笋壳替代全株玉米TMR发酵品质及有氧稳定性研究

丁良，王坚,3，闻爱友,4，原现军，郭刚，李君风，白晰，白云峰，邵涛*

(1.南京农业大学，饲草调制加工与贮藏研究所，江苏 南京 210095；2.江苏省农业科学院，江苏 南京210014；3.海南大学农学院，海南 海口570228； 4. 安徽科技学院动物科学技术学院，安徽 凤阳233100)



笋壳替代全株玉米TMR发酵品质及有氧稳定性研究

丁良1，王坚1,3，闻爱友1,4，原现军1，郭刚1，李君风1，白晰1，白云峰2，邵涛1*

(1.南京农业大学，饲草调制加工与贮藏研究所，江苏 南京 210095；2.江苏省农业科学院，江苏 南京210014；3.海南大学农学院，海南 海口570228； 4. 安徽科技学院动物科学技术学院，安徽 凤阳233100)

本试验旨在探讨不同比例笋壳逐步替代全株玉米对全混合日粮(total mixed ration,TMR)发酵品质、营养价值和有氧稳定性的影响，确定适宜的笋壳替代水平。试验设对照组、15%笋壳组、25%笋壳组和35%笋壳组。青贮后第5, 7, 14, 30, 90天开窖取样，测定其发酵品质、营养成分及微生物变化；同时将青贮90 d的发酵TMR暴露到空气中，用多通道温度记录仪记录温度变化，并分别在有氧暴露第3, 6, 9和14天取样分析，评定其有氧稳定性。结果表明，尽管在整个青贮过程中随着笋壳替代比例的增加，各组乳酸含量逐渐降低，pH显著(P<0.05)升高，氨态氮/总氮逐渐上升，但青贮90 d后15%和25%组具有较高的乳酸含量(60.16～64.94 g/kg DM)、较低的pH(4.15～4.20)、氨态氮/总氮(55.56～58.73 g/kg TN)和极少量的丁酸含量(1.05～1.47 g/kg DM)，仍显示良好的发酵品质。有氧暴露期间，对照组在有氧暴露第9天pH开始急剧上升，乳酸、乙酸和水溶性碳水化合物含量大幅度下降，发生有氧腐败，而笋壳处理组在有氧暴露14 d内pH缓慢上升，乳酸、乙酸和水溶性碳水化合物含量逐步降低，且温度也未超过环境温度2℃，与对照组相比有氧稳定性明显提高。其中15%组和25%组不仅有良好的发酵品质而且有氧稳定性高。从对笋壳资源的最大化利用角度出发，用25%的笋壳替代TMR中的全株玉米最为适宜。

笋壳；全混合日粮；发酵品质；有氧稳定性

竹笋营养丰富，味道鲜美是我国传统的美味佳肴，笋壳(bamboo shoot shells)是竹笋加工后的副产品，包括不可食用的外壳和笋蔸。近年来，竹笋加工业大规模发展，据统计，我国年产竹笋壳鲜重约为1570 t, 资源十分丰富[1]。竹笋采收季节性强，一般多集中在每年3-5月份，正值南方雨季，加上笋壳含水量高，极易腐败变质，难以保存，同时又由于其物理特性坚硬，直接饲喂适口性差，导致大量笋壳被弃之田间路边，浪费大，污染严重。近年来，关于如何贮藏和高效利用笋壳一直受到国内研究者的关注，据文献报道[2-4]，笋壳营养价值高，通常粗蛋白含量达12.9%，粗脂肪为1.42%～1.74%，还含有多种微量元素，氨基酸和矿物质，因此适合于作为反刍动物饲料利用。有研究表明[5-7]将麸皮、稻草与笋壳混合青贮，明显改善了笋壳青贮饲料的发酵品质和适口性；另外通过氨化和添加剂处理，可以明显提高笋壳青贮饲料的粗蛋白含量、发酵品质和营养价值。

发酵全混合日粮(fermented total mixed ration, FTMR)是指全混合日粮(TMR)在厌氧条件下，发酵而成的营养均衡的全混合饲料，又称为TMR青贮饲料，其不仅能为反刍动物提供营养均衡的日粮，提高生产性能[8]；而且可以充分利用当地农副产品资源。目前，国内外许多研究者将啤酒糟，豆腐渣，蘑菇渣，绿茶渣等副产品加入到全混合日粮中，获得了发酵品质良好，有氧稳定性高的发酵TMR[9-10]。因此，如能将含水量高的笋壳、全株玉米、稻草和精料调制成含水量在40%～50%的发酵TMR，使笋壳变废为宝，扩大粗饲料来源。

本试验是在当地肉牛场以全株玉米和稻草为主要粗饲料的TMR配方基础上，用笋壳逐步替代TMR中的全株玉米，研究不同替代水平对TMR发酵品质、营养价值和有氧稳定性的影响，确定适宜的笋壳替代水平，为有效地利用当地笋壳资源，生产优质发酵TMR提供理论依据，促进当地肉牛业的可持续发展。

1　材料与方法

1.1试验材料

笋壳、全株玉米和稻草均由浙江省宁波市鄞州区瞻岐肉牛场提供。精料由玉米、全棉籽、菜籽粕、玉米酒糟(DDGS)、维生素和矿物质预混料等组成，TMR由南京农业大学饲草调制加工与贮藏研究所和瞻岐肉牛场联合配制而成，试验于2014年8月26日开展。各原材料的营养成分及缓冲能见表1。

1.2试验设计

试验采用完全随机区组设计，根据笋壳占TMR中鲜重比例的不同，设对照组和3个不同比例笋壳替代组：① 0%笋壳对照组(0%)；②15%笋壳组(15%);③25%笋壳组(25%)；④35%笋壳组(35%)。在青贮后的第5,7,14,30和90天打开实验室青贮窖取样分析，每个处理各个时间点5个重复，实验室青贮窖为容积10 L圆柱状，有内外盖，密封性良好的特制塑料桶。

表1　TMR原材料营养成分及缓冲能Table 1　Nutritional composition and buffering capacity of TMR materials

注：FW，鲜重；DM，干物质。

Note：FW, Fresh weight; DM, Dry matter.

1.3试验方法

1.3.1发酵TMR的调制笋壳、稻草和全株玉米均用铡刀切成1～2 cm后，按照试验设计与精料充分混合均匀后，装填至10 L的实验室青贮窖中，压实后盖上盖，并用胶带密封，置于室温下保存。

1.3.2样品处理打开实验室青贮窖后取出全部发酵TMR充分混匀，称取350 g放入1 L的广口三角瓶，加入700 g的去离子水，4℃浸提24 h，然后通过2层纱布和定性滤纸过滤，所得液体为TMR青贮饲料浸提液，置于-20℃冷冻冰箱保存待测。滤液用来测定pH、乳酸(lactic acid，LA)、氨态氮(ammonia nitrogen，AN)、挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)和乙醇(alcohol)。称取300 g混合均匀后的发酵TMR烘干，用于测定干物质(dry matter，DM)、粗蛋白(crude protein，CP)、水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrates，WSC)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、粗脂肪(ether extract，EE)和粗灰分(crude ash，Ash)等化学成分[11]。

1.3.3测定项目及分析方法干物质、粗蛋白、粗脂肪和粗灰分采用AOAC方法测定[12]；中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维采用范氏纤维法测定[13]， 其中NDF需加入耐高温α淀粉酶和亚硫酸钠； pH用HANNA pH 211型pH计测定； 缓冲能(buffer capacity，BC)用盐酸、氢氧化钠滴定法测定；水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate，WSC)采用蒽酮—硫酸比色法测定[13]；氨态氮采用苯酚—次氯酸钠比色法测定[13]；乳酸、挥发性脂肪酸采用安捷伦1260高效液相检测系统，配备示差检测器(Carbomix®H-NP5，55℃，2.5 mmol/L H2SO4，0.5 mL/min)。乳酸菌、好氧性微生物和酵母菌分别采用MRS(de Man，Rogosa，Sharpe)琼脂培养基、营养琼脂(nutrient agar，国药集团化学试剂有限公司)和马铃薯葡萄糖琼脂培养基(potato dextrose agar，上海盛思生化科技有限公司)。乳酸菌用厌氧培养箱，30℃培养3 d；酵母菌和好氧性微生物用生化培养箱，30℃培养3 d[13]。

1.3.4有氧稳定性分析将青贮90 d后的实验室青贮窖全部打开，每个青贮窖中所有发酵TMR取出无压实装填至20 L的敞口聚乙烯塑料桶中，桶口用双层纱布包裹，防止果蝇等其他杂质污染和水分散失，空气可自由进入聚乙烯桶中，置于室温条件下保存(24～27℃)。将多通道温度记录仪(MDL-1048A高精度温度记录仪，上海天贺自动化仪表有限公司)多个探头分别放置于聚乙烯桶的几何中心，同时在环境中放置6个探头，用于测定环境温度，每隔30 min记录次温度。如果样品温度高于环境温度2℃，说明发酵TMR开始腐败变质。在有氧放置3，6，9和14 d后取样分析有机酸、氨态氮、水溶性碳水化合物和微生物数量的动态变化。

1.4数据处理与统计

采用SAS(9.2)统计软件进行方差分析(ANOVA)，其中TMR营养成分的数据采用单因素方差分析，TMR发酵品质和微生物数量变化数据采用双因素(处理和青贮天数)方差分析，并用Tuckey’s方法对处理间及青贮天数间数据进行多重比较(P<0.05)。

2　结果与分析

2.1TMR营养和微生物成分

各原材料的营养成分及缓冲能见表1，笋壳与其他材料相比具有最低的干物质、粗脂肪含量及最高的缓冲能，同时含有略低于精料的粗蛋白含量，而全株玉米水溶性碳水化合物含量最高。

发酵前不同TMR组的营养和微生物成分如表2所示。随着笋壳替代水平的增加，干物质和水溶性碳水化合物含量显著(P<0.05)降低。各组粗蛋白含量介于145～154 g/kg DM之间，并且笋壳处理组粗蛋白含量显著(P<0.05)高于对照组。各组中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗灰分和粗脂肪含量无显著(P>0.05)差异。各组乳酸菌数量大于105cfu/g FW，但笋壳处理组显著(P<0.05)低于对照组，而各组酵母菌数量小于105cfu/g FW，其中15%组显著(P<0.05)高于其他各组，各组间好氧性微生物数量大于106cfu/g FW，差异不显著(P>0.05)。

表2　TMR的组成、营养和微生物成分Table 2　Ingredients and nutritional and microbial compositions of TMR before fermentation

注：同行不同大写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Means followed by different letters within rows, denote significant differences atP<0.05, the same below.

2.2TMR的发酵品质动态变化

在整个青贮过程中，各组pH(表3)逐渐下降，第30天达到最低值，但90 d有所上升，且随着笋壳替代水平的增加，各组pH值显著(P<0.05)上升。相应地，随着青贮时间的延长各组乳酸含量显著上升(P<0.05)，第90天达到最高值，且随着笋壳替代水平的增加，乳酸含量呈下降趋势，其中各处理组乳酸含量显著(P<0.05)低于对照组。青贮过程中各组氨态氮/总氮呈逐渐上升趋势，其中各处理组的氨态氮/总氮显著(P<0.05)高于对照组，各处理组间差异不显著(P>0.05)。青贮过程中各组乙酸含量逐渐上升，且随着笋壳替代水平的增加而逐渐上升，各处理组显著(P<0.05)高于对照组，其中35%组的乙酸含量最高。各组乳酸/乙酸值与乙酸含量呈相反的变化趋势，随着青贮时间的延长，各组乳酸/乙酸值虽有波动，但整体上呈下降趋势，各处理组显著(P<0.05)低于对照组，其中35%组的乳酸/乙酸值在青贮第14天后下降到2以下。青贮期间各组丁酸含量略有提高，但保持很低的水平，其中35%组的丁酸含量显著高于(P<0.05)其他组。整个青贮过程中各组乳酸菌数量略有波动，但总体上呈下降趋势，随着笋壳的替代水平的增加显著(P<0.05)下降，各组好氧性微生物数量在青贮过程中呈下降趋势，各组酵母菌数量均低于105cfu/g FW，其中处理组的酵母菌数量显著(P<0.05)低于对照组。

表3　青贮过程中TMR发酵品质和微生物数量的变化Table 3　Change in fermentation qualities and microbial counts of TMR during ensiling

注：DM，干物质；TN，总氮；FW，鲜重；同行不同大写字母(A～D)或同列不同小写字母(a～d)表示差异显著(P<0.05)；T=处理效应；D=青贮天数效应；T×D=处理与青贮天数相互作用效应。

Note: DM, dry matter; TN, total nitrogen; FW, fresh weight; Values in the same row (A-D) or in the same column (a-d) with different following letters are significant difference (P<0.05); T=effect of treatment; D=effect of ensiling day; T×D=interaction between treatment and ensiling day.

2.3发酵TMR的营养成分

如表4所示，TMR发酵90 d，各组干物质和水溶性碳水化合物含量差异显著(P<0.05)，均为对照组>15%组>25%组>35%组。各处理组粗蛋白含量显著(P<0.05)高于对照组，但处理组间无显著(P>0.05)差异。各处理组中性洗涤纤维含量显著(P<0.05)低于对照组，各组酸性洗涤纤维、粗脂肪和粗灰分含量差异不显著(P>0.05)。

表4　发酵90 d TMR营养成分Table 4　Nutritional compositions of TMR of 90 d fermentation

2.4发酵TMR的有氧稳定性

发酵90 d，打开实验室青贮窖，将各组发酵TMR暴露于空气中，如图1所示，随着暴露时间的延长，对照组的pH和氨态氮/总氮逐渐上升，其中有氧暴露第9天开始急剧上升，有氧暴露第14天pH为7.23，增幅达78.08%，其上升幅度最大，而15%组，25%组和35%组的pH上升幅度较小，第14天pH分别升至4.59，4.36和4.46，增幅分别仅为10.07%，3.05%和1.36%，各处理组pH的增值均未超过0.5。在有氧暴露14 d内，各组乳酸，乙酸，水溶性碳水化合物含量都分别有不同程度的下降，其中对照组的下降幅度最大。对照组，15%组，25%组和35%组的乳酸含量下降幅度分别为81.7%，41.4%，24.8%和19.4%，乙酸下降幅度分别为92.6%，57.3%，42.1%和31.8%，水溶性碳水化合物下降幅度分别为75.5%，38.3%，25.7%和18.9%。随着有氧暴露时间的延长，各组乳酸菌数量逐渐降低，对照组从第9天开始急剧下降，下降幅度最大，而各组酵母菌和好氧性微生物数量随着有氧暴露时间延长逐渐升高，其中对照组上升的幅度最大，在有氧暴露第9天和第14天对照组酵母菌数量均高于106cfu/g FW。

有氧稳定性定义为当TMR暴露于空气中温度高于环境温度2℃时所记录的时间(h)。由图2可知对照组有氧暴露后稳定的时间为195 h，而15%组，25%组，35%组均超过336 h，即14 d内均未发生有氧腐败。

图1　有氧暴露阶段发酵TMR pH、LA、AA、WSC、NH3-N/TN和微生物的变化Fig.1　Change in pH，LA，AA，WSC, NH3/TN and microbial counts of fermentation TMR during the aerobic periodLA:乳酸Lactic acid; AA:乙酸Acetic acid; WSC:可溶性碳水化合物Water soluble carbohydrate; NH3-N/TN:氨态氮/总氮Ammonia nitrogen/total nitrogen; LAB:乳酸菌Lactic acid bacteria; AB:好氧性微生物Aerobic bacteria.

3　讨论

3.1不同笋壳替代水平对TMR发酵品质和营养成分的影响

经过90 d发酵，15%组和25%组具有较高的乳酸含量(60.16～64.94 g/kg DM)、较低的pH(4.15～4.20)、氨态氮/总氮(55.56～58.73 g/kg TN)和极少量的丁酸含量(1.05～1.47 g/kg DM)，根据Catchpoole和Henzell[14]的评判标准，这两组均具有良好的发酵品质。

在整个青贮过程中，随着笋壳替代比例的增加，乳酸含量逐渐下降，pH显著(P<0.05)升高，这主要是由于TMR原料的水溶性碳水化合物含量随着笋壳替代比例增加而显著(P<0.05)降低，降低了乳酸菌的发酵底物。青贮过程中各组乙酸含量逐渐上升，乙酸的不断累积一部分是由青贮早期好氧性微生物发酵产生，另一部分归结于青贮后期异型乳酸发酵逐渐占主导地位，也产生部分的乙酸[15]，这也体现在各组青贮后期乳酸/乙酸逐渐下降。随着笋壳替代水平的增加乙酸含量逐渐提高，这可能由于笋壳中有更多的异型乳酸菌所致；其中35%组在青贮14 d后，乳酸/乙酸值下降到2以下，这是因为35%组青贮前水溶性碳水化合物相对最低，加上青贮早期好氧性微生物的活动对水溶性碳水化合物消耗较大，造成青贮后期水溶性碳水化合物的剩余量低，而在低糖情况下不仅一些异型乳酸菌开始活跃，而且一些植物乳杆菌也发酵乳酸生成乙酸[16]，造成乙酸含量增多。青贮90 d后35%组与其他组相比具有较高的pH，氨态氮/总氮和丁酸及较低的乳酸含量，发酵品质不如其他组。

图2　发酵TMR的有氧稳定性Fig.2　Aerobic stability of fermentation TMR

与发酵前相比，各组干物质含量均有不同程度的下降，分别下降3.11%，3.97%，4.43%和8.38%，其中35%组干物质含量下降幅度明显高于其他组，可能是由于35%组在整个青贮发酵过程中pH没有降低到4.2以下，不能使整个青贮环境迅速酸化，进而不能有效抑制其他有害微生物的活性，增加了干物质的损失。各组粗蛋白、粗灰分和粗脂肪含量与发酵前相比均有一定程度的升高，这是因为发酵后TMR干物质含量较原料有所降低，同时青贮过程中水溶性碳水化合物等有机物质的损失，造成发酵后这些成分相对量有所提高。各组ADF含量几乎没什么变化，但NDF含量低于发酵前，说明半纤维素一定程度上被分解，是青贮过程中酶解和酸解共同作用的结果，这与Basso和Bernards[17]研究结果一致。

3.2不同笋壳替代水平对发酵TMR的有氧稳定性影响

青贮窖打开后，发酵TMR的厌氧环境变成好氧环境，好氧性微生物开始繁殖。一般认为酵母菌是引起青贮饲料有氧腐败的起始因子，当青贮饲料中的酵母菌大于1×105cfu/g FW时，易引起有氧腐败，具体表现为乳酸含量下降，pH升高[18]。本试验有氧暴露期间各组pH均有不同程度的上升，乳酸含量逐渐下降，其中有氧暴露第9天对照组 pH急剧上升，乳酸含量急剧下降，这是由于对照组具有最高的乳酸和水溶性碳水化合物含量，为好氧性微生物的繁殖提供了充足的底物。Johnson等[19]研究表明当青贮饲料暴露到空气中后，好氧性微生物以乳酸和水溶性碳水化合物为底物，释放二氧化碳和热量，导致青贮饲料pH上升，乳酸含量下降，增加了青贮饲料营养成分的损失。Wilkinson和Davies[20]认为在有氧暴露阶段乙酸可以有效地抑制酵母菌、霉菌和真菌的繁殖，其含量是预测青贮饲料有氧稳定性优劣的一个主要指标之一。Danner等[21]也发现乙酸抑制青贮饲料酵母菌和霉菌生长最有效。本试验对照组在有氧暴露期间乙酸含量下降幅度最大，且始终低于笋壳处理组，不能有效地抑制有氧暴露期间酵母菌的繁殖，导致其数量超过1×105cfu/g FW，并较快发生有氧腐败。而笋壳处理组pH和酵母菌数量上升幅度较小，这可能归因于笋壳处理组具有较低的乳酸和水溶性碳水化合物含量及较高的乙酸含量。由此说明有氧暴露阶段，对照组发生有氧腐败而笋壳处理组具有较高有氧稳定性。这也体现在对照组有氧暴露9 d后温度明显升高而笋壳处理组在有氧暴露14 d内温度均未高于环境温度2℃。

4　结论

综上所述，尽管随着笋壳替代水平增加，各组pH、氨态氮/总氮值逐渐升高，而乳酸含量和乳酸/乙酸值逐渐下降，但发酵90 d后15%组和25%组仍显示良好的发酵品质，同时具有较高的有氧稳定性。因此从笋壳最大化利用角度出发，综合考虑，用25%的笋壳替代TMR中的全株玉米最为适宜。

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*Fermentation quality, nutritional values and aerobic stability of the total mixed ration after replacing whole-plant corn with different proportions of bamboo shoot shell

DING Liang1, WANG Jian1,3, WEN Ai-You1,4, YUAN Xian-Jun1, GUO Gang1, LI Jun-Feng1, BAI Xi1, BAI Yun-Feng2, SHAO Tao1*

1.InstituteofEnsilingandProcessingofGrass,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China; 2.JiangsuAcademyofAgriculturalSciences,Nanjing210014,China; 3.CollegeofAgriculture,HainanUniversity,Haikou570228,China; 4.CollegeofAnimalScience,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,Fengyang233100,China

The objective of this experiment was to evaluate the effects of replacing whole-plant corn with different proportions of bamboo shoot shell (BSS) on the fermentation quality, nutritional value and aerobic stability of total mixed ration (TMR) silage. There were four treatments: 0% BSS (control), 15% BSS (15%), 25% BSS (25%), 35% BSS (35%). The silos were opened at 5, 7, 14, 30 and 90 days after ensiling in order to determine the fermentation quality, nutritional and microbial compositions of the silages. Meanwhile, we estimated the aerobic stability of the silages in conjunction with recording of temperature variations using an online multi-channel data logger, and analyzed the chemical composition of samples taken at day 3, 6, 9 and 14 of aerobic exposure. As the proportion of BSS increased, the lactic acid contents decreased gradually, the pH increased significantly (P<0.05) and the ammonia/total nitrogen ratios increased gradually during the ensiling. The 15% and 25% treatments still retained a good fermentation quality as indicated by high lactic acid contents (60.16-64.94 g/kg dry matter), low pH (4.15-4.20) values, low ammonia/total nitrogen ratios (55.56-58.73 g/kg total nitrogen) and minor butyric acid contents (1.05-1.47 g/kg dry matter). During the period of aerobic exposure, the initiation of aerobic deterioration of the control silage had occurred by day 9, as indicated by a dramatic rise in the pH and a decline in the lactic acid, acetic acid and water soluble carbohydrate content, and the temperature increased more than 2℃ above the environment temperature after 195 h of exposure to air. However, for the BSS treatments, the increase in pH and the decline of lactic acid, acetic acid and water soluble carbohydrate contents occurred more slowly than in the control. In addition, the temperature of the silages containing BSS increased no more than 2℃ above the environment temperature within the 14 days of aerobic exposure, which indicated that the BSS treatment significantly improved the aerobic stability compared to the control, but may have decreased the feeding value. Overall, the 15% and 25% treatments showed not only better fermentation quality but also higher aerobic stability compared to other BSS treatments. From the perspective of maximizing the use of BSS resources, it is suggested that the most appropriate replacement level of BSS is 25% in whole-plant corn TMR silage.

bamboo shoot shell; total mixed ration; fermentation quality; aerobic stability

10.11686/cyxb2015398

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-09-01；改回日期：2015-11-02

江苏省自主创新项目“以秸秆饲料化、基料化利用为核心的技术方案”(CX(15)1003)资助。

丁良(1990-)，男，江苏宜兴人，在读硕士。E-mail: 15251837709@163.com

Corresponding author. E-mail: taoshaolan@163.com

丁良，王坚，闻爱友，原现军，郭刚，李君风，白晰，白云峰，邵涛. 笋壳替代全株玉米TMR发酵品质及有氧稳定性研究.草业学报, 2016, 25(6): 158-166.

DING Liang, WANG Jian, WEN Ai-You, YUAN Xian-Jun, GUO Gang, LI Jun-Feng, BAI Xi, BAI Yun-Feng, SHAO Tao. Fermentation quality, nutritional values and aerobic stability of the total mixed ration after replacing whole-plant corn with different proportions of bamboo shoot shell. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(6): 158-166.