不同类型酒糟瘤胃发酵特性和甲烷产量的比较

引用本文

代秦丹, 王之盛, 胡瑞, 周芯宇, 祝伊枭, 汪成, 王雪莹, 邹华围, 师俊华, 彭全辉, 薛白, 王立志. 不同类型酒糟瘤胃发酵特性和甲烷产量的比较[J]. 动物营养学报, 2021, 33(6): 3497-3506.

DAI Qindan, WANG Zhisheng, HU Rui, ZHOU Xinyu, ZHU Yixiao, WANG Cheng, WANG Xueying, ZOU Huawei, SHI Junhua, PENG Quanhui, XUE Bai, WANG Lizhi. Comparison of Rumen Fermentation Characteristics and Methane Production of Different Distillers Grains[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2021, 33(6): 3497-3506.

不同类型酒糟瘤胃发酵特性和甲烷产量的比较

代秦丹 , 王之盛 , 胡瑞 , 周芯宇 , 祝伊枭 , 汪成 , 王雪莹 , 邹华围 , 师俊华 , 彭全辉 , 薛白 , 王立志

四川农业大学动物营养研究所, 四川省牛低碳养殖与安全生产高校重点实验室, 成都 611130

收稿日期: 2020-11-18

基金项目: 四川省科技计划资助"优质肉牛高效安全生产技术研发与产业化示范"（2018NZ0002）

作者简介: 代秦丹(1995-), 女, 四川德阳人, 硕士研究生, 从事反刍动物营养与饲料科学研究。E-mail: 279168893@qq.com.

通信作者: 王之盛, 教授, 博士生导师, E-mail: zswangsicau@126.com.

摘要: 本试验旨在通过体外产气法评定不同类型酒糟的瘤胃发酵特性及甲烷产量的差异。选用浓香型酒糟、酱香型酒糟、青稞糟、酱香型发酵酒糟、玉米酒精糟和啤酒糟为试验对象，进行体外发酵试验，记录产气量，测定发酵液中微生物蛋白含量、氨态氮和挥发性脂肪酸浓度以及甲烷、氢气和二氧化碳产量，并分析挥发性脂肪酸浓度和甲烷产量与营养成分之间的相关性。结果表明：1）青稞糟和玉米酒精糟体外发酵72 h累积产气量、理论最大产气量、丙酸/总挥发性脂肪酸以及二氧化碳产量均显著高于其他酒糟（P < 0.05）。酱香型发酵酒糟累积产气量、理论最大产气量及总挥发性脂肪酸浓度显著低于其他酒糟（P < 0.05）。发酵72 h，啤酒糟和青稞糟氨态氮浓度显著高于其他酒糟（P < 0.05），而玉米酒精糟微生物蛋白含量显著高于其他酒糟（P < 0.05）。发酵72 h，青稞糟甲烷产量最高，其次是玉米酒精糟和啤酒糟，而酱香型发酵酒糟和浓香型酒糟甲烷产量显著低于其他酒糟（P < 0.05）。2）中性洗涤可溶物含量与总挥发性脂肪酸浓度、甲烷产量呈显著正相关（P < 0.05），与之相反，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量与总挥发性脂肪酸浓度、甲烷产量呈显著负相关（P < 0.05）。由此可见，青稞糟和玉米酒精糟瘤胃发酵效果要优于其他酒糟，可降解碳水化合物含量高，但其甲烷产量较高，不利于减排。而酱香型发酵酒糟的甲烷产量低于其他酒糟。不同类型酒糟中性洗涤可溶物含量越高，总挥发性脂肪酸浓度和甲烷产量越高。

关键词: 酒糟发酵特性甲烷产量挥发性脂肪酸

Comparison of Rumen Fermentation Characteristics and Methane Production of Different Distillers Grains

DAI Qindan , WANG Zhisheng , HU Rui , ZHOU Xinyu , ZHU Yixiao , WANG Cheng , WANG Xueying , ZOU Huawei , SHI Junhua , PENG Quanhui , XUE Bai , WANG Lizhi

Key Laboratory of Low Carbon Breeding and Safe Production of Cattle, Institute of Animal Nutrition, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China

Corresponding author: WANG Zhisheng, professor, E-mail: zswangsicau@126.com.

Abstract: The purpose of this study was to evaluate the rumen fermentation characteristics and methane production of different types of distiller's grains by in vitro gas production method. In this study, Luzhou-flavor distillers' grains, Maotai-flavor distillers' grains, highland barley grains, Maotai-flavor fermented distillers' grains, distillers dried grains with solubles and beer distillers' grains were selected as the experimental objects to perform the in vitro fermentation experiments. The microbial protein content, ammonia nitrogen, volatile fatty acids concentration, methane, hydrogen and carbon dioxide production in the fermentation broth were measured. Additionally, the correlation between volatile fatty acids concentration and methane production and nutritional components was analyzed. The results showed as follows: 1) the cumulative gas production, theoretical maximum gas production, propionate/total volatile fatty acid and carbon dioxide production of highland barley grains and distillers dried grains with solubles after fermentation 72 h in vitro fermentation were significantly higher than those of other distillers' grains (P < 0.05). The cumulative gas production, theoretical maximum gas production and total volatile fatty acid concentration of Maotai-flavor fermented distillers' grains were significantly lower than those of other distillers' grains (P < 0.05). The concentration of ammonia nitrogen of beer distillers' grains and highland barley grains was significantly higher than that of other distiller's grains (P < 0.05), and the microbial protein content of distillers dried grains with solubles was significantly higher than that of other distiller's grains (P < 0.05). The methane production of highland barley grains was the highest after fermentation 72 h in vitro fermentation, followed by distillers dried grains with solubles and beer distillers' grains, while the methane production of Maotai-flavor distillers' grains and Luzhou-flavor distillers' grains was significantly lower than that of other distiller's grains (P < 0.05). 2) The neutral detergent soluble matter content was positively correlated with total volatile fatty acid concentration and methane production (P < 0.05). On the contrary, neutral detergent fiber and acid detergent fiber contents were negatively correlated with total volatile fatty acid concentration and methane production (P < 0.05). Therefore, due to the high degradable carbohydrates, the rumen fermentation effect of highland barley grains and distillers dried grains with solubles are better than other distillers' grains. However, the highland barley grains and distillers dried grains with solubles display high methane production, which is not conducive to emission reduction. The methane production of Maotai-flavor fermented distillers' grains is the lowest. Furthermore, the neutral detergent soluble matter content show positive correlation with total volatile fatty acid concentration and methane production.

Key words: distillers' grains fermentation characteristics methane production volatile fatty acid

酒糟是酿酒加工的副产物，产量巨大，2019年我国仅白酒糟的产量就达2 115万t^[1]。酿酒是一个多菌协同作用的过程，此过程中大量营养成分被转化利用。与常规饲料不同，经酿酒过程后，虽然酒糟中仍含有相当多的未利用的蛋白质、淀粉等营养成分，但难以降解的致密纤维结构比例也相应增加^[2]。导致酒糟在单胃动物中的利用受到限制，而在反刍动物饲粮中，酒糟可作为一种优质低成本饲料资源。饲粮中添加一定比例的酒糟能改善肉牛的生长性能，节约饲料成本^[3]。我国酒种类众多，不同种类酒的酿造原料及酿造工艺相差较大，导致酒糟难溶性碳水化合物以及微生物代谢产物种类和比例也有区别。研究发现相同类型酒糟营养组成差异较小，而不同类型酒糟营养组成差异较大^[4-5]，但反刍动物瘤胃对不同类型酒糟的利用效果还尚不明确。

利用体内法评定饲料的发酵特性和甲烷(CH₄)产量需要大量饲料原料，费时费力，成本高，且一般不适用于单一饲料。与之相比，体外法成本相对较低，发酵结果与体内法有高度相关性^[6]，目前广泛应用于饲料资源的评估。反刍动物瘤胃微生物可利用饲粮中碳水化合物生成氨态氮(NH₃-N)、挥发性脂肪酸(VFA)和微生物蛋白(MCP)，同时还伴随着CH₄及二氧化碳(CO₂)等气体产生。CH₄是重要的温室气体，据估计，全球反刍动物瘤胃发酵产生的CH₄排放量占人类活动产生的20%~25%^[7]，而反刍动物自身以甲烷能形式损失的能量占饲料总能的5%~12%^[8]。但不同类型酒糟的CH₄排放情况还鲜有报道，目前大多研究是针对某一类型酒糟，如孟杰等^[9]体外试验发现白酒糟的CH₄产量低于玉米秸秆和大豆秸秆，而对不同类型酒糟瘤胃发酵特性以及CH₄产量还有待研究。因此，本试验利用体外产气技术探索不同类型酒糟在瘤胃中的瘤胃发酵特性和CH₄产量，并在此基础上分析不同酒糟营养成分与CH₄产量和VFA浓度的相关性，为我国肉牛养殖生产实践中科学使用酒糟饲料提供试验数据和理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

本试验采集酱香型发酵酒糟(MFDG)、酱香型酒糟(MDG)、浓香型酒糟(LDG)、青稞糟(HBG)、玉米酒精糟(DDGS)、啤酒糟(BDG)6种酒糟各500 g，于65 ℃条件下烘干，一部分粉碎过40目筛用于营养成分测定，一部分过18目筛用于体外发酵试验。

1.2 试验处理

利用体外产气技术，评定浓香型酒糟、酱香型酒糟、青稞糟、酱香型发酵酒糟、玉米酒精糟和啤酒糟在体外发酵24、48和72 h后瘤胃发酵特性和CH₄产量的差异，每种酒糟在发酵24、48和72 h时间点各设5个重复，并记录2、4、6、9、12、24、36、48、72 h时发酵管刻度读数。

1.3 瘤胃液采集

瘤胃液于晨饲前2 h，以口腔插管的方法取自2岁健康的3头荷斯坦奶公牛[体重(627.83±20.05) kg]，瘤胃液经4层无菌纱布过滤到充满CO₂的保温瓶中，并迅速送回实验室。奶公牛饲养于四川农业大学动物营养所试验基地。

1.4 体外发酵试验

参照Menke等^[10]方法配制人工唾液，进行体外发酵。称取300 mg发酵底物于100 mL密封性良好的透明玻璃发酵管底部，试验另设3个未添加任何底物的空白对照，用于矫正累积产气量(GP)。管塞下部2/3处均匀涂抹凡士林，塞进外管30 mL刻度线处，注射口连接约6 cm的橡胶管。采集的瘤胃液与人工唾液按1 ∶ 2混合为发酵液，每个发酵管注入30 mL发酵液，排出管内多余空气，夹好夹子，即记录初始刻度。在(39.0±0.5) ℃恒温振荡水浴锅中分别进行24、48和72 h体外发酵试验。各时间段发酵结束后，记录发酵管刻度，然后用铝箔集气袋收集气体，待测CH₄、氢气(H₂)和CO₂含量。最后将发酵管置于冰水中终止发酵，发酵液分装于10 mL无菌离心管中，72 h发酵结束后测发酵液pH，其余-20 ℃保存，用于NH₃-N、VFA浓度和MCP含量的测定。

1.5 指标测定与分析 1.5.1 酒糟营养成分测定

干物质(DM)、粗灰分(Ash)和粗蛋白质(CP)含量分别按照GB/T 6435—1986、GB/T 6438—2007和GB/T 6432—1994测定；参照Van Soest等^[11]方法测定样品中的中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量；中性洗涤可溶物(NDS)=100-NDF；总能(GE)使用氧弹式热量计(PARR-1281型)测定。

1.5.2 GP和产气动力学参数的计算

GP的计算公式^[12]如下：

式中：GP_t为t时间点的累积产气量(mL/mg)；V_t为样品发酵t小时后培养管刻度读数；V₀为样品在开始培养时空白培养管刻度读数；W为样品干物质重量(mg)。

参照指数模型对不同酒糟的GP进行非线性回归拟合^[13]:

式中：GP_t为t时间点的累积产气量(mL/mg)；B为理论最大产气量(mL/mg)；c为产气速度(%/h)；t为培养时间(h)；lag为产气延滞时间(h)。

1.5.3 瘤胃发酵参数测定

参照Khorasani等^[14]方法对发酵液进行处理，使用气相色谱仪(CP-3800)测定乙酸、丙酸和丁酸浓度，总挥发性脂肪酸(TVFA)浓度为乙酸、丙酸和丁酸浓度之和。发酵液pH采用雷磁25型pH酸度计测定。参照Broderick等^[15]的比色法测定NH₃-N浓度。参照王晓光^[16]的差速离心法提取MCP沉淀，稀释后使用南京建成生物工程研究所BCA蛋白定量测试盒测定MCP含量。

1.5.4 气体成分含量测定

采用气相色谱仪(福立GC9790Ⅱ)测定气体中CH₄、H₂和CO₂的百分含量。测定条件为载气：氩气，气体流量：20 mL/min，进样量：0.5 mL；TCD检测器，柱子型号：TDX-01(1 m×1/8)，柱箱：80 ℃，检测器温度：120 ℃，进样口温度：120 ℃。

式中：气体产量为单位发酵底物的CH₄、CO₂或H₂产量(mL/mg)；GP_t为样品在t时刻的累积产气量(mL/mg)；百分含量是发酵产生的总气体中CH₄、CO₂或H₂百分比例测定值。

1.6 数据统计与分析

试验数据经Excel 2018整理后，用SPSS 20.0统计软件进行one-way ANOVA并以Duncan氏法进行多重比较，结果以平均值±标准差表示，P < 0.05表示差异显著。对发酵特性和营养成分之间进行Pearson相关性分析。

2 结果与分析 2.1 不同酒糟的营养成分

由表 1可知，不同类型酒糟CP含量为15.20%~30.71%。玉米酒精糟CP含量显著高于其他酒糟(P < 0.05)，浓香型酒糟CP含量显著低于其他酒糟(P < 0.05)。浓香型酒糟NDF、ADF以及Ash含量显著高于其他酒糟(P < 0.05)。玉米酒精糟NDF和ADF含量显著低于其他酒糟(P < 0.05)，而NDS含量显著高于其他酒糟(P < 0.05)。啤酒糟GE显著高于其他酒糟(P < 0.05)。

表 1 不同酒糟的营养成分(干物质基础) Table 1 Nutrient component of different distillers' grains (DM basis)

%
项目 Items	酱香型发酵酒糟 MFDG	酱香型酒糟 MDG	浓香型酒糟 LDG	啤酒糟 BDG	青稞糟 HBG	玉米酒精糟 DDGS
粗蛋白质CP	26.20±0.08^c	20.85±0.44^d	15.20±0.03^e	28.67±0.07^b	26.19±0.10^c	30.71±0.02^a
中性洗涤纤维NDF	52.47±1.24^c	56.44±0.15^b	64.64±0.32^a	47.23±0.11^d	45.43±0.13^e	32.71±0.30^f
酸性洗涤纤维ADF	41.00±1.27^b	40.99±0.16^b	50.56±0.35^a	26.81±0.08^c	16.62±0.14^d	13.52±0.28^e
中性洗涤可溶物NDS	47.53±1.24^d	43.56±0.15^e	35.36±0.32^f	52.77±0.11^c	54.57±0.13^b	67.29±0.30^a
粗灰分Ash	9.11±0.03^c	9.84±0.18^b	11.41±0.04^a	4.54±0.20^d	2.12±0.05^e	4.72±0.02^d
总能GE/(MJ/kg)	18.48±0.42^c	16.26±0.23^d	16.53±0.46^d	20.52±0.42^a	19.50±0.44^b	19.53±0.46^b
同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P＞0.05)，不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。下表同。 In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P＞0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P＜0.05). The same as below.

表 1 不同酒糟的营养成分(干物质基础) Table 1 Nutrient component of different distillers' grains (DM basis)

2.2 不同酒糟的GP及产气动力学参数

由图 1可知，随着发酵时间推移，不同类型酒糟GP都呈增加的趋势，在4~6 h的GP均迅速增加，发酵9 h后青稞糟和玉米酒精糟GP均高于其他酒糟，发酵效果好。由表 2可知，发酵48和72 h，青稞糟和玉米酒精糟GP、理论最大产气量显著高于其他酒糟(P < 0.05)，而酱香型发酵酒糟GP显著低于其他酒糟(P < 0.05)。玉米酒精糟产气速率显著低于其他酒糟(P < 0.05)。啤酒糟产气延滞时间显著高于其他酒糟(P < 0.05)，玉米酒精糟产气延滞时间显著低于其他酒糟(P < 0.05)。

图 1 不同类型酒糟GP的动态变化 Fig. 1 Dynamic changes of GP in different distiller's grains

表 2 不同类型酒糟发酵24、48和72 h GP以及72 h产气动力学参数 Table 2 24, 48 and 72 h GP and 72 h gas production kinetic parameters of different distiller's grains

2.3 不同类型酒糟发酵的TVFA和VFA比例

由表 3可知，发酵24和72 h，青稞糟TVFA浓度显著高于其他酒糟(P < 0.05)。发酵24和48 h，青稞糟和玉米酒精糟乙酸/TVFA显著低于其他酒糟(P < 0.05)，发酵48 h，啤酒糟乙酸/TVFA显著高于其他酒糟(P < 0.05)。发酵48和72 h，青稞糟和玉米酒精糟丙酸/TVFA显著高于其他酒糟(P < 0.05)。发酵24 h，青稞糟丁酸/TVFA显著低于其他酒糟(P < 0.05)；发酵48 h，酱香型发酵酒糟丁酸/TVFA显著高于其他酒糟(P < 0.05)；发酵72 h，啤酒糟丁酸/TVFA显著低于其他酒糟(P < 0.05)。发酵48和72 h，青稞糟和玉米酒精糟乙酸/丙酸显著低于其他酒糟(P < 0.05)。

表 3 不同酒糟发酵24、48和72 h的VFA比例 Table 3 VFA ratio of different distiller's grains fermented for 24, 48 and 72 h

项目 Items	时间 Time/h	酱香型发酵酒糟 MFDG	酱香型酒糟 MDG	浓香型酒糟 LDG	啤酒糟 BDG	青稞糟 HBG	玉米酒精糟 DDGS
总挥发性脂肪酸 TVFA/(mmoL/L)	24	40.15±2.68^c	44.30±0.52^bc	40.54±4.11^c	44.19±0.72^bc	54.09±3.10^a	46.04±3.41^b
	48	42.50±0.47^c	46.57±2.40^c	46.60±4.79^c	49.40±4.39^bc	59.45±0.63^a	54.01±6.42^ab
	72	43.67±0.80^e	51.35±0.80^d	50.80±0.80^d	54.55±2.62^c	65.83±1.66^a	60.16±2.01^b
乙酸/总挥发性脂肪酸 Acetate/TVFA/%	24	64.25±0.10^b	65.33±0.05^a	64.41±1.21^ab	64.48±0.16^ab	62.90±0.40^c	62.80±0.03^c
	48	65.05±0.07^b	66.09±0.16^b	66.49±0.32^b	68.70±1.89^a	63.48±0.11^c	63.57±0.34^c
	72	65.50±0.14^ab	66.54±0.32^ab	69.27±1.31^a	68.77±1.79^a	64.28±0.08^b	64.96±0.12^ab
丙酸/总挥发性脂肪酸 Propionate/TVFA/%	24	22.01±0.09^b	21.66±0.05^b	22.23±0.65^b	24.71±0.21^a	24.80±0.73^a	24.25±0.02^a
	48	21.85±0.05^c	21.39±0.05^d	21.68±0.21^cd	23.86±0.25^b	24.81±0.19^a	24.76±0.34^a
	72	21.77±0.12^b	20.89±0.12^d	21.29±0.06^c	21.87±0.39^b	24.45±0.02^a	24.26±0.03^a
丁酸/总挥发性脂肪酸 Butyrate/TVFA/%	24	13.75±0.02^a	13.01±0.05^b	13.36±0.63^ab	10.81±0.06^d	12.30±0.32^c	12.95±0.04^b
	48	13.11±0.03^a	12.57±0.26^b	12.40±0.33^b	9.73±0.17^d	11.71±0.08^c	11.67±0.17^c
	72	12.73±0.04^a	12.52±0.12^a	12.23±0.28^ab	9.36±1.88^c	11.26±0.10^ab	10.78±0.14^b
乙酸/丙酸 Acetate/ propionate	24	2.92±0.02^a	3.02±0.01^a	2.90±0.14^a	2.61±0.03^b	2.54±0.09^b	2.59±0.01^b
	48	2.98±0.01^b	3.09±0.02^a	3.07±0.04^a	2.88±0.07^c	2.56±0.02^d	2.57±0.05^d
	72	3.01±0.02^b	3.18±0.03^ab	3.25±0.25^a	3.14±0.09^ab	2.63±0.01^c	2.68±0.01^c

表 3 不同酒糟发酵24、48和72 h的VFA比例 Table 3 VFA ratio of different distiller's grains fermented for 24, 48 and 72 h

2.4 不同类型酒糟的NH₃-N浓度和MCP含量

由表 4可知，不同酒糟发酵液pH在6.60~6.80。发酵48和72 h，啤酒糟和青稞糟NH₃-N浓度显著高于其他酒糟(P < 0.05)；发酵24 h，青稞糟MCP含量显著高于其他酒糟(P < 0.05)，啤酒糟MCP含量显著低于其他酒糟(P < 0.05)；发酵72 h，玉米酒精糟MCP含量显著高于其他酒糟(P < 0.05)。

表 4 不同类型酒糟发酵24、48和72 h的NH₃-N浓度和MCP含量 Table 4 NH₃-N concentration and MCP content in different distiller's grains fermented for 24, 48 and 72 h

2.5 不同类型酒糟的H₂、CH₄和CO₂产量

由表 5可知，发酵24和48 h，青稞糟和玉米酒精糟H₂产量显著高于其他酒糟(P < 0.05)，发酵72 h，玉米酒精糟H₂产量显著高于其他酒糟(P < 0.05)。发酵24 h，酱香型酒糟CH₄产量显著高于其他酒糟(P < 0.05)；发酵72 h，酱香型发酵酒糟和浓香型酒糟CH₄产量显著低于其他酒糟(P < 0.05)。发酵24 h，酱香型发酵酒糟CO₂产量显著低于其他酒糟(P < 0.05)；发酵48和72 h，青稞糟和玉米酒精糟CO₂产量显著高于其他酒糟(P < 0.05)。

表 5 不同类型酒糟发酵24、48和72 h的H₂、CH₄和CO₂产量 Table 5 H₂, CH₄ and CO₂ production of different distiller's grains fermented for 24, 48 and 72 h

项目 Items	时间 Time/h	酱香型发酵酒糟 MFDG	酱香型酒糟 MDG	浓香型酒糟 LDG	啤酒糟 BDG	青稞糟 HBG	玉米酒精糟 DDGS
氢气 H₂/(μL/mg)	24	2.63±0.11^d	4.17±0.33^b	3.66±0.34^bc	3.10±0.16^cd	5.21±1.00^a	5.26±0.29^a
	48	3.78±0.34^b	4.71±0.24^b	3.63±1.37^b	4.54±1.46^b	7.32±0.43^a	7.11±0.31^a
	72	3.72±0.19^e	5.47±0.79^cd	4.42±0.56^de	6.37±0.39^bc	7.66±0.19^b	10.82±1.49^a
甲烷 CH₄/(mL/mg)	24	6.55±0.04^cd	8.78±0.17^a	7.04±0.21^c	6.35±0.62^d	8.15±0.18^b	7.86±0.27^b
	48	8.53±0.21^c	9.03±0.30^bc	8.47±0.49^c	8.77±1.07^c	10.48±0.22^a	9.91±0.42^ab
	72	9.22±0.11^c	10.58±1.10^b	9.47±0.07^c	11.13±0.02^ab	11.84±0.14^a	11.45±0.34^ab
二氧化碳 CO₂/(mL/mg)	24	23.79±0.65^e	31.16±1.04^c	26.60±0.21^d	27.84±2.08^d	37.17±1.93^a	34.54±1.49^b
	48	30.83±1.39^c	34.05±0.89^bc	33.00±1.49^bc	36.31±3.30^b	47.36±1.56^a	45.55±1.15^a
	72	33.21±0.30^d	36.16±3.40^c	30.57±1.35^d	43.60±0.61^b	49.60±0.95^a	49.57±0.78^a

表 5 不同类型酒糟发酵24、48和72 h的H₂、CH₄和CO₂产量 Table 5 H₂, CH₄ and CO₂ production of different distiller's grains fermented for 24, 48 and 72 h

2.6 不同类型酒糟营养成分与发酵72 h VFA比例和CH₄产量的相关性分析

由表 6可知，CP、NDS含量和(NDS-Ash)/CP均与丙酸/TVFA和CH₄产量呈显著正相关(P < 0.05)，与丁酸/TVFA呈显著负相关(P < 0.05)。NDS含量和(NDS-Ash)/CP与TVFA浓度呈显著正相关(P < 0.05)。NDF和ADF含量均与丁酸/TVFA呈显著正相关(P < 0.05)，与TVFA浓度、丙酸/TVFA和CH₄产量呈显著负相关(P < 0.05)。

表 6 营养成分与发酵72 h VFA比例和CH₄产量的相关性分析 Table 6 Correlation analysis between nutrient component and VFA ratio and CH₄ production at fermentation 72 h

3 讨论 3.1 不同类型酒糟72 h GP及产气动力学参数

不同类型酒糟作为发酵底物，GP具有明显差异。GP在某种程度上可反映瘤胃微生物的降解活性和饲料降解率^[17]，通常情况下，含结构性碳水化合物较多的粗饲料GP最高峰在48 h以后出现^[18]。青稞糟和玉米酒精糟发酵9~72 h GP高于其他酒糟，说明青稞糟和玉米酒精糟含有较多的可发酵成分和易发酵碳水化合物。本试验浓香型酒糟、酱香型酒糟和酱香型发酵酒糟因含有大量稻壳，难降解碳水化合物含量高，GP低于其他酒糟。产气动力学参数可以间接反映饲料在瘤胃中的消化情况，有研究发现理论最大产气量与NDF消化性呈正相关^[19]。而本试验中NDF含量较低的青稞糟和玉米酒精糟理论最大产气量较高，可能原因是其可消化降解性较高。产气延滞时间可以代表饲料在体内利用的难易程度，延滞时间越长，利用越慢^[20]。本试验中，啤酒糟产气延滞时间高于其他酒糟，玉米酒精糟则与之相反，表明玉米酒精糟与其他酒糟相比，在体内更容易被利用。而啤酒糟可能是因为其蛋白质品质较差，蛋白质消化吸收率较低^[21]，导致延滞时间最高。

3.2 不同类型酒糟24、48和72 h的发酵参数及CH₄产量

瘤胃pH是衡量瘤胃发酵状况的重要指标，一般为6~7^[22]，本研究结果均在此范围内。饲料组成不同，VFA含量和比例也会有差异。6种酒糟中，发酵48和72 h青稞糟TVFA浓度最高，其次是玉米酒精糟和啤酒糟，酱香型发酵酒糟最低，提示青稞糟、玉米酒精糟和啤酒糟在为反刍动物供能上可能优于其他酒糟，而酱香型发酵酒糟最差。根据乙酸/丙酸可知，啤酒糟、青稞糟和玉米酒精糟为偏丙酸型发酵，酱香型发酵酒糟、酱香型酒糟和浓香型酒糟为偏乙酸型发酵。NH₃-N浓度能间接反映瘤胃微生物分解饲料CP产生NH₃-N和利用NH₃-N合成MCP的平衡情况^[23]。瘤胃NH₃-N浓度一般为6~30 mg/dL^[24]，考虑到体外发酵过程中产生的NH₃-N不能经瘤胃上皮吸收，所以发酵72 h出现啤酒糟和青稞糟NH₃-N浓度略超出范围的现象。MCP是反刍动物最主要的蛋白质来源，能提供反刍动物所需氨基酸的50%以上^[25]，此外，MCP含量高低还可反映培养体系中微生物种群的数量、活力及其利用NH₃-N的能力^[26]。青稞糟和玉米酒精糟NH₃-N含量较高，表明青稞糟和玉米酒精糟作为发酵底物时，其发酵液中微生物数量和活力高于其他酒糟。用生物发酵来改善低质粗饲料营养价值是目前备受推崇的方法，其中酱香型发酵酒糟经微生物固态发酵产生了MCP，所以与酱香型酒糟相比，CP含量增加。虽然酱香型发酵酒糟在供能方面较差，但发酵24和48 h NH₃-N浓度高于酱香型酒糟和浓香型酒糟，MCP含量高于浓香型酒糟和啤酒糟，说明酱香型发酵酒糟在反刍提供动物蛋白质方面具有一定的潜力。

对于反刍动物来说，CH₄不仅会造成环境的污染，还会降低饲料能量的利用^[27]。瘤胃发酵的最初阶段主要以CO₂-H₂还原生成CH₄途径为主^[28]，H₂是生成CH₄的主要前体物质，发酵48和72 h，青稞糟和玉米酒精糟CH₄产量高于其他酒糟，一方面可能是其H₂和CO₂产量较高，促进CH₄的产生，另一方面可能是其更有助于甲烷菌的生长^[29]。这暗示青稞糟和玉米酒精糟在反刍动物上饲喂时，以甲烷能损失的能量可能高于其他酒糟，易造成能量的浪费，且不利于减排。

3.3 不同类型酒糟营养成分与VFA比例和CH₄产量的相关性分析

纤维成分是影响CH₄产量的一个主要方面，CH₄产生主要源于纤维物质的降解^[30]。而本试验结果NDF、ADF含量与CH₄产量呈负相关，这与前人研究结果^[31-32]一致。造成这种结果的原因可能是体外模拟瘤胃发酵产气不能完全代替体内瘤胃动态产气效果，因为体内瘤胃CH₄可以通过嗳气排出，达到CH₄平衡目的。本试验发现随着NDF含量降低，丙酸/TVFA升高，这与前人研究结果^[33-34]相同。NDS主要包括淀粉、脂肪、CP和矿物质元素等，脂肪和矿物质发酵对产生NH₃-N、MCP、VFA和GP等发酵结果不做贡献，基本上可以忽略不计，而淀粉作为重要的碳水化合物，影响反刍家畜的发酵模式，高淀粉含量倾向于丙酸生成，反之倾向于乙酸生成^[35]。试验结果表明NDS/CP与VFA比例、CH₄产量没有相关关系，而NDS含量、(NDS-Ash)/CP与TVFA、丙酸/TVFA和CH₄产量呈显著正相关关系。这可能是因为酒糟中一般含有较多的非淀粉多糖、酵母细胞和酵母细胞成分等物质^[36-37]，且有研究发现随着酵母培养物添加量的增加，CH₄产量呈二次降低的趋势^[38]，由于这些成分的影响，从而导致了与其他研究结果^[39]相反的正相关关系。

4 结论

① 青稞糟和玉米酒精糟产气参数和发酵参数结果均高于其他酒糟，啤酒糟次之。酱香型发酵酒糟GP和CH₄产量最低，且其他瘤胃发酵参数结果较好。酱香型酒糟和浓香型酒糟GP和发酵参数结果均较低，其进一步发酵加工后再饲用更佳。

② TVFA、VFA比例和CH₄产量受不同类型酒糟营养成分的影响，相关性分析表明，TVFA浓度主要受NDF、ADF、NDS含量和(NDS-Ash)/CP的影响，CH₄产量受CP、NDF、ADF、NDS含量和(NDS-Ash)/CP的影响。

参考文献

[1]	汪成, 王之盛, 胡瑞, 等. 不同类型白酒糟对西杂牛生长性能、养分表观消化率、血清生化指标及瘤胃发酵参数的影响[J]. 动物营养学报, 2021, 33(2): 913-922. WANG C, WANG Z S, HU R, et al. Effects of different types of white distiller's grains on growth performance, nutrient apparent digestibility, serum biochemical indexes and rumen fermentation parameters of Simmental crossbred cattle[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2021, 33(2): 913-922 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2021.02.032
[2]	SCHINGOETHE D J, KALSCHEUR K F, HIPPEN A R, et al. Invited review: the use of distillers products in dairy cattle diets[J]. Journal of Dairy Science, 2009, 92(12): 5802-5813. DOI:10.3168/jds.2009-2549
[3]	余群莲, 王之盛, 万发春, 等. 白酒糟在节粮型肉牛业中的开发利用潜力[J]. 中国畜牧杂志, 2010, 46(10): 58-61. YU Q L, WANG Z S, WAN F C, et al. Development and utilization potential of distillers' grains in grain-saving beef cattle industry[J]. Chinese Journal of Animal Science, 2010, 46(10): 58-61 (in Chinese).
[4]	徐建. 白酒糟对猪营养价值的评定[D]. 硕士学位论文. 雅安: 四川农业大学, 2011. XU J. Evaluation of nutritive value of distillers' grains to pigs[D]. Master's Thesis. Ya'an: Sichuan Agricultural University, 2011. (in Chinese)
[5]	周芯宇, 王之盛, 祝伊枭, 等. 不同粗饲料组合对酒糟型饲粮体外发酵参数影响的研究[J]. 动物营养学报, 2020, 32(4): 1936-1945. ZHOU X Y, WANG Z Z, ZHU Y X, et al. Effects of different roughage combinations on fermentation parameters of distiller's drains diet in vitro[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2020, 32(4): 1936-1945 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2020.04.054
[6]	史良, 刁其玉. 体外产气技术的发展及应用[J]. 饲料广角, 2008(13): 28-29, 37. SHI L, DIAO Q Y. Development and application of in vitro gas production technology[J]. Feed China, 2008(13): 28-29, 37 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.1002-8358.2008.13.009
[7]	THORPE A. Enteric fermentation and ruminant eructation: the role (and control?) of methane in the climate change debate[J]. Climatic Change, 2009, 93(3/4): 407-431.
[8]	LI F Y, HITCH T C A, CHEN Y H, et al. Comparative metagenomic and metatranscriptomic analyses reveal the breed effect on the rumen microbiome and its associations with feed efficiency in beef cattle[J]. Microbiome, 2019, 7(1): 6. DOI:10.1186/s40168-019-0618-5
[9]	孟杰, 刘强林, 任丽萍, 等. 不同农副产品饲料对活体外产气量和瘤胃发酵的影响[J]. 中国畜牧杂志, 2015, 51(3): 37-41. MENG J, LIU Q L, REN L P, et al. Effects of different feeds on in vitro gas production and rumen fermentation[J]. Chinese Journal of Animal Science, 2015, 51(3): 37-41 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.0258-7033.2015.03.010
[10]	MENKE K H, RAAB L, SALEWSKI A, et al. The estimation of the digestibility and metabolizable energy content of ruminant feedingstuffs from the gas production when they are incubated with rumen liquor in vitro[J]. The Journal of Agricultural Science, 1979, 93(1): 217-222. DOI:10.1017/S0021859600086305
[11]	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]. Journal of Dairy Science, 1991, 74(10): 3583-3597. DOI:10.3168/jds.S0022-0302(91)78551-2
[12]	彭点懿. 不同品质粗饲料组合对体外发酵参数、夏季奶牛生产性能及血液生化指标的影响[D]. 硕士学位论文. 雅安: 四川农业大学, 2010. PENG D Y. Effects of different quality roughage combinations on in vitro fermentation parameters, production performance and blood biochemical indexes of cows in summer[D]. Master's Thesis. Ya'an: Sichuan Agricultural University, 2010. (in Chinese)
[13]	MENKE K H, STEINGASS H. Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid[J]. Animal Research Development, 1988, 28(5): 7-55.
[14]	KHORASANI G R, OKINE E K, KENNELLY J J. Forage source alters nutrient supply to the intestine without influencing milk yield[J]. Journal of Dairy Science, 1996, 79(5): 862-872. DOI:10.3168/jds.S0022-0302(96)76435-4
[15]	BRODERICK G A, KANG J H. Automated simultaneous determination of ammonia and total amino acids in ruminal fluid and in vitro media[J]. Journal of Dairy Science, 1980, 63(1): 64-75. DOI:10.3168/jds.S0022-0302(80)82888-8
[16]	王晓光. 饲草型全混日粮饲用价值评价研究[D]. 博士学位论文. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2011. WANG X G. Evaluation of forage diets with mixed diets[D]. Master's Thesis. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2011. (in Chinese)
[17]	REYES A S J, SOTO M A C, ORNELAS E G, et al. Assessment of the nutritional value of tropical grasses obtained from conventional analyses and in vitro gas production[J]. Tecnica Pecuaria En Mexico, 2009, 47(1): 55-67.
[18]	ROCHA J L, BAKER J F, WOMACK J E, et al. Statistical associations between restriction fragment length polymorphisms and quantitative traits in beef cattle[J]. Journal of Animal Science, 1992, 70(11): 3360-3370. DOI:10.2527/1992.70113360x
[19]	CONE J W, VAN GELDER A H. Influence of protein fermentation on gas production profiles[J]. Animal Feed Science and Technology, 1999, 76(3/4): 251-264.
[20]	张桂杰, 王红梅, 罗海玲, 等. 应用体外产气与体外消化法评定不同生育期豆科牧草营养价值[J]. 动物营养学报, 2011, 23(3): 387-394. ZHANG G J, WANG H M, LUO H L, et al. Evaluation of nutritional values of leguminous forages in different growing periods by in vitro gas production and in vitro digestion techniques[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2011, 23(3): 387-394 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2011.03.006
[21]	SALIHU A, BALA M. Brewer's spent grain: a review of its potentials and applications[J]. African Journal of Biotechnology, 2011, 10(3): 324-331.
[22]	冯仰廉. 反刍动物营养学[M]. 北京: 科学出版社, 2004. FENG Y L. Nutrition of ruminants[M]. Beijing: Science Press, 2004 (in Chinese).
[23]	郝正里, 刘世民, 孟宪政. 反刍动物营养学[M]. 兰州: 甘肃民族出版社, 2000. HAO Z L, LIU S M, MENG X Z. Ruminant nutrition[M]. Lanzhou: Gansu Minorities Press, 2000 (in Chinese).
[24]	ILLIUS A W. Matching ruminant production systems with available resources in the tropics and sub-tropics: T.R.Preston & R.A.Leng.Renambul Books, Armidale, NSW, 1987.ISBN 0-9588290-12[J]. Agricultural Systems, 1989, 30(2): 200-201. DOI:10.1016/0308-521X(89)90048-6
[25]	ABDUKARIM Y H, KEDIR S. Factors affecting rumen microbial protein synthesis: a review[J]. Veterinary Medicine, 2019, 4(1): 27-35.
[26]	曾钰, 高彦华, 彭忠利, 等. 饲粮中添加酵母培养物对舍饲牦牛瘤胃发酵参数及微生物区系的影响[J]. 动物营养学报, 2020, 32(4): 1721-1733. ZENG Y, GAO Y H, PENG Z L, et al. Effects of yeast culture supplementation in diets on rumen fermentation parameters and microflora of house-feeding yak[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2020, 32(4): 1721-1733 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2020.04.031
[27]	耿春银, 赵丽萍, 何立文, 等. 活性干酵母与酵母培养物对体外瘤胃发酵参数影响的比较[J]. 中国畜牧兽医, 2016, 43(11): 2931-2938. GENG C Y, ZHAO L P, HE L W, et al. Comparison of the effects of active dry yeast and yeast culture on rumen fermentation parameters[J]. Chinese Animal Husbandry and Veterinary Science, 2016, 43(11): 2931-2938 (in Chinese).
[28]	MOE P W, TYRRELL H F. Methane production in dairy cows[J]. Journal of Dairy Science, 1979, 62(10): 1583-1586. DOI:10.3168/jds.S0022-0302(79)83465-7
[29]	王荣, 文江南, 王敏, 等. 体外法研究延胡索酸对瘤胃甲烷、氢气产量和挥发性脂肪酸组成的影响[J]. 动物营养学报, 2019, 31(3): 1198-1209. WANG R, WEN J N, WANG M, et al. Effects of fumarate on ruminal methane, hydrogen gas production and volatile fatty acid composition using an in vitro method[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(3): 1198-1209 (in Chinese).
[30]	MOSS A R, GIVENS D I, GARNSWORTHY P C. The effect of alkali treatment of cereal straws on digestibility and methane production by sheep[J]. Animal Feed Science and Technology, 1994, 49(3/4): 250-259.
[31]	郭雪峰, 金海, 卢德勋, 等. 甲烷气体产生量与牧草营养参数的相关性分析[J]. 江西农业大学学报, 2009, 30(1): 35-40. GUO X F, JIN H, LU D X, et al. Correlation analysis between the nutrition index and methane production of pastures[J]. Journal of Jiangxi Agricultural University, 2009, 30(1): 35-40 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.1000-2286.2009.01.009
[32]	LEE H J, LEE S C, KIM J D, et al. Methane production potential of feed ingredients as measured by in vitro gas test[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2003, 16(8): 1143-1150. DOI:10.5713/ajas.2003.1143
[33]	杨红建. 不同碳水化合物和蛋白质水平日粮瘤胃VFA产生及微生物蛋白合成规律研究[D]. 博士学位论文. 北京: 中国农业大学, 2000. YANG H J. Study on the production of VFA and microbial protein synthesis in rumen of diets with different carbohydrate and protein levels[D]. Ph. D. Thesis. Beijing: China Agricultural University, 2000. (in Chinese)
[34]	贾光, 贾志海, 朱晓萍, 等. 日粮不同NDF水平对辽宁绒山羊瘤胃挥发性脂肪酸浓度及其比例的影响[J]. 中国畜牧杂志, 2012, 48(19): 57-59. JIA G, JIA Z H, ZHU X P, et al. Effects of dietary NDF levels on the concentration and ratio of volatile fatty acids in the rumen of Liaoning Cashmere goats[J]. Chinese Journal of Animal Science, 2012, 48(19): 57-59 (in Chinese). DOI:10.3969/j.issn.0258-7033.2012.19.015
[35]	毛宏祥, 陆相龙, 金宜全, 等. 反刍家畜瘤胃挥发性脂肪酸生成及模型研究进展[J]. 中国畜牧杂志, 2019, 55(8): 35-40. MAO H X, LU X L, JIN Y Q, et al. Advances in the generation and modeling of volatile fatty acids in rumen of ruminants[J]. Chinese Journal of Animal Science, 2019, 55(8): 35-40 (in Chinese).
[36]	HATEW B, CONE J W, PELLIKAAN W F, et al. Relationship between in vitro and in vivo methane production measured simultaneously with different dietary starch sources and starch levels in dairy cattle[J]. Animal Feed Science and Technology, 2015, 202: 20-31. DOI:10.1016/j.anifeedsci.2015.01.012
[37]	YOUNIS O S, STEWART G G. Sugar uptake and subsequent ester and higher alcohol production by saccharomyces cerevisiae[J]. Journal of the Institute of Brewing, 2013, 104(5): 255-264.
[38]	徐晨晨, 郭娉婷, 刘策, 等. 苜蓿皂苷和酵母培养物对肉羊体外瘤胃发酵特性和甲烷产量的影响[J]. 动物营养学报, 2019, 31(9): 4226-4234. XU C C, GUO P T, LIU C, et al. Effects of alfalfa saponins and yeast cultures on rumen fermentation characteristics and methane production of meat sheep in vitro[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(9): 4226-4234 (in Chinese).
[39]	张婷, 张彬, 张佩华, 等. 不同能量水平及玉米加工饲粮对瘤胃体外发酵参数的影响[J]. 草业学报, 2015, 24(12): 102-111. ZHANG T, ZHANG B, ZHANG P H, et al. Effects of different energy levels and corn processing diets on ruminal fermentation parameters in vitro[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(12): 102-111 (in Chinese). DOI:10.11686/cyxb2015060