不同微生物组合发酵棉籽粕与棉籽蛋白在生长猪中的营养物质及氨基酸消化率评价及可用能值预测

《Animals》：Nutrient and Amino Acid Digestibility of Fermented Cottonseed Meal and Fermented Cottonseed Protein Produced with Different Microbial Combinations in Growing Pigs

　　

高纤维、不均衡的氨基酸（amino acid，AA）谱及有毒游离棉酚（free gossypol）限制棉籽副产物在猪日粮中的应用，而固态微生物发酵可提升其营养价值。研究人员在好氧或厌氧条件下使用不同微生物制备了103个发酵批次，通过多变量统计筛选10个代表性组进行放大发酵和化学分析，并开展两项Youden方阵猪试验，以测定可用能和标准化回肠可消化（standardized ileal digestible，SID）AA，随后建立相关预测方程。代谢试验使用24.10 kg猪检测全肠道消化率和能量值；对60.88 kg阉公猪进行回肠瘘管试验，采用无氮日粮校正内源性AA损失。发酵大幅降低游离棉酚，短期好氧黑曲霉（Aspergillus niger）发酵对多数营养物质和必需AA的消化率最高。可消化能（digestible energy，DE）和代谢能（metabolizable energy，ME）与粗蛋白质（crude protein，CP）和粗灰分（ash）正相关，而与纤维组分负相关。SID赖氨酸与CP和ash负相关，却与纤维正相关；SID蛋氨酸和SID色氨酸均与CP正相关、与纤维和游离棉酚负相关，表现一致。逐步回归模型（R² = 0.57–0.93）可通过常规化学分析进行快速营养评估，以指导精准猪饲料生产。

研究背景与目的：中国生猪生产与猪肉消费规模大，高蛋白饲料需求上升，而棉籽加工副产物可提供植物蛋白。棉籽粕（cottonseed meal，CSM）粗蛋白质（crude protein，CP）含量为40.67%–59.67%，但高纤维、氨基酸（amino acid，AA）谱不平衡（缺乏含硫AA、赖氨酸和色氨酸）及游离棉酚（free gossypol，FG）毒性限制其猪日粮应用；棉籽蛋白（cottonseed protein，CSP）经去壳、低温脱油和脱毒后蛋白浓度更高、纤维和FG较低，但仍存在AA不平衡。固态微生物发酵可同时降解棉酚和产生生物活性代谢物，但生长猪研究有限；且CSM与CSP的蛋白、纤维和棉酚差异大，发酵又受菌种与条件影响，单一固定营养值不适合精准配方。因此，研究人员制备103批不同微生物组合、好氧或厌氧发酵样品，筛选10个代表性处理，在生长猪中测定营养物质和AA消化率，并建立DE、ME和SID AA预测方程，为棉籽副产物低成本猪饲料利用和精准配方提供快速评价工具，减少动物消化试验费用。

关键技术方法：研究人员以来自中国新疆和河北商业供应商的C1–C5棉籽粕/棉籽蛋白为底物，制备103批不同菌种组合、好氧或厌氧发酵样品；经Z-score标准化、主成分分析和K-means聚类筛选10个代表性处理，并进行50 kg规模放大。Exp. 2使用11头初始体重24.10±1.98 kg生长阉公猪，采用11×6 Youden方阵，以25%替代基础日粮能量组分，全收粪尿测定表观全肠道消化率（apparent total tract digestibility，ATTD）及DE/ME。Exp. 3使用22头60.88±3.00 kg回肠T瘘管阉公猪，采用11×3 Youden方阵，以无氮日粮校正基础内源AA损失，0.3% chromic oxide作指示剂，测定表观回肠消化率（apparent ileal digestibility，AID）和SID。

研究结果：
3.1 不同发酵工艺对FCSM和FCSP常规营养成分的影响：通过常规化学成分比较发现，与相应未发酵底物相比，除F9外所有发酵处理均显著降低FG；F1、F5、F6降低中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF），F3提高CP，F9显著降低有机物（organic matter，OM）和CP，F7、F10提高NDF和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）并降低总能（gross energy，GE），C3系列变化较弱。
3.2 Exp. 2生长猪日粮营养物质ATTD和可用能：通过代谢试验发现，日粮处理显著影响干物质（dry matter，DM）、OM、CP、ADF、GE的ATTD及DE、ME；Test Diet 2的DM、OM和GE的ATTD最低，Test Diet 9的DE最高（17.00 MJ/kg DM），Test Diet 6的ME最高（16.33 MJ/kg DM），Test Diet 2的DE和ME最低（14.89和14.45 MJ/kg DM）；各处理ME/DE为92.84%–96.99%。
3.3 Exp. 2 FCSM和FCSP营养物质ATTD和可用能：通过替代法发现，各样品DM、OM、CP、GE的ATTD及DE差异显著；F2的DM、OM、GE和CP的ATTD最低（CP 64.72%），DE最低（12.58 MJ/kg DM），显著低于F3、F5、F6和F9；10个样品DE为12.58–21.42 MJ/kg DM，ME为11.90–19.31 MJ/kg DM，ME/DE为82.96%–95.82%。
3.4 Exp. 3 FCSM和FCSP氨基酸AID：通过回肠瘘管试验发现，除色氨酸和脯氨酸外，各处理AA的AID差异显著；Group 3的亮氨酸、异亮氨酸、组氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸等AID较高；Group 1的赖氨酸和精氨酸AID最低，Group 8的蛋氨酸AID最低；非必需AA中Group 3的Cys、Ser、Asp、Ala、Glu和Gly较高，Group 7的Cys最低，Groups 1、2和5的Tyr较低。
3.5 Exp. 3 FCSM和FCSP氨基酸SID：通过无氮日粮校正内源损失发现，除Cys、Met、Trp和Pro外，其余AA的SID差异显著；Group 3的Lys、Leu、Arg、His、Phe、Val、Thr、Ser、Ala、Asp和Glu等SID较高；Group 1的Gly最低，Groups 1和5的Tyr较低，Group 3整体氨基酸SID较优。
3.6 十种FCSM和FCSP常规化学成分与可用能值相关性分析：通过Pearson相关和逐步回归发现，DE与CP（r = 0.80）和ash（r = 0.74）正相关，与NDF（r = ?0.82）、ADF（r = ?0.81）、OM（r = ?0.74）和DM（r = ?0.69）负相关；ME与DE（r = 0.96）和CP（r = 0.70）正相关，与NDF、ADF和DM负相关；SID Lys与ash和CP负相关、与OM、NDF和ADF正相关；SID Trp和SID Met均与ash、CP正相关，与NDF、ADF和FG负相关；SID Thr与常规化学成分及FG无显著线性相关；建立DE、ME及SID AA回归模型（R² = 0.57–0.93）。

讨论部分总结：4.1发酵工艺影响营养组成，短时（24–48 h）好氧单菌酵母或曲霉可平衡纤维水解、微生物蛋白合成与FG降解，较优；Bacillus subtilis F5因蛋白酶过度水解和氨损失使CP下降；72 h复合厌氧F6和F9出现DM、OM下降，F9碳氮过度矿化；乳酸菌F7和F10缺乏纤维降解酶，仅利用可溶糖，纤维被动浓缩；C3可发酵碳不足，改良弱；工业应用仍需大规模生产、经济分析和包括霉菌毒素筛查的安全评估。4.2替代法25%适合评估，除Diet 2外未见不良影响，Test 6和9营养ATTD较好，Gu et al.的结果与本研究一致；发酵可降FG并将大分子蛋白降解为小肽。4.3Group 3黑曲霉（Aspergillus niger）因胞外蛋白酶强而AID和SID较优，与Zhang et al.关于A. niger ZD-8的结果一致；Groups 1、4、5和7较低，Group 7的Bacillus coagulans与Lactobacillus plantarum缺乏强蛋白酶和丝状穿壁作用，Cys的AID最低。4.4F2的DE低与木质纤维素未充分降解、能量底物被包埋有关，F6和F9的DE较高；CP为DE和ME正相关因子，NDF和ADF为负相关因子；SID Lys与CP负相关与Lys和FG形成席夫碱有关，与纤维正相关与发酵改善空间可及性有关；SID Met和SID Trp与CP和ash正相关、与纤维和FG负相关；SID Thr无单一常规指标可预测，模型R²较低；模型样本量n = 10且缺外部验证，应视为初步结果。

研究结论部分（译）：本研究采用多变量统计方法从103个发酵批次中筛选出10个代表性发酵棉籽底物。在本研究条件下，短期好氧黑曲霉（Aspergillus niger）发酵（Treatment F3）综合表现最佳，包括有效纤维降解、游离棉酚高效脱毒以及生长猪最高的营养物质和氨基酸消化率。DE是区分发酵质量的敏感指标，ME在各处理间稳定。CP、NDF和ADF是DE和ME的强预测因子。不同SID AA存在不同相关趋势，无单一常规指标能很好预测SID Thr。建立的多元线性回归模型（R² = 0.57–0.93）可通过常规化学检测快速估计可用能和可消化氨基酸，可能减少对昂贵体内试验的依赖。然而，由于样本量有限（n = 10）且缺乏外部验证，这些方程应视为初步结果；在推荐用于实际饲料配方前，需要用更广泛范围的发酵棉籽产品进行独立验证。