吳爽，周玉香，賈柔，金亞東，楊萬宗

（寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川750021）

纖維素酶是一類主要由細菌和真菌發(fā)酵產(chǎn)生的高活性微生態(tài)制劑［1］，能將結構復雜的纖維素水解成寡糖或單糖［2］。大量學者研究發(fā)現(xiàn)纖維素酶的添加能夠有效破解植物細胞壁［3］，優(yōu)化纖維飼料的營養(yǎng)結構［4］，提高動物生長性能［5］，增加經(jīng)濟效益［6］，但關于肉品質(zhì)方面的研究較少。趙國琦等［7］研究報道，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］的試驗結果發(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］研究報道，在制作玉米青貯飼料過程中添加纖維素酶進行發(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)價值和藥用價值都非常高［12］，但當其收獲籽粒之后，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)自然資源的嚴重消耗和浪費，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 的比例進行飼糧組合效應篩選研究，結果得出纖維素酶處理蕎麥秸稈與玉米青貯比例為40∶60 時，飼糧的組合效應指數(shù)最高。本試驗中飼養(yǎng)試驗參考王萌［13］的上述試驗結果，將日糧精粗比設為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其發(fā)酵前后纖維結構、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)實踐中的科學應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蕎麥秸稈于蕎麥籽實成熟收獲后刈割，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，購買于寧夏夏盛實業(yè)集團有限公司，低溫保存。

1.2 試驗設計

1.2.1 酶處理試驗 本試驗共設計3 個組，每組3 個重復。對照組為未處理的蕎麥秸稈，試驗Ⅰ組為纖維素酶I 處理的蕎麥秸稈，試驗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 本試驗于2019 年7?10 月在寧夏鹽池縣寧鑫生態(tài)有機牧場進行。選擇體重相近、身體健康無病的3 月齡寧夏灘羊（公羊）24 只，按照隨機設計分組的方法將其分為3 組，分別為對照組、試驗組Ⅰ和試驗組Ⅱ，每組8 只，分圈進行飼養(yǎng)。對照組飼喂基礎日糧+未經(jīng)處理的蕎麥秸稈，試驗Ⅰ組飼喂基礎日糧+纖維素酶Ⅰ處理的蕎麥秸稈，試驗Ⅱ組飼喂基礎日糧+纖維素酶Ⅱ處理的蕎麥秸稈。飼養(yǎng)試驗秸稈處理方法同酶處理試驗，采用秸稈處理裹包機進行裹包處理，發(fā)酵30 d 后可進行飼喂。飼養(yǎng)試驗結束后每組選擇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)相關指標的測定。

1.3 日糧組成及營養(yǎng)水平

試驗日糧參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準（NY/T 816-2004）肉羊飼養(yǎng)標準［14］和灘羊生產(chǎn)實踐進行配制，日糧組成及其營養(yǎng)水平見表1。日糧精粗比設為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 的比例進行配制所得。

1.4 飼養(yǎng)管理

試驗準備階段需要對圈舍進行嚴格的消毒清掃，并對試驗灘羊進行驅(qū)蟲、健胃及常規(guī)防疫，試驗期間定期清掃圈舍，使飼養(yǎng)環(huán)境的衛(wèi)生得以保證。整個飼養(yǎng)期為75 d，其中預飼期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 測定指標與方法

1.5.1 蕎麥秸稈細胞壁纖維結構的測定 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（第3 版）》中的測定方法進行。分別計算干物質(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］報道的方法進行。

1.5.4 羊肉理化指標的測定 羊肉pH45min、pH24h、失水率、滴水損失、熟肉率、剪切力和大理石花紋評分的測定參考張艷梅［18］的方法進行。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 型半自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器有限公司），粗脂肪（EE）采用索氏抽提法測定［16］。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

試驗數(shù)據(jù)記錄在Excel 2010 表格中并作簡單計算后，采用SAS 8.2 軟件對計算后的試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，然后利用LSD 法進行多重比較，結果用平均值±標準差表示，并以P＜0.05 作為差異顯著性判斷標準。

2 結果與分析

2.1 纖維素酶處理蕎麥秸稈對其細胞壁纖維結構的影響

未經(jīng)纖維素酶處理的蕎麥秸稈表面平整，纖維結構完整，無破損現(xiàn)象（圖1）。兩種纖維素酶均對蕎麥秸稈細胞壁纖維結構具有破壞作用，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照組Fig.1 SEM of untreated buckwheat straw control group

2.2 蕎麥秸稈酶化處理前后營養(yǎng)成分變化

蕎麥秸稈酶化處理前后營養(yǎng)成分變化見表2。對照組與試驗Ⅰ組、試驗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Ⅰ組和試驗Ⅱ組的NDF 較對照組分別降低了19.75%和17.81%，ADF 較對照組分別降低了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）。

2.3 蕎麥秸稈酶化處理前后微生物數(shù)量變化

圖2 纖維素酶Ⅰ處理蕎麥秸稈掃描電鏡圖試驗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，試驗組間差異不顯著（P＞0.05），試驗Ⅰ組霉菌含量最低（表3）。

2.4 纖維素酶處理蕎麥秸稈對灘羊羊肉理化性質(zhì)的影響

纖維素酶處理蕎麥秸稈對試驗灘羊的羊肉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

2.5 纖維素酶處理蕎麥秸稈對灘羊羊肉營養(yǎng)成分的影響

纖維素酶處理蕎麥秸稈對灘羊羊肉營養(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（%）

3 討論

3.1 纖維素酶處理蕎麥秸稈對其細胞壁纖維結構的影響

作物秸稈的細胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素通過化學鍵緊密連接，形成了一個高聚合度、高結晶度且難以降解的多維網(wǎng)狀結構［20］。同時，也是影響動物對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構的碳水化合物組成的復雜結構降解為能被動物消化吸收的小分子物質(zhì)［21］。本試驗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構，掃描電鏡圖顯示，未經(jīng)處理的蕎麥秸稈細胞壁纖維結構完整，無破損現(xiàn)象。而經(jīng)纖維素酶處理的蕎麥秸稈細胞壁纖維結構受到顯著破壞，呈現(xiàn)不同大小的孔狀結構。這與鑫鵬等［22］和Adetunji 等［23］的試驗結果一致。陶蓮等［24］的試驗結果也表明酶制劑能夠?qū)斩捚鸬狡茐淖饔谩?/p>

3.2 纖維素酶處理蕎麥秸稈對營養(yǎng)成分的影響

日糧中的蛋白質(zhì)為動物的生長發(fā)育提供了物質(zhì)基礎，而秸稈類粗飼料中所含的纖維類物質(zhì)限制了動物對秸稈的高效利用。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值的關鍵［25］。許多研究報道，通過微貯酶解技術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）。本試驗研究表明，纖維素酶處理能夠增加秸稈CP 含量（P＞0.05），同時，顯著降低纖維含量（P＜0.05）。這與Sun 等［30］和彭錦芬等［31］的試驗結果相似。曾輝等［32］研究了不同酶制劑組合對玉米秸稈飼料營養(yǎng)價值的影響，結果發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)含量較對照組有所增加，但差異不顯著（P＞0.05），本試驗結果與此相同。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，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)，也會造成CP 含量的增加。本試驗中試驗組鈣含量較對照組均有所增加，但差異不顯著（P＞0.05），這與郭玉琴等［33］的試驗結果相一致。磷含量的變化與高昌鵬等［34］的研究結果相似。

3.3 纖維素酶處理蕎麥秸稈對微生物數(shù)量的影響

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，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］，進而增加秸稈飼料適口性，提高秸稈飼料品質(zhì)。本試驗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］的試驗結果類似。說明蕎麥秸稈在酶處理過程中利于乳酸菌的增長，同時抑制了有害菌的繁殖，這可能與酶制劑能夠降解植物細胞壁有關［37］。以上結果證明酶制劑處理秸稈有利于提高秸稈飼料品質(zhì)，同時也是畜牧業(yè)生產(chǎn)中提高秸稈利用率的有效方法。

3.4 纖維素酶處理蕎麥秸稈對灘羊羊肉理化指標的影響

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)的一個重要決定因素，因為它的大小會影響肉的顏色、剪切力和失水率［39?40］。動物宰殺后，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pH24h值在5.80～5.88，屬肉質(zhì)最佳pH 值范圍［42］。本試驗結果還表明，纖維素酶的添加對動物屠宰后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］的試驗結果一致。肉質(zhì)的顏色是影響消費者購買肉類的一個基本因素，因為它被認為是肉質(zhì)視覺上的成熟度，受多種因素的影響，且當a*值＞9.5，L*值＞34 時，肉色是被消費者接受的顏色［44］。本試驗肉色a*值均＞9.5，L*值均＞34，說明纖維素酶處理秸稈對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。本試驗結果顯示，纖維素酶處理組的灘羊肉失水率均低于對照組，且試驗Ⅰ組最低，為42.34%。同時，有研究報道，滴水損失與肌肉失水率呈高度正相關［45］，試驗Ⅰ組滴水損失最低，對應上述的試驗Ⅰ組失水率最低，同上述報道相一致。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［46］，且熟肉率越高代表蒸煮損失越小，肉品質(zhì)越高。本試驗結果中對照組與試驗Ⅰ組和試驗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），從而使對照組與試驗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，動物機體內(nèi)能夠降解肌原纖維等相關酶的活性增加，從而提高了肌肉熟化程度以及肌肉嫩度，進而提升羊肉口感［47］。另外，有研究報道，肌肉熟肉率隨著羊只屠宰體重的增加而增加［48］，本試驗中試驗組羊只屠宰體重高于對照組，從而致使試驗組的熟肉率顯著增加（P＜0.05）。本試驗結果顯示，肌肉熟肉率為45.31%～50.09%，低于侯鵬霞［49］試驗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。本試驗中試驗組肌肉剪切力為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。

3.5 纖維素酶處理蕎麥秸稈對灘羊羊肉營養(yǎng)成分的影響

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。本試驗中羊肉水分含量位于76.37%～77.60%。有研究報道，灘羊羊肉的水分含量為77%左右［50］，本試驗結果與此相符。肌肉中一定量的脂肪含量能夠滿足人們對肉質(zhì)口感的要求，因此，脂肪含量越高對應剪切力越?。?1］。本試驗各組脂肪含量顯示為試驗Ⅱ組＞試驗Ⅰ組＞對照組，與上述各組剪切力大小相對應。由于秸稈飼料經(jīng)纖維素酶處理后，細胞壁結構被破壞，減少了細胞壁中含有的抗營養(yǎng)物質(zhì)，同時細胞壁內(nèi)的營養(yǎng)成分被釋放，從而增加家畜對秸稈飼料養(yǎng)分的消化吸收，促進動物機體的代謝增長。張貴花等［52］試驗結果表明，酶制劑處理組的營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率顯著高于對照組。說明酶制劑的添加有利于動物生長，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，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影響動物機體對蛋白質(zhì)的吸收情況［54］，但其具體機理還不明確，待日后需要進一步深入研究。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），從而增加了動物機體對蛋白質(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）。

4 結論

蕎麥秸稈經(jīng)纖維素酶處理后能夠顯著破壞其細胞壁纖維結構，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。