胡建武 赵德明 周向梅

(中国农业大学动物医学院，北京 100193)

啮齿类垫料是铺垫在实验动物笼具硬表面上的一种接触性保护性材料，它既为实验动物提供保暖、筑巢和舒适的富化环境材料，满足实验动物躲避、掘洞等生活习性，同时又承载着对笼内环境中动物的排泄物及其降解产物的吸收功能，减缓诸如细菌、霉菌等微生物生长繁殖，从而减少产氨气、二氧化碳等气体以及有害细菌毒素的积聚。同时要求，垫料原料符合啮齿类实验动物磨牙、啃咬的生活习性，确保原料无毒性或有机毒性物质的污染，微生物含量少，适宜生长繁殖的环境和动物福利的改善，以及垫料本身理化特性稳定，不应含有挥发性、刺激性物质，对于动物本身及研究人员无毒性作用，使用后适宜于无害化处理。

目前，国内外常见的啮齿类实验动物垫料原料主要是由刨花和锯末、再生纸(废纸、报纸回收再利用)、玉米芯、秸秆、果壳、α-纤维素、γ-纤维素垫料及其他新型垫料等，国内最常用的垫料原材料为刨花和玉米芯。国内研究人员在对新型实验动物原料开发和研究过程中，对蒲草、麦秸杆、稻草、芦苇、玉米秸和稻谷壳等纤维物质与传统刨花垫料进行了多方面比较研究。有文献报道[1],陈洪岩、张永梅等对蒲草与传统垫料的吸水、氨气吸收和保暖性等物理特性以及小鼠的繁殖性能的影响进行了研究分析，认为蒲草动物适应性好，在对氨气的吸收和保暖性都优于玉米芯垫料，且对小鼠繁殖、发育都没有影响；王宗保等[2]研究认为芦苇用作实验动物垫料具有保温、舒适、毒性低等优点，利于小鼠产仔和哺乳。刘福英等[3]对稻谷壳用作实验动物垫料研究对比中认为其保温性能和动物适应性好，不足的是吸水性差、不易保存，易于附着毛发，影响动物美观。阳建春[4]、蔡月花[5]、张志[6]、刘军须[7]等研究者尝试用稻草、麦秸和玉米等农作物秸秆经过裁切、灭菌处理后直接用于实验动物垫料，认为三种作物成本低廉，作为实验动物垫料在吸湿性、保温性、动物适应性和动物繁殖性能等方面各自具有其优点，如稻草吸水性、保温性好；麦秸对环境友好，质地柔软；玉米秸则能改善大鼠繁殖性能。但是由于受到工艺影响，三种秸秆经过简单裁切，质地较硬，尘埃及微生物难以控制，同时具有不同程度的农药残留情况，难以在实践中推广使用。我们通过对麦秸的蒸汽爆破预处理，并对其理化性质(含水量、吸水性、保温性)和卫生学标准(农药、重金属残留以及微生物污染情况)与其他三种(刨花、玉米芯及纸质)垫料进行研究比较，以期对麦秸垫料开发与应用提供可靠的科学依据。

1 材料和方法

1.1 实验材料

麦秸原料样品：M1(河北衡水地区)、M2(山西临汾尧都区)、M3(内蒙古巴盟地区)、M4(河南驻马店地区)、M5(山东菏泽地区)、M6(黑龙江佳木斯地区)。

麦秸垫料：将麦秸秸秆(M1)经蒸汽爆破、烘干处理后，由北京科澳协力饲料有限公司按照相关标准规范，进行60Co照射灭菌、包装，得到麦秸SPF级啮齿类实验动物垫料(以下统称麦秸垫料)。刨花垫料与玉米芯垫料购自北京科澳协力饲料有限公司；纸质垫料获赠于益新(中国)有限公司。

仪器设备：电子分析天平(型号为CPA225D，德国赛多利斯，感量为0.0001 g)，电感耦合等离子体发射光谱仪(PerkinElmer Optima 8300 Series)，电子天平(型号为RP2002 K，感量为0.001 g)，电热恒温鼓风干燥箱(型号为DGX-9243 BC-1，上海福玛实验设备有限公司生产)，干燥器，烧杯(500 mL、1 000 mL)；温度计，医用脱脂纱布，称样皿，盛水托盘等。

1.2 实验方法

1.2.1含水量测定： 清洁称样皿，置于101～105 ℃干燥箱中烘烤1 h，取出后置于干燥器中冷却30 min，准确称其质量；再烘烤30 min，同样方法冷却，称其质量，直至两次质量误差小于0.0005 g为恒重。 垫料样品(平行样)约5 g置于已恒重的称样皿中，准确称其质量后，将称样皿盖打开，置于101～105 ℃ 干燥箱中烘烤4 h，取出后盖好称样皿盖，置于干燥器中冷却30 min，准确称其质量；同样方法再次烘烤1 h， 冷却，称其质量，直至两次质量之差小于0.002 g为恒重，观察逸失质量,计算垫料的水分含量。

式中： A——含水量；W1——称样皿和试样的质量；W2——称样皿和试样干燥后的质量;W3——称样皿的质量。

1.2.2吸水性能测定：将测试垫料在完全浸泡条件下进行体外实验，测试垫料的吸水能力。实验室温度20～25 ℃,相对湿度40%～50%。烧杯洗净烘干，将麦秸、玉米芯、刨花和纸4种垫料缓慢装进称其质量的烧杯中，自然沉积，切勿挤压。然后用医用脱脂纱布(孔径为2.0 mm×2.0 mm)扎捆紧杯口，缓缓倒入蒸馏水淹没浸泡，分别浸泡1、5、15、30 min和1、24、48 h，倒置烧杯于网架上30 min后，再用吸水纸将杯子表面残留的水吸干，称其质量并计算吸水率。吸水性以每克垫料吸水克数表示，即吸水率=(吸水后垫料总重-垫料初重)/垫料初重×100%。

1.2.3升温、降温曲线：分别将四种垫料装满烧杯，每个烧杯内放一支温度计，放入100 ℃的干燥箱内，分别观察记录3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 min不同时间内各种垫料的升温情况。温度达到100 ℃将垫料从干燥箱中取出，放于同一自然环境条件下(室温25 ℃左右，相对湿度40%～50%),分别观察记录晾置1、3、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 min不同时间内各种垫料的降温情况。

1.2.4卫生学要求

1.2.4.1重金属及有机农药残留 按照北京地方标准(DB 11/T 1126—2014)标注[8]，重点对垫料重金属、有机农药残留情况进行测定。依据GB/T 13080、GB/T 13081、GB/T 13082以及JY/T 015—1996 感耦等离子体原子发射光谱方法通则测定。

1.2.4.2微生物及曲霉毒素污染研究 微生物依据GB 4789.2—2016、GB 4789.3—2016第一法、GB 4789.4—2016、GB 4789.15—2016第一法等标准进行测定。黄曲霉毒素B1测定按GB/T 17480执行。

1.3 统计方法

2 实验结果与结论

2.1 含水量测定

结果见表1，与北京地方标准中规定含水量(6%～12%)相比，米芯与刨花垫料的水分含量偏高，纸质含水量明显偏低，麦秸垫料含水量略低但基本符合。

表1 四种垫料水分含量测定结果Table 1 Test results of moisture content of four different bedding

2.2 吸水性能测定

结果见表2，四种垫料中麦秸质量范围基本同于玉米芯垫料，但是单位时间内，麦秸垫料的吸水性明显优于玉米芯垫料，也比其他垫料吸水能力好，纸质与玉米芯垫料24 h后变化不大。玉米芯垫料未能像其他文献研究所体现出的优异吸水性，可能与实验中相同质量比较有关，如果以同等体积来验证，密度较高的玉米芯于吸水性应优于其他三种垫料。

2.3 升温、降温曲线

四种垫料升温曲线见图1，前5 min四种垫料升温无差异，随后玉米芯组升温速率较其余三组要慢，其中麦秸垫料与刨花保持良好升温过程，35 min之前玉米芯组温度显著低于其余三组，差异显著(P<0.05)，50 min后四组垫料温度无显著差异(P>0.05)。

图1 四种垫料升温曲线Fig.1 Temperature rise curves of four different bedding in different time

四种垫料降温曲线见图2，综上分析，10 min前四组垫料初始温度差异不大，10 min起玉米芯组垫料温度显著高于其余三组(P<0.05),降温速率较慢，同体积情况下玉米芯垫料保温效果最好，麦秸垫料保温性明显好于刨花与纸质垫料。从数据来看玉米芯保持了很好的保温效果，但是考虑到填装烧瓶的垫料致密度不一样，大小均匀的玉米芯颗粒，空隙致密均一，热量不容易散发出去。而其余三种垫料都未压实，有空隙存在，可能因空气热交换温度下降的快。

图2 四种垫料降温曲线Fig.2 Temperature drop curves of four different bedding

2.4 卫生学指标测定

2.4.1重金属及有机农药残留： 实验结果见表3，各省麦秸原料重金属均有不同程度检出，且存在明显差异：山西临汾及河南驻马店地区的麦秸秆原料中汞含量较其他省高；河北衡水地区镉、铅含量均高于其他省市；山东菏泽地区的铅含量低于其他省市。但均符合北京地方标准规定。

表3 不同地区麦秸秸秆及麦秸垫料重金属残留情况Table 3 Residues heavy metal of wheat straw in different regions

麦秸原料及垫料和玉米芯垫料中有机磷、有机氯农药及其它有机农药污染情况检测结果见表4，均符合北京地方标准规定。

表4 三种垫料有机农药检出情况Table 4 Comparison of organic pesticide residues three different bedding

2.4.2微生物及黄曲霉毒素污染： 实验结果见表5，爆破后麦秸垫料样品所含微生物显著低于地方标准中规定的非灭菌垫料数量，这是由于麦秸秸秆经过高温蒸汽爆破工艺消毒，对微生物起到杀灭作用，大大降低了垫料中微生物污染。

表5 非灭菌麦秸垫料微生物及毒素污染情况Table 5 Comparison of biological and toxin pollution of unsterilized wheat straw bedding

3 讨论

垫料的保温、吸湿性能以及干燥性能等物理性状是评价垫料品质中非常重要的指标，国内外学者对垫料的物理性质进行多方比较研究：阳建春和黄韧[4]研究认为，KM小鼠对稻草垫料要比刨花更感兴趣，稻草垫料比重轻、吸水性强是一种较好的垫料；孙永梅等[9]研究认为，蒲草保温性好，吸水性优于刨花与玉米芯；张志等[6]研究发现，按质量比、质量体积比不同方法，测定松木刨花、枫木刨花、纸皮和稻草四种垫料吸水率获得完全不一致的结果，认为垫料的吸水性与试验方法及评价指标有重要关系，同时稻草与纸皮的保温性能要优于刨花，这与本实验结果一致。

由于农药在畜牧业中广泛应用，环境污染下重金属蓄积，对植物、农作物来源垫料的卫生指标及其化学污染物检测非常重要，刘军须等[7]对麦秸杆与玉米秸秆柔丝加工垫料后，微生物指标比刨花要高得多，但经高压灭菌后，未检出致病菌。两种秸秆中的农药残留及黄曲霉毒素均符合标准；白玉等[10]对不同来源地的玉米芯、刨花垫料进行重金属、有机农药残留的检测也同样发现微生物污染超标情况，重金属铅虽有检出但符合标准，农药残留均未检出与本实验结果比较一致。实验各地麦秸杆重金属(砷、镉、铅和汞)含量均有检出，且因地域不同残留量也确实有差异，但均符合北京市地方标准。可见，对来自植物、农作物中的实验动物垫料刨花、玉米芯以及麦秸而言，重金属残留检测是实验动物垫料质量控制中非常重要的环节。

另外，实验中发现麦秸杆经过蒸汽爆破后个别金属元素如锰、锌元素含量均有增加趋势，与相关文献研究一致。Viola等[11]在研究汽爆处理小麦秸秆对其营养价值的影响中发现气爆后小麦秸表观干物质消化率可提高 25%。同样Gambacorta 等[12]进一步证实汽爆处理小麦秸和燕麦秸组试验羊产奶量显著高于未处理组。国内学者刘东波等[13]研究也发现一定条件下的蒸汽爆破玉米秸秆，不仅安全无毒,而且能有效提高反刍动物纤维消化能力，提高奶牛产奶量。

总之，通过蒸汽爆破技术，可对农作物麦秸原料来源及形状得到很好的控制。通过蒸汽爆破处理后的麦秸杆，纤维疏松、柔软，不仅适合大小鼠生长，也适合繁殖鼠的使用，同时具有很好的保温性和吸湿能力。与普通其他垫料相比，微生物污染也大大减少。虽然农秸秆对重金属具有很好的吸收作用，但经过爆破处理后的垫料重金属、有机农药残留均符合北京地方标准。