蛋白质营养调控技术对奶牛产奶性能及氮排泄影响的研究进展

王 玲， 杨璐玲， 吕永艳， 孙国强

（青岛农业大学动物科技学院，山东青岛 266109）

近年来，随着奶牛养殖业的蓬勃发展，特别是奶牛养殖集约化程度的提高，奶牛生产过程中的氮排放对环境保护带来的压力越来越大。有数据表明，奶牛生产过程中排放的氮约占动物生产氮排放量的 60%（Oenema 和 Tamminga，2005）。日粮中的蛋白质和含氮化合物需经消化后被机体吸收利用，但在这个过程中只有约21%的氮可被奶牛机体有效吸收利用（Korevaar，1992），其余的则被排出体外，造成蛋白质饲料的浪费。氮的大量排放会造成环境污染，引起空气质量下降、水源和土壤氮元素富营养化。通过蛋白质营养调控技术减少瘤胃氨氮损失、提高小肠蛋白质利用率可以减少蛋白饲料资源的浪费，减少环境污染，实现奶牛养殖业的可持续发展。本文就蛋白质营养调控技术对奶牛产奶性能及氮排泄影响的研究进展进行综述。

1 蛋白质营养调控方法

奶牛蛋白质营养调控方法主要包括降低日粮粗蛋白质水平、增加过瘤胃蛋白的比例、对必需氨基酸进行保护。

1.1 降低日粮粗蛋白质水平 奶牛采食的粗蛋白质除部分用于维持瘤胃发酵、乳蛋白质合成等，剩余蛋白质则以尿素形式排出体外，当饲喂奶牛低蛋白日粮时，奶牛本身尿素氮再循环能力得到增强，更多的尿素氮被重新吸收参与再循环代谢，使氮的排泄量降低。日粮提供的蛋白质超过自身需要时，多余的氮会通过粪尿排出体外，而低于需要时会导致蛋白的缺乏，限制瘤胃微生物蛋白的生成、小肠中总蛋白含量降低，影响动物生产潜力的发挥，使产奶量和乳中乳蛋白含量降低，而影响生产效益。在满足反刍动物自身蛋白营养需求的基础上，适当降低日粮粗蛋白质水平，有利于减少氮素损失、提高蛋白利用率、降低氮排泄、减少环境污染。翟少伟（2009）研究表明，奶牛日粮粗蛋白质水平由16.2%降到13.2%时，粪尿中总氮含量由320 g/d显著降到240 g/d，同时对产奶性能无影响。因此，采用低蛋白质日粮，不仅补充必需氨基酸和提高过瘤胃蛋白率，还能满足高产反刍动物对蛋白质的需求提高蛋白质利用率，减少氮排泄而减少环境污染。

1.2 增加过瘤胃蛋白的比例 一方面，增加过瘤胃蛋白的比例，可提高蛋白质利用率、降低瘤胃氨氮损失；另一方面，由于微生物蛋白为小肠提供部分氨基酸，当饲喂的瘤胃降解蛋白低于瘤胃微生物的需要量时，可降低瘤胃中微生物蛋白的合成量，影响瘤胃微生物发酵，进而影响牛体自身健康、奶牛生产性能和蛋白利用率。因此，确定日粮中合适的瘤胃降解蛋白与过瘤胃蛋白间的比例，为微生物生长提供最佳的瘤胃降解蛋白水平，就能提高饲料蛋白利用率，降低氮素排泄，提高产奶性能。王翀（2008）研究表明，降低瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白间的比例有显著增加奶牛产奶量和改善乳成分的趋势，同时，降低日粮瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白间的比例，可以降低粪氮及尿氮的排泄，从而增加饲料氮的利用效率。从生产性能和环境两方面考虑，当瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白间的比例为1.6时，可以在维持高生产水平的同时减少向环境中排放的氮，尤其是减少挥发性尿氮的排放。增加过瘤胃蛋白的比例可以从以两个方面考虑：一方面，可以使用天然过瘤胃蛋白含量高的饲料如玉米酒精糟、双低菜籽粕等；另一方面，对过瘤胃率低的饲料采取热处理、化学处理等方法对其进行保护。

1.2.1 使用天然过瘤胃蛋白含量高的饲料 奶牛日粮中蛋白质种类的组成决定了日粮粗蛋白质的过瘤胃率，通过使用天然过瘤胃蛋白含量高的饲料如玉米酒精糟、双低菜籽粕等可以提高日粮过瘤胃蛋白比例。

1.2.1.1 玉米酒精糟 玉米酒精糟是以玉米为原料，发酵生产酒精时得到的一种副产品。玉米酒精糟的主要特点是低淀粉、高蛋白、可消化纤维含量高、有效磷和硫含量高；酵母菌体、B族维生素含量丰富，且富含生长因子，有利于动物生长，因此，被广泛应用于畜牧生产；此外，玉米酒精糟中，过瘤胃蛋白率高达70%左右（杨连玉等，1998），因此被广泛用于反刍动物饲料中。许艳丽等（2013）研究表明，试验组在对照组基础上每天多饲喂4 kg和6 kg玉米酒精糟，30 d后产奶量分别提高2.30 kg和2.28 kg，显著提高奶牛产奶性能，增加经济效益。Kleinschmit等（2006）研究发现，日粮中添加玉米酒精糟不影响瘤胃中乙酸和丙酸的浓度，对照组奶牛瘤胃丁酸含量低于添加玉米酒精糟的处理组，但总挥发性脂肪酸含量较高，同时，添加玉米酒精糟的奶牛乳中尿素氮的含量低于对照组。Mjoun等（2010）研究发现，日粮中分别添加0%、10%、20%和30%脱脂玉米酒精糟，未对采食量、产奶量产生影响，乳脂率以及血浆葡萄糖和蛋氨酸含量随着玉米酒精糟比例的增加呈线性增加，乳尿素氮和血中赖氨酸含量呈线性降低。随后颜志辉（2010）也通过试验发现，玉米酒精糟可以提高奶牛生产性能且能提高过瘤胃蛋白率而减少氮排泄，降低环境污染。

1.2.1.2 双低菜籽粕 双低菜籽粕是使用双低菜籽为原料，经软化、轧坯、蒸炒、预榨、溶剂浸出、湿粕脱溶等工序加工榨油后而成的副产品。与普通菜籽粕相比，双低菜籽粕中粗蛋白质、粗脂肪等常规营养成分与普通菜籽粕无太多差别，有效能值和氨基酸组成优于普通菜籽粕，但硫葡萄糖甙含量和芥酸含量大幅度降低，饲用品质显著优于普通菜籽粕。田丰（2009）和董文俊（2006）通过试验发现，饲喂双低菜籽粕可以提高奶牛产奶量、乳脂率和乳蛋白量，降低瘤胃内氨氮浓度、平衡日粮中过瘤胃氨基酸质量、减少氮元素带来的环境污染。孙振华（2012）也通过试验得出，高产奶牛每天饲喂1.2、2.4 kg的双低菜籽粕，产奶量显著增加，与对照组相比分别增加1.57、1.45 kg，在试验前期增加更多，达2 kg以上；乳蛋白产量也有增加的趋势；干物质采食量极显著增加，每头奶牛的日平均干物质采食量提高1 kg以上；血中尿素氮和乳中尿素氮含量显著降低；可提高粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维与磷的消化率，降低环境污染。

1.2.1.3 其他蛋白质饲料 其他类型的蛋白质饲料如胡麻饼、蓖麻粕等也是天然过瘤胃率较高的蛋白质饲料（赵天章等，2010）。在制作奶牛全混合日粮配方时替代部分豆粕等常规饲料原料可提高饲料粗蛋白质过瘤胃率，增加蛋白质利用率，降低饲料成本，提高生产性能，减少氮排放对环境带来的污染。

1.2.2 对过瘤胃率低的蛋白饲料进行保护 饲料中的瘤胃降解蛋白主要满足瘤胃微生物对蛋白质的需求，过瘤胃蛋白和瘤胃微生物蛋白，进入小肠后被消化吸收用来满足动物生产需要。所以，对过瘤胃率低的蛋白质饲料进行保护，提高其过瘤胃率，可以更好地满足高产反刍动物对蛋白质的需要量、提高动物生产性能、同时可以提高氮利用率、降低氮排放、减少环境污染。常用的蛋白质饲料保护方法有加热法、化学法和物理包被法。

1.2.2.1 加热处理 加热处理包括干热、焙炒、高压加热和蒸汽加热、加热的同时采用物理化学复合处理。加热使蛋白质变性，在瘤胃中的降解率降低。热处理效果受加热温度、加热时间长短等因素影响。蒋林树（2008）对膨化大豆和焙烤大豆进行研究发现，大豆处理后能降低瘤胃氨态氮浓度、减少环境污染，提高蛋白过瘤胃率，乙酸/丙酸有所改变、乳脂率得到提高。

1.2.2.2 化学处理 化学处理包括甲醛处理、锌盐处理、单宁处理、氢氧化钠等其他化学药品处理以及非酶促褐化反应。这些处理主要利用化学药品与蛋白质分子间发生化学反应或美拉德反应，使蛋白质在瘤胃中溶解度降低，减少瘤胃微生物对蛋白质的分解，从而提高蛋白质过瘤胃率；当复合物到达小肠时，在小肠环境的作用下，蛋白质与处理时所用药品分离，释放蛋白质，使其在小肠中被消化利用。丁学智（2006）研究了单宁酸对瘤胃发酵特性及甲烷产量的影响，随着单宁酸添加量（4、6、8、10 mg）的增加，瘤胃甲烷产气量比对照组降低8.7%、19.6%、16.7%、25.1%，瘤胃氨态氮浓度明显降低、过瘤胃蛋白率增加、瘤胃微生物蛋白的产量明显提高，蛋白质利用率和奶牛产奶性能也得到提高，同时减少氮排泄。袁英良（2010）研究发现，日粮中3%的缩合单宁含量可以降低瘤胃氨态氮浓度和瘤胃液蛋白氮含量，蛋白质过瘤胃率和利用率显著提高，能满足高产反刍动物对蛋白质的需求，增加产奶性能、降低氮排泄。杨威（2007）、王维波等（2009）探索美拉德反应对瘤胃蛋白降解率等方面的影响，发现美拉德反应能降低瘤胃氨态氮浓度、蛋白质过瘤胃率、乳蛋白率和乳脂率，降低氮排放、减少环境污染。以糖为保护剂利用美拉德反应对蛋白质进行保护不仅保护效果明显，而且安全、绿色、无污染。Jahani-Moghadam等（2009）研究发现，经木糖醇处理过的大豆蛋白质在瘤胃降解速度低于未处理的大豆蛋白质；随着过瘤胃蛋白与瘤胃降解蛋白比率增加，血液中尿素有下降趋势，且奶品质得到很大程度的改善；随着过瘤胃蛋白与瘤胃降解蛋白比率由5.2∶11.6到7.1∶9.5的增加优化了氮的代谢和牛奶品质，降低了成本。

1.2.2.3 物理包被 物理包被分为白蛋白包被和使用聚合物或化合物包被。白蛋白包被主要利用白蛋白能在饲料颗粒外形成一层保护膜，防止易溶蛋白在瘤胃中溶解，降低蛋白质在瘤胃内溶解度，减少微生物与蛋白质接触面积，从而提高蛋白质过瘤胃率。使用聚合物或化合物对蛋白质进行保护的原理是利用瘤胃液与皱胃液间pH差异，使饲料在中性或弱酸性条件下不溶而在强酸条件下能溶解的材料包被起来，降低蛋白质在瘤胃内的溶解度，提高饲料蛋白质过瘤胃率。王聪等（2000）研究表明，用全血处理蛋白饲料能提高蛋白质过瘤胃、提高氮沉积率、减少氮排放、提高动物生产性能。国春艳和刁其玉（2009）认为，血粉在瘤胃内完全不降解，并用全血撒到蛋白质补充料上在100℃下干燥，发现在瘤胃内氮的消失率显著下降，并随着全血用量的增加，氮的消失率极显著下降。

1.3 对必需氨基酸进行保护 饲料氮被机体消化吸收后不被利用的氮主要以尿素的形式排出。因此，吸收的氮量和其利用率决定尿氮的产生量，饲料蛋白质的价值取决于氨基酸组成及含量，在饲料中添加多种氨基酸是改善饲料蛋白质生物学价值的有效方法。限制性氨基酸的缺乏会导致其他氨基酸吸收利用障碍，而不能被利用的氨基酸在体内以氨的形式进入肝脏经鸟氨酸循环转化为尿素经肾脏作用后随尿排出，在日粮中添加瘤胃保护性氨基酸，可以提高小肠内可消化氨基酸的含量，使到达十二指肠的氨基酸组成平衡，有利于各种氨基酸的吸收，从而降低尿氮排出。近几年的研究表明（李秋凤等，2010），补充瘤胃保护蛋氨酸和赖氨酸可以适当降低日粮粗蛋白质水平，但不影响产奶量，同时可减少奶牛的氮排泄量。降低奶牛的日粮蛋白质浓度条件下，平衡日粮的可代谢氨基酸和赖氨酸，可维持甚至提高产奶量，改善乳成分。Broderick等（2008）研究表明当日粮蛋白质从18.6%降低到16.1%，同时补充过瘤胃蛋氨酸，可以提高氮的利用率，降低氮的排泄，提高产奶性能。云伏雨等（2011）在奶牛日粮中分别添加 10、20、30 g/（d·头） 过瘤胃赖氨酸，研究发现，产奶量显著升高 0.62、0.90、1.39 kg，乳蛋白含量提高0.027%、0.028%、0.052%，乳成分指标和蛋白质利用率提高、减少氮排放、降低环境污染。

2 小结

随着奶牛养殖业的迅速发展和蛋白质饲料的紧缺，如何降低养殖成本、获得更高的经济效益和减少环境污染日益受到广泛关注。通过蛋白质调控技术改善奶牛对饲料中氮的利用率，是提高奶牛生产性能的有效途径，且将会是减少奶牛养殖过程中氮排放的有效手段和减轻环境污染的根本途径。

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