胡建武 趙德明 周向梅

(中國農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院，北京 100193)

嚙齒類墊料是鋪墊在實驗動物籠具硬表面上的一種接觸性保護性材料，它既為實驗動物提供保暖、筑巢和舒適的富化環(huán)境材料，滿足實驗動物躲避、掘洞等生活習性，同時又承載著對籠內(nèi)環(huán)境中動物的排泄物及其降解產(chǎn)物的吸收功能，減緩諸如細菌、霉菌等微生物生長繁殖，從而減少產(chǎn)氨氣、二氧化碳等氣體以及有害細菌毒素的積聚。同時要求，墊料原料符合嚙齒類實驗動物磨牙、啃咬的生活習性，確保原料無毒性或有機毒性物質(zhì)的污染，微生物含量少，適宜生長繁殖的環(huán)境和動物福利的改善，以及墊料本身理化特性穩(wěn)定，不應(yīng)含有揮發(fā)性、刺激性物質(zhì)，對于動物本身及研究人員無毒性作用，使用后適宜于無害化處理。

目前，國內(nèi)外常見的嚙齒類實驗動物墊料原料主要是由刨花和鋸末、再生紙(廢紙、報紙回收再利用)、玉米芯、秸稈、果殼、α-纖維素、γ-纖維素墊料及其他新型墊料等，國內(nèi)最常用的墊料原材料為刨花和玉米芯。國內(nèi)研究人員在對新型實驗動物原料開發(fā)和研究過程中，對蒲草、麥秸桿、稻草、蘆葦、玉米秸和稻谷殼等纖維物質(zhì)與傳統(tǒng)刨花墊料進行了多方面比較研究。有文獻報道[1],陳洪巖、張永梅等對蒲草與傳統(tǒng)墊料的吸水、氨氣吸收和保暖性等物理特性以及小鼠的繁殖性能的影響進行了研究分析，認為蒲草動物適應(yīng)性好，在對氨氣的吸收和保暖性都優(yōu)于玉米芯墊料，且對小鼠繁殖、發(fā)育都沒有影響；王宗保等[2]研究認為蘆葦用作實驗動物墊料具有保溫、舒適、毒性低等優(yōu)點，利于小鼠產(chǎn)仔和哺乳。劉福英等[3]對稻谷殼用作實驗動物墊料研究對比中認為其保溫性能和動物適應(yīng)性好，不足的是吸水性差、不易保存，易于附著毛發(fā)，影響動物美觀。陽建春[4]、蔡月花[5]、張志[6]、劉軍須[7]等研究者嘗試用稻草、麥秸和玉米等農(nóng)作物秸稈經(jīng)過裁切、滅菌處理后直接用于實驗動物墊料，認為三種作物成本低廉，作為實驗動物墊料在吸濕性、保溫性、動物適應(yīng)性和動物繁殖性能等方面各自具有其優(yōu)點，如稻草吸水性、保溫性好；麥秸對環(huán)境友好，質(zhì)地柔軟；玉米秸則能改善大鼠繁殖性能。但是由于受到工藝影響，三種秸稈經(jīng)過簡單裁切，質(zhì)地較硬，塵埃及微生物難以控制，同時具有不同程度的農(nóng)藥殘留情況，難以在實踐中推廣使用。我們通過對麥秸的蒸汽爆破預處理，并對其理化性質(zhì)(含水量、吸水性、保溫性)和衛(wèi)生學標準(農(nóng)藥、重金屬殘留以及微生物污染情況)與其他三種(刨花、玉米芯及紙質(zhì))墊料進行研究比較，以期對麥秸墊料開發(fā)與應(yīng)用提供可靠的科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

麥秸原料樣品：M1(河北衡水地區(qū))、M2(山西臨汾堯都區(qū))、M3(內(nèi)蒙古巴盟地區(qū))、M4(河南駐馬店地區(qū))、M5(山東菏澤地區(qū))、M6(黑龍江佳木斯地區(qū))。

麥秸墊料：將麥秸秸稈(M1)經(jīng)蒸汽爆破、烘干處理后，由北京科澳協(xié)力飼料有限公司按照相關(guān)標準規(guī)范，進行60Co照射滅菌、包裝，得到麥秸SPF級嚙齒類實驗動物墊料(以下統(tǒng)稱麥秸墊料)。刨花墊料與玉米芯墊料購自北京科澳協(xié)力飼料有限公司；紙質(zhì)墊料獲贈于益新(中國)有限公司。

儀器設(shè)備：電子分析天平(型號為CPA225D，德國賽多利斯，感量為0.0001 g)，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(PerkinElmer Optima 8300 Series)，電子天平(型號為RP2002 K，感量為0.001 g)，電熱恒溫鼓風干燥箱(型號為DGX-9243 BC-1，上海福瑪實驗設(shè)備有限公司生產(chǎn))，干燥器，燒杯(500 mL、1 000 mL)；溫度計，醫(yī)用脫脂紗布，稱樣皿，盛水托盤等。

1.2 實驗方法

1.2.1含水量測定： 清潔稱樣皿，置于101～105 ℃干燥箱中烘烤1 h，取出后置于干燥器中冷卻30 min，準確稱其質(zhì)量；再烘烤30 min，同樣方法冷卻，稱其質(zhì)量，直至兩次質(zhì)量誤差小于0.0005 g為恒重。 墊料樣品(平行樣)約5 g置于已恒重的稱樣皿中，準確稱其質(zhì)量后，將稱樣皿蓋打開，置于101～105 ℃ 干燥箱中烘烤4 h，取出后蓋好稱樣皿蓋，置于干燥器中冷卻30 min，準確稱其質(zhì)量；同樣方法再次烘烤1 h， 冷卻，稱其質(zhì)量，直至兩次質(zhì)量之差小于0.002 g為恒重，觀察逸失質(zhì)量,計算墊料的水分含量。

式中： A——含水量；W1——稱樣皿和試樣的質(zhì)量；W2——稱樣皿和試樣干燥后的質(zhì)量;W3——稱樣皿的質(zhì)量。

1.2.2吸水性能測定：將測試墊料在完全浸泡條件下進行體外實驗，測試墊料的吸水能力。實驗室溫度20～25 ℃,相對濕度40%～50%。燒杯洗凈烘干，將麥秸、玉米芯、刨花和紙4種墊料緩慢裝進稱其質(zhì)量的燒杯中，自然沉積，切勿擠壓。然后用醫(yī)用脫脂紗布(孔徑為2.0 mm×2.0 mm)扎捆緊杯口，緩緩倒入蒸餾水淹沒浸泡，分別浸泡1、5、15、30 min和1、24、48 h，倒置燒杯于網(wǎng)架上30 min后，再用吸水紙將杯子表面殘留的水吸干，稱其質(zhì)量并計算吸水率。吸水性以每克墊料吸水克數(shù)表示，即吸水率=(吸水后墊料總重-墊料初重)/墊料初重×100%。

1.2.3升溫、降溫曲線：分別將四種墊料裝滿燒杯，每個燒杯內(nèi)放一支溫度計，放入100 ℃的干燥箱內(nèi)，分別觀察記錄3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 min不同時間內(nèi)各種墊料的升溫情況。溫度達到100 ℃將墊料從干燥箱中取出，放于同一自然環(huán)境條件下(室溫25 ℃左右，相對濕度40%～50%),分別觀察記錄晾置1、3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 min不同時間內(nèi)各種墊料的降溫情況。

1.2.4衛(wèi)生學要求

1.2.4.1重金屬及有機農(nóng)藥殘留 按照北京地方標準(DB 11/T 1126—2014)標注[8]，重點對墊料重金屬、有機農(nóng)藥殘留情況進行測定。依據(jù)GB/T 13080、GB/T 13081、GB/T 13082以及JY/T 015—1996 感耦等離子體原子發(fā)射光譜方法通則測定。

1.2.4.2微生物及曲霉毒素污染研究 微生物依據(jù)GB 4789.2—2016、GB 4789.3—2016第一法、GB 4789.4—2016、GB 4789.15—2016第一法等標準進行測定。黃曲霉毒素B1測定按GB/T 17480執(zhí)行。

1.3 統(tǒng)計方法

2 實驗結(jié)果與結(jié)論

2.1 含水量測定

結(jié)果見表1，與北京地方標準中規(guī)定含水量(6%～12%)相比，米芯與刨花墊料的水分含量偏高，紙質(zhì)含水量明顯偏低，麥秸墊料含水量略低但基本符合。

表1 四種墊料水分含量測定結(jié)果Table 1 Test results of moisture content of four different bedding

2.2 吸水性能測定

結(jié)果見表2，四種墊料中麥秸質(zhì)量范圍基本同于玉米芯墊料，但是單位時間內(nèi)，麥秸墊料的吸水性明顯優(yōu)于玉米芯墊料，也比其他墊料吸水能力好，紙質(zhì)與玉米芯墊料24 h后變化不大。玉米芯墊料未能像其他文獻研究所體現(xiàn)出的優(yōu)異吸水性，可能與實驗中相同質(zhì)量比較有關(guān)，如果以同等體積來驗證，密度較高的玉米芯于吸水性應(yīng)優(yōu)于其他三種墊料。

2.3 升溫、降溫曲線

四種墊料升溫曲線見圖1，前5 min四種墊料升溫無差異，隨后玉米芯組升溫速率較其余三組要慢，其中麥秸墊料與刨花保持良好升溫過程，35 min之前玉米芯組溫度顯著低于其余三組，差異顯著(P<0.05)，50 min后四組墊料溫度無顯著差異(P>0.05)。

圖1 四種墊料升溫曲線Fig.1 Temperature rise curves of four different bedding in different time

四種墊料降溫曲線見圖2，綜上分析，10 min前四組墊料初始溫度差異不大，10 min起玉米芯組墊料溫度顯著高于其余三組(P<0.05),降溫速率較慢，同體積情況下玉米芯墊料保溫效果最好，麥秸墊料保溫性明顯好于刨花與紙質(zhì)墊料。從數(shù)據(jù)來看玉米芯保持了很好的保溫效果，但是考慮到填裝燒瓶的墊料致密度不一樣，大小均勻的玉米芯顆粒，空隙致密均一，熱量不容易散發(fā)出去。而其余三種墊料都未壓實，有空隙存在，可能因空氣熱交換溫度下降的快。

圖2 四種墊料降溫曲線Fig.2 Temperature drop curves of four different bedding

2.4 衛(wèi)生學指標測定

2.4.1重金屬及有機農(nóng)藥殘留： 實驗結(jié)果見表3，各省麥秸原料重金屬均有不同程度檢出，且存在明顯差異：山西臨汾及河南駐馬店地區(qū)的麥秸稈原料中汞含量較其他省高；河北衡水地區(qū)鎘、鉛含量均高于其他省市；山東菏澤地區(qū)的鉛含量低于其他省市。但均符合北京地方標準規(guī)定。

表3 不同地區(qū)麥秸秸稈及麥秸墊料重金屬殘留情況Table 3 Residues heavy metal of wheat straw in different regions

麥秸原料及墊料和玉米芯墊料中有機磷、有機氯農(nóng)藥及其它有機農(nóng)藥污染情況檢測結(jié)果見表4，均符合北京地方標準規(guī)定。

表4 三種墊料有機農(nóng)藥檢出情況Table 4 Comparison of organic pesticide residues three different bedding

2.4.2微生物及黃曲霉毒素污染： 實驗結(jié)果見表5，爆破后麥秸墊料樣品所含微生物顯著低于地方標準中規(guī)定的非滅菌墊料數(shù)量，這是由于麥秸秸稈經(jīng)過高溫蒸汽爆破工藝消毒，對微生物起到殺滅作用，大大降低了墊料中微生物污染。

表5 非滅菌麥秸墊料微生物及毒素污染情況Table 5 Comparison of biological and toxin pollution of unsterilized wheat straw bedding

3 討論

墊料的保溫、吸濕性能以及干燥性能等物理性狀是評價墊料品質(zhì)中非常重要的指標，國內(nèi)外學者對墊料的物理性質(zhì)進行多方比較研究：陽建春和黃韌[4]研究認為，KM小鼠對稻草墊料要比刨花更感興趣，稻草墊料比重輕、吸水性強是一種較好的墊料；孫永梅等[9]研究認為，蒲草保溫性好，吸水性優(yōu)于刨花與玉米芯；張志等[6]研究發(fā)現(xiàn)，按質(zhì)量比、質(zhì)量體積比不同方法，測定松木刨花、楓木刨花、紙皮和稻草四種墊料吸水率獲得完全不一致的結(jié)果，認為墊料的吸水性與試驗方法及評價指標有重要關(guān)系，同時稻草與紙皮的保溫性能要優(yōu)于刨花，這與本實驗結(jié)果一致。

由于農(nóng)藥在畜牧業(yè)中廣泛應(yīng)用，環(huán)境污染下重金屬蓄積，對植物、農(nóng)作物來源墊料的衛(wèi)生指標及其化學污染物檢測非常重要，劉軍須等[7]對麥秸桿與玉米秸稈柔絲加工墊料后，微生物指標比刨花要高得多，但經(jīng)高壓滅菌后，未檢出致病菌。兩種秸稈中的農(nóng)藥殘留及黃曲霉毒素均符合標準；白玉等[10]對不同來源地的玉米芯、刨花墊料進行重金屬、有機農(nóng)藥殘留的檢測也同樣發(fā)現(xiàn)微生物污染超標情況，重金屬鉛雖有檢出但符合標準，農(nóng)藥殘留均未檢出與本實驗結(jié)果比較一致。實驗各地麥秸桿重金屬(砷、鎘、鉛和汞)含量均有檢出，且因地域不同殘留量也確實有差異，但均符合北京市地方標準?？梢?，對來自植物、農(nóng)作物中的實驗動物墊料刨花、玉米芯以及麥秸而言，重金屬殘留檢測是實驗動物墊料質(zhì)量控制中非常重要的環(huán)節(jié)。

另外，實驗中發(fā)現(xiàn)麥秸桿經(jīng)過蒸汽爆破后個別金屬元素如錳、鋅元素含量均有增加趨勢，與相關(guān)文獻研究一致。Viola等[11]在研究汽爆處理小麥秸稈對其營養(yǎng)價值的影響中發(fā)現(xiàn)氣爆后小麥秸表觀干物質(zhì)消化率可提高 25%。同樣Gambacorta 等[12]進一步證實汽爆處理小麥秸和燕麥秸組試驗羊產(chǎn)奶量顯著高于未處理組。國內(nèi)學者劉東波等[13]研究也發(fā)現(xiàn)一定條件下的蒸汽爆破玉米秸稈，不僅安全無毒,而且能有效提高反芻動物纖維消化能力，提高奶牛產(chǎn)奶量。

總之，通過蒸汽爆破技術(shù)，可對農(nóng)作物麥秸原料來源及形狀得到很好的控制。通過蒸汽爆破處理后的麥秸桿，纖維疏松、柔軟，不僅適合大小鼠生長，也適合繁殖鼠的使用，同時具有很好的保溫性和吸濕能力。與普通其他墊料相比，微生物污染也大大減少。雖然農(nóng)秸稈對重金屬具有很好的吸收作用，但經(jīng)過爆破處理后的墊料重金屬、有機農(nóng)藥殘留均符合北京地方標準。