摘 要：本试验旨在研究不同发酵液表面张力(Surface tension， ST)和中性洗涤纤维(NDF)比表面积(Special surface areas， SSA)对人工模拟瘤胃体外发酵中纤维发酵特性的影响，并探讨其影响机理。以水稻秸秆中NDF为发酵底物，采用3×4因子试验设计，即3种发酵底物SSA (3.27 m²·g⁻¹ SSA1， 3.73 m²·g⁻¹ SSA2， 4.44 m²·g⁻¹ SSA3)和4种发酵液ST (54 mN·m⁻¹ ST1， 46 mN·m⁻¹ ST2， 43 mN·m⁻¹ ST3， 36 mN·m⁻¹ ST4)。每个处理设6、12、24、36、48和72 h 6个时间点，每个时间点3个重复，分别测定NDF消失率、发酵液pH和氨态氮(NH₃-N)浓度、各时间点总产气量等体外发酵指标。结果表明，底物SSA越小其快速可降解部分产气量越高；提高底物SSA可显著(P<0.001)提高NDF的消失率和NH₃-N浓度。发酵液ST对产气参数及发酵液pH、NH₃-N浓度及NDF消失率有极显著影响(P<0.001)，降低发酵液ST可显著(P<0.001)降低快速发酵部分产气量和延滞时间，但提高(P<0.001)慢速发酵部分的产气量；当发酵液ST降低至36 mN·m⁻¹时，极显著(P<0.001)抑制底物NDF的消失率并提高发酵液pH和NH₃-N浓度。结果提示，底物SSA及发酵液ST的变化对纤维物质的体外发酵特性有直接影响，可通过调节底物与发酵液的界面化学特性来调控瘤胃发酵及饲料利用。

引 言

反刍动物日粮粗纤维利用率与食糜过瘤胃速率和瘤胃微生物活性密切相关。研究发现，食糜过瘤胃速率不仅受粗饲料来源和颗粒大小的影响，而且受饲料功能比重(Functional specific gravity)的影响。此外，有研究发现，限制纤维素消化的主要因素是纤维细胞壁上可被纤维素酶作用的位点，而不是微生物的纤维分解活性，纤维饲料可降解位点越多意味着饲料越易被降解。饲料比表面积(Special surface areas， SSA)是指单位质量下饲料的表面积，它不仅与饲料的功能性比重及饲料颗粒大小密切相关，而且与饲料可降解的位点数密切相关。研究底物比表面积表征饲料物理特性对饲料降解的影响，有利于从饲料的物理界面解释微生物分解饲料的降解机理。

此外，相关研究表明，添加表面活性剂能有效地增加酶水解产量及微生物和酶对底物的作用能力，减少酶对木质素的吸附；同时可增加溶液中游离纤维素酶的含量，从而对纤维素的水解起到增效作用；另外还可增大底物的表面电荷密度，减弱菌体与底物的作用力，从而使菌体更易黏附到底物上。表面活性剂最显著的特征是可以改变溶液的表面张力(Surface tension， ST)，而溶液的ST可显著影响细菌对固体颗粒的黏附作用。瘤胃微生物在分解饲料过程中也会产生很多具有表面活性的物质，如脂肽和二鼠李糖脂等，这些活性物质对溶液的ST也有显著影响。但是，瘤胃液或发酵液ST的变化对瘤胃微生物降解饲料会产生何种影响至今尚不清楚。

瘤胃体系内不同界面间的物理化学反应过程是细菌降解纤维物质的基础，对该过程展开研究有望成为突破传统粗饲料营养研究的关键切入点。故本研究拟采用人工模拟瘤胃体外发酵技术，结合界面物理化学研究方法，研究底物不同SSA和发酵液ST条件下，不同发酵时间点纤维发酵动力学特性的变化，以期为揭示瘤胃微生物降解粗纤维过程的界面化学与物理机制提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物与饲养管理

选取3头年龄和体重相近、体况良好的成年去势浏阳黑山羊作为瘤胃液供体动物，日粮精粗比为40:60，精料组成为玉米47%、豆粕24%、麸皮22%、食盐0.7%、石粉2.3%、预混料4%。粗料为玉米秸秆，自由饮水。整个试验期内每头瘘管羊每天饲喂精料200 g，粗料300 g。

1.2 试验设计

以水稻秸秆的NDF作发酵底物，试验采用3×4因子试验设计，根据瘤胃食糜颗粒大小分布情况，设3种底物SSA(3.27、3.73和4.44 m²·g⁻¹，分别表示为SSA1、SSA2和SSA3)，根据动物试验中非离子表面活性剂常用添加水平，设计4种发酵液ST(54、46、43和36 mN·m⁻¹，分别表示为ST1、ST2、ST3和ST4)，每个处理设6、12、24、36、48和72 h 6个时间点，每个时间点3个重复，测定其产气量、干物质消失率、pH和NH₃-N浓度等指标。

1.3 试验程序

1.3.1 发酵底物NDF的制备

参照P. J. Van Soest等的方法提取水稻NDF样品100 g，按瘤胃食糜颗粒大小分布情况，将提取的NDF粉碎过不同的筛，并用比表面积仪测定后，得到本研究所需的底物比表面积。

1.3.2 发酵准备与培养

按瘤胃液与厌氧缓冲液1:2 (v/v)的比例配制体外发酵液。于7:00采集瘤胃液，用4层纱布过滤，将滤液与厌氧缓冲液按照1:2 (v/v)混匀，整个操作过程在无氧条件下进行。调节体外发酵液的pH至6.9~7.0之间，并持续通入CO₂，置于39 ℃恒温培养箱中预热。迅速将配制好的发酵液分成4份，分别加入0.00%、0.02%、0.05%和0.12% (v/v)浓度的烷基多糖苷(Alkylpolyglycoside， APG)并搅匀，得到ST分别为54、46、43和36 mN·m⁻¹的体外发酵液。然后用连续加样器向预先称好(500.0±0.5) mg发酵底物的厌氧培养瓶中加入50 mL发酵液，向瓶内通入CO₂ 3 min，加盖拧紧之后于39 ℃恒温培养箱中培养。每个处理设置3个重复，并且不同ST的试验组设2个空白对照组(只注入50 mL混合培养液不加NDF底物)。

1.4 样品采集与分析

1.4.1 产气量测定与记录

记录各发酵时间点厌氧培养瓶内的气压，并按公式(1)将气压换算成室温标准气压下的气体体积。在各时间点测得的总产气量用模型(2)进行拟合。

Y = (z - 0.0374) / 0.9261       (1)

其中，0.0374和0.9261分别为实测厌氧培养瓶内压强与体积之间的换算系数，z为压强，Y为气体量。

Y = A/(1 + exp(2 + 4*B*(C - t))) + D/(1 + exp(2 + 4*E*(C - t))) + D4*t       (2)

式中，Y表示t时间点底物的产气量(mL)；A与D分别为快速和慢速可降解部分的产气量(mL)；B和E分别为快速和慢速可降解部分的降解速度；C为微生物增殖或延滞时间。

1.4.2 发酵液pH、NH₃-N浓度和NDF消失率测定

分别在发酵6、12、24、36、48和72 h时，取出各处理组的3个厌氧培养瓶终止发酵，迅速测定瓶内气压，采集气体样品后用pH计(REX PHS-3C，上海仪器设备厂)测定发酵液pH；另取5 mL发酵液于10 mL离心管中，经16 000 r·min⁻¹离心10 min，取1 mL上清液，用靛酚比色法测定NH₃-N浓度。收集发酵底物NDF于铝盒中105 ℃烘至恒重，计算NDF消失率。

1.4.3 发酵液ST和NDF比表面积测定

用KRUSS Tensiometer K100测定发酵液ST，用Quadrasorb SI测定NDF比表面积。

1.5 统计分析

体外发酵气体参数用SAS(8.02版) MIXED程序进行统计，pH、NH₃-N浓度和底物消化率采用SAS(8.02版)的MIXED程序按照重复测量数据模型进行统计分析，统计结果以最小二乘均值(Least square mean， LSM)表示，采用Tukey进行多重比较，并用正交多项式比较(Orthogonal polynomial contrast)分析各个指标随ST和SSA变化的趋势。P<0.05时差异显著。

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