黑兵蝇幼虫油、棕榈油与米糠油在不同保护形式下对瘤胃发酵与降解率的体外评价

《Animals》：In Vitro Evaluation of Protected Black Soldier Fly Larvae (Hermetia illucens), Palm Oil, and Rice Bran Oil on Rumen Fermentation and Degradability

　　

本研究旨在采用体外产气技术（in vitro gas production technique），评价保护形式与非保护形式的黑兵蝇幼虫油（black soldier fly larvae oil，BSFLO）、棕榈油（palm oil，PO）与米糠油（rice bran oil，RBO）对瘤胃发酵特性及营养物质降解率的影响。试验采用完全随机设计（completely randomized design，CRD）下的3×3+1析因设计，包括3种油源、3种油脂形态（非保护、钙皂（calcium soap）与钾皂（potassium soap）），补充水平均为干物质（dry matter，DM）的4%，另设无油对照组。结果表明，在无基础日粮条件下，补油处理在24 h降低了总挥发性脂肪酸（total volatile fatty acids，TVFAs）产量与氨态氮（ammonia nitrogen，NH₃-N）浓度，提示游离脂肪酸对瘤胃微生物具有抑制作用。在基础日粮存在的条件下，24 h时补油处理的TVFA浓度高于对照组。具体而言，BSFLO的钙皂与钾皂形态表现出数值最高的TVFA浓度（分别为127.02与125.87 mmol），但与RBO钙皂、钾皂处理差异不显著；BSFLO钾皂处理在48 h的TVFA浓度低于对照组。油脂添加显著改变了挥发性脂肪酸（volatile fatty acids，VFAs）谱，表现为降低乙酸比例、提高丙酸比例，进而降低乙酸/丙酸比值。瘤胃pH不受油脂补充的影响。与对照组相比，补油处理的体外干物质降解率（in vitro dry matter degradability，IVDMD）较低，但非保护油与保护油处理间IVDMD无差异。瘤胃后模拟消化不受油源或保护形式的影响。综上所述，在本试验条件下，基础日粮存在时BSFLO的钙皂与钾皂形态在24 h提高了TVFA浓度，且BSFLO所有形态均提高了丙酸比例，同时未破坏瘤胃稳定性及瘤胃后模拟消化。上述体外结果表明，保护形式的BSFLO具备作为反刍动物日粮脂质源的潜力，并有必要开展在体（in vivo）验证。

论文解读

研究背景：能量是奶牛日粮中成本最高的营养组分，高产奶牛与泌乳早期奶牛常因能量摄入不足陷入负能量平衡（negative energy balance）。为提高能量密度而不增加采食量，奶牛日粮普遍添加油脂，但反刍动物脂质利用更复杂：甘油三酯在瘤胃被脂解微生物水解为游离脂肪酸与甘油，直接影响瘤胃发酵模式、挥发性脂肪酸（volatile fatty acids，VFAs）浓度与比例及养分降解率。既往研究表明干物质（dry matter，DM）3%~4%水平的油脂通常不影响瘤胃微生物与纤维消化，但效应取决于油源与脂肪酸组成：米糠油（rice bran oil，RBO）以油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）为主，棕榈油（palm oil，PO）以棕榈酸（C16:0）为主、饱和程度较高，黑兵蝇幼虫油（black soldier fly larvae oil，BSFLO）则以月桂酸（C12:0）等中链脂肪酸为主，且黑兵蝇幼虫可生物转化有机副产物，契合循环生物经济。但未保护游离脂肪酸可包被饲料颗粒、破坏微生物膜而抑制纤维降解菌；钙皂（calcium soap，Ca-soap）、钾皂（potassium soap，K-soap）等保护技术可使脂质避开瘤胃降解。已有研究分别考察过BSFLO与保护植物油，但缺乏在同一体系直接比较BSFLO与常规植物油在不同保护形式下效果、并区分油脂直接作用与底物存在下作用的研究。此为本研究开展的动因，研究人员假设保护BSFLO可维持甚至提高TVFA并使发酵转向丙酸，且效应取决于油源×保护组合与底物存在与否。

研究内容与结论：研究人员采用体外产气技术设置无基础日粮的直接发酵与含基础日粮的日粮关联发酵两个互补体系，以3×3+1析因设计评价3种油源×3种形态（非保护、Ca-soap、K-soap，4% DM）的效应。主要结论：油脂一致地将发酵转向糖异生型（提高丙酸、降低乙酸与乙酸/丙酸比值）；基础日粮存在时BSFLO钙皂与钾皂在24 h TVFA数值最高；瘤胃后模拟消化不受影响；但IVDMD较对照下降且保护未显著缓解。其意义在于证实保护BSFLO作为反刍动物可持续脂质添加剂的体外潜力。

主要技术方法：研究人员先以10% NaOH皂化油脂，再分别加入CaCl₂或KCl经盐转化制备钙皂与钾皂；采用体外产气法构建无底物直接发酵与含基础日粮（精粗比40:60、0.5 g样品）发酵两个体系。瘤胃液取自2头泰国-荷斯坦杂交奶牛（饲喂精料与稻草），晨饲前经口食管导管采集。VFAs用配备火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）的气相色谱（gas chromatograph，GC）分析，NH₃-N用凯氏定氮仪测定，IVDMD依冷冻残渣干物质计算；瘤胃后模拟消化（abomasal simulated digestion）采用含胃蛋白酶（pepsin）的盐酸-胃蛋白酶溶液在DAISYII incubator中孵育2 h；数据以SAS的GLM程序进行析因方差分析（ANOVA）。

研究结果：
3.1 瘤胃发酵与pH值：直接发酵系统中补油组24、48 h TVFA较对照下降约22.87%与25.57%，游离脂肪酸表现抑菌效应，BSFLO Ca-soap与K-soap、PO Ca-soap、RBO K-soap最低；含日粮系统24 h补油组TVFA高于对照，BSFLO Ca-soap（127.02 mmol/L）与K-soap（125.87 mmol/L）数值最高，48 h总体无差异但BSFLO K-soap（99.29 mmol/L）显著最低；直接系统24 h补油组NH₃-N显著低于对照，含日粮系统无差异；两系统pH均无显著差异。
3.2 VFAs谱与支链VFAs谱：油源×保护互作显著；含日粮系统乙酸比例较对照下降（24 h降11.56%、48 h降6.04%），丙酸比例显著升高（均值25.53%、24.43%）；BSFLO各形态、未保护PO及RBO钙皂与钾皂的乙酸/丙酸比值最低（1.96~2.30）；丁酸以BSFLO Ca-soap最高；BSFLO处理的异戊酸比例显著低于植物油处理。
3.3 IVDMD与瘤胃后模拟消化：补油组IVDMD显著低于对照（24 h p<0.01、48 h p<0.05），油源与保护形式均无显著主效应；瘤胃后模拟消化各组无显著差异，平均71.78% DM。

讨论与结论：讨论指出，油脂补充重新定向而非单纯抑制瘤胃微生物代谢，效应取决于可发酵底物是否存在：直接系统TVFA由24 h向48 h下降而pH无显著变化，作者认为可能源于易发酵底物耗尽与微生物间互作（底物与微生物未测定，属可能机制）；保护油脂TVFA升高或因皂化减少了游离脂肪酸对微生物细胞膜的毒性、维持纤维分解菌与淀粉分解菌活性，且BSFLO中链脂肪酸可能选择性抑制产甲烷菌、使代谢氢转向丙酸生成；48 h差异缩小提示微生物逐步适应。NH₃-N变化归因于早期游离脂肪酸抑制蛋白水解菌与脱氨菌、随后恢复。IVDMD下降与脂质抑制纤维降解菌、包被饲料颗粒有关；瘤胃后模拟消化不受影响说明保护策略可缓解瘤胃抑制而不损害后续消化。研究结论为：油脂补充一致地将VFAs谱转向糖异生型发酵模式；BSFLO钙皂与钾皂在24 h TVFA数值最高；IVDMD因油脂补充显著下降且保护未显著缓解；在4% DM水平下，BSFLO在充足底物存在时将发酵转向丙酸而未损害TVFA生成，保护BSFLO作为反刍动物能量补充剂的价值有待在体试验确认。