甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛生产性能、乳成分、血液生化指标及钙磷代谢的影响

2018-10-19王雅晶李胜利母智深

动物营养学报 2018年10期

张舒卢娜* 王雅晶邵伟李胜利** 母智深

(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，动物营养学国家重点实验室，北京市生鲜乳质量安全工程技术研究中心，北京100193；3.内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司，呼和浩特011500)

钙是动物体内含量最多，同时也是最重要的矿物元素之一，对维持神经和肌肉组织的正常功能起着重要的作用[1-2]。奶牛妊娠后期和泌乳期是机体对钙需要量最大的生理阶段，选择合适的钙添加剂是改善奶牛机体营养状况的有效措施之一。同时，是否可以通过添加有机钙提高牛奶中的钙含量，从而生产高钙含量的牛奶制品，也是目前的研究热点。目前市场上的钙添加剂按照化学组成主要分为无机钙(如磷酸氢钙、石粉等)和有机钙(如甲酸钙、乳酸钙等)。甲酸钙是一种新型的添加剂产品，其中钙含量约为31%，甲酸含量约为69%。乳酸钙是一种优质钙源，易溶于水，吸收率一般要高于其他钙源性添加剂，其在胃内被分解为钙离子和乳酸根离子，可起到补钙及提供能量等作用。甲酸和乳酸同为丙酸的前体物，在瘤胃内发酵通过三羧酸循环进而生成丙酸[3]。对于反刍动物而言，丙酸是葡萄糖的主要来源，90%的丙酸由肝脏摄取并转化成葡萄糖。王聪等[4]通过在泌乳初期的奶牛饲粮中添加不同剂量的丙酸钙，一方面满足了机体对钙的需求，另一方面满足了通过丙酸体内代谢而产生挥发性脂肪酸；当丙酸钙的添加量达到200 g/d时，可显著改善奶牛能量平衡和体况。左玉萍等[5]研究指出，在荷斯坦奶牛中添加0.5%的乳酸钙可以显著提高泌乳期奶牛的产奶量和乳脂率。以上研究均通过在基础饲粮中额外添加有机钙进行探究。因此，本试验用乳酸钙和甲酸钙作为钙源替代部分石粉，旨在系统评价有机钙源和石粉在奶牛生产中的差异性，探究其是否会对奶牛生产性能、乳成分、血液生化指标及钙磷代谢等产生影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用的甲酸钙和乳酸钙均由杭州果谷生物技术有限公司提供，钙含量分别为30%和13%。石粉由上海振华牛场提供，钙含量为34%。

1.2 试验设计和饲养管理

试验选用产奶量、胎次、乳成分和泌乳天数相近的健康的荷斯坦奶牛45头，泌乳天数为150～220 d，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，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组分别以甲酸钙和甲酸钙+乳酸钙替代饲粮中50%的石粉，并使3组饲粮中钙水平一致，均为1.23%。基础饲粮参照NRC(2001)配制，试验饲粮组成及营养水平见表1。

试验于2017年5—7月在上海振华牛场进行饲喂。试验奶牛采用拴系式饲喂管理，每日分3次饲喂全混合日粮，分别于03:30、11:00、19:30饲喂和挤奶，试验期间奶牛自由饮水。试验期70 d，其中预试期10 d，正试期60 d。

表1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)

续表1项目 Items对照组Control group试验Ⅰ组Trial group Ⅰ试验Ⅱ组Trial group Ⅱ粗脂肪 EE5.465.555.38粗灰分 Ash9.269.179.21钙 Ca1.231.231.23磷 P0.450.430.43

1)每千克矿物质-维生素预混料含有 One kilogram of mineral-vitamin premix contained the following：VA 1 000 000 IU，VE 1 500 mg，Fe 4 000 mg，Cu 4 000 mg，Mn 3 000 mg，Zn 12 000 mg，Se 120 mg，I 200 mg，Co 40 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 other nutrient levels were measured values.

1.3 样品采集及处理

1.3.1 饲粮和剩料

试验期间每15 d采集1次投喂饲粮和剩料，用于计算采食量。采集的饲粮样品置于65 ℃烘箱烘干48 h，回潮48 h后制成风干样，粉碎后保存待测。

1.3.2 粪样和尿样

试验采用全收粪尿方法[6]。在舍饲栏内最后1次采集奶样和血样后连续3 d全收粪尿。混合1 d所收集的粪样，准确称取总粪量的4%，加入1/4粪重10%的酒石酸混合均匀，制备风干粪样以备分析。用尿袋全收尿1 d，在集尿桶中预加200 mL 10%的稀硫酸，每天采集总尿量的10%，-20 ℃保存待测。

1.3.3 奶样

正试期间每隔15 d记录1次产奶量。自正试期间第1天起每间隔15 d采集1次奶样，按照早、中、晚4∶3∶3将奶样混合，共采集100 mL。其中50 mL奶样置于4 ℃冰箱冷藏，冷藏样品运送至蒙牛马鞍山事业部实验室检测常规；另外50 mL奶样-20 ℃保存，用于检测乳中钙、磷含量。

1.3.4 血样

正试期间自第1天起每间隔15 d采集1次血样。每组随机挑选5头牛，于晨饲前用普通真空采血管和肝素锂抗凝分别进行尾根静脉采血5 mL，分别将采集的血样置于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，血浆分装在1.5 mL离心管-80 ℃保存待测。

1.4 检测指标及检测方法

1.4.1 饲粮、剩料和粪样的营养成分

饲粮、剩料和粪样中的干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗灰分(Ash)、钙、磷含量的测定参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[7]。

1.4.2 奶样检测

乳蛋白率、乳脂率、乳糖率采用乳成分分析仪(Foss FT120)测定，乳钙含量采用日立(ZA3000)原子吸收分光光度计测定，乳磷含量的测定参照张丽英[7]描述的方法。

1.4.3 血液生化指标

血清：甲状旁腺激素(PTH)含量采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定，试剂盒由上海朗顿生物科技有限公司提供；碱性磷酸酶(ALP)活性及钙、磷含量采用试剂盒测定，试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。

血浆：骨钙素(OC)和骨吸收标志物(CTX)含量采用OC和血清Ⅰ型胶原ELISA试剂盒测定。

1.5 统计分析

数据用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，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，结果以平均值±标准差表示。

2 结果

2.1 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛干物质采食量(DMI)、产奶量和乳成分的影响

由表2可知，与对照组相比，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组乳蛋白率显著提高(P<0.05)；乳脂率和乳钙含量均有升高，但差异不显著(P>0.05)。各组之间DMI、产奶量及乳糖率、乳磷含量差异不显著(P>0.05)。

表2 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛DMI、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)，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), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as below.

2.2 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛血液生化指标的影响

由表3可知，与对照组相比，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的血浆OC含量均显著高于对照组(P<0.05)。各组之间血清钙、磷、PTH含量及ALP活性，血浆CTX含量差异不显著(P>0.05)。

表3 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛血液生化指标的影响

2.3 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛钙磷代谢的影响

由表4可知，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的钙、磷表观消化率显著高于对照组(P<0.05)，粪钙、粪磷含量显著低于对照组(P<0.05)，钙、磷平衡显著高于对照组(P<0.05)。

3 讨论

3.1 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛DMI、产奶量和乳成分的影响

黄建华等[8]在乳仔猪饲粮中分别添加0.5%和1.0%的甲酸钙，结果显示饲粮中添加0.5%的甲酸钙对乳仔猪的采食量和生长性能无显著影响；饲粮中添加1.0%的甲酸钙能够提高乳仔猪的采食量、日增重，改善饲料转化率。本试验结果与上述试验结果相似，本试验结果表明，甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛的DMI和产奶量均无显著影响。

甲酸钙和乳酸钙在胃内被分解为钙离子和酸根离子，可起到补钙及提供丙酸前体物——甲酸和乳酸的作用。甲酸和乳酸在瘤胃内发酵，通过三羧酸循环进而生成丙酸[3]。对于反刍动物而言，丙酸是葡萄糖的主要来源，90%的丙酸由肝脏摄取并转化成葡萄糖。王聪等[4]通过在泌乳初期的奶牛饲粮中添加不同剂量的丙酸钙，一方面可满足机体对钙的需求，另一方面可通过丙酸体内代谢产生挥发性脂肪酸；当丙酸钙的添加量达到200 g/d时，可显著改善奶牛能量平衡和体况。本试验中，乳脂率并没有显著地变化，有可能是因为2个试验组中，甲酸钙和乳酸钙的添加量较低造成的。试验Ⅰ组中，甲酸钙在饲粮中的添加量为0.34%，按照奶牛DMI为22.27 kg/d，折算后甲酸钙的添加量为83.1 g/d；试验Ⅱ组中，甲酸钙和乳酸钙在饲粮中的添加量分别为0.17%和0.39%，按照奶牛DMI为22.25 kg/d，折算后甲酸和乳酸的添加量分别为41.6和95.3 g/d。此外，本试验中试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的乳蛋白率均显著高于对照组，主要是因为2个试验组中添加了葡萄糖的前体物质甲酸和乳酸，可促进葡萄糖的异生作用，导致血浆葡萄糖和胰岛素含量升高。Patton等[9]研究证实，饲喂葡糖糖前提物质可显著提高血浆葡糖糖和胰岛素含量。胰岛素的分泌又可以增加乳腺对氨基酸的吸收，从而提高乳蛋白率。

表4 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛钙磷代谢的影响

钙平衡=摄入钙+水中钙-尿钙-粪便-牛奶钙；磷平衡=摄入磷-尿磷-粪磷-牛奶磷。

Ca balance=intake Ca+Ca drunk with water-urine Ca-feces Ca-milk Ca; P balance=intake P-urine P-feces P-milk P.

乳钙与乳蛋白代谢主要靠酪蛋白胶束共同作用，具有较高的相关性[10-12]。80%的乳蛋白是由酪蛋白组成，酪蛋白中含有72%的钙，其余的钙离子游离存在[13]。因此2个试验组中的乳钙含量随着乳蛋白率的增加而增加，与对照组相比有增高的趋势，但差异不显著。

3.2 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛血液生化指标的影响

血清中钙、磷含量的高低均可反映出奶牛机体内相应离子代谢平衡的状态。通常认为，奶牛血液中矿物质元素的含量较为稳定，如血清中钙、磷含量由于受PTH、降钙素的双重功能调节以及其他因素的影响，很难在短期内受饲粮影响而有很大的变化[14]。PTH是调节骨转换及骨骼钙磷代谢的最为重要的肽类激素之一。主性等[15]研究发现，PTH能够促进钙的吸收，动员钙从骨组织中释放。PTH同时能够通过非转录途径，调节血磷平衡，促进骨中磷的释放[16-17]。本试验发现，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组血清中钙、磷和PTH含量差异不显著，说明石粉、甲酸钙或者甲酸钙+乳酸钙混合钙源均能够提供足够的钙、磷，未导致骨钙动员的差异性。

血液中ALP在机体钙的消化、吸收、分泌和骨化过程中有着重要的作用[18]。CTX存在于成熟的骨胶原中，当破骨细胞活性增强时骨胶原溶解释放Ⅰ型胶原蛋白，骨吸收增强时CTX含量升高。OC是骨转换标志物，是骨基质中最重要的一种特异性非胶原蛋白。血浆中OC含量可反映出奶牛机体中骨钙的流转速度。本试验结果表示，各组之间血清ALP含量和血浆CTX含量差异不显著，说明各组骨吸收的程度相当。试验Ⅰ组和试验Ⅱ组血浆OC含量显著高于对照组，说明试验组的骨中钙、磷的沉积程度显著高于对照组。分析其可能的原因是，尽管石粉、甲酸钙、乳酸钙均能够提供机体需求的钙，但甲酸钙和乳酸钙能够加速骨钙的沉积。具体机制还需进一步研究。

3.3 甲酸钙和乳酸钙对泌乳奶牛钙磷代谢的影响

钙和磷在骨骼生长和代谢中发挥重要作用，是动物骨骼生长发育和维持骨骼不可缺少的重要矿物元素[18]。研究报道乳酸钙是营养价值最好的钙源且易消化吸收[19-20]。钙离子的吸收需要在酸性环境下进行，凡是能够影响胃肠道酸性环境的因素，便会影响钙的吸收[21]。甲酸钙和乳酸钙等有机酸可以提高瘤胃内微生物发酵及合成，促进钙的吸收[3]。马丹丹等[22]在大鼠饲粮中添加碳酸钙(饲用石粉的主要成分)和乳酸钙，当摄入计量相同时，添加乳酸钙组的骨钙含量和骨密度显著高于碳酸钙组。本试验为未能检测肠道内容物的pH，不能确定是否是因为甲酸钙和乳酸钙降低胃肠道pH而达到钙在体内吸收和骨沉积。此外，由于钙、磷本质上受同一生物学和物理化学机制的调节，在胃肠道、细胞液及骨骼-血液系统中相互作用，具有很强的关联性[23-24]，所以与对照组相比，2个试验组骨钙沉积增加的同时骨磷沉积也显著增加。

2009年我国畜禽粪便的产生量超过工业固体废弃物，成为环境污染的主要来源。其中粪、尿产生量最大的是牛，约占总粪污量的46.97%。Bai等[25]研究表明，我国奶牛磷的平均利用率只有10%～22%，远低于美国、澳大利亚、新西兰等国的平均水平(19%～35%)。Gourley等[26]通过对澳大利亚的41个牧场调研，发现磷的利用率在6%～158%。磷的利用率的参差不齐，造成了对饲料资源、机体健康和环境等多方面的影响。目前国内外的研究主要集中在饲粮中不同钙磷比例对钙、磷表观消化率的影响。而关于甲酸钙和乳酸钙对反刍动物钙、磷的影响研究很少。本试验结果显示，2种有机钙不仅能够减少钙的排放量，同时还能减少磷的排放量，从而减少环境污染，提高牧场的生态效益。