4头安装有瘤胃瘘管和十二指肠T型套管的中国荷斯坦奶牛[7]，试验分为4个处理，即0%替代玉米、6%替代玉米、12%替代玉米和24%替代玉米。试验共4个周期，每个周期为21 d。每一期的后10 d用来收集样品和数据。试验日粮含有40%粗饲料(玉米青贮和紫花苜蓿比例为50∶50)，玉米，甜菜颗粒(0～24%)，蛋白质补充料(豆粕、玉米干酒精糟和玉米蛋白粉)，维生素和矿物质元素预混合饲料(见表2)。所有的日粮均含有18%的粗蛋白质，饲喂方式均为全混合日粮(TMR)。

1.2 数据和样品采集

Cr2O3用作食糜指示剂来测定营养物质瘤胃消化率和总肠道消化率。在试验期的第7～14 d，瘤胃灌注指示剂，在每一天的03：00,11：00和19：00分别灌注5 g指示剂，每天共15 g指示剂。在试验期的第12～14 d收集十二指肠样品和粪样品，十二指肠样品的收集量为1 000 g，粪样品的收集量为500 g，瘤胃液样品的收集量为100 ml。每9 h收集一次样品，每种样品共收集8次。分别代表每天间隔3 h的样品。瘤胃液的样品分别从瘤胃的背囊、背盲囊、腹囊和腹盲囊中取等量的食糜，然后压榨，过4层滤布，过滤后的液体样品视为瘤胃液样品，所有的样品都立即置于-20℃冰柜中冷冻，待测。

表2 试验日粮配方构成及营养组分

注：1.玉米青贮中含有36.2%干物质，43.5%NDF，7.6%粗蛋白质，13.4%不可消化NDF，28.5%淀粉和3.8%灰分。

2.紫花苜蓿中含有41.8%NDF，19.5%粗蛋白质，26.1%不可消化NDF，3.0%淀粉和8.1%灰分。

3.蛋白质补充料中含有75%豆粕，20%玉米酒精糟(含可溶物)和5%玉米蛋白粉。

4.预混料中含有 10.4%微量矿物质元素预混,0.4% 维生素 D,0.4% 维生素 A,2.7% 氧化镁,22.3% 磷酸二氢钙,63.8% 玉米粉载体。

1.3 样品分析和统计分析

每一期每头牛的干燥和粉碎的粪样等量进行混合。瘤胃食糜样品进行冻干。十二指肠样品解冻后用1 mm孔径尼龙布过滤，将其分为固相和液相两相。对两相分别称重并且取样。固相和液相样品分别进行冻干，粉碎，并按照初始重量比例进行重新组合。所有干燥的样品都分析干物质、灰分、NDF[8-10]和120 h的体外不可消化NDF的含量、潜在降解NDF含量(pdNDF,1-INDF)、CP、淀粉[11]。有机物质(OM)、干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)、淀粉、水分和灰分等常规指标均按照AOAC中的方法进行测定[12]。

日粮原料、十二指肠食糜和粪样都分析铬的浓度。样品首先用磷酸消化[13]。铬的含量用原子吸收光谱进行分析化验(SpectraAA 220,Victoria,澳大利亚)。采食量根据每日每头牛的供给量和剩余量差进行计算。十二指肠微生物有机物质的计算根据[14]中的方法进行计算。瘤胃有机物质真降解率用有机物质采食量减去十二指肠非微生物有机物质的差进行计算。瘤胃有机物质、NDF、INDF、pdNDF和淀粉的总量按照瘤胃内容物总重量乘以样品中每种物质的含量百分比得到。瘤胃周转率、瘤胃外排速率、瘤胃消化率按照以下公式进行计算：

结合传输设备、蓄电池的实时/在线网管监测与检测数据、充放电实验数据、历史运行状态性能等动态数据，设备和业务统计资源静态数据、历史缺陷和检修工单等流程数据、设备动环信息等数据，建立设备状态变化分类预测模型，整体反应设备状态，感知设备状态和网络状态。

瘤胃消化速率=瘤胃周转率-瘤胃外排速率。

统计学模型为：

Yijk=μ+Ci+Pj+Tk+eijk,

式中μ为平均数；Ci为奶牛的随机效应(i=1～4)，Pj为试验期的固定效应(j=1～4)，Tk为处理的固定效应(k=1～4)，eijk为随机误差，假定为正态分布。

2 结果与讨论

2.1 瘤胃NDF消化率

甜菜颗粒替代玉米对瘤胃消化动力的影响见表3，瘤胃周转率随着甜菜颗粒比例的上升而线性提高(P<0.01)。这个周转率的提高有可能是由于瘤胃消化速率的提高造成的，也有可能是由于瘤胃外排速率的提高造成的，或者是两者兼而有之。根据实验结果，INDF和pdNDF的瘤胃外排速率并没有改变(表3)。然而，随着甜菜颗粒在日粮中的比例加大，从0%至24%，pdNDF的消化速率提高了将近2倍，从2.73%/h提高到了5.85%/h(P<0.000 1)。

表3 甜菜颗粒替代玉米对瘤胃消化动力的影响

注：1.用0,6%,12%,24%的甜菜颗粒替代玉米.2.Trt为处理效应,L为线性效应,Q为二次效应.3.潜在降解中性洗涤纤维。4.**表示差异极显著。

随着日粮中甜菜颗粒百分比的提高，来源于粗饲料的NDF从70%下降到了54%，来源于甜菜颗粒中的NDF从0%提高到了30.4%(表2)。据Bhatti等[4]报道，甜菜颗粒NDF在瘤胃中的降解速率比其它来源的NDF更快。这可能是由于甜菜颗粒在制作过程中进行了热处理的原因[15]。因此，提高甜菜颗粒的比例可以提高日粮NDF的消化。

用快速降解果胶和NDF含量高的甜菜颗粒去替代玉米也有可能会提高日粮中其它的纤维和淀粉的的消化率，因为果胶成分可以提供更多的能量给纤维降解菌，从而有效的提高纤维降解菌和纤维素酶的活力。对日粮精饲料中的淀粉进行稀释也有利于减少因淀粉发酵对瘤胃纤维降解菌的负面影响[16]。目前的试验中连续4 d(96 h)瘤胃液pH值并没有受到不同处理组日粮的影响，都在较为正常的范围内(5.8～7.0，本论文并未列出)，这个结果说明甜菜颗粒比例大的日粮纤维降解率的提高并不是由于瘤胃液pH值引起的。然而，在瘤胃液pH值恒定的情况下，添加淀粉一样能够降低NDF的消化率。

2.2 瘤胃pH值和NDF的消化

日粮NDF消化率的提高并不是由于瘤胃pH值的变化所引起的。然而，高比例甜菜颗粒日粮的日平均瘤胃液pH值与日粮中的潜在降解NDF(pdNDF)的消化速率是正相关的(表4)。较低的瘤胃pH值平均值或者最低瘤胃pH值和较大pH值变化范围可能减缓了日粮NDF的发酵，因为低的pH值(尤其是低于6.0)减缓了纤维降解菌的生长，可能是由于菌体内挥发性脂肪的积累和阴离子毒性[17]。尽管瘤胃pH值平均值和最低瘤胃pH值与较多的快速降解纤维有关系，但它们与瘤胃纤维的消化率并没有关系，因为瘤胃纤维的消化率在处理间并没有显著差异(P>0.30，表5)，同时瘤胃pH值平均值还与不可消化NDF(INDF)的外排速率有关系(表4)。因此，瘤胃pH值与瘤胃NDF消化速率有关系，跟瘤胃NDF消化的程度没有关系。

表4 纤维消化动力与瘤胃pH值之间的相关关系

注：*表示相关关系显著(P<0.05)。

2.3 总消化道NDF的消化

甜菜颗粒替代玉米对总NDF和潜在降解NDF消化的影响见表5。

表5 甜菜颗粒替代玉米对总NDF和潜在降解NDF消化的影响

注：1.用0,6%,12%,24%的甜菜颗粒替代玉米.2.Trt为处理效应,L为线性效应,Q为二次效应.3.潜在降解中性洗涤纤维。

由表5可见，随着甜菜颗粒替代玉米比例的提高，NDF采食量和瘤胃NDF消化速率的提高，NDF在瘤胃中消化的程度也提高了(P<0.01)。瘤胃总NDF的消化率并没有受到不同处理的影响(P>0.10)，但是，潜在降解NDF随着甜菜颗粒添加量的提高而显著提高了(P<0.01)。瘤胃后NDF的消化并没有提高，因此，瘤胃中NDF的消化率决定了总胃肠道NDF的消化率。24%甜菜颗粒组在瘤胃中的NDF消化率最高，在总胃肠道中的消化率也最高(P<0.001)。

2.4 瘤胃淀粉消化动力

根据表2日粮原料构成，结合饲喂试验的数据，日粮淀粉的含量从0%甜菜颗粒组的8.1 kg/d降到了24%甜菜颗粒组的4.1 kg/d(表6，P<0.000 1)。瘤胃淀粉的周转率没有受到不同处理的影响(表3，P>0.40)。随着甜菜颗粒替代玉米比例的增加，瘤胃淀粉的外排速率也线性的增加了(P=0.01)，同时瘤胃淀粉的消化速率线性下降了，从11.3%下降到了1.9%(P<0.01)。随着日粮玉米的比例下降，日粮中玉米淀粉含量也下降(表2)，日粮中其它原料提供的淀粉，如玉米青贮等可能在瘤胃降解的速率比玉米淀粉要慢[18]。瘤胃淀粉的消化速率的降低有可能受到瘤胃液中较低的淀粉酶活力的影响，也可能是因为淀粉降解菌的数量低，或者是由于淀粉降解菌能利用的有效能量低而导致淀粉酶的活力降低。

2.5 淀粉消化的位点

由于不同处理组日粮淀粉的采食量上的巨大差异，淀粉外排速率的差异和瘤胃淀粉消化率的很大变化导致了瘤胃淀粉真消化率的差异(P<0.01，表6)。甜菜颗粒6%替代日粮玉米使得日粮中的淀粉含量从34.5%降到了30.6%，这个小的变化使得瘤胃淀粉的消化率下降了31%(从46.5%下降到32.3%)。最大替代组日粮中的淀粉下降了48%，瘤胃淀粉真消化量下降了82%(3.8 kg下降到0.7 kg)，瘤胃淀粉真消化率下降了64%(从46.5%下降到16.9%)。这个结果与Ipharraguerre等[19]用大豆皮替代玉米的结果较为一致，用大豆皮替代玉米可以降低非结构性碳水化合物的瘤胃表观消化率。

表6 甜菜颗粒替代玉米对淀粉消化的影响

随着甜菜颗粒添加比例的提高，瘤胃淀粉消化率降低。但是淀粉的小肠消化率提高了。日粮淀粉含量从34.5%下降到了18.5%，而其相应的小肠淀粉消化量占总采食淀粉的比例从45.6%提高到了77.4%(P=0.02)。小肠内的淀粉消化率从77.8%提高到了84.7%(P=0.02)。这个结果也证实了Ipharraguerre等[19]的试验结论，他们在高精料日粮中使用大豆皮替代玉米，结果提高了日粮淀粉在瘤胃后的消化率。小肠中的淀粉被酶解生成葡萄糖，继而被吸收进入肠道细胞为动物提供能量，而在瘤胃中降解的淀粉生成挥发性脂肪酸，前者提供能量的效率比后者要高[20]，因此，奶牛对含淀粉低的日粮中的淀粉的利用效率更高。由于淀粉的瘤胃后补偿性的消化吸收，日粮淀粉总胃肠道的消化率在各个日粮处理组中并没有显著差异(P>0.4)。

淀粉的来源能影响瘤胃和小肠淀粉的消化。在目前的试验中玉米被甜菜颗粒替代的比例逐渐升高，日粮来源于玉米的淀粉的比例从72.7%下降到了43.7%(表2)。有理由认为，随着甜菜颗粒比例的上升，瘤胃淀粉的消化速率和数量都会下降，因为，随着日粮玉米含量的下降，玉米青贮中的淀粉占日粮总淀粉的比例在上升，而玉米青贮中的淀粉在瘤胃中降解的速率是较慢的，因为玉米青贮中的表面积/重量比要比滚压的玉米低。然而，总胃肠道日粮淀粉消化率在各个日粮处理组中的差异不显著(表7)，因此，到达十二指肠的淀粉是可消化的，如果是不可消化的，那么，当甜菜颗粒比例升高时，总消化道淀粉的消化率是应该降低的。玉米青贮中的非降解淀粉比玉米中非降解淀粉抵抗小肠消化的能力更强，因此日粮中大比例的玉米青贮淀粉在肠道中和日粮中大比例的玉米淀粉具有相同的消化程度是不可能的。玉米青贮籽实的在瘤胃中的消化受到日粮淀粉浓度的影响，同时也受到淀粉来源和瘤胃外排速率的影响。

如果十二指肠酶活力限制了淀粉消化的数量，那么随着十二指肠淀粉流量的提高，其消化率应该下降，淀粉的消化程度应该有一个最高值。然而，在试验中发现淀粉的十二指肠消化率线性的提高了(R=0.98，P<0.000 1)，没有出现二次效应(P>0.85)，因此，淀粉的十二指肠消化并没有达到最大值。这个研究结果与[18]的研究结果是一致的。这个现象可能是由于十二指肠淀粉可以刺激其相应消化酶分泌的增加，或者是跟十二指肠食糜中的淀粉的理化特性有关系。

2.6 干物质和有机物质的消化

用高可降解纤维替代快速可发酵淀粉改变了瘤胃消化和瘤胃淀粉和纤维的外排速率，这个改变是通过日粮的物理性质和瘤胃微生物的改变来实现的。这导致了瘤胃干物质表观消化率的下降(P=0.10)，但是，并没有改变瘤胃有机物质表观和真消化率(表7)。

表7 甜菜颗粒替代玉米对日粮干物质和有机物质消化的影响

由于瘤胃后淀粉消化的补偿性提高，高甜菜颗粒日粮的整胃肠道有机物质消化率提高了。因此，干物质采食量尽管随着甜菜颗粒比例的上升而下降了，但是，干物质和有机物质表观消化的数量并没有发生改变。用高可消化NDF替代快速降解淀粉的做法没有降低干物质消化的总量，而是通过提高日粮NDF消化率，使得日粮总体的消化率得到了提高。

3 结论

提高甜菜颗粒替代玉米的比例降低了瘤胃淀粉的消化速率，提高了淀粉的外排速率，较大程度上改变了日粮淀粉的消化位点，从瘤胃淀粉消化走向了肠道消化淀粉。随着甜菜颗粒日粮比例的提高，潜在降解NDF的瘤胃消化速率显著提高了，同时日粮的总消化道NDF消化率也显著提高了。在不影响干物质表观消化率的前体下，玉米可以成功的被甜菜颗粒替代。同时甜菜颗粒部分的替代玉米可以降低奶牛瘤胃酸中毒的风险。建议在高精料日粮条件下用15%～20%甜菜颗粒替代玉米。

[1] ALLEN M S,ARMENTANO L E,PEREIRA M N,et al.Method to measure fractional rate of volatile fatty acid absorption from the rumen[C].Chicago：25th Conf，2000.

[2] GRANT R J,MERTENS D R.Influence of buffer pH and raw corn starch addition on in vitro fiber digestion kinetics[J].J Dairy Sci,75:2 762-2 768.

[3] STROBEL H J,RUSSELL J B.Effect of pH and energy spilling on bacterial protein synthesis by carbohydrate-limited cultures of mixed rumen bacteria[J].J Dairy Sci，1986，69:2 941-2 947.

[4] BHATTI S A,FIRKINS J L.Kinetics of hydration and functional specific gravity of fibrous feed by-products[J].J Anim Sci，1995, 73(5):1 449-1 458.

[5] VOELKER J A,ALLEN M S.Pelleted beet pulp substituted for high-moisture corn:3.Effects on ruminal fermentation,pH,and microbial protein efficiency in lactating dairy cows[J].J Dairy Sci，2003，86:3 562-3 570.

[6] MAROUNEK M,BARTOS S,BREZINA P.Factors Influencing the Production of Volatile Fatty Acids from Hemicellulose, Pectin and Starch by Mixed Culture of Rumen Microorganisms[J].Journal of Animal Physiology & Animal Nutrition,1985，53(1-5):50-58.

[7] ROBINSON P H,SNIFFEN C J,SMITH D F.Development of a one-piece reentrant cannula for the proximal duodenum of dairy cows[J].J Dairy Sci，1985，68:986-995.

[8] GOERING H K,VAN SOEST P J.Forage Fiber Analysis (Apparatus,Reagents,Procedures,and Some Applications)[S].Washington DC:Usda Agr Handb,1970.

[9] KARKALAS J.An improved enzymatic method for the determination of native and modified starch[J].J Sci Food Agric，1985，36:1 019-1 027.

[10] VAN SOEST P J,ROBERTSON J B,LEWIS B A.Methods for dietary fiber,neutral detergent fiber and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition[J].J Dairy Sci，1991，74:3 583-3 597.

[11] VOELKER J A,ALLEN M S.Pelleted beet pulp substituted for high-moisture corn:1.Effects on feed intake,chewing behavior,and milk production in lactating dairy cows[J].J Dairy Sci.2003，86:3 542-3 552.

[12] HACH C C,BOWDEN B K,LOPELOVE A B,et al.More powerful peroxide Kjeldahl digestion method[J].J AOAC,1987，70:783-787.

[13] WILLIAMS C H,DAVID D J,IISMAA O.The determination of chromic oxide in feces samples by atomic absorption spectrophotometry[J].J Agric Sci，1962，59:381-385.

[14] OBA M,ALLEN M S.Effects of diet fermentability on efficiency of microbial nitrogen roduction in lactating dairy cows[J].J Dairy Sci，2003，86:195-207.

[15] Clarke M A，Godshall M A.Chemistry and Processing of Sugarbeet and Sugarcane[J].Butterworths Scientific,1959,9(9):214-225.

[16] CROCKER L M,DEPETERS E J,FADEL J G,et al.Influence of processed corn grain in diets of dairy cows on digestion of nutrients and milk composition[J].J Dairy Sci，81:2 394-2 407.

[17] RUSSELL J B,WILSON D B.Why are ruminal celluloytic bacteria unable to digest cellulose at low pH[J].J Dairy Sci，1996，79:1 503-1 509.

[18] OBA M,ALLEN M S.Effects of corn grain conservation method on ruminal digestion kinetics for lactating dairy cows at two dietary starch concentrations[J].J Dairy Sci，2003，86:184-194.

[19] IPHARRAGUERRE I R,SHABI Z,CLAR J H,et al.Ruminal fermentation and nutrient digestion by dairy cows fed varying amounts of soyhulls as a replacement for corn grain[J].J Dairy Sci，2002，85:2 890-2 904.

[20] OWENS F N,ZINN R A,KIM Y K.Limits to starch digestion in the ruminant small intestine[J].J Anim Sci,1986，63:1 634-1 348.

(责任编辑：梅 竹)

Effect of sugar beet pulp substitution of corn on digestion and rumen digestion kinetics in cows

QIAO Guo-hua,LI Gui-jie,XIAO Zhi-gang,XU Cai-hong，XIE Tie-ming

(College of Grain Science and Technology,Shenyang Normal University,Shenyang 110034,China)

4 lactating Chinese Holstein dairy cows with ruminal and duodenal fistula were used to study the effect of sugar beet pulp substitution of corn on digestion and rumen digestion kinetics.Experimental diet (dry matter basis) was consisted of 40% forage (corn silage and alfalfa) and 60% concentrate.Concentrate contained 0,6%,12%,or 24% beet pulp substituted for high-moisture corn on a dry matter basis.NDF and starch contents of 4 treatments diets were 24.3% and 34.5%,26.2% and 30.6%,28.0% and 26.5%,31.6% and 18.5%,respectively.With the increase of substituting ratio of sugar beet pulp to corn,rumen turnover rate of dry matter was decreased,rumen NDF turnover rate was increased,potentially degradable NDF degraded in the rumen was increased and its degraded rate was increased,as a result,the whole tract digestibility of NDF was increased.The passage rate of Indigestible NDF (INDF) was not affected by the increase of substituting ratio of sugar beet pulp to corn.With the increase of substituting ratio of sugar beet pulp to corn,starch digested in the rumen was decreased significantly.But the whole tract digestibility of starch was not affected.With increasing sugar beet pulp substitution,the digestibility of diet fiber was increased significantly and starch digestion was not affected.Therefore,15%～20% sugar beet pulp substitution of corn in high concentrate diet in cows in late milk period was practical.

pelleted sugar beet pulp;corn;rumen digestion kinetics;starch digestion

2016-12-03；

2017-01-03

辽宁省科技厅农业攻关项目2015211003；辽宁省自然基金项目201602675。

乔国华(1980-)，男，高级畜牧师，主修动物营养与饲料科学。

李桂杰(1959-)，女，教授，主要研究方向为粮食加工利用与储藏工程。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.03.010

S816.4

A

1003-6202(2017)03-0038-07