饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对荷斯坦奶牛生产性能及乳中脂肪酸组成的影响

2022-03-30杨致玲曹名玉段增亮马晓强王苗苗张拴林

动物营养学报 2022年3期

许鹏杨致玲曹名玉段增亮马晓强王苗苗张拴林刘强郭刚

(山西农业大学动物科学学院，太谷030801)

近20年来，我国奶牛平均单产增加了149.58%，但人均牛奶占有量在2018年和2019年分别为世界平均水平的20.78%和22.45%；牛奶中的脂肪酸以棕榈酸(C16∶0)等饱和脂肪酸(SFA)为主，占乳脂肪的比例高达60%～66%[1-2]，SFA中的肉豆蔻酸(C14∶0)和C16∶0已被证明具有不良的高胆固醇作用，有引发心血管疾病的潜在危险[3]；提高奶牛生产水平和降低牛乳中SFA比例是目前奶业面临的重要问题之一。处于泌乳盛期高产奶牛的生理特点是出现能量负平衡，随着奶牛生产水平的不断提高，高产奶牛的能量负平衡程度愈演愈烈，严重影响了奶牛生产性能、健康状况和繁殖力，是成年奶牛被动淘汰的主要原因[4]。在奶牛饲粮中添加植物油可以满足其对饲粮能量不断提高的需求，不仅能避免泌乳前期能量负平衡导致体重快速下降对其健康造成的影响，而且能提高乳中多不饱和脂肪酸(PUFA)的含量[5-6]。

胡麻油是被广泛应用于泌乳奶牛饲粮中用于提高牛奶中功能脂肪酸的物质[7-8]，已经证实，饲喂胡麻籽能使牛奶中功能性脂类如共轭亚油酸(CLA)和n-3脂肪酸含量增加[9]，给泌乳早期奶牛添加微粉化和全颗粒的胡麻籽[10]和泌乳中期添加膨化和研磨胡麻籽[11]，均能提高α-亚麻酸(ALA)和CLA含量。这些物质有利于婴幼儿大脑发育、免疫力的提高和预防成年人的心脑血管疾病[12]，但直接添加脂肪不利于养分在瘤胃中降解，因为单不饱和脂肪酸(MUFA)对瘤胃微生物有害[13]，其适宜的添加量为4%[14]。许鹏等[15]用不同类型过瘤胃脂肪饲养泌乳盛期奶牛的结果表明，饲喂过瘤胃不饱和脂肪(RPUF)组奶牛乳中的顺式油酸(C18∶1n9c)、顺式亚油酸(C18∶2n6c)和总不饱和脂肪酸(∑UFA)含量比饲喂过瘤胃饱和脂肪(RPSF)组和对照组显著提高，SFA含量显著降低，而添加RPSF组的C16∶0和总饱和脂肪酸(∑SFA)含量则显著增加，∑UFA含量显著降低，但在奶牛和育肥肉牛饲粮中添加RPUF，均不能获得含CLA的牛奶和牛肉[15-16]。由于CLA是溶纤维丁酸弧菌对反刍动物饲粮中亚油酸(C18∶2)异构化结果，而RPUF中的C18∶2在瘤胃不能降解，虽然胡麻油中富含C18∶2，但单独添加胡麻油的用量却受到了限制，不能很好缓解能量负平衡。如果把RPUF和胡麻籽结合起来使用，既能满足高产奶牛对泌乳净能的需要，又能产生含CLA的牛奶，还可以调控牛奶中脂肪酸的组成。曹名玉等[17]把RPUF和胡麻油(以胡麻籽形式添加)按照不同比例混合添加，以养分消化率为指标，结果显示，脂肪添加水平为4%～5%、RPUF/胡麻油比例为45～70/30～55较为适宜。目前关于不同类型过瘤胃脂肪以不同添加水平对于奶牛生产性能和乳中脂肪酸组成的影响还未见报道。因此，本试验通过研究不同类型过瘤胃脂肪以不同添加水平对于奶牛生产性能和乳中脂肪酸组成的影响，探究不同类型及添加水平的过瘤胃脂肪对泌乳盛期奶牛生产性能和乳中脂肪酸组成的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

RPUF由山西农业大学动物科学学院研制，系以胡麻油为脂肪源经皂化反应形成的脂肪酸钙皂。其干物质(DM)含量为97.00%，以DM为基础，脂肪含量为83.14%，其中月桂酸(C12∶0)、C14∶0、C16∶0和棕榈油酸(C16∶1)含量均为0，硬脂酸(C18∶0)含量为3.74%，C18∶1n9c含量为18.96%，C18∶2n6c含量为12.16%，亚麻酸(C18∶3n3)含量为39.83%，其余长链脂肪酸(LCFA)含量为0.61%，24和48 h瘤胃平均消失率分别为5.15%和8.63%。RPSF为棕榈脂肪粉，由某食油工业有限公司生产，其DM含量为97.00%，以DM为基础，脂肪含量为99.50%，其中C14∶0含量<3.5%，C16∶0含量为80%～90%，C18∶0含量为1%～10%，C18∶2n6c和C18∶3n3含量<4.0%，24和48 h瘤胃平均消失率分别为2.03%和3.12%。胡麻籽购自山西某农业发展有限公司，其DM含量为90.70%，以DM为基础，脂肪含量为38.32%，其中C12∶0、C14∶0和C16∶1含量均为0，C16∶0、C18∶0、C18∶1n9c、C18∶2n6c和C18∶3n3的含量分别为2.80%、1.93%、8.92%、5.31%和18.84%，其余LCFA含量为0.30%。

1.2 试验动物与试验设计

选用健康的中国荷斯坦奶牛40头[泌乳天数(33.61±7.78) d、胎次(1.5±0.51)、体重(609.72±46.40) kg]，按随机单位区组法将奶牛分为5组，第1组饲喂以全株玉米青贮、苜蓿干草及精补料组成的基础饲粮，第2组和第3组分别在基础饲粮中添加4%和5%的RPUF，所添加的RPUF中，RPUF/胡麻油(以整粒胡麻籽的形式添加)为60/40，第4组和第5组分别在基础饲粮中添加4%和5%的RPSF，每组8头。试验包括7 d的预试期和60 d的正试期。试验于2019年6月22日至2019年8月30日在位于山西省河曲县的河滩奶牛育种有限公司进行，试验牛集中于同一牛舍，配置有运动场、自由卧床和水槽，饲粮以全混合日粮(TMR)形式饲喂，自由采食，每日挤奶(03:30、13:00和19:00)和饲喂(04:00、13:30和19:30)各3次，每天测定和记录实际采食量。试验饲粮组成及营养水平见表1。

1.3 样品采集

试验期间每周采集TMR样品和剩余饲粮，经粉碎、过筛、混匀后用四分法制样500 g。在试验中期，从每组选择4头试验牛，连续3 d每天分2次(06:00和18:00)从每头牛的直肠采粪500 g左右，混合均匀后准确称取粪样200 g，按照200 g粪样加50 mL 10%酒石酸比例混匀并在-20 ℃条件下贮存，同时采集该牛饲粮样品，测定DM、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)的含量，并计算养分表观消化率。

每10 d采集奶样1次，每次采集24 h的奶样，按3次挤奶量的比例取样后混合制成样本，测定乳脂率、乳蛋白率和体细胞数(SCC)等常规成分，采集奶样当天的中午采集2份奶样，除一份用于常规分析外，另一份于-80 ℃冷冻保存，用于测定乳中脂肪酸的组成。在试验最后1 d于晨饲前对所有试验牛进行尾静脉采血制取血清，用于测定血清生化指标。

1.4 测定指标与方法

记录每天每头试验牛的饲粮添加量、日剩余量，计算DM采食量。

饲料转化率(%)=(4%乳脂校正乳产量/
饲粮DM日采食量)×100；
饲粮某养分表观消化率(%)=[(饲粮该养分的
食入量-粪中该养分的排出量)/饲粮
该养分的食入量]×100。

饲粮样品中水分含量用恒温(105 ℃)干燥法(GB 5009.3—2016)测定，CP和EE含量分别用凯氏定氮法(GB 5009.5—2010)和索氏抽提法(GB 5009.6—2010)测定，NDF和ADF含量采用Van Soest等[18]的方法测定。

用福斯公司Milko Scan FT1多功能乳品分析仪分析乳中乳脂率、乳蛋白率、SCC数等常规指标。采用GB 5009.168—2016[19]的方法测定乳中脂肪酸组分，所用仪器为气相色谱-质谱联用仪(岛津2010)，色谱条件：用HP-5弹性石英毛细管色谱柱(300 m×25 mm×0.25 μm)，进样口温度280 ℃，分流比20∶1，进样量0.2 μL；质谱条件：离子源为EI源，电离电压70 eV,离子源温度280 ℃，发射电流34.6 mA，扫描范围30～500 amp。

血清生化指标中葡萄糖(GLU)含量用氧化酶法测定，白蛋白(ABL)含量用溴甲酚绿比色法测定，谷丙转氨酶(ALT)活性用微板法测定，谷草转氨酶(AST)活性用赖氏法测定，甘油三酯(TG)含量用GPO-PAP法测定，总胆固醇(TC)含量用COD-POP法测定，总蛋白(TP)含量用微量酶标法测定，以上指标测定所用仪器为UV-2802紫外可见分光光度计。

血清胰岛素(INS)、胰高血糖素(GC)、生长激素(GH)、瘦素(Leptin)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、极低密度脂蛋白胆固醇(VDL-C)含量使用酶标仪(Synergy H1，美国伯腾)进行测定，试剂盒购自南京建成生物工程研究所。

1.5 数据统计

用Excel 2010对试验结果进行简单数据分析后，用SPSS 21.0的one-way ANOVA进行单因素方差分析，用Duncan氏法进行多重比较，分析结果用平均值±标准差来表示，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果

2.1 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛养分采食量、饲料转化率及养分表观消化率的影响

由表2可知，各试验组的饲料转化率差异不显著(P>0.05)；第1组和第5组的NDF采食量极显著高于第3组(P<0.01)，显著高于第2组(P<0.05)；第5组的DM、非纤维碳水化合物(NFC)与CP采食量均显著高于第2组和第3组(P<0.05)，第5组的EE采食量极显著高于其他组(P<0.01)，第2、3和4组极显著高于第1组(P<0.01)，第3组显著高于第1组和第2组(P<0.05)。第2组DM表观消化率显著高于第5组(P<0.05)，第3组EE表观消化率显著高于第4组(P<0.05)，其余各养分表观消化率各组间差异不显著(P>0.05)。

表2 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛养分采食量、饲料转化率及养分表观消化率的影响

2.2 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛生产性能及乳品质的影响

由表3可知，各组间乳脂率、乳脂产量和乳糖率差异不显著(P>0.05)。第1组的4%乳脂校正乳产量显著低于第2、4和5组(P<0.05)。第1组的乳糖产量显著低于第4和5组(P<0.05)，第3组显著低于第5组(P<0.05)。第1组的乳蛋白产量显著低于第3、4和5组(P<0.05)。而SCC则显著高于第3、4和5组(P<0.05)。第3组乳蛋白率极显著高于第1、2组(P<0.01)，显著高于第5组(P<0.05)。

表3 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛生产性能及乳品质的影响

2.3 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛血清激素含量的影响

由表4可知，各组血清中的Leptin、GH、INS和GC含量无显著差异(P>0.05)。

表4 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛血清激素含量的影响

2.4 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛血清生化指标的影响

由表5可知，各组间血清ALT活性无显著差异(P>0.05)；血清HDL-C、VLDL-C、TG、GLU、TP含量各组间无显著差异(P>0.05)。但第4组血清AST活性极显著高于第2组和第5组(P<0.01)，血清ALB含量显著低于其他组(P<0.05)；第3组血清LDL-C含量显著高于第4组(P<0.05)；第5组血清TC含量显著高于其他组(P<0.05)，其余指标各组之间差异不显著(P>0.05)。

表5 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛血清生化指标的影响

2.5 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛乳中脂肪酸组成的影响

由表6可知，各组乳中的己酸(C6∶0)、辛酸(C8∶0)、十三碳酸(C13∶0)、肉豆蔻油酸(C14∶1n5)、十五碳酸(C15∶0)、硬脂酸(C18∶0)、γ-亚麻酸(C18∶3n6)含量均无显著差异(P>0.05)。第2组和第3组的葵酸(C10∶0)含量显著低于第4组和第5组(P<0.05)；第4组的C12∶0含量极显著高于第1、2和3组(P<0.01)，第4组和第5组显著高于其余组(P<0.05)；第5组的C14∶0含量极显著高于第2组(P<0.01)，显著高于第1组和第3组；第3组的十五碳一烯酸(C15∶1n5)含量显著低于第4和5组(P<0.05)，第1和2组显著低于第4组(P<0.05)；第1组的C16∶0含量极显著高于第2、3、4组(P<0.01)，显著高于第5组(P<0.05)；第2组的C16∶1含量显著低于第3、4和5组(P<0.05)；第5组的十七烷酸(C17∶0)含量极显著高于第3组(P<0.01)，显著高于第2组和第4组(P<0.05)；第5组的十七碳一烯酸(C17∶1)含量显著高于第1、2和5组(P<0.05)；第3组的C18∶1n9c含量显著高于第1、4和5组(P<0.05)，反式亚油酸(C18∶2n6t)含量极显著高于第1组(P<0.01)，显著高于第4组(P<0.05)，α-亚麻酸(C18∶3n3)含量显著高于第1组(P<0.05)。第2组和第3组的∑UFA和总单不饱和脂肪酸(∑MUFA)含量极显著高于第5组(P<0.01)，显著高于第1组和第4组(P<0.05)，而∑SFA含量则相反，第2组和第3组的∑SFA含量极显著低于第5组(P<0.01)，显著低于第1组和第4组(P<0.05)。第5组的∑SFA/∑UFA极显著高于第2组和第3组(P<0.01)，∑PUFA含量极显著高于第1组和4组(P<0.01)；第2组和第3组的共轭亚油酸(cis9,trans11-CLA)含量显著高于第1、4、5组(P<0.05)。

表6 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛乳中脂肪酸组成的影响

2.6 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛经济效益的影响

由表7可知，虽然过瘤胃脂肪成本较高，但由于采食量较低和饲喂量较少，导致饲料成本并没有增加，反而略有降低，但由于养分表格消化率和利用效率的提高，第2、3、4和5组试验牛比第1组每头多盈利分别为17.32、11.91、21.72和28.24元。

表7 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛经济效益的影响

3 讨论

3.1 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛养分采食量、饲料转化率及养分表观消化率的影响

不同泌乳时期和生理阶段的奶牛DM采食量差异较大，这与能量需要、内分泌和瘤胃容积变化等有关[20]。在本试验中，给泌乳早期奶牛饲喂不同水平的过瘤胃脂肪，各组间DM、NDF、CP、EE和NFC采食量差异显著。Schroeder等[21]给奶牛分别添加了10%不同处理的亚麻籽，奶牛的DM采食量差异不显著。同样，李兰等[22]发现，给奶牛饲喂不同水平的RPSF，对奶牛DM采食量无显著影响。造成这种结果的原因可能是试验牛的生产性能、饲粮结构及过瘤胃脂肪类型等不同引起的。由于RPSF组提高了DM采食量的摄入量，从而提高了其他营养物质的摄入量。杨致玲等[23]研究表明，随着RPUF添加量的提高，可极显著提高EE表观消化率；同时，本试验中不同过瘤胃脂肪的类型可能也是造成EE表观消化率差异的原因。

3.2 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛生产性能及乳成分的影响

给泌乳早期奶牛补充不同类型及水平的过瘤胃脂肪，与不添加过瘤胃脂肪的组相比，其他组均提高了产奶量。这可能是由于脂肪的添加使饲粮能量提升，乳腺对脂肪的利用效率提高以及乳腺组织动员的增强[24]，有试验发现在泌乳期随着脂肪酸钙中UFA含量的提升，奶牛的产奶量线性提高，长链脂肪酸钙盐(Ca-LCFA)的添加水平也影响着奶牛的产奶量，当添加水平达到饲粮DM的6%时，奶牛产奶量显著提高[25]。本试验中添加过瘤胃脂肪对乳脂率均没有显著影响。有研究者认为给奶牛饲喂富含UFA的饲粮对乳脂有抑制作用，UFA在瘤胃中发生不完全氢化产生了反式C18∶1和trans-10,cis-12 CLA等中间体，这些中间体抑制脂肪酸从头合成，引起乳脂降低综合征(MFD)[10]。这种不一致可能是由于本试验RPUF添加水平较低(≤5%)，使得瘤胃中氢化的中间体较少，但乳脂率存在下降的趋势；在本试验中，添加过瘤胃脂肪后乳蛋白率及乳糖产量有所提高。有研究发现，给奶牛补充脂肪通常会使乳蛋白率有所下降，而不会影响乳糖[26-27]。而本试验中的不同是由于补充过瘤胃脂肪后，提供大量丙酸用于糖异生作用，同时减少氨基酸的糖异生作用，使得乳蛋白率与乳糖产量有一个显著的提高，与Ye等[28]研究结果一致。SCC是反映奶牛乳房健康的重要指标，许鹏等[15]研究发现，给泌乳盛期奶牛补充不同过瘤胃脂肪源，均能降低牛奶中SCC。Lessard等[29]对从产犊后就饲喂亚麻籽的奶牛的研究结果发现，在第5天其淋巴细胞增殖反应降低，Mach等[30]观察到在泌乳中期补充不饱和脂肪酸的奶牛乳腺免疫功能受到正向影响。添加RPUF降低奶牛中SCC可能是其中的n-3脂肪酸影响乳腺中的细胞免疫的结果；而添加RPSF降低奶牛中SCC可能是因为添加脂肪有抗热应激的作用。在本试验中有38 d的温热指数(THI)超过72.00，在极端天气时为78.13[31]。

3.3 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛血清激素含量及生化指标的影响

反刍动物体内调节能量代谢水平的主要激素为INS和GC。本试验各组的血清INS和GC含量差异不显著，但其他各组INS含量在数值上均高于不添加过瘤胃脂肪的组，原因是泌乳早期的奶牛大都处于能量负平衡状态，体脂肪的动员增加了血清中GLU含量，促进INS的分泌，但由于过瘤胃脂肪添加剂量小，所以差异不显著。

AST与ALT是动物体内最重要的2种转氨酶，虽然各组之间酶活性差异不显著，但添加过瘤胃脂肪的组与不添加过瘤胃脂肪的组相比，2种酶的活性均有提高的趋势，说明饲粮添加过瘤胃脂肪能促进机体蛋白质的合成，与许鹏等[15]研究结果一致。血浆中的非酯化脂肪酸以及饲粮中的脂肪酸都可以在肝脏中转化为TG，与脂蛋白结合形成VLDL，进入血液，然后运输到脂肪组织储存[32]。杨致玲等[16]研究发现给安格斯肉牛饲喂RPUF后，血清TG含量显著升高。在本试验中，添加过瘤胃脂肪的组血清HDL-C与TC含量有所提高，但是各组间血清TG、LDL-C及VLDL-C含量差异不显著。有研究证明，饲粮添加全亚麻籽会提高胆固醇含量，提高机体合成激素的水平[33]。本试验中，可能是因为添加过瘤胃脂肪后提供大量游离脂肪酸，使得TC的合成前体增加。

3.4 饲粮添加不同类型及水平过瘤胃脂肪对奶牛乳中脂肪酸组成的影响

乳脂中的脂肪酸主要来源于2个部分，瘤胃发酵产物乙酸、β-羟丁酸在乳腺组织中合成的中短链脂肪酸(SMCFA)和约50%的C16∶0，另外50%的C16∶0和所有的18碳脂肪酸来源于血液，血液中的脂肪酸则直接来源于饲粮或机体脂肪组织中体脂肪的动员。Harvatine等[34]研究发现，给奶牛饲喂富含SFA的脂肪，奶牛乳脂中脂肪酸的组成与对照组相比差异不大，而当给奶牛饲喂UFA时，显著降低了SMCFA的含量。其原因是长链脂肪酸(LCFA)的摄取对SMCFA从头合成有抑制作用。与此结果相一致，本试验中添加RPUF的组乳中LCFA含量也显著增加。在本试验中，饲粮添加RPUF后能有效提高乳中UFA的含量，降低SFA的含量。Mustfa等[35]也通过饲粮调控乳脂肪酸成分，期望增加乳脂中UFA的含量，降低SFA的含量，且本试验中添加RPUF的组乳中MUFA的含量也显著增加，主要是饲喂的RPUF与胡麻籽富含丰富的C18∶3n3与C18∶2n6c，在乳腺内通过生物氢化作用，大量转化为C18∶1所导致，这与Kennelly[36]的研究结果相一致，在奶牛饲粮中添加RPUF与全粒亚麻籽可以显著降低SFA的含量并增加MUFA的含量。本试验添加RPUF的组乳中的cis-9,trans-11 CLA的含量显著增加。原因主要是增加了到达真胃的十八碳的UFA的含量，通过血液循环进入乳腺组织，在乳腺内的△9去饱和酶作用下，合成大量的cis-9,trans-11 CLA[37]。