吳爽,周玉香,賈柔,金亞東,楊萬宗
(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏 銀川750021)
纖維素酶是一類主要由細(xì)菌和真菌發(fā)酵產(chǎn)生的高活性微生態(tài)制劑[1],能將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維素水解成寡糖或單糖[2]。大量學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)纖維素酶的添加能夠有效破解植物細(xì)胞壁[3],優(yōu)化纖維飼料的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)[4],提高動(dòng)物生長性能[5],增加經(jīng)濟(jì)效益[6],但關(guān)于肉品質(zhì)方面的研究較少。趙國琦等[7]研究報(bào)道,添加纖維素酶的玉米(Zea mays)青貯發(fā)酵飼料中的粗蛋白質(zhì)含量顯著提高,粗纖維含量顯著降低。席興軍等[8]的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),利用纖維素酶處理玉米秸稈后秸稈飼料中的酸性洗滌纖維含量下降20%。韓魯佳等[9]研究報(bào)道,在制作玉米青貯飼料過程中添加纖維素酶進(jìn)行發(fā)酵后,中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量分別下降5.28%和6.09%。高月平等[10]利用纖維分解酶處理玉米秸稈飼喂肉牛,結(jié)果表明肉牛生長性能顯著增加,一定程度上改善了肉品質(zhì)。
蕎麥(Fagopyrum esculentum),屬蓼科雙子葉植物[11],寧夏多種植于南部及中部的干旱區(qū)。由于研究報(bào)道中顯示蕎麥中含有的蛋白質(zhì)、脂肪和維生素等營養(yǎng)成分普遍高于其他農(nóng)作物,且從蕎麥秸稈中提取的多酚和類固醇等活性物質(zhì)具有很好的抗氧化和消炎等保健作用,因此,它的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值都非常高[12],但當(dāng)其收獲籽粒之后,剩下的蕎麥秸稈只有少部分在冬季飼料短缺時(shí)用于家畜飼喂,大部分均被丟棄田間以填埋方式處理或直接將其用火焚燒,這樣既造成了生物質(zhì)自然資源的嚴(yán)重消耗和浪費(fèi),也污染了環(huán)境。因此,為高效合理利用蕎麥秸稈資源,王萌[13]在精粗比為30∶70 的日糧條件下,將玉米青貯與化學(xué)處理、微生物處理和纖維素酶處理的蕎麥秸稈以20∶80、40∶60、60∶40、80∶20 的比例進(jìn)行飼糧組合效應(yīng)篩選研究,結(jié)果得出纖維素酶處理蕎麥秸稈與玉米青貯比例為40∶60 時(shí),飼糧的組合效應(yīng)指數(shù)最高。本試驗(yàn)中飼養(yǎng)試驗(yàn)參考王萌[13]的上述試驗(yàn)結(jié)果,將日糧精粗比設(shè)為30∶70,并將蕎麥秸稈與玉米青貯以40∶60 組合作為粗飼料,研究蕎麥秸稈經(jīng)不同酶活的纖維素酶處理對(duì)其發(fā)酵前后纖維結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)成分、微生物數(shù)量以及灘羊肉品質(zhì)的影響,以期為秸稈飼料資源的開發(fā)利用以及在灘羊生產(chǎn)實(shí)踐中的科學(xué)應(yīng)用提供理論依據(jù)。
蕎麥秸稈于蕎麥籽實(shí)成熟收獲后刈割,自然曬干后測定營養(yǎng)成分;纖維素酶Ⅰ(酶活≥10000 U·g?1),纖維素酶Ⅱ(酶活≥5000 U·g?1),粉末狀,購買于寧夏夏盛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司,低溫保存。
1.2.1 酶處理試驗(yàn) 本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3 個(gè)組,每組3 個(gè)重復(fù)。對(duì)照組為未處理的蕎麥秸稈,試驗(yàn)Ⅰ組為纖維素酶I 處理的蕎麥秸稈,試驗(yàn)Ⅱ組為纖維素酶Ⅱ處理的蕎麥秸稈。首先將蕎麥秸稈粉碎至3~5 cm,然后將纖維素酶Ⅰ(秸稈量的0.1%)、纖維素酶Ⅱ(秸稈量的0.3%)、麥麩(秸稈量的1%)按比例溶于水中攪拌,均勻噴灑在蕎麥秸稈上并將水分調(diào)至70%左右,最后將樣品裝入發(fā)酵罐(d=15 cm,h=30 cm)壓實(shí)封口。在室溫條件下貯存30 d后開封取樣。
1.2.2 飼養(yǎng)試驗(yàn) 本試驗(yàn)于2019 年7?10 月在寧夏鹽池縣寧鑫生態(tài)有機(jī)牧場進(jìn)行。選擇體重相近、身體健康無病的3 月齡寧夏灘羊(公羊)24 只,按照隨機(jī)設(shè)計(jì)分組的方法將其分為3 組,分別為對(duì)照組、試驗(yàn)組Ⅰ和試驗(yàn)組Ⅱ,每組8 只,分圈進(jìn)行飼養(yǎng)。對(duì)照組飼喂基礎(chǔ)日糧+未經(jīng)處理的蕎麥秸稈,試驗(yàn)Ⅰ組飼喂基礎(chǔ)日糧+纖維素酶Ⅰ處理的蕎麥秸稈,試驗(yàn)Ⅱ組飼喂基礎(chǔ)日糧+纖維素酶Ⅱ處理的蕎麥秸稈。飼養(yǎng)試驗(yàn)秸稈處理方法同酶處理試驗(yàn),采用秸稈處理裹包機(jī)進(jìn)行裹包處理,發(fā)酵30 d 后可進(jìn)行飼喂。飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后每組選擇5 只體重接近的羊只禁食24 h,禁水2 h 后屠宰用于肉品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的測定。
試驗(yàn)日糧參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 816-2004)肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[14]和灘羊生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行配制,日糧組成及其營養(yǎng)水平見表1。日糧精粗比設(shè)為30∶70,其中粗料主要來源是由蕎麥秸稈與玉米青貯按照40∶60 的比例進(jìn)行配制所得。
試驗(yàn)準(zhǔn)備階段需要對(duì)圈舍進(jìn)行嚴(yán)格的消毒清掃,并對(duì)試驗(yàn)灘羊進(jìn)行驅(qū)蟲、健胃及常規(guī)防疫,試驗(yàn)期間定期清掃圈舍,使飼養(yǎng)環(huán)境的衛(wèi)生得以保證。整個(gè)飼養(yǎng)期為75 d,其中預(yù)飼期15 d,正飼期60 d,每日分早晚兩次等量飼喂(6:30 和18:00),并提供充足干凈的飲水,供羊只自由飲水。
1.5.1 蕎麥秸稈細(xì)胞壁纖維結(jié)構(gòu)的測定 采用掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)(S-3400N,日立公司生產(chǎn))觀察,具體測定方法參照梁建勇[15]的方法進(jìn)行。
表1 日糧組成及營養(yǎng)水平Table 1 Composition and nutrient levels of diets(dry matter basis)
1.5.2 蕎麥秸稈營養(yǎng)成分的測定 兩種纖維素酶處理蕎麥秸稈前后的營養(yǎng)成分參考張麗英[16]的《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)(第3 版)》中的測定方法進(jìn)行。分別計(jì)算干物質(zhì)(dry matter,DM)、粗蛋白(crude protein,CP)、粗脂肪(ether extract,EE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)、鈣(Ca)、磷(P)含量。
1.5.3 蕎麥秸稈微生物數(shù)量的測定 蕎麥秸稈酶處理前后的乳酸菌、酵母菌和霉菌數(shù)量參照楊云貴等[17]報(bào)道的方法進(jìn)行。
1.5.4 羊肉理化指標(biāo)的測定 羊肉pH45min、pH24h、失水率、滴水損失、熟肉率、剪切力和大理石花紋評(píng)分的測定參考張艷梅[18]的方法進(jìn)行。肉色和脂肪顏色中紅度值(a*)、黃度值(b*)和亮度值(L*)用色差儀(Hunter Lab,上海)測定。
1.5.5 羊肉常規(guī)營養(yǎng)成分的測定 羊肉常規(guī)營養(yǎng)成分的測定參照AOAC(1990)[19]中的方法。其中,水分含量采用烘箱恒溫干燥法,粗蛋白質(zhì)(CP)含量采用半微量凱氏定氮法測定(K9840 型半自動(dòng)凱氏定氮儀,濟(jì)南海能儀器有限公司),粗脂肪(EE)采用索氏抽提法測定[16]。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在Excel 2010 表格中并作簡單計(jì)算后,采用SAS 8.2 軟件對(duì)計(jì)算后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,然后利用LSD 法進(jìn)行多重比較,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,并以P<0.05 作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。
未經(jīng)纖維素酶處理的蕎麥秸稈表面平整,纖維結(jié)構(gòu)完整,無破損現(xiàn)象(圖1)。兩種纖維素酶均對(duì)蕎麥秸稈細(xì)胞壁纖維結(jié)構(gòu)具有破壞作用,呈現(xiàn)多孔狀現(xiàn)象。纖維素酶Ⅰ處理組的蕎麥秸稈細(xì)胞壁單位面積內(nèi)的破壞程度大于纖維素酶Ⅱ處理組(圖2~3)。
圖1 未處理蕎麥秸稈掃描電鏡圖對(duì)照組Fig.1 SEM of untreated buckwheat straw control group
蕎麥秸稈酶化處理前后營養(yǎng)成分變化見表2。對(duì)照組與試驗(yàn)Ⅰ組、試驗(yàn)Ⅱ組的干物質(zhì)(DM)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的含量差異均顯著(P<0.05)。試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組的NDF 較對(duì)照組分別降低了19.75%和17.81%,ADF 較對(duì)照組分別降低了18.71%和13.78%。各組之間粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、鈣和磷的含量差異不顯著(P>0.05)。
圖2 纖維素酶Ⅰ處理蕎麥秸稈掃描電鏡圖試驗(yàn)I 組Fig.2 SEM of cellulase Ⅰtreated buckwheat straw trial group I
圖3 纖維素酶Ⅱ處理蕎麥秸稈掃描電鏡圖試驗(yàn)Ⅱ組Fig.3 SEM of cellulase Ⅱtreated buckwheat straw trial group Ⅱ
表2 纖維素酶處理蕎麥秸稈對(duì)營養(yǎng)成分的影響Table 2 Effect of buckwheat straw treated with cellulase on nutrient contents(DM basis,%)
蕎麥秸稈經(jīng)纖維素酶處理后乳酸菌含量顯著增加(P<0.05),但3 組間蕎麥秸稈的酵母菌含量均無顯著性差異(P>0.05)。通過2 種酶活纖維素酶處理的蕎麥秸稈中霉菌含量顯著降低(P<0.05),其中,試驗(yàn)組間差異不顯著(P>0.05),試驗(yàn)Ⅰ組霉菌含量最低(表3)。
纖維素酶處理蕎麥秸稈對(duì)試驗(yàn)灘羊的羊肉pH 值、失水率、滴水損失、大理石花紋、肉色及脂肪顏色均無顯著影響(P>0.05),但纖維素酶處理組的灘羊肉失水率均低于對(duì)照組(表4)。纖維素酶Ⅱ處理組的肌肉熟肉率顯著高于未處理組和纖維素酶Ⅰ處理組(P<0.05)。纖維素酶Ⅰ處理組和纖維素酶Ⅱ處理組的羊肉剪切力較未處理組顯著降低9.31%和11.84%(P<0.05)。
表3 纖維素酶處理蕎麥秸稈對(duì)微生物數(shù)量的影響Table 3 Effect of buckwheat straw treated with cellulase on microorganism quantities
表4 纖維素酶處理蕎麥秸稈對(duì)灘羊羊肉理化性質(zhì)的影響Table 4 Effect of buckwheat straw treated with cellulase on mutton physicochemical properties of Tan sheep
纖維素酶處理蕎麥秸稈對(duì)灘羊羊肉營養(yǎng)成分的影響見表5。羊肉水分含量為76.37%~77.60%,各組間差異不顯著(P>0.05)。纖維素酶處理組羊肉的粗蛋白質(zhì)含量較未處理組顯著提高(P<0.05),且脂肪含量也高于未處理組,但差異不顯著(P>0.05)。
表5 纖維素酶處理蕎麥秸稈對(duì)灘羊羊肉營養(yǎng)成分的影響Table 5 Effect of buckwheat straw treated with cellulase on mutton nutritient contents of Tan sheep(%)
作物秸稈的細(xì)胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素通過化學(xué)鍵緊密連接,形成了一個(gè)高聚合度、高結(jié)晶度且難以降解的多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[20]。同時(shí),也是影響動(dòng)物對(duì)秸稈資源高效利用的最主要因素。因此,需要將這種由不同結(jié)構(gòu)的碳水化合物組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)降解為能被動(dòng)物消化吸收的小分子物質(zhì)[21]。本試驗(yàn)通過掃描電鏡觀察了纖維素酶制劑處理蕎麥秸稈前后的纖維結(jié)構(gòu),掃描電鏡圖顯示,未經(jīng)處理的蕎麥秸稈細(xì)胞壁纖維結(jié)構(gòu)完整,無破損現(xiàn)象。而經(jīng)纖維素酶處理的蕎麥秸稈細(xì)胞壁纖維結(jié)構(gòu)受到顯著破壞,呈現(xiàn)不同大小的孔狀結(jié)構(gòu)。這與鑫鵬等[22]和Adetunji 等[23]的試驗(yàn)結(jié)果一致。陶蓮等[24]的試驗(yàn)結(jié)果也表明酶制劑能夠?qū)斩捚鸬狡茐淖饔谩?/p>
日糧中的蛋白質(zhì)為動(dòng)物的生長發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ),而秸稈類粗飼料中所含的纖維類物質(zhì)限制了動(dòng)物對(duì)秸稈的高效利用。因此,提高蛋白質(zhì)含量,降低纖維類物質(zhì)含量是提高粗飼料飼用價(jià)值的關(guān)鍵[25]。許多研究報(bào)道,通過微貯酶解技術(shù)處理秸稈可以提高農(nóng)作物秸稈的粗蛋白質(zhì)(CP)含量,而且能夠顯著降低纖維類物質(zhì)的含量[26?29](P<0.05)。本試驗(yàn)研究表明,纖維素酶處理能夠增加秸稈CP 含量(P>0.05),同時(shí),顯著降低纖維含量(P<0.05)。這與Sun 等[30]和彭錦芬等[31]的試驗(yàn)結(jié)果相似。曾輝等[32]研究了不同酶制劑組合對(duì)玉米秸稈飼料營養(yǎng)價(jià)值的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)含量較對(duì)照組有所增加,但差異不顯著(P>0.05),本試驗(yàn)結(jié)果與此相同。蛋白含量的增加主要由于在微貯發(fā)酵過程中,纖維素酶在降解纖維素的同時(shí),微生物作用形成了部分菌體蛋白,而且飼用酶制劑自身就是一種蛋白質(zhì),也會(huì)造成CP 含量的增加。本試驗(yàn)中試驗(yàn)組鈣含量較對(duì)照組均有所增加,但差異不顯著(P>0.05),這與郭玉琴等[33]的試驗(yàn)結(jié)果相一致。磷含量的變化與高昌鵬等[34]的研究結(jié)果相似。
微生物含量是測定秸稈經(jīng)纖維素酶處理后品質(zhì)變化的重要指標(biāo),纖維素酶處理蕎麥秸稈在密封厭氧貯存過程中可以產(chǎn)生大量乳酸,有害微生物及霉菌的生長與繁殖被有效抑制[35],進(jìn)而增加秸稈飼料適口性,提高秸稈飼料品質(zhì)。本試驗(yàn)中蕎麥秸稈通過不同酶活的纖維素酶處理后,纖維素酶處理組與對(duì)照組相比,酵母菌和霉菌數(shù)量均降低,但差異不顯著(P>0.05),乳酸菌含量顯著增加(P<0.05),這與Stokes 等[35]和侯美玲等[36]的試驗(yàn)結(jié)果類似。說明蕎麥秸稈在酶處理過程中利于乳酸菌的增長,同時(shí)抑制了有害菌的繁殖,這可能與酶制劑能夠降解植物細(xì)胞壁有關(guān)[37]。以上結(jié)果證明酶制劑處理秸稈有利于提高秸稈飼料品質(zhì),同時(shí)也是畜牧業(yè)生產(chǎn)中提高秸稈利用率的有效方法。
肌肉品質(zhì)一般受多種因素影響,如體重、年齡、性別、品種、日糧營養(yǎng)水平、飼養(yǎng)模式及部位等[38]。肌肉pH 值是肉品質(zhì)的一個(gè)重要決定因素,因?yàn)樗拇笮?huì)影響肉的顏色、剪切力和失水率[39?40]。動(dòng)物宰殺后,肌肉pH 值隨糖酵解過程由7.35~7.45 迅速下降后又緩慢上升,最后穩(wěn)定于6.0 左右[41]。本試驗(yàn)pH24h值在5.80~5.88,屬肉質(zhì)最佳pH 值范圍[42]。本試驗(yàn)結(jié)果還表明,纖維素酶的添加對(duì)動(dòng)物屠宰后45 min 和24 h 的灘羊羊肉pH 值沒有顯著影響(P>0.05),這說明纖維素酶沒有影響屠宰后肌肉的糖酵解速率和乳酸的積累。這與王斌星等[43]的試驗(yàn)結(jié)果一致。肉質(zhì)的顏色是影響消費(fèi)者購買肉類的一個(gè)基本因素,因?yàn)樗徽J(rèn)為是肉質(zhì)視覺上的成熟度,受多種因素的影響,且當(dāng)a*值>9.5,L*值>34 時(shí),肉色是被消費(fèi)者接受的顏色[44]。本試驗(yàn)肉色a*值均>9.5,L*值均>34,說明纖維素酶處理秸稈對(duì)羊肉肉色無不良影響,且各組之間肉色差異不顯著(P>0.05)。肌肉的保水性能可以通過失水率來反映。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,纖維素酶處理組的灘羊肉失水率均低于對(duì)照組,且試驗(yàn)Ⅰ組最低,為42.34%。同時(shí),有研究報(bào)道,滴水損失與肌肉失水率呈高度正相關(guān)[45],試驗(yàn)Ⅰ組滴水損失最低,對(duì)應(yīng)上述的試驗(yàn)Ⅰ組失水率最低,同上述報(bào)道相一致。肌肉熟肉率和剪切力的高低與日糧組成如可消化碳水化合物、鎂、維生素E 和維生素D3以及樣本大小、蒸煮溫度、冷卻溫度、速度和屠宰體重等因素密切相關(guān)[46],且熟肉率越高代表蒸煮損失越小,肉品質(zhì)越高。本試驗(yàn)結(jié)果中對(duì)照組與試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組的熟肉率和剪切力差異顯著(P<0.05)。這可能是由于秸稈經(jīng)纖維素酶處理后顯著增加了秸稈飼料中的可消化碳水化合物(P<0.05),從而使對(duì)照組與試驗(yàn)組的瘦肉率和剪切力呈差異顯著性。也可能是在纖維素酶的添加下,動(dòng)物機(jī)體內(nèi)能夠降解肌原纖維等相關(guān)酶的活性增加,從而提高了肌肉熟化程度以及肌肉嫩度,進(jìn)而提升羊肉口感[47]。另外,有研究報(bào)道,肌肉熟肉率隨著羊只屠宰體重的增加而增加[48],本試驗(yàn)中試驗(yàn)組羊只屠宰體重高于對(duì)照組,從而致使試驗(yàn)組的熟肉率顯著增加(P<0.05)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,肌肉熟肉率為45.31%~50.09%,低于侯鵬霞[49]試驗(yàn)中不同體重階段灘羊羊肉的熟肉率,這可能與日糧組成及營養(yǎng)水平不同有關(guān)。本試驗(yàn)中試驗(yàn)組肌肉剪切力為42.61~43.83 N,這與王萌[13]以纖維素酶處理的蕎麥秸稈作為粗飼料飼喂灘羊計(jì)算所得的羊肉剪切力相近,說明纖維素處理秸稈作為粗飼料能夠降低肉的剪切力,增加肉的口感。
肌肉的常規(guī)營養(yǎng)成分能夠直接反映肉品質(zhì),其主要包括水分、蛋白質(zhì)和脂肪等。本試驗(yàn)中羊肉水分含量位于76.37%~77.60%。有研究報(bào)道,灘羊羊肉的水分含量為77%左右[50],本試驗(yàn)結(jié)果與此相符。肌肉中一定量的脂肪含量能夠滿足人們對(duì)肉質(zhì)口感的要求,因此,脂肪含量越高對(duì)應(yīng)剪切力越小[51]。本試驗(yàn)各組脂肪含量顯示為試驗(yàn)Ⅱ組>試驗(yàn)Ⅰ組>對(duì)照組,與上述各組剪切力大小相對(duì)應(yīng)。由于秸稈飼料經(jīng)纖維素酶處理后,細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞,減少了細(xì)胞壁中含有的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì),同時(shí)細(xì)胞壁內(nèi)的營養(yǎng)成分被釋放,從而增加家畜對(duì)秸稈飼料養(yǎng)分的消化吸收,促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體的代謝增長。張貴花等[52]試驗(yàn)結(jié)果表明,酶制劑處理組的營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率顯著高于對(duì)照組。說明酶制劑的添加有利于動(dòng)物生長,并在一定程度上增加了肌肉的脂肪沉積,提升肌肉口感。同時(shí),有研究證明,飼糧蛋白質(zhì)水平有利于肌肉內(nèi)蛋白質(zhì)和脂肪含量的提高[53],且酸性洗滌纖維含量的高低可能會(huì)影響動(dòng)物機(jī)體對(duì)蛋白質(zhì)的吸收情況[54],但其具體機(jī)理還不明確,待日后需要進(jìn)一步深入研究。纖維素酶處理后的蕎麥秸稈蛋白含量增加,酸性洗滌纖維顯著下降(P<0.05),從而增加了動(dòng)物機(jī)體對(duì)蛋白質(zhì)的吸收,使得纖維素酶組肌肉的蛋白質(zhì)含量顯著高于未處理組(P<0.05)。
蕎麥秸稈經(jīng)纖維素酶處理后能夠顯著破壞其細(xì)胞壁纖維結(jié)構(gòu),改善秸稈營養(yǎng)成分,并在一定程度上提高秸稈飼料品質(zhì)和灘羊肉品質(zhì)。在本試驗(yàn)日糧條件下,纖維素酶Ⅰ(酶活≥10000 U·g?1)效果較優(yōu),可以在生產(chǎn)中推廣使用。