过瘤胃蛋白饲料在反刍动物中的应用研究进展

李毓敏,柴沙驼,王书祥,王迅,刘书杰,杨英魁

(青海大学畜牧兽医科学院,青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室,青海省牦牛工程技术研究中心, 青海 西宁 810016)

近年来,消费者对反刍动物畜产品的需求量日益增加,由于蛋白质饲料资源紧缺,有关反刍动物蛋白质的营养研究逐渐成为热点。对于反刍动物来说,进入瘤胃后的蛋白质大多数在瘤胃内被降解(称为瘤胃降解蛋白,RDP)并合成菌体蛋白,只有一部分通过瘤胃到达小肠后被吸收(称为非瘤胃降解蛋白,RUP),造成部分蛋白质不能通过瘤胃而被瘤胃微生物降解。因此,探讨和研究反刍动物过瘤胃蛋白饲料对反刍动物的养殖具有重要意义。文章对影响过瘤胃蛋白的因素、过瘤胃蛋白的保护以及过瘤胃蛋白在反刍动物中的应用进行综述,为反刍动物过瘤胃蛋白的营养调控提供参考。

1 过瘤胃蛋白的概述

1.1过瘤胃蛋白的定义

过瘤胃蛋白就是经过瘤胃后的蛋白质,当蛋白质进入牛的胃部后有少部分的蛋白质未被瘤胃所降解,在经过瘤胃后被小肠吸收利用,这部分蛋白质被称为非瘤胃降解蛋白或过瘤胃蛋白(RUP)。

1.2过瘤胃蛋白的意义

氨基酸是动物生长发育和生产过程中必不可少的一个元素,动物氨基酸很大一部分来源于饲料蛋白,尤其是快速生长的犊牛和高产奶牛(泌乳期)对于氨基酸的需求量更大,而有效提高氨基酸水平的方法就是增加RUP。研究表明,平均只有30%的真蛋白能够通过瘤胃被小肠吸收,而70%的蛋白质留在瘤胃中被微生物所降解,造成反刍动物小肠中蛋白质的量不足,导致高产奶牛所需营养不能被满足[1]。因此,提高过瘤胃蛋白的含量可以有效提高氨基酸的水平。RUP还能够有效降低氮、氨在奶牛等反刍动物体内的沉积,从而达到减少豆粕等优质蛋白饲料的浪费,提高生产性能,降低环境污染的目的[2-4]。研究表明,补饲RUP可以有效回收氮并为维持机体平衡提供蛋白质[5]。

1.3影响过瘤胃蛋白的因素

影响过瘤胃蛋白的因素有很多,主要归纳为四个方面。

1.3.1瘤胃中饲料的停留时间 瘤胃中饲料停留的时间越长,瘤胃中的微生物对于饲料中蛋白质的降解程度就越高,导致通过瘤胃的蛋白质的数量减少。

1.3.2饲料中蛋白质的可溶性 如果饲料中蛋白质的可溶性较低或者不可溶,蛋白质在瘤胃中的降解速率会降低,从而通过瘤胃到达小肠的蛋白质就会变多。

1.3.3游离脂肪酸 游离脂肪酸对饲料中蛋白质水解速度的影响很大,较高浓度的游离脂肪酸具有降低蛋白质水解速度的作用[6]。

1.3.4瘤胃内氨的浓度 瘤胃中产生大量的氨气会导致瘤胃的氮素循环提高[7],提高氮素循环会使瘤胃降低对蛋白质的需求,从而降低瘤胃对蛋白质的降解,提高过瘤胃蛋白的数量。

2 过瘤胃蛋白的保护

过瘤胃蛋白不仅可以提高奶牛的生产性能,降低氮的沉积,满足奶牛的生产需要,还能够有效改善动物身体健康状态,提高免疫力。以上优点使得过瘤胃蛋白在奶牛养殖业中有举足轻重的地位,尤其是对于规模化养殖。因此,过瘤胃蛋白的保护技术变得尤为重要。为保证过瘤胃蛋白在小肠内的数量和质量,可应用过瘤胃蛋白的保护技术。该技术分为三个方向,加热保护、物理性质的保护和化学处理的保护。

2.1加热法

对饲料中的蛋白质进行加热,其目的就是通过加热的方法使蛋白质发生变性,从而降低瘤胃中蛋白质的溶解度。加热可以使蛋白质表面的疏水基团增加,降低蛋白质的溶解度。实验表明,大豆饼在经过高温加热后,其中的蛋白质溶解度降低了30%,这对于保护瘤胃蛋白具有很大的作用[8]。加热保护的方法主要有高压加热、蒸汽加热和烘培等。对饲料中的蛋白质进行热处理是保护过瘤胃蛋白的一种方法,但在加热过程中应当注意加热的温度和时间,以免造成蛋白质中氨基酸的损坏,因为加热处理会破坏氨基酸的结构,降低小肠的消化率[9]。

2.2物理法

物理性质的保护方法就是在蛋白质的表面裹一层保护膜,可以使蛋白质有效地进入小肠而被吸收利用,降低瘤胃对蛋白质的降解。保护膜的材料一般是氨基酸及其类似物、维生素及胆碱、淀粉和葡萄糖等疏水性物质[10]。王聪等[11]在研究中分别使用乙基纤维素、乙酸纤维素、单硬脂酸甘油酯、血粉和脂肪粉对蛋白质进行包被处理,通过对瘤胃中经48 h降解处理后的结果进行对比发现,对于赖氨酸最好的包被物质是脂肪粉。姜成等[12]研究发现,白蛋白在饲料颗粒外可以形成一层保护膜,防止饲料在瘤胃中被降解,由此得出结论,富含白蛋白的物质可以达到保护饲料中蛋白质的目的。李福昌等[13]在实验中将全血撒到饲料上,待其干燥后发现蛋白质的消失率有了显著的降低。综上所述,对瘤胃蛋白表面包裹一层保护膜,可以有效提高过瘤胃蛋白的数量和质量。

2.3化学处理法

化学处理保护法是采用一些化学药品,利用它们与蛋白质之间的反应,起到降低蛋白在瘤胃内降解的作用,在酸性条件下具有可逆的特性。化学处理法所采用的化学用品有很多,如氯化钠、单宁、甲醛、乙醇和氢氧化钠等[14],本文主要通过分析甲醛、单宁两种化学处理法来介绍过瘤胃技术的化学保护技术。

2.3.1单宁化学处理法

单宁是一类多羟基酚类化合物,可以和蛋白之间形成一种复合物,这种复合物在瘤胃中不能被微生物所降解,在真胃和小肠中可以水解发生可逆反应[15]。单宁的这种特性使单宁成为过瘤胃蛋白的一种保护剂,提高了过瘤胃蛋白的数量。牛菊兰[16]通过将红豆草添加到饲料中,研究红豆草中所含有的单宁对过瘤胃蛋白的保护作用。结果表明,在红豆草鲜草全株和叶子中含有的单宁量分别为2.630%和3.235%,此时粗蛋白的消耗率会提高,以此得出结论:在饲料中加入3%的单宁是最安全的。卢珍珍等[17]研究发现,在羔羊的饲料中添加0.45%的单宁可以显著降低瘤胃内粗蛋白(CP )和酸性洗涤纤维(ADF)的表观消化率。杨凯[18]通过将单宁添加到肉牛饲料中的试验发现,瘤胃中的粗蛋白会随着单宁的增加而降低,具有一定的副作用。牛晓雨等[19]的研究表明,单宁可以和唾液蛋白作用发生沉淀反应,有涩味,会降低饲料的口感。综上所述,适当添加单宁到饲料中可以有效保护过瘤胃蛋白,但当单宁添加过量时则具有抗营养性,有一定副作用,还会降低饲料的适口性,降低采食量。

2.3.2甲醛化学处理法

甲醛具有强还原性,能与蛋白质分子的氨基、羧基、巯基发生烷基化反应,从而降低溶解度,并在酸性条件下发生水解[20]。虽然甲醛对于过瘤胃蛋白具有一定的保护作用,但过量的甲醛具有副作用,且甲醛也有一定的毒性,所以在使用甲醛的时候要注意甲醛添加剂的量。徐淑倩等[21]研究发现,甲醛的保护效果会随着添加剂的量发生变化,当添加剂的量是1.2%时,对于蛋白质的保护效果会降低且具有副作用,当甲醛的量是0.6%时,甲醛的保护效果优良。综上所述,甲醛具有保护过瘤胃蛋白的作用,可以提高过瘤胃蛋白的数量,但是在使用甲醛的时候应该注意甲醛的添加剂量。

3 过瘤胃蛋白在反刍动物养殖中的应用

在饲养水平上蛋白质是决定反刍动物营养的关键因素之一,但由于反刍动物的瘤胃将大量的蛋白质降解了,导致其营养补充不足。例如这一原因可导致奶牛、奶山羊生产性能降低,饲料成本提高。过瘤胃蛋白可以满足奶牛、奶山羊对蛋白质的需要量,不但可以提高产奶量,而且可以保证奶牛、奶山羊的健康[22,23]。对于肉牛来讲,过瘤胃蛋白质可以提高肉牛、肉羊的饲料转化率,降低肉牛、肉羊的饲养成本[24]。因此,将过瘤胃蛋白应用在反刍动物的养殖中十分重要。对于青海地区来说,牦牛、藏羊是当地不可缺少的食物来源之一,是当地的主要经济来源[25,26],但青海大部分地区仍采取自然放牧的饲养方式[27],导致牦牛、藏羊的生产性能低下。因此,为促进当地经济发展,满足对畜产品的市场要求,转变对牦牛、藏羊的饲养方式尤为重要。由于青海地处内陆,蛋白质饲料来源短缺[28],引进蛋白质饲料会增加饲养成本,因此,过瘤胃蛋白的应用对青海当地畜牧业的发展具有很好的作用。

3.1过瘤胃蛋白对反刍动物生产性能的影响

过瘤胃蛋白对于反刍动物的生产性能具有很大影响,尤其是高产奶牛。王登峰等[29]研究发现,提高日粮中过瘤胃蛋白的含量,可以有效增加奶牛的日产奶量。段玲欣等[30]研究发现,在饲料中加入过瘤胃蛋白和缓冲剂,可以使奶牛的产奶量得到提高。左瑞华等[31]研究发现,用多功能瘤胃蛋白饲料代替豆粕饲料,虽然没有明显的优势,但是从经济的角度分析,用过瘤胃蛋白饲料代替豆粕饲料可以降低饲料成本,提高经济效益。马慧[32]研究发现,用高品质的过瘤胃蛋白质饲料代替普通的豆粕饲料进行饲喂,奶牛的乳蛋白含量提升了0.07%,产奶量增加了2.14 kg,乳糖升高,乳脂率增加了0.26%。姜德望[33]通过查阅大量资料发现,酒精糟中含有较多的过瘤胃蛋白时,虽然粗蛋白含量未到达NRC标准需要量,却可以满足产奶量达到35 kg的奶牛对蛋白质的需要量。韩继福等[34]通过对8头荷斯坦黑白花奶牛添加过瘤胃蛋白和丙二醇发现,奶牛产乳量增加,乳蛋白质产量也有增加的趋势,而乳蛋白率几乎无变化。综上所述,过瘤胃蛋白的添加不仅可以增加奶牛的产奶量,使乳糖升高、乳脂率增加,而且不影响乳蛋白率。从经济的角度来分析,可以用高品质的过瘤胃蛋白饲料代替普通豆粕,降低饲料成本,在饲料中添加过瘤胃蛋白,就可以满足绝大部分高产奶牛所需的蛋白质。

3.2过瘤胃蛋白对反刍动物氮排泄的影响

随着养殖业的不断发展,由养殖业造成的环境污染问题也越来越受重视,氮的排泄问题也是其中之一。倪丽丽[35]研究发现,当日粮中的RUP提高至40%时,可以提高氮的消化率和代谢率,降低氮的排放。王翀[9]研究发现,降低瘤胃降解蛋白与过瘤胃蛋白之间的比例,可以降低尿氮和粪氮的排泄量,从而增加饲料中氮的利用率。王玲等[14]认为,使用天然含过瘤胃蛋白量高的饲料如玉米酒精糟等,可以有效降低氮的排泄。以上的研究结果可以得出,过瘤胃蛋白可以有效降低氮的排泄量,提高氮的利用率,减少畜牧业对环境造成的污染。

4 展望

反刍动物所需氨基酸主要通过过瘤胃蛋白(RUP)获取,是必不可缺的日料蛋白质。RUP不仅可以有效降低氮的排泄量,减少环境污染,而且可以在提高奶牛产奶量的同时,保证乳蛋白率几乎无变化、乳脂率增加、乳糖升高。可以利用RUP的优势降低饲料的成本,提高经济收入;在改善环境的同时保护反刍动物的健康。然而,如何增加RUP的质量和数量也是研究RUP不得不面对的一个问题,需要合理使用RUP保护技术,特别要注意使用量。对于青海等高海拔地区来说,利用RUP更加重要。青海畜牧业发展倡导“生态青海、绿色农牧”理念,利用RUP减少氮的排放量是一个很好的发展途径。青海省地处内陆,蛋白质饲料资源缺乏,近年来豆粕价格的飙升,加大了青海本地养殖业的养殖成本,如果可以利用高质量的RUP饲料代替豆粕饲料,可以有效提高牦牛的生产性能以及产奶量,增加养殖效益。