胡建武 趙德明 周向梅

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，北京 100193)

嚙齒類墊料是鋪墊在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物籠具硬表面上的一種接觸性保護(hù)性材料，它既為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物提供保暖、筑巢和舒適的富化環(huán)境材料，滿足實(shí)驗(yàn)動(dòng)物躲避、掘洞等生活習(xí)性，同時(shí)又承載著對(duì)籠內(nèi)環(huán)境中動(dòng)物的排泄物及其降解產(chǎn)物的吸收功能，減緩諸如細(xì)菌、霉菌等微生物生長(zhǎng)繁殖，從而減少產(chǎn)氨氣、二氧化碳等氣體以及有害細(xì)菌毒素的積聚。同時(shí)要求，墊料原料符合嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物磨牙、啃咬的生活習(xí)性，確保原料無(wú)毒性或有機(jī)毒性物質(zhì)的污染，微生物含量少，適宜生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境和動(dòng)物福利的改善，以及墊料本身理化特性穩(wěn)定，不應(yīng)含有揮發(fā)性、刺激性物質(zhì)，對(duì)于動(dòng)物本身及研究人員無(wú)毒性作用，使用后適宜于無(wú)害化處理。

目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料原料主要是由刨花和鋸末、再生紙(廢紙、報(bào)紙回收再利用)、玉米芯、秸稈、果殼、α-纖維素、γ-纖維素墊料及其他新型墊料等，國(guó)內(nèi)最常用的墊料原材料為刨花和玉米芯。國(guó)內(nèi)研究人員在對(duì)新型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物原料開(kāi)發(fā)和研究過(guò)程中，對(duì)蒲草、麥秸桿、稻草、蘆葦、玉米秸和稻谷殼等纖維物質(zhì)與傳統(tǒng)刨花墊料進(jìn)行了多方面比較研究。有文獻(xiàn)報(bào)道[1],陳洪巖、張永梅等對(duì)蒲草與傳統(tǒng)墊料的吸水、氨氣吸收和保暖性等物理特性以及小鼠的繁殖性能的影響進(jìn)行了研究分析，認(rèn)為蒲草動(dòng)物適應(yīng)性好，在對(duì)氨氣的吸收和保暖性都優(yōu)于玉米芯墊料，且對(duì)小鼠繁殖、發(fā)育都沒(méi)有影響；王宗保等[2]研究認(rèn)為蘆葦用作實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料具有保溫、舒適、毒性低等優(yōu)點(diǎn)，利于小鼠產(chǎn)仔和哺乳。劉福英等[3]對(duì)稻谷殼用作實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料研究對(duì)比中認(rèn)為其保溫性能和動(dòng)物適應(yīng)性好，不足的是吸水性差、不易保存，易于附著毛發(fā)，影響動(dòng)物美觀。陽(yáng)建春[4]、蔡月花[5]、張志[6]、劉軍須[7]等研究者嘗試用稻草、麥秸和玉米等農(nóng)作物秸稈經(jīng)過(guò)裁切、滅菌處理后直接用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料，認(rèn)為三種作物成本低廉，作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料在吸濕性、保溫性、動(dòng)物適應(yīng)性和動(dòng)物繁殖性能等方面各自具有其優(yōu)點(diǎn)，如稻草吸水性、保溫性好；麥秸對(duì)環(huán)境友好，質(zhì)地柔軟；玉米秸則能改善大鼠繁殖性能。但是由于受到工藝影響，三種秸稈經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單裁切，質(zhì)地較硬，塵埃及微生物難以控制，同時(shí)具有不同程度的農(nóng)藥殘留情況，難以在實(shí)踐中推廣使用。我們通過(guò)對(duì)麥秸的蒸汽爆破預(yù)處理，并對(duì)其理化性質(zhì)(含水量、吸水性、保溫性)和衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(農(nóng)藥、重金屬殘留以及微生物污染情況)與其他三種(刨花、玉米芯及紙質(zhì))墊料進(jìn)行研究比較，以期對(duì)麥秸墊料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

麥秸原料樣品：M1(河北衡水地區(qū))、M2(山西臨汾堯都區(qū))、M3(內(nèi)蒙古巴盟地區(qū))、M4(河南駐馬店地區(qū))、M5(山東菏澤地區(qū))、M6(黑龍江佳木斯地區(qū))。

麥秸墊料：將麥秸秸稈(M1)經(jīng)蒸汽爆破、烘干處理后，由北京科澳協(xié)力飼料有限公司按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)行60Co照射滅菌、包裝，得到麥秸SPF級(jí)嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料(以下統(tǒng)稱麥秸墊料)。刨花墊料與玉米芯墊料購(gòu)自北京科澳協(xié)力飼料有限公司；紙質(zhì)墊料獲贈(zèng)于益新(中國(guó))有限公司。

儀器設(shè)備：電子分析天平(型號(hào)為CPA225D，德國(guó)賽多利斯，感量為0.0001 g)，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(PerkinElmer Optima 8300 Series)，電子天平(型號(hào)為RP2002 K，感量為0.001 g)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(型號(hào)為DGX-9243 BC-1，上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn))，干燥器，燒杯(500 mL、1 000 mL)；溫度計(jì)，醫(yī)用脫脂紗布，稱樣皿，盛水托盤(pán)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1含水量測(cè)定： 清潔稱樣皿，置于101～105 ℃干燥箱中烘烤1 h，取出后置于干燥器中冷卻30 min，準(zhǔn)確稱其質(zhì)量；再烘烤30 min，同樣方法冷卻，稱其質(zhì)量，直至兩次質(zhì)量誤差小于0.0005 g為恒重。 墊料樣品(平行樣)約5 g置于已恒重的稱樣皿中，準(zhǔn)確稱其質(zhì)量后，將稱樣皿蓋打開(kāi)，置于101～105 ℃ 干燥箱中烘烤4 h，取出后蓋好稱樣皿蓋，置于干燥器中冷卻30 min，準(zhǔn)確稱其質(zhì)量；同樣方法再次烘烤1 h， 冷卻，稱其質(zhì)量，直至兩次質(zhì)量之差小于0.002 g為恒重，觀察逸失質(zhì)量,計(jì)算墊料的水分含量。

式中： A——含水量；W1——稱樣皿和試樣的質(zhì)量；W2——稱樣皿和試樣干燥后的質(zhì)量;W3——稱樣皿的質(zhì)量。

1.2.2吸水性能測(cè)定：將測(cè)試墊料在完全浸泡條件下進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，測(cè)試墊料的吸水能力。實(shí)驗(yàn)室溫度20～25 ℃,相對(duì)濕度40%～50%。燒杯洗凈烘干，將麥秸、玉米芯、刨花和紙4種墊料緩慢裝進(jìn)稱其質(zhì)量的燒杯中，自然沉積，切勿擠壓。然后用醫(yī)用脫脂紗布(孔徑為2.0 mm×2.0 mm)扎捆緊杯口，緩緩倒入蒸餾水淹沒(méi)浸泡，分別浸泡1、5、15、30 min和1、24、48 h，倒置燒杯于網(wǎng)架上30 min后，再用吸水紙將杯子表面殘留的水吸干，稱其質(zhì)量并計(jì)算吸水率。吸水性以每克墊料吸水克數(shù)表示，即吸水率=(吸水后墊料總重-墊料初重)/墊料初重×100%。

1.2.3升溫、降溫曲線：分別將四種墊料裝滿燒杯，每個(gè)燒杯內(nèi)放一支溫度計(jì)，放入100 ℃的干燥箱內(nèi)，分別觀察記錄3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 min不同時(shí)間內(nèi)各種墊料的升溫情況。溫度達(dá)到100 ℃將墊料從干燥箱中取出，放于同一自然環(huán)境條件下(室溫25 ℃左右，相對(duì)濕度40%～50%),分別觀察記錄晾置1、3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 min不同時(shí)間內(nèi)各種墊料的降溫情況。

1.2.4衛(wèi)生學(xué)要求

1.2.4.1重金屬及有機(jī)農(nóng)藥殘留 按照北京地方標(biāo)準(zhǔn)(DB 11/T 1126—2014)標(biāo)注[8]，重點(diǎn)對(duì)墊料重金屬、有機(jī)農(nóng)藥殘留情況進(jìn)行測(cè)定。依據(jù)GB/T 13080、GB/T 13081、GB/T 13082以及JY/T 015—1996 感耦等離子體原子發(fā)射光譜方法通則測(cè)定。

1.2.4.2微生物及曲霉毒素污染研究 微生物依據(jù)GB 4789.2—2016、GB 4789.3—2016第一法、GB 4789.4—2016、GB 4789.15—2016第一法等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。黃曲霉毒素B1測(cè)定按GB/T 17480執(zhí)行。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

2.1 含水量測(cè)定

結(jié)果見(jiàn)表1，與北京地方標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定含水量(6%～12%)相比，米芯與刨花墊料的水分含量偏高，紙質(zhì)含水量明顯偏低，麥秸墊料含水量略低但基本符合。

表1 四種墊料水分含量測(cè)定結(jié)果Table 1 Test results of moisture content of four different bedding

2.2 吸水性能測(cè)定

結(jié)果見(jiàn)表2，四種墊料中麥秸質(zhì)量范圍基本同于玉米芯墊料，但是單位時(shí)間內(nèi)，麥秸墊料的吸水性明顯優(yōu)于玉米芯墊料，也比其他墊料吸水能力好，紙質(zhì)與玉米芯墊料24 h后變化不大。玉米芯墊料未能像其他文獻(xiàn)研究所體現(xiàn)出的優(yōu)異吸水性，可能與實(shí)驗(yàn)中相同質(zhì)量比較有關(guān)，如果以同等體積來(lái)驗(yàn)證，密度較高的玉米芯于吸水性應(yīng)優(yōu)于其他三種墊料。

2.3 升溫、降溫曲線

四種墊料升溫曲線見(jiàn)圖1，前5 min四種墊料升溫?zé)o差異，隨后玉米芯組升溫速率較其余三組要慢，其中麥秸墊料與刨花保持良好升溫過(guò)程，35 min之前玉米芯組溫度顯著低于其余三組，差異顯著(P<0.05)，50 min后四組墊料溫度無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖1 四種墊料升溫曲線Fig.1 Temperature rise curves of four different bedding in different time

四種墊料降溫曲線見(jiàn)圖2，綜上分析，10 min前四組墊料初始溫度差異不大，10 min起玉米芯組墊料溫度顯著高于其余三組(P<0.05),降溫速率較慢，同體積情況下玉米芯墊料保溫效果最好，麥秸墊料保溫性明顯好于刨花與紙質(zhì)墊料。從數(shù)據(jù)來(lái)看玉米芯保持了很好的保溫效果，但是考慮到填裝燒瓶的墊料致密度不一樣，大小均勻的玉米芯顆粒，空隙致密均一，熱量不容易散發(fā)出去。而其余三種墊料都未壓實(shí)，有空隙存在，可能因空氣熱交換溫度下降的快。

圖2 四種墊料降溫曲線Fig.2 Temperature drop curves of four different bedding

2.4 衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)測(cè)定

2.4.1重金屬及有機(jī)農(nóng)藥殘留： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，各省麥秸原料重金屬均有不同程度檢出，且存在明顯差異：山西臨汾及河南駐馬店地區(qū)的麥秸稈原料中汞含量較其他省高；河北衡水地區(qū)鎘、鉛含量均高于其他省市；山東菏澤地區(qū)的鉛含量低于其他省市。但均符合北京地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表3 不同地區(qū)麥秸秸稈及麥秸墊料重金屬殘留情況Table 3 Residues heavy metal of wheat straw in different regions

麥秸原料及墊料和玉米芯墊料中有機(jī)磷、有機(jī)氯農(nóng)藥及其它有機(jī)農(nóng)藥污染情況檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4，均符合北京地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表4 三種墊料有機(jī)農(nóng)藥檢出情況Table 4 Comparison of organic pesticide residues three different bedding

2.4.2微生物及黃曲霉毒素污染： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，爆破后麥秸墊料樣品所含微生物顯著低于地方標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的非滅菌墊料數(shù)量，這是由于麥秸秸稈經(jīng)過(guò)高溫蒸汽爆破工藝消毒，對(duì)微生物起到殺滅作用，大大降低了墊料中微生物污染。

表5 非滅菌麥秸墊料微生物及毒素污染情況Table 5 Comparison of biological and toxin pollution of unsterilized wheat straw bedding

3 討論

墊料的保溫、吸濕性能以及干燥性能等物理性狀是評(píng)價(jià)墊料品質(zhì)中非常重要的指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)墊料的物理性質(zhì)進(jìn)行多方比較研究：陽(yáng)建春和黃韌[4]研究認(rèn)為，KM小鼠對(duì)稻草墊料要比刨花更感興趣，稻草墊料比重輕、吸水性強(qiáng)是一種較好的墊料；孫永梅等[9]研究認(rèn)為，蒲草保溫性好，吸水性優(yōu)于刨花與玉米芯；張志等[6]研究發(fā)現(xiàn)，按質(zhì)量比、質(zhì)量體積比不同方法，測(cè)定松木刨花、楓木刨花、紙皮和稻草四種墊料吸水率獲得完全不一致的結(jié)果，認(rèn)為墊料的吸水性與試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)有重要關(guān)系，同時(shí)稻草與紙皮的保溫性能要優(yōu)于刨花，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

由于農(nóng)藥在畜牧業(yè)中廣泛應(yīng)用，環(huán)境污染下重金屬蓄積，對(duì)植物、農(nóng)作物來(lái)源墊料的衛(wèi)生指標(biāo)及其化學(xué)污染物檢測(cè)非常重要，劉軍須等[7]對(duì)麥秸桿與玉米秸稈柔絲加工墊料后，微生物指標(biāo)比刨花要高得多，但經(jīng)高壓滅菌后，未檢出致病菌。兩種秸稈中的農(nóng)藥殘留及黃曲霉毒素均符合標(biāo)準(zhǔn)；白玉等[10]對(duì)不同來(lái)源地的玉米芯、刨花墊料進(jìn)行重金屬、有機(jī)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)也同樣發(fā)現(xiàn)微生物污染超標(biāo)情況，重金屬鉛雖有檢出但符合標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)藥殘留均未檢出與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較一致。實(shí)驗(yàn)各地麥秸桿重金屬(砷、鎘、鉛和汞)含量均有檢出，且因地域不同殘留量也確實(shí)有差異，但均符合北京市地方標(biāo)準(zhǔn)?？梢?jiàn)，對(duì)來(lái)自植物、農(nóng)作物中的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料刨花、玉米芯以及麥秸而言，重金屬殘留檢測(cè)是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物墊料質(zhì)量控制中非常重要的環(huán)節(jié)。

另外，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)麥秸桿經(jīng)過(guò)蒸汽爆破后個(gè)別金屬元素如錳、鋅元素含量均有增加趨勢(shì)，與相關(guān)文獻(xiàn)研究一致。Viola等[11]在研究汽爆處理小麥秸稈對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響中發(fā)現(xiàn)氣爆后小麥秸表觀干物質(zhì)消化率可提高 25%。同樣Gambacorta 等[12]進(jìn)一步證實(shí)汽爆處理小麥秸和燕麥秸組試驗(yàn)羊產(chǎn)奶量顯著高于未處理組。國(guó)內(nèi)學(xué)者劉東波等[13]研究也發(fā)現(xiàn)一定條件下的蒸汽爆破玉米秸稈，不僅安全無(wú)毒,而且能有效提高反芻動(dòng)物纖維消化能力，提高奶牛產(chǎn)奶量。

總之，通過(guò)蒸汽爆破技術(shù)，可對(duì)農(nóng)作物麥秸原料來(lái)源及形狀得到很好的控制。通過(guò)蒸汽爆破處理后的麥秸桿，纖維疏松、柔軟，不僅適合大小鼠生長(zhǎng)，也適合繁殖鼠的使用，同時(shí)具有很好的保溫性和吸濕能力。與普通其他墊料相比，微生物污染也大大減少。雖然農(nóng)秸稈對(duì)重金屬具有很好的吸收作用，但經(jīng)過(guò)爆破處理后的墊料重金屬、有機(jī)農(nóng)藥殘留均符合北京地方標(biāo)準(zhǔn)。