酿酒酵母培养物对泌乳奶牛生产性能、营养物质表观消化率及血清指标的影响

2018-07-16周东年谢申猛周福通李胜利

动物营养学报 2018年7期

周东年　姚　琨*　谢申猛　李　斌　周福通　李胜利　余　雄

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；3.动物营养学国家重点实验室，北京 100193；4.北京市生鲜乳质量安全工程技术研究中心，北京 100193；5.安徽东方新新生物技术有限公司，亳州 236800)

酿酒酵母培养物(Saccharomycescerevisiaeculture，SC)是以酿酒酵母为菌种，经固体或液体发酵后，浓缩、干燥获得的产品，内含发酵底物、菌体蛋白、酵母菌代谢产物和酵母细胞壁等有益物质，具有平衡动物肠道菌群、提高免疫力、缓解应激和提高生产性能等作用[1-4]。研究表明，SC能够提高肉牛[5]、肉仔鸡[1]和育肥猪[4]的生产性能。在奶牛方面的研究表明，SC有提高干物质采食量(DMI)和产奶量的效果[6-7]。Wohlt等[8]研究表明，在奶牛饲粮中添加SC不仅提高了产奶量和DMI，饲粮粗蛋白质和纤维素的表观消化率也有所提高。Poppy等[9]在奶牛饲粮中添加SC提高了乳脂和乳蛋白产量，改善了乳品质。Williams等[7]的研究表明，饲粮中添加SC可有效稳定瘤胃发酵内环境。目前，SC在奶牛上的应用研究多针对于生产性能和瘤胃发酵功能，而在血清激素、酶和蛋白质等如何调控机体循环代谢功能上的报道较少。因此，本试验系统地观察了饲粮中添加SC对荷斯坦奶牛的生产性能、营养物质表观消化率及血清生化和免疫指标的影响，以期为SC在我国奶牛生产中的推广应用提供进一步的理论依据。

1　材料与方法

1.1　试验材料

试验所用SC由安徽东方新新生物技术有限公司提供，产品先由酿酒酵母(2.3×108CFU/g)固体发酵后，再经枯草芽孢杆菌(2.8×109CFU/g)固体发酵形成酵母培养物。产品含干物质90.5%、粗蛋白质25.1%、中性洗涤纤维41.6%、酸性洗涤纤维22.2%、粗灰分11.5%、粗脂肪5.8%、钙0.9%、磷0.4%、产奶净能6.9 MJ/kg(干物质基础)。

1.2　试验设计与饲养管理

选取产奶量[(35.2±4.6) kg]、胎次[(1.7±0.5)胎)和泌乳天数[(135±15) d]相近的健康荷斯坦泌乳牛45头，随机分为3组，每组15个重复，每个重复1头牛。对照组饲喂基础饲粮组，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组分别在基础饲粮中添加精料量1%和2%的SC[于晨饲时在基础饲粮中添加130和260 g/(d·头)，搅拌均匀]。试验在中国农业大学大兴区试验基地进行，试验牛集中在同一牛舍散栏式饲养，保证饲养模式和环境条件的一致性。试验采用中国农业大学自主研发的动物采食监控系统(animal intake monitoring system，AIMS)，每日分3次饲喂全混合日粮(TMR)(08：00、14：00、20：00)，并保证5%～10%剩料量，自由饮水，每日于挤奶厅挤奶3次(07：00、13：00、19：00)。试验期70 d，其中预试期10 d，正试期60 d。

1.3　试验饲粮

试验期间以牧场基地的TMR为基础饲粮。饲粮以全株玉米青贮、燕麦草、苜蓿干草以及高产预混精料等为原料，按精粗比60∶40配制，基础饲粮中不含有SC等同类别产品。各组间饲粮除SC添加量不同，其他原料组成完全相同。基础饲粮及其营养水平见表1。

1.4　样品的采集与测定

1.4.1饲粮样品的采集与营养成分的测定

试验期间，每15 d采集1次投喂饲粮和剩料，采集饲粮样品用四分法进行收集，将所收集样品置于65 ℃烘箱烘干48 h，回潮48 h后制成风干样，粉碎后保存待测。根据张丽英[10]所述方法对常规营养成分进行分析。

表1　基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1)每千克高产预混精料(其中精料为牧场自配料)中含有 One kilogram of high yield premix concentrate (the concentrate was compounded by farm) contained the following：VA 20 000 IU，VD 2 300 IU，VE 88 IU，Fe (as ferrous sulfate) 105 mg，Zn (as zinc sulfate) 65 mg，Mn (as manganese sulfate) 24 mg，Cu (as copper sulfate) 7 mg，Mg (as magnesium sulfate) 2 000 mg，K (as kalium sulfate) 10 000 mg。

2)产奶净能为计算值，其他营养水平为实测值。NELwas a calculated value, while the other nutrient levels were measured values.

1.4.2DMI的测定

试验期间利用AIMS系统做好每日采食量与剩料量的统计，计算DMI。

1.4.3产奶量与乳成分的测定

正试期间每天记录每头奶牛的产奶量。于正试期第0天、第15天、第30天、第45天和第60天按早中晚4∶3∶3混合均匀共50 mL采集奶样，所得奶样加入重铬酸钾防腐剂置于-4 ℃冷藏保存。样品及时送至北京奶牛中心做乳成分测定，测定指标包括：乳蛋白率、乳脂率、乳糖率、体细胞数和干物质含量。

1.4.4饲料转化率

饲料转化率公式如下：

饲料转化率=产奶量/DMI。

1.4.5营养物质表观消化率测定

正试期最后3 d，采用直肠取粪法连续采集粪样(分别于第1天的03:00、08:00、13:00和18:00时，第2天的04:00、09:00、14:00和19:00时，第3天的05:00、10:00、15:00和20:00时)，每次采集300 g左右，在最后1次采样完成后将每头牛所有的粪样均匀混合后取200 g置于托盘中，加入50 mL 10%酒石酸用于固氮，将样品在65 ℃下烘干48 h，回潮48 h后制成风干样，粉碎后参照张丽英[12]的方法进行常规营养成分的测定。利用粪样和饲料中的酸不溶灰分(AIA)做内源指示剂计算表观消化率，计算公式参照Zhong等[11]描述方法，公式如下：

营养物质表观消化率(%)=[1-(Ad×Nf)/
(Af×Nd)]×100。

式中：Ad和Af分别为饲粮和粪样中的AIA含量(g/kg)；Nd和Nf分别为饲粮和粪样中对应的某种营养物质含量。

1.4.6血清指标的测定

正试期第0天、第15天、第30天、第45天和第60天，每组随机挑选5头牛，于晨饲前用真空采血管进行尾根静脉采血10 mL，将采集的血样置于4 000 r/min离心机，10 min后，将所得血清分装在1.5 mL离心管中-20 ℃保存待测。血样送至北京莱博泰瑞科技发展公司测定，血清生化和免疫指标包括：谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)活性及总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿素氮(UN)、肌酐(CRE)、总胆红素(TB)、非酯化脂肪酸(NEFA)，β-羟基丁酸(BHBA)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白M(IgM)含量。

1.5　数据分析

试验数据先使用Excel 2007进行初步的整理，采用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析，Duncan氏多重比较法进行差异显著性检验，P<0.05表示差异显著，P<0.01表示差异极显著，结果以平均值±标准差表示。

2　结　果

2.1　SC对泌乳奶牛DMI、饲料转化率、产奶量和乳成分的影响

由表2可知，试验Ⅱ组产奶量极显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.01)，与对照组相比，试验Ⅰ组的产奶量提高了0.36 kg/d，但差异不显著(P>0.05)；试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的DMI较对照组均有提高，分别提高了0.22和0.46 kg/d，但差异不显著(P>0.05)；各间之间乳成分和饲料转化率均无显著差异(P>0.05)。

表2　SC对泌乳奶牛DMI、饲料转化率、产奶量和乳成分的影响

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。

In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05), and with different capital letter superscripts mean significant difference (P<0.01), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as below.

2.2　SC对泌乳奶牛营养物质表观消化率的影响

由表3可知，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组干物质表观消化率显著高于对照组(P<0.05)，试验Ⅱ组粗蛋白质表观消化率显著高于对照组(P<0.05)，各组之间中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)表观消化率差异不显著(P>0.05)。

表3　SC对泌乳奶牛营养物质表观消化率的影响(干物质基础)

2.3　SC对泌乳奶牛血清指标的影响

由表4可知，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组血清ALT活性极显著低于对照组(P<0.01)，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组血清ALP活性和TP含量均高于对照组，但差异不显著(P>0.05)；试验Ⅱ组血清IgG含量极显著高于对照组(P<0.01)，其他各项血清生化和免疫指标差异均不显著(P>0.05)。

表4　SC对泌乳奶牛血清指标的影响

2.5　SC对牧场经济效益的影响

各组饲粮除SC添加量不同外，其他原料均相同。由表5可知，随着SC添加量的增加，牧场经济效益随之增加，与对照组相比，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组每头牛每天可多盈利0.86和2.35元/(d·头)。以此说明，饲粮中添加SC可提高牧场经济效益。

3　讨　论

3.1　SC对泌乳奶牛DMI、饲料转化率、产奶量和乳成分的影响

DMI和产奶量可直接反映出奶牛的生产性能状态。Desnoyers等[12]指出，饲粮中添加SC可显著提高DMI和产奶量，有提高乳脂率的趋势，对乳蛋白率的变化无影响。Poppy等[9]却发现，SC在奶牛上的使用可在泌乳早期提高DMI，而且在产奶量、能量校正乳、乳脂产量和乳蛋白产量方面也有显著提高。在Dias等[13]的试验中同样得出饲粮添加SC可提高产奶量和能量校正乳这一结论。在本试验中，各试验组产奶量均高于对照组，其中SC添加量为2%的试验组显著高于对照组，这与上述研究结果一致。在犊牛的相关研究中，Lesmeister等[14]在犊牛开食料中添加SC后，试验组DMI较对照组显著增加，添加干物质2%的SC组较对照组平均日增重提高了15.6%。但是在Arambel等[15]的试验结果中发现，在泌乳早期至泌乳中期的奶牛饲粮中添加SC后对奶牛的产奶量和DMI没有显著影响。在本试验中，泌乳奶牛的DMI随着SC添加量的增加呈线性增加，各试验组DMI均高于对照组，各组间饲料转化率无显著差异。各研究人员的试验结果不一致，是因为奶牛的采食量还受饲养环境、不同生理阶段以及饲粮适口性等因素影响。Dann等[16]和Hristov等[17]研究结果表明，饲粮中添加SC对奶牛的乳脂率、乳蛋白率及体细胞数等乳成分无显著影响，在本试验中得出相同结论。但从本试验结果中还可以看到，试验组的乳脂率和乳蛋白率较对照组有略微提升，推测是因为SC中多肽和未知营养因子为瘤胃微生物提供了丰富的发酵底物，提高了瘤胃中微生物蛋白的生成量和纤维素分解菌的活性，有助于形成更多乳脂、乳蛋白的前体物质，为改善乳品质打下了良好基础。

表5　SC对牧场经济效益的影响

3.2　SC对泌乳奶牛营养物质表观消化率的影响

卢慧[18]报道指出，微生物发酵饲料中有益微生物可有效刺激瘤胃纤维分解菌和乳酸利用菌的生长，从而促进消化率的提高。另有报道指出，酿酒酵母作为有益菌，可有效保护肠道菌群，促进肠道黏膜发育，从而提高动物对营养物质的消化吸收[19]。在泌乳牛相关研究中，Arambel等[15]报道，随着SC的添加，粗蛋白质、ADF和NDF的表观消化率均无显著差异，Hristov等[17]在试验中同样得出SC对营养物质消化率没有显著影响的结论；Wohlt等[8]却在泌乳早期奶牛试验中发现，饲粮中添加SC显著提高了粗蛋白质和纤维素的消化率。在本试验中，添加SC组的干物质和粗蛋白质表观消化率显著高于对照组，各组之间NDF和ADF表观消化率无显著差异。SC本身含有大量的维生素和植酸酶，并且在发酵过程中产生了大量未知营养因子以及可增味的多肽、氨基酸等物质[1]，以此推测，正是这些有益物质增加了奶牛的采食量，提高了奶牛消化道对饲粮中营养物质的吸收利用率，从而为奶牛提高产奶量提供更多的能量。

3.3　SC对泌乳奶牛血清指标的影响

血清TB含量是测定肝细胞处理胆红素的一项重要指标，胆红素是血液循环中衰老红细胞在肝脏、脾脏及骨髓的单核-吞噬细胞系统中分解和破坏的产物[20]。血清TB含量的升高说明机体内胆红素排泄障碍增强，肝细胞处理胆红素的能力下降。左之才等[21]研究表明，在围产期前后，由于DMI的降低导致奶牛能量摄入不足，从而使血清TB含量显著增高。在本试验中，各组间血清TB含量无显著差异，该结果说明SC的添加对泌乳奶牛机体胆红素排泄功能无负面影响。

ALT、AST和ALP这3种酶分布于动物机体的心肌、骨骼肌、肝脏和肾脏中，若上述组织细胞受损，细胞膜完整性遭到破坏，通透性增强，就会导致血液中酶的活性升高[8]。有研究表明，随着奶牛泌乳量的上升，机体的一些调节功能(如转氨基作用、糖异生作用以及脂肪动员等)增强，组织器官负担加重，导致细胞受损严重，血液中酶活性增强[21]。刘瑾[22]在试验中发现，热应激时心肌收缩力加强，血液循环加速，同时心肌细胞代谢加强，使得心肌细胞受损加快，血清AST活性上升。在刘瑾[22]的试验结果中得出，添加产甘油酵母培养物后奶牛血清中AST活性略低于未添加组，说明酵母培养物的添加对热应激有一定的缓解作用。结合本试验结果，除各试验组血清ALT活性显著低于对照组外，血清AST活性较对照组也有降低的趋势，说明SC的添加在一定程度上可缓解泌乳奶牛在特定条件下肝脏和心肌等的损伤。

血清中NEFA主要参与机体循环代谢，也是能量代谢的指标，其含量的增加是机体动用体脂的重要标志。血液中BHBA除了由NEFA在肝脏中氧化合成外，也由丁酸作为前体物质合成，同样也是能量平衡评价指标。研究表明，在奶牛泌乳前期，试验组添加富甘油酵母培养物后血清中BHBA和NEFA的含量低于对照组，并且使奶牛的肝糖异生酶活性上升[23]。脂肪动员是围产期奶牛能量负平衡的必然结果，随着脂肪组织和肝脏糖原消耗增加，血清中NEFA含量显著升高[24]。有研究表明，奶牛在分娩时血清NEFA含量急剧升高，长时间较高含量的血清NEFA说明机体处于能量负平衡状态[25]。本试验中，血清BHBA和NEFA含量在各组间无显著差异，说明SC的添加并不影响奶牛机体正常能量代谢。

血清中TP、ALB、UN和CRE含量共同反映了机体对蛋白质的吸收、合成和分解情况[26]。王玲等[27]研究发现，在奶牛饲粮中添加复合酵母培养物后，各试验组的血清TP、ALB和CRE含量都无显著差异，这一结论与本试验相似。血清UN含量的高低代表机体内蛋白质代谢和饲粮氨基酸的平衡情况。在本试验中，各组间血清UN含量差异不显著，说明奶牛蛋白质的吸收利用情况较为平衡，这一结果可能是由于SC的添加为瘤胃微生物提供更充足的发酵底物，有助于瘤胃微生物利用氨态氮合成微生物蛋白，提高蛋白质的利用率，防止奶牛动用自身机体蛋白质，维持体内蛋白质平衡。

IgG、IgM和IgA这3类免疫球蛋白可代表血清中的免疫球蛋白含量，3类免疫球蛋白可在血清中发挥抗病毒、抗菌、杀菌和抗毒素等作用[28]。刘大程等[29]研究发现，通过在奶牛饲粮中添加2种不同的酵母培养物后，奶牛血清中的IgG含量增加或者保持稳定状态。王卫正[30]研究表明，在奶牛饲粮中添加酵母培养物60 d后可显著提高血清中IgG和IgA的含量。陈作栋等[31]在黄牛试验中得出相似结论，饲粮中添加酵母培养物可显著提高血清中IgA的含量，血清中IgG的含量也有一定程度提高，但是差异不显著。酵母培养物中含有酵母细胞壁多糖，此物质可作为免疫刺激的辅助因子，可起到提高机体免疫能力的作用。本试验中，各试验组的血清IgG含量较对照组均有提高，其中试验Ⅱ组效果显著，各组之间血清IgM和IgA含量无显著差异。以此结果可得出，在奶牛饲粮中添加SC可提高机体抗菌、抗病毒及抗毒素的活性，有效提高机体免疫性能，保护机体免受病毒损伤。