此文件來自 台灣畜產種原知識庫
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學術園地 |
認識乳牛（六）
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臺灣大學動科所暨食科所名譽教授 |
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行政院國科會傑出特約研究人員 |
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乳協顧問／林慶文 |
反芻胃中的微生物
反芻胃(第一胃或瘤胃)棲息著微生物，如發酵槽般存於胃中。所謂發酵，係指酵母菌或細菌等微生物，將米或麥等有機物分解成酒精類、有機酸類或二氧化碳等的生成過程。狹義則指醣類沒有氧氣干預而經由微生物分解的現象，實際為酵素反應。
反芻胃內飼料成分的消化，均由微生物進行。因此，反芻動物是在其胃中可說是靠所棲息的微生物作用而維持生命。
飼料的攝取，大量唾液的流入。活潑的發酵作用，由於發酵所形成的產物將自胃壁吸收與所謂移行下部消化管的過程，在反芻胃內進行。
在此棲息的微生物，主要是細菌與以纖毛蟲類為中心的原生動物。其生息數反芻胃內經過濾後一公克細菌數約100億��1,000億個，原生蟲10萬��100萬個，而多數場面，兩者呈共生關係。
確保能量
細菌浮游於胃內溶液中，原生菌體表則附著於飼料片或胃壁粘膜而生息著，而幾乎生活於無需氧氣的嫌氣性菌。此等微生物自牛攝取的飼料中為自己取出必要的能量，吐出酵素，分解飼料片中的澱粉或纖維素等碳水化合物。
此等反應均在無氧狀態中進行。所以不能說能完全分解成無殘留物。此為稱揮發性脂肪酸(例如醋酸在常溫揮發成臭氣物質)或低級脂肪酸。具體而言，會有醋酸、酪酸及丙酸。此等由第一胃胃壁吸收，而作牛本身能源的來源而被利用。
像這樣以獲能源，為維持生命的基本機制，在人與牛是完全不同，此主為食物相當不同的緣故。
細菌(宜對應稱瘤胃菌)為以酵素分解飼料片等物質，同時常常反覆增殖，將自己的體蛋白質的合成與企圖其增量，伴隨飼料的變化，而各個菌種反覆榮枯盛衰以作調和的社會。
啃草時的反芻胃液pH為7以下的弱酸性，胃內溫度為攝氏40度。對微生物而言，為最佳的環境。但有機酸繼續被產生時pH幾乎傾向酸性，如此將威脅微生物生存。將其恢復生存正常角色者即為唾液。
其分泌量每日亦達100��200公升，於此含有多量碳酸氫鈉(重槽、小蘇打)。pH稍超8，緩衝性高。此流入反芻胃內，則胃液的pH常保持約中性，如此繼續微生物活潑的繁殖，以維持微生物的活力。
草的蛋白質
讓我們探索蛋白質的動向。
例如果園草(orchard grass)的蛋白質含量，均與牛乳一樣約為3％。但植物蛋白質的營養價值比牛乳有較低的傾向。那麼如何把營養價低的草蛋白質轉變成牛乳的優質蛋白質？
草的蛋白質，或其他含氮素的成分，由反芻胃中所存在的細菌或原生蟲的蛋白分解酵素等分解至胺基酸，最後形成氨與有機酸。
約80％以上的細菌能利用氨，而約每30分鐘即能分裂增殖，使用於其增殖的菌體蛋白質的合成。這種蛋白質的胺基酸構成組成與各個含量類似於構成動物體內蛋白質。
再而，像這樣增殖的多數細菌被原生蟲所捕食，而轉變為富有甲硫胺酸或離胺酸含量的微生物體蛋白質。此等微生物流出第四胃以下，與普通單胃動物受同樣消化，用於牛的營養。
牛為滿足自身的食慾而攝食大量的草，作為反芻胃內養殖微生物的食物。幸而微生物轉為比草更高的營養價值食物，作為宿主的牛應是喜悅吧！
反芻動物吐出沼氣(甲烷)
進入廿世紀，大氣中的沼氣濃度徐徐上升，急速增加結果，溫室效應增高，影響環境達二氧化碳的數十倍。
現今全球每年沼氣發生總量，據說4.0億��6.4億噸。發生量約有60％用於人類活動，而其約一半是從農業生態系產生。調查其中人為的發生源時，將出現恐怖的數值。首以水田為最高，1.1億噸，其次為佔第二位的0.8億噸，則源於家畜。家畜的主要角色為牛或羊的反芻動物，反芻胃中存在所謂數種沼氣生成菌，以二氧化碳、氫及蟻酸等為材料製作沼氣。
牛究竟對沼氣有何用途？雖說將其放出，但不像二氧化碳存於呼氣中。此不被胃吸收，亦不會被分解成其他物質。因此，以莫大的量從胃形成噯氣吐出。換言之，這種氣體對牛而言，沒有被有效利用。
沼氣是會燃燒的氣體，只可惜，牛並未利用它作為能源，而如前述，主要以醋酸、丙酸、酪酸等作為能源而利用，沼氣這種氣體對牛一點都無益處，僅在糞尿處理時作燃料或電氣的資源而被回收利用。
無法阻止沼氣的發生
飼料成分由於反芻胃內微生物分解成各種生成物的過程，以作多量氫氣不被利用的形狀被殘留。消費這種氫氣，而完成去除的工作，那沼氣的生成與排出，認為有必要不可缺的現象。以膨大的量從牛胃逃逸大氣中。
下表為先進國家與發展中國家所生息的家畜每頭每年沼氣發生量之推估值，單位以公斤(kg)表示。牛為最多，達55公斤。排出量似稍比例於家畜體重。在發展中國家較低的理由，可能是由於給予的飼料、氣溫或動物品種依不同所致的產生低之緣故。在單胃動物則較低，人最低，0.05公斤，即每年約為50公克，約為牛的1,000分之一。
自各種計算，對流圈的沼氣平約滯留時間約為10年。反芻家畜的數目年年增加，而沼氣隨之增加，地球的溫度上升。隨之西伯利亞的永久凍土流出，而放出普通溼地的1,000��10,000倍沼氣。燃燒沼氣時，並不會形成二氧化碳等物質而消失。究竟如何是好？適切答覆甚難，結合睿智之士，也似無法簡易解決。多數場合，僅作過渡的、掠過思念的無助狀態而已，此即處理環境問題的難度。
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從各種動物的沼氣發生量推估值 |
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資料來源：Crutzen等，1986 |
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