發(fā)酵廢棄咖啡粉對綿羊營養(yǎng)物質消化率和氮利用的影響

徐金廣

（鄭州財經學院，河南鄭州 450000）

咖啡豆是世界上僅次于石油的第二大貿易產品。一般來說，咖啡豆經烘焙、研磨和提取制成咖啡飲料，加工后的殘渣通常被扔掉。隨著國際咖啡貿易的不斷發(fā)展，廢咖啡粉的產生不斷增加。當廢棄咖啡粉處理不當時，可能會對環(huán)境造成危害。因此，一些研究試圖利用廢棄咖啡粉生產生物柴油或作為糖、堆肥和吸附劑的來源，用于去除金屬離子（Campos-Vega等，2015）。但很少有人將廢棄咖啡粉作為動物飼料進行評價。咖啡含有抗氧化劑，如咖啡因、多酚和黑色素，這些化合物可能對動物有益，同時廢棄咖啡粉含有13.8～14.5%的粗蛋白質，13.6～18.4%的粗脂肪、64.6～68.8%的中性洗滌纖維及45.1～54.8%的酸性洗滌纖維，這些營養(yǎng)成分可作為反芻動物飼料原料（Vignoli等，2011）。但Givens等（1986）認為，綿羊對廢棄咖啡粉的適口性和氮消化率較低，限制了廢棄咖啡粉在反芻動物飼料上的應用。動物的采食量和飼料適口性受飼料形狀、氣味、味道、質地、顆粒大小和溫度等特性的影響。為提高飼料適口性，目前研究最多的是利用微生物發(fā)酵或添加有機酸，如在動物飼料中添加丙酸和乳酸可以改善適口性。已有研究表明，利用植物乳桿菌對生產糖蜜后的廢水渣進行發(fā)酵可以提高其適口性（Tondee和Sirianuntapiboon，2008）。因此，本研究旨在確定利用微生物發(fā)酵的廢棄咖啡粉對綿羊營養(yǎng)物質消化率和氮利用率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗動物與日糧設計 飼養(yǎng)試驗選擇8只成年公羊[初始體重（56.8±0.4）kg]置于呼吸代謝室中，日糧處理方法為：對照組（不添加廢棄咖啡粉）、10%廢棄咖啡粉組、10%發(fā)酵廢棄咖啡粉組和20%發(fā)酵廢棄咖啡粉組，試驗周期為18 d，適應期為14 d，樣品采集期為4 d。試驗日糧組成及營養(yǎng)水平見表1。廢棄咖啡粉采用植物乳桿菌在含水量70%，溫度39℃，厭氧發(fā)酵48 h制得。試驗期間動物自由采食，同時提供礦物補充劑（鈉388 g/kg，鎂 330 mg/kg，鈷 0.25 mg/kg，鐵 90 mg/kg，錳 25 mg/kg，鋅 14 mg/kg，I 5.5 mg/kg）。在試驗開始時測量體重，用每一周期初重和末重的平均值計算體增重和平均日增重。

表1 試驗日糧組成及營養(yǎng)水平

1.2 化學分析 飼料成分和糞便樣品在60℃條件下烘干48 h，用微型錘磨機研磨后過1 mm篩。采用營養(yǎng)分析方法測定干物質、有機物、粗蛋白質、粗脂肪、氮含量，并pH計測定pH。使用自動氧彈熱量計分析總能。采用氣相色譜法測定脂肪酸含量。

1.3 統(tǒng)計分析 數據分析采用SAS軟件包PROC混合程序，分析模型參考Littell等（2007）的研究方法。采用多項式線性或二次曲線比較發(fā)酵廢棄咖啡粉對指標的影響。P＜0.05表示差異顯著，0.05＜P＜0.1表示具有差異顯著趨勢。

2 結果與分析

2.1 廢棄咖啡粉發(fā)酵48 h后的質量 由表2可知，發(fā)酵48 h后，有機物含量顯著下降（P＜0.05），但粗蛋白質水平顯著升高（P＜0.05）。發(fā)酵48 h后，酸性洗滌不溶氮濃度顯著增加，pH顯著降低（P＜0.05）。廢棄咖啡粉中乙酸濃度為50.5 g/kg，發(fā)酵 48 h后無顯著變化（P＞0.05），但乳酸含量顯著升高（P＜0.05）。

表2 廢棄咖啡粉發(fā)酵48 h后營養(yǎng)成分

2.2 廢棄咖啡粉對綿羊生長性能的影響 由表3可知，隨著日糧發(fā)酵廢棄咖啡粉添加水平的升高，綿羊體增重和平均日增重呈顯著線性下降（P＜0.05），20%發(fā)酵廢棄咖啡粉組飲水量和排尿量均顯著大于基礎日糧組（P＜0.05）。隨著日糧發(fā)酵廢棄咖啡粉組添加水平的升高，飲水量和排尿量呈線性增加（P＜0.05）。但日糧處理對綿羊干物質攝入量無顯著影響（P＞0.05），飼料效率隨發(fā)酵廢棄咖啡粉添加水平的升高有降低趨勢（P=0.09）。

表3 廢棄咖啡粉對綿羊生長性能的影響

表4 廢棄咖啡粉對綿羊養(yǎng)分表觀消化率和氮利用率的影響

2.3 廢棄咖啡粉對綿羊養(yǎng)分表觀消化率和氮利用率的影響 由表4可知，處理組間干物質和有機物的表觀消化率無顯著差異（P＞0.05），20%發(fā)酵廢棄咖啡粉組粗蛋白質表觀消化率顯著低于對照組（P＜0.05）。10%發(fā)酵廢棄咖啡粉組的粗蛋白質消化率顯著高于10%未發(fā)酵廢棄咖啡粉組。此外，對照組綿羊氮沉積率顯著高于廢棄發(fā)酵粉組和發(fā)酵廢棄咖啡粉組（P＜0.05）。隨著日糧發(fā)酵咖啡粉添加水平的升高，氮沉積率呈顯著線性下降（P＜0.05）。發(fā)酵廢棄咖啡粉組氮沉積率較非發(fā)酵咖啡粉組有降低氮沉積率的趨勢（P=0.09）。

3 討論

發(fā)酵后由于廢棄咖啡粉中碳水化合物源作為微生物發(fā)酵的底物，其有機物含量降低，但發(fā)酵廢棄咖啡粉中粗蛋白質含量顯著高于未發(fā)酵產品，我們認為，發(fā)酵廢棄咖啡粉中粗蛋白質的比例隨微生物對有機物的消耗而增加。由于咖啡豆在加工提取前烘烤時會發(fā)生美拉德反應，降低了營養(yǎng)物質的消化率，因此，廢棄咖啡粉中粗蛋白質的消化率低，原料適口性差，一般只能作為反芻動物的飼料原料。酸性洗滌不溶氮是動物胃腸道中難消化蛋白，而本研究通過微生物發(fā)酵降低了廢棄咖啡粉中酸性洗滌不溶氮的濃度，所以發(fā)酵提高了廢棄咖啡粉的蛋白質質量，這可能是由于微生物打破了難消化蛋白，增加了微生物蛋白（Axelsson和Ahrne，2000）。由于發(fā)酵后的咖啡粉比未發(fā)酵的咖啡粉含有更多的乳酸，所以pH顯著降低。此外，乳酸可以延長發(fā)酵廢棄咖啡粉的保存期，還可以提高適口性。

雖然各處理間干物質攝入量、體增重、日增重無顯著差異，但隨著日糧發(fā)酵廢棄咖啡粉添加水平的增加，體增重、日增重表現為顯著下降趨勢。本研究以總能量為基礎，建立了各處理的試驗飼料，結果表明，由于廢棄咖啡粉的消化能量低于苜蓿和梯牧草。Xu等（2006）報道了濕咖啡粉添加量增加時，閹割公羊的干物質攝入量降低。但在本研究中，補充發(fā)酵廢棄咖啡粉對公羊干物質攝入量的影響在不同處理間并無差異。此外，發(fā)酵或未發(fā)酵廢棄咖啡粉組增加飲水量和尿排泄量提高，可能是由于咖啡因含量改變了體液和水電解質的平衡。

已有研究報道，增加濕咖啡粉的添加水平線性降低了干物質、有機物、粗蛋白質和酸性洗滌纖維的消化率（Xu等，2006）。但本研究中處理組公羊的干物質和有機物消化率相似。如上所述，在發(fā)酵質量測定方面，通過發(fā)酵降低了酸性洗滌不溶氮，表明廢棄咖啡粉的難消化蛋白含量降低，也表明10%發(fā)酵廢棄咖啡粉比10%廢棄咖啡粉具有更高的粗蛋白質消化率，與發(fā)酵質量測定結果吻合較好。此外，10%發(fā)酵廢棄咖啡粉組公羊氮利用率較10%廢棄咖啡粉組有提高趨勢，粗蛋白質消化率隨發(fā)酵廢棄咖啡粉水平的增加線性下降。在本研究日糧配方中，對照組日糧的粗蛋白質含量用牧草代替廢棄咖啡粉進行調整，結果表明，雖然各試驗日糧的粗蛋白質含量相似，但含有發(fā)酵廢棄咖啡粉的日糧粗蛋白質含量可能比對照日糧含有更多的難消化粗蛋白質。由于廢棄咖啡粉是在高溫高壓條件下產生的，很難被動物消化（Borrelli等，2002），其似乎是一個無氮糖原（糖蜜）和氮源（廢棄咖啡粉）的協同作用是困難的。因此，還有必要對無氮糖和低效氮源的結合進行進一步研究。

4 結論

本研究評估了日糧添加廢棄咖啡粉和發(fā)酵廢棄咖啡粉對綿羊營養(yǎng)物質消化率和氮利用率的影響。乳酸菌發(fā)酵廢棄咖啡粉可以提高氮質量，而飼料中添加發(fā)酵廢棄咖啡粉降低了公羊對粗蛋白質和酸性洗滌纖維的消化率。其中，10%發(fā)酵廢棄發(fā)酵粉組粗蛋白質消化率和氮沉積率均高于10%未發(fā)酵廢棄咖啡粉組。因此，利用微生物發(fā)酵廢棄咖啡粉可以提高蛋白質利用率。