牛のルーメン発酵状況のグラフ化の試み 篠塚 康典１） 桧山 尚子２） （受付：平成１ ８年５月２ ９日） A Trial Graphical Representation of Rumenal Fermentation in a Cow YASUNORI SHINOZUKA１） and NAOKO HIYAMA ２） １）Yamagata Veterinary Center Hirohima P.F.A.M.A.A 461-1, Haruki, Kitahiroshima-cho, Yamagata-gun, Hiroshima 731-1531 ２）Miyoshi Veterinary Center, Hiroshima P.F.A.M.A.A 3-6-36, Tokaichi-higashi, Miyoshi-shi, Hiroshima 728-0013 SUMMARY The cow has a nutritional requirement for rumen degradable protein (RDP) and non-fiber carbohydrate (NFC) for microbial fermentation. In this study, we tried to graphically represent microbial fermentation via calculations for the purpose of providing adequate rations. We constructed a 24hourgraph of microbial fermentation using this method. When we want to balance rations, this method should be more useful than the conventional technique. 要 約 牛のルーメンにおける発酵を最大にする適正な飼養管理を目的として，給与飼料中の炭水化物 および蛋白質について，その量とルーメン内での分解速度からそれぞれのルーメンにおける分解 パターンを経時的にグラフ化を試みた．計算により求められたグラフの検証として，濃厚飼料給 与後のルーメン付近，発酵熱の経時的変化を測定し比較したところ，計算により得られたグラフ の分解パターンと同様の結果が得られた．本方法を用いて実際に給与している各種飼料の分解パ ターンを計算し，給与量・給与時間をもとに２ ４時間グラフを作成したところルーメンでの発酵状 況をわかりやすく表現することが可能となった．このグラフを用いることにより，飼料給与量だ けでなく給与時間，間隔などさらに精密な飼養管理指導が可能になると思われる． 成され，蛋白質はアンモニアに分解された後微生物蛋白 序 文 質に合成される．各種ＶＦＡはルーメン粘膜から吸収さ 牛は第一胃（以下ルーメン）から第四胃よりなる複胃 れ，微生物蛋白質は第四胃以降で消化吸収され牛体に利 をもち，単胃動物とはきわめて異なる消化機能をそなえ 用される．このようにルーメンという発酵タンクをもつ ている．ルーメン内には各種の微生物が存在し，牛が食 反芻動物の栄養管理はルーメン発酵を抜きにして考える べた飼料の消化を行っている．すなわち，ルーメン内の ことはできず，特に高泌乳牛ではルーメン微生物の機能 微生物により飼料は分解され，セルロースやデンプンな を最大に発揮して栄養素の供給を効率的におこなう必要 どの炭水化物から揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）とガス類が合 がある．最適なルーメン発酵，すなわち菌体蛋白質生産 １）ＮＯＳＡＩ広島山県家畜診療所（〒７ ３１‐ １５３１ 広島県山県郡北広島町春木４ ６１−１） ２）ＮＯＳＡＩ広島三次家畜診療所（〒７ ２８‐ ００１３ 広島県三次市十日市東３丁目６−３６） − 13 − 広島県獣医学会雑誌 №２ １（２００６） を最大にするためには，ルーメン微生物自身への蛋白質 １７３.２ とエネルギーの効率的供給をおこなうことが重要で，現 在の飼料計算ではＲＤＰ（ルーメン内分解蛋白）とＮＦ エ ネ ル ギ ー 量 ︵ Ｃ（非繊維性炭水化物）の量的バランスをとることが重 要とされている．しかし，これらの栄養成分をただ単に 一日の必要量として供給すれば良いというわけではなく， kcal ルーメン内でのアンモニア放出とルーメン微生物に対す るエネルギー供給を同期化させることが重要で，従来の ︶ 飼料計算方法ではこのことが加味されていなかった．そ こで今回，時間軸を用いて飼料の蛋白質分解量と炭水化 Ｂ１＋Ｂ２分画 ７５.７ ６６.２ Ｂ３分画 Ａ２分画 物発酵エネルギー量をグラフ化し，ルーメン内での発酵 １ 状況を視覚的に捉えることを試みたので報告する． 材料と方法 ２.５ １０ 時間 図１ ふすまの炭水化物発酵エネルギー量のグラフ化 １．ルーメンにおける炭水化物発酵エネルギー量のグラ フ化 乳牛がエネルギーとして利用できる炭水化物は，有 エ ネ ル ギ ー 量 機酸・糖，でんぷん・ペクチンやベータグルカンなど の水溶性繊維，セルロースやヘミセルロースなどの繊 維がある．一般的に有機酸や糖などは最も早く消化さ れ，次にでんぷんや水溶性繊維が消化される．そして ふすま セルロースやヘミセルロースなどの繊維は消化に時間 がかかる．CPM Dairy では炭水化物消化の性格につい ０ て表１のように分類し，消化速度についても求められ ２ ４ ６ ８ 時間 ている．グラフ化に際しては，ルーメン内微生物は有 １０ １２ 通過速度 ６.１６％/ｈ 図２ ふすまの炭水化物発酵エネルギー量のグラフ化 スムージング処理後 機酸をエネルギー源として利用できないので，これを 除外した最も早く消化される糖部分，中速度で消化さ れるデンプン及び水溶性繊維部分，ゆっくり消化され １ kg あたり１.６Mcal のエネルギーを持つ．そのうち糖 る利用可能繊維部分の３分画について行った．ふすま 部分は４.７％を占め７５.６ ７kcal となる．これを１時間で の場合を例にとると，その成分は表２に示すとおりで 消化するので図１のようになる．同様に中速度で消化 される部分は４３３.１kcal を２.５時間かけて，ま 表１ CPM Dairyにおける炭水化物の分画およびそれらの分解速度 分 画 Ａ１ Ａ２ Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３ Ｃ 分解速度 （％/ｈｒ） − ５０-５００ １０-５０ １０-５０ ０-１０ − 有機酸 糖 でんぷん 溶解性 繊 維 た，ゆっくり消化される部分は６６１.７１kcal を １ ０時間で消化する．これら３分画のグラフの 和がルーメンにおけるフスマの炭水化物消化 分類 量と考えられる．さらに，フスマのルーメン 利用可能 利用でき 性 繊 維 ない繊維 内通過速度は６.１ ６％/h とされているので流出 NDF 行うと図２のようになる．この図はルーメン NFC （CPM Dairy Beta Ver.3.0.4a より抜粋） 部分を差し引きグラフのスムージング処理を における炭水化物消化量をより詳しく現わし ているものと考えられ 表２ ふすまの炭水化物の組成，そしてある条件下＊でのルーメン内通過速度， 消化速度およびエネルギー値（CPM Dairy Beta Ver.3.0.4aでの計算値） る．このグラフを積分し NFC ルーメン内で利用される 項 目 CP NDF 糖 単 位 ふ す ま でんぷん 水溶性 繊 維 %DM １７.０ ４１.１ ４.７ ２１.８ でんぷん または水 溶性繊維 消化速度 通過速度 %/h %/h Mcal/kg ４０ ６.１６ １.６１ ５.１ エネルギーを表してい る． ＊：値は２産目，分娩後１２０日，乳量４０ｋｇ，乳脂率３． ８％，乳蛋白率３． ２％，体重６００ｋｇ，ＢＣＳ３． ０， 増体率０． ０８ｋｇ/日のホルスタイン種乳牛で計算 − 14 − ＮＥｌ た数値がその飼料の持つ ２．ルーメンにおける蛋 白質分解量のグラフ化 飼料中の蛋白質はルー メン内で分解される分解 広島県獣医学会雑誌 №２ １（２００６） 表３ CPM Dairyにおける蛋白質の分画およびそれらの分解速度 Ａ NRC分画 Ｂ 性蛋白（ＲＤＰ）と分解されない非分解性蛋 白質（ＲＵＰ）に分けられる．ＲＤＰはさら Ｃ に分解速度によって分けられ，CPM Dairy で CPM Dairy 分画 Ａ Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３ Ｃ １００００ １００-４００ ２-１６ ０-２ − 中程度 遅い 分解しない は５段階に分けられている（表３） ．ここでは 炭水化物のグラフ化と同様の手法により分解 分解速度 （％/ｈｒ） 速い 溶解性蛋白 蛋白量を求め図３のようにグラフ化した（図 ３） ． 結合蛋白 ３．サーモグラフィ（熱画像計測装置）によ 分 類 分解性蛋白 非分解性蛋白 る検証 （CPM Dairy Beta Ver.3.0.4a より抜粋） 計算で求められた炭水化物消化パターンが 現実に即したものであることを検証するため １００ に飼料給与後のルーメン発酵熱を測定した． エネルギー ９０ ８０ 測定には㈱チノー製のサーモビジョンＣＰＡ 蛋白 ７００ ６００ ５００ ７０ ６０ ４００ ５０ ３００ ４０ kcal エ ネ ル ギ ー 量 ︵ ２００ ３０ ︶ １００ た交雑種成牛にフスマのみ４kg給与し，その 後自由飲水とした．給与直後よりサーモグラ フィを用いて，剃毛したルーメン部分（写真 ２）の皮膚温度を測定し，ルーメンの発酵温 １０ 度の指標とした （写真３） ．画像をコンピュー ０ ター処理し，測定した３ ０cm四方の皮膚平均温 ２４ ２１ ２２.５ １９.５ １８ １５ １６.５ １２ １３.５ １０.５ ９ ６ ７.５ ３ ４.５ １.５ ０ ０ ２０ −１２００（写真１）を用いた．前日より絶食し 蛋 白 質 量 ︵ ｇ ︶ 時間 度の変化を経時的に記録した（写真４） ． 図３ ふすまの発酵パターン 写真１ サーモビジョン 写真２ ルーメン部分皮膚温度 写真３ コンピュータ処理画像 写真４ 皮膚平均温度の変化 − 15 − 広島県獣医学会雑誌 №２ １（２００６） ４０ ４．実際の飼料給与例への応用 ３９ １，２の方法を用いて各飼料の発酵パターンを データベース化し，実際の飼料給与における全体 の発酵パターンをグラフ化した．配合飼料につい てはその詳細な成分が不明であるので，すべての 成分が既知であるＴＭＲ飼料を給与しているＡ農 家のケースについて行った．Ａ農家で給与されて ３８ 温 度 ︵ ℃ ︶ ３７ ルーメン温度 直腸温 ふすま発酵パターン ３６ ３５ ３４ ３３ ３２ いたＴＭＲの構成成分は表４に示すとおりで，そ ３１ の発酵パターンを求めた．このＴＭＲを含むＡ農 ３０ ４ ： ４８ ９ ： ３６ １４ ： ２４ １９ ： １２ 家の飼料給与状況は表５のようであった．給与時 時間 間・給与量から発酵パターンを２ ４時間のグラフ化 図８ ふすまの発酵パターンとふすま投与後の ルーメン表面温度の変化 した． ５０ ︶ ５０ ３０ ２５ １５０ １０ ２４ ２１ ２２.５ １９.５ １８ １５ ２５０ エネルギー １５００ ２００ 蛋白 エ ネ １０００ ル ギ ー 量 ︵ ５００ １５０ １００ kcal ５０ 蛋 白 質 量 ︵ ｇ ︶ ０ ２４ ２２.５ ２１ １９.５ １８ １５ １６.５ １３.５ １２ １０.５ ９ ６ ７.５ ４.５ ３ ０ １.５ ︶ ０ １２ ４ ３５ １６.５ ３００ ２０００ 原物配合量（ｋｇ） 醤油粕 ＭＣコンプリート 水 １２ 図９ Ａ農家ＴＭＲの発酵パターン 表４ Ａ農家で使用されているＴＭＲ配合割合 ６０ ７０ ２２ ２２ ２４ ２２ １８ ２６ １４ １２ ９ ０ 時間 の牛に投与した場合の発酵熱のパターンを トウモロコシ ビール粕（脱水） アルファルファ乾草 トールフェスク ビートパルプ スーダングラス 糖蜜（液体） 大豆粕（セミフレーク） 大麦圧ぺん 脱脂米ぬか 綿実 蛋 白 質 量 ︵ ｇ ︶ ５ １３.５ ０ 今回計算で得られた発酵パターンと実際 ２０ １５ １０.５ ０ ２．サーモグラフィによる検証 ４０ ２００ ９ と仮定し縦軸を決定した． １００ ４５ ３５ ６ 要なエネルギーを蛋白質１０ｇに対し７０kcal 蛋白 ７.５ モニアをルーメン微生物が利用する際に必 ２５０ ３ ころ図３のようになった．分解されたアン エ ネ ル ギ ー 量 ︵ ４.５ フスマの発酵パターンをグラフ化したと エネルギー １.５ １．飼料の発酵パターンのグラフ化 ３００ kcal 成 績 時間 図１０ Ａ農家のルーメン内発酵状況 表５ Ａ農家の飼料給与状況 時 間 ０.０ ０.５ １.０ １.５ ２.０ ２.５ ３.０ ３.５ ４.０ ４.５ ５.０ ５.５ ６.０ ６.５ ７.０ ７.５ ８.０ ８.５ ９.０ ９.５ １０.０ １０.５ １１.０ １１.５ 午 ６.５ 給 ＴＭＲ 前 １.５ オーツヘイ 与 時 間 １２.０ １２.５ １３.０ １３.５ １４.０ １４.５ １５.０ １５.５ １６.０ １６.５ １７.０ １７.５ １８.０ １８.５ １９.０ １９.５ ２０.０ ２０.５ ２１.０ ２１.５ ２２.０ ２２.５ ２３.０ ２３.５ 飼 午 ６.５ ６.５ ６.５ 料 ＴＭＲ 後 オーツヘイ １.５ − 16 − 広島県獣医学会雑誌 №２ １（２００６） 比較したところ同じようなパターンとなり，現実に即 しているわけではない．なぜなら臨床現場では，飼料の していると考えられた．実験の間，直腸温は一定で気 品質や給与量など不確定要素が多いからである．重要な 温もほぼ一定であった（図８） ． ことは実際に飼料を給与している農家の理解を得ること ３．ＴＭＲ給与飼料への応用 で，グラフを用いて説明することは，飼料給与の回数を Ａ農家で給与されていたＴＭＲ飼料の発酵パターン 増やす理由や適切な飼料給与順序の説明のツールとして は図９のようになった．この飼料を含むＡ農家の飼料 有用であると思われる． 給与状況（表５）を時間軸に沿って２ ４時間ルーメン発 反芻動物である牛に対する飼料設計では２つの要求量 酵状況をグラフ化した （図１０） ．４回の飼料給与の際に を満たさなければならない．一つは牛そのものの要求量， 大きなピークがあることがわかる．また，炭水化物の もう一つはルーメン内微生物の要求量である．筆者は 発酵スピードと蛋白質の分解スピードがほぼ同じであ ルーメン内微生物の要求量を第一義的に考えている．そ り，この点については問題無いと考えられる．このグ のためにはルーメンの安定した発酵は必須で，ＮＦＣの ラフを積分したものが給与飼料中のＮＦＣおよびＲＤ 分解速度に適合したＲＤＰをバランスさせることが求め Ｐとなる． られる． ＮＯＳＡＩ広島では要因分析事業として牛群の代謝プ 考 察 ロファイルテスト（ＭＰＴ）を実施しており，飼料給与 今回試みたグラフ化の方法を用いることによってルー についても飼料計算を行っている．乾物摂取量を左右す メン内での発酵状況を表すことができた．飼料ごとの発 るルーメンサイズ，ルーメン発酵を担うルーメンマット， 酵パターンをデータベース化しておくことによってその 発酵産物をキャッチする十分なルーメン絨毛形成など前 飼料の特徴を視覚的につかむことができると思われる． 提条件はあるが，現在使用している飼料計算ソフトに今 また，同じ飼料でもその加工形態によって分解速度は異 回の考え方を取り入れ，２ ４時間のルーメン発酵グラフを なってくるが，グラフ化することによって誰にでもわか 組み込むことによって高泌乳牛にも対応したより精密な りやすく捉えることができる．今回の試みは計算による 飼養管理指導が可能になると考える． ものであって，ルーメン内の実際の発酵状況を厳密に表 − 17 −
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