不同水平甘蔗糖蜜酵母发酵浓缩液对奶牛生产性能和血清生化指标的影响

2022-05-19邓波波宁丽丽王留香张笑然马晓宇姜茂成赵国琦

中国农业大学学报 2022年3期

邓波波宁丽丽王留香张笑然马晓宇姜茂成赵国琦,2,3*

(1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009；2.扬州大学农业科技发展研究院，江苏扬州 225009；3.扬州大学教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室，江苏扬州 225009；4.广西丹宝利酵母有限公司，广西来宾 546100)

近年来，由于对环境的担忧和饲料成本的提高，人们越来越关注食品工业副产品作为反刍动物替代饲料的使用[1-2]。用工业副产品饲喂动物可减少食品工业对环境的影响并提高了工业副产品的盈利能力。有些副产品可以通过发酵来提高质量，同时提高对动物的积极影响[3]。在我国，随着饲料成本的提高，充分利用副产品已成为不可阻挡的趋势，利用高粗蛋白质(CP)浓度和产量的非常规饲料资源作为奶牛的饲料越来越受到关注。

糖蜜是一种常用的饲料添加剂，可以提高生产性能[4]。而甘蔗糖蜜酵母发酵浓缩液(CMS)是以甘蔗糖蜜为原料，经微生物发酵浓缩而成的产品，其中富含蛋白质、氨基酸、有机酸、维生素、矿物质以及在发酵过程中合成的未知生长因子[5]。CMS是具有较高营养价值和经济效益的有效饲料资源。CMS可以作为饲料的补充原料，也可以替代部分高蛋白精补料，并且可以降低粉尘粘合饲料，进而促进动物生长，改善生产性能[6]。因此，CMS作为一种新型的液体饲料，对缓解环境污染和资源紧张等问题上起着重要的作用。

有研究表明，在仔猪饲粮中添加浓缩糖蜜发酵液可以刺激肠道微生物发酵活性，从而提高营养物质消化率[7]；并且能够提高采食量，增加日增重，降低饲料成本[8]。酵母糖蜜替代奶牛日粮中部分精料能够降低乳体细胞数，提高氮利用率，并且增加瘤胃MCP含量[9]，但是生产性能无显著影响[10]。奶牛饲粮中添加不同比例的浓缩糖蜜发酵液可以提高生产性能和粗蛋白质表观消化率[11]，但是Ma等[5]研究发现浓缩糖蜜发酵液的添加量超过3%会降低奶牛的生产性能。Zali等[12]研究发现，在荷斯坦公犊牛饲粮中添加5% CMS时对氮的供应、胴体组成的改善均有积极影响。但是，目前CMS在动物生产中没有明确的剂量要求，需要进一步研究，为CMS在动物生产中的应用提供理论依据。因此，本研究旨在研究不同水平的CMS对奶牛生产性能和血清指标的影响，以期为奶牛生产中选择合理CMS水平提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究所用的CMS由广西丹宝利酵母有限公司提供。产品为红褐色粘稠液体，其营养成分见表1 和2。

表1 CMS营养成分(干物质基础)Table 1 The composition and nutrient level of CMS (DM basis) %

表2 CMS的氨基酸组成Table 2 The amino acid composition of CMS %

1.2 试验动物和设计

动物试验在扬州大学动物营养与饲料工程研究中心试验农牧场进行。选取胎次(2～3胎)、泌乳天数(116±25) d、产奶量(29.1±2.2) kg和体况等情况相类似的健康荷斯坦奶牛60头，随机将其分为4组，每组15头牛。对照组饲喂基础日粮(CON组)，试验组在基础日粮的干物质基础上分别添加1%(CMS1组)、3%(CMS2组)和5%(CMS3组)的CMS，基本上保持能氮一致。本研究预饲期14 d，正试期54 d。

1.3 试验日粮及饲养管理

本研究牛只采用拴系式饲养，每两头牛食槽之间用石块隔开，保证其可以自由采食TMR并且槽内有3%～8%的剩料量，每日分3次与TMR日粮混匀后饲喂(6:00、13:00和20:00)，自由饮水，并保持舍内环境卫生。基础日粮参照NRC(2001)奶牛营养需要配制，基础日粮具体组成和营养水平见表3。

表3 日粮组成及营养水平(干物质基础)Table 3 Diet composition and nutrient level (DM basis)

1.4 样品采集与指标测定

1.4.1采食量测定

每日单头测定各组牛的饲料供给量和剩余量，同时每周连续两天早、中、晚采集饲料原料与剩料以测定常规营养成分，计算奶牛的日均干物质采食量(DMI)，DMI=(投料量-剩料量)×DM%。

1.4.2产奶量及乳成分测定

本研究牛只采用管道式挤奶方式，每日测定奶牛日产奶量，计算平均日产奶量。每周采集1次奶样，每天在早6:00、中13:00和晚20:00采3次奶样。早中晚采集的奶样都保存在4 ℃冰箱中，待当天奶样采集结束后按照4∶3∶3的比例混合，转移至装有重铬酸钾防腐剂的50 mL奶样管中，充分摇匀。采样结束后将奶样邮寄至上海光明牧业有限公司DHI测试中心使用红外线测奶仪(MILKO SCAN 605，丹麦福斯公司，丹麦)；体细胞数使用体细胞计数仪(FOSSOMATIC 360，丹麦福斯公司，丹麦)测定相关指标。

1.4.3饲料及粪样的采集与测定

从第52天凌晨2:00开始，连续3天通过刺激直肠排便获得粪便样本(每头牛约300 g)。一天分4个时间点采集，连续3天，每天比前一天提前2 h，以确保每2 h抽取一次样本。消化试验结束之后，将采集的粪样混合、缩样之后置于烘箱中65 ℃烘至恒重，使用粉碎机粉碎后，后过40目筛，将其储存于-20 ℃冰箱。采用内源指示剂法，又称作4 N盐酸不溶灰分法(GB/T 23742—2009)测定有机物(OM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)。各营养物质表观消化率的计算公式如下：

某养分消化率=
1-(A1/A2×F2/F1)×100%

(1)

式中：A1为饲料中AIA的含量，%;A2为粪中AIA的含量，%;F1为饲料营养物质的含量，%;F2为粪中营养物质的含量，%。

粗蛋白质(CP)按GB/T 6432—1994的方法测定；钙(Ca)按GB/T 64366—2002中乙二胺四乙酸二钠络合滴定法测定；磷(P)按GB/T 6437—2002钼黄分光光度法测定；中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)根据Van soest(1991)的方法，用ANKOM-2000I纤维分析仪(美国ANKOM公司，美国)进行测定。

1.4.4经济效益分析

记录本研究期间奶牛的采食量，产奶量和TMR中的饲料价格，计算出每日的饲料成本，产奶量收入和利润，进行饲料经济效益分析。

1.4.5血液样品采集与测定

正试期第18、36、54天于晨饲后2～3 h，在奶牛尾静脉采用真空采血管进行静脉采血，采大约20 mL 的静脉血。取约2 mL血样放入EDTA-Na2采血管中，送至疾控中心测定白细胞(WBC)、红细胞(RBC)、血红蛋白(HGB)、血小板计数(PLT)和红细胞压积(HCT)等指标。在不加抗凝剂的采血管中加入大约5 mL的血样，静置30 min后，在3 000 r/min 4 ℃条件下离心15 min，将离心后的血清样品保存在-80 ℃冰箱中。一份使用全自动生化分析仪测定血清中的谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)、谷氨酰氨基转移酶(GGT)和乳酸脱氢酶(LDH)的酶含量；总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLO)、肌酐(CREA)、尿素氮(BUN)、尿酸(UA)、葡萄糖(GLU)、总胆固醇(CHO)、甘油三酯(TG)代谢物含量；一份用酶标仪ELASI试剂盒(购自南京建成)测定血清中超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和非酰化脂肪酸(NEFA)含量。

1.5 数据处理与统计分析

利用EXCEL 2016整理数据，然后使用SPSS 23.0的ONEWAY-ANOVA进行单因素方差分析，使用DUNCAN法进行多重比较，以P<0.05作为差异显著性的判断标准，0.05

2 结果与分析

2.1 不同水平的CMS对奶牛生产性能的影响

由表4可知，奶牛日粮中添加CMS对DMI及饲料转化率无显著影响(P>0.05)。饲喂第1～18天，各组DMI范围在19.57～20.96 kg/d，产奶量范围在29.08～33.15 kg/d；CMS1组的产奶量和4%标准乳产量显著高于CON组和CMS3组(P<0.05)。第18～36 天，各组DMI范围在19.48～21.03 kg/d，产奶量范围在28.65～31.27 kg/d；CMS1组的DMI比CON组提高6.75%(P>0.05)。第36～54天，各组DMI范围在19.08～20.60 kg/d，产奶量范围在27.97～30.44 kg/d；CMS1组的DMI和产奶量比CON分别提高7.97%和8.21%(P>0.05)。

表4 不同水平CMS对奶牛生产性能的影响Table 4 Effects of different levels of CMS on performance of dairy cows

2.2 不同水平CMS对奶牛乳成分的影响

由表5可知，在试验期间各组的乳脂率、乳糖率、乳总固形物、乳尿素氮含量及乳体细胞数差异均不显著(P>0.05)。各组乳蛋白率的范围在3.33%～3.58%，CMS2组的乳蛋白率显著高于对照组(P<0.05)。

表5 不同水平CMS对奶牛乳成分的影响Table 5 Effects of different levels of CMS on milk composition of dairy cows

2.3 不同水平CMS对奶牛各养分表观消化率的影响

由表6可知，在奶牛日粮中添加CMS对NDF和ADF的表观消化率均无显著影响(P>0.05)。各组之间OM消化率范围在66.84%～70.39%；其中CMS3组的OM消化率极显著低于CON组和其他组(P<0.01)。各组之间CP消化率范围在65.02%～73.41%；其中CMS1组的CP消化率极显著高于CON组和CMS3组(P<0.01)，CMS2组的CP消化率也显著高于CMS3组(P<0.05)。

表6 不同水平CMS对奶牛各养分表观消化率的影响Table 6 Effects of different levels of CMS on nutrient apparent digestibility of dairy cows %

2.4 经济效益分析

由表7可知，原奶价格按照4.30元/kg计算时，CMS1组和CMS2组产生的经济效益每天比对照组多盈利5.73和1.96元/头，即CMS1组产生的经济效益最高。

表7 不同水平CMS对奶牛经济效益的影响Table 7 Effects of different levels of CMS on economic benefit of dairy cows

2.5 不同水平CMS对奶牛血常规指标的影响

由表8可见，日粮中添加CMS对奶牛血液中的HGB、PLT和HCT均无显著影响(P>0.05)。试验第36～54天，CMS3组的WBC显著高于CMS2组(P<0.05)，并且含量最高；添加CMS有降低RBC的趋势(P=0.05)。

表8 不同水平CMS对奶牛血常规指标的影响Table 8 Effects of different levels of CMS on blood routine indexes of dairy cows

2.6 不同水平CMS对奶牛血清酶的影响

由表9可见，日粮中添加CMS对奶牛血清中的酶含量变化无显著影响(P>0.05)。本研究第18天时，CMS1组和CMS2组血清中的ALP含量有低于其他组的趋势(P=0.07)。

表9 不同水平CMS对奶牛血清酶的影响Table 9 Effects of different levels of CMS on serum enzymes of dairy cows U/L

2.7 不同水平CMS对奶牛血清含氮物的影响

由表10可见，日粮中添加CMS对奶牛血清中的TP、ALB、GLO和UA含量无显著影响(P>0.05)。本研究第18 天时，CMS3组的CREA含量显著高于其他各组(P<0.05)；CMS1组的BUN含量有低于其他各组的趋势(P=0.07)。本研究第36 天时，CMS3组的BUN含量显著高于其他各组(P<0.05)。

表10 不同水平CMS对奶牛血清含氮物的影响Table 10 Effects of different levels of CMS on nitrogen content in serum of dairy cows

2.8 不同水平CMS对奶牛血清其他生化指标的影响

由表11可见，日粮中添加CMS对奶牛血清中的T-BIL、CHO和TG含量无显著影响(P>0.05)。本研究第18天时，添加CMS有降低CHO含量的趋势(P=0.07)；CMS3组的NEFA含量显著高于CON组和其他试验组(P<0.05)。第36天时，添加CMS有提高SOD含量的趋势(P=0.09)；CMS2组和CMS3组的NEFA含量显著高于CON组(P<0.05)。第54天时，添加CMS有提高TG的趋势(P=0.06)；CMS2组和CMS3组的SOD含量显著高于CON组(P<0.05)；添加CMS可以显著降低NEFA含量(P<0.05)。

表11 不同水平CMS对奶牛血清其他生化指标的影响Table 11 Effects of different levels of CMS on other serum biochemical indexes of dairy cows

3 讨论

3.1 不同水平CMS对奶牛生产性能的影响

干物质采食量(Dry matter intake，DMI)在动物营养学的理论和实践中发挥着重要的作用。本研究发现，日粮中添加CMS对采食量无显著性差异，但是添加1%和3% CMS组的DMI均高于CON组；并且在饲喂中期和后期，添加1% CMS组的DMI比CON组分别提高6.75%和7.97%。这可能是因为CMS中保留了甘蔗糖蜜中的芳香气味，一定程度上增加了日粮的适口性，使得奶牛更喜欢采食。添加1% CMS组的产奶量和4%标准乳产量在饲喂18天之前显著高于CON组，可能是由于DMI不同引起的，并且每组添加CMS量不同，丰富了饲粮的种类。除此之外，本研究还发现过度使用CMS会降低其采食量和产奶量。因此，奶牛日粮中适量添加CMS能够提高奶牛的生产性能，这与之前在奶牛日粮中是用糖蜜替代粗饲料的研究一致[13]。

3.2 不同水平CMS对奶牛乳成分的影响

乳成分包括乳脂、乳蛋白、乳糖、总固形物和乳尿素氮等，它们的含量是判断乳品质的重要指标，其主要受到品种、生理阶段、日粮营养、饲养管理以及疫病等因素的影响[14]。研究较多的是通过对日粮进行调控，进而改变乳中营养成分的含量。本研究发现，奶牛日粮中添加CMS 对乳糖率、乳总固形物和体细胞数均无显著影响。说明日粮中添加CMS不会引起奶牛乳房炎，对奶牛健康无不良影响。在奶牛生产中，一般乳尿素氮的质量浓度范围为10～16 mg/dL[15]。乳尿素氮浓度反映了奶牛日粮的能氮平衡，影响乳尿素氮的因素包括粗蛋白摄入量、瘤胃中可降解蛋白质和不可降解蛋白质的比例以及饲粮蛋白质的能量比[16]。饲喂第36 天时，日粮中添加5% CMS显著提高了乳尿素氮含量。这可能是由于添加CMS过多引起的。体细胞数能够影响乳中的蛋白质，其数量多少能够直接反映奶牛的健康状况，并且可以作为奶牛是否患有乳房炎的判定依据[17]，因此在生产中应当时刻注意。CMS中含有生化腐殖酸。锡效旺等[18]研究表明，奶牛饲喂生化黄腐酸之后可以提高生产性能，减少乳体细胞数，增强机体免疫力。

3.3 不同水平CMS对奶牛各养分表观消化率的影响

反刍动物对各养分的消化率取决于瘤胃微生物对各养分的消化程度。本研究发现，日粮中添加CMS对NDF和ADF消化率无显著影响；但是添加1%和3% CMS均显著提高了CP消化率。CMS中含有40%～50%的菌体蛋白质，很容易被吸收和利用，因此CP消化率高。在混合精料中添加微生物发酵饲料可显著提高饲料的养分消化率[19]。此外，Meller等[20]发现酵母饲粮提高了奶牛粗蛋白质和干物质的消化率，与本研究结果一致。这些影响可能与CMS是发酵液的浓缩物有关，它含有许多潜在的对瘤胃微生物有促进作用的因子。但添加5% CMS组的OM和CP消化率低于其他各组。目前的研究结果表明，过量使用CMS可能会对营养物质消化率产生不利影响。这些不良影响可能是由于CMS中的高硫含量引起的[21]。Johnson等[22]在羔羊日粮中添加0.5%的硫酸钙和硫酸钠，从而导致了饲料利用率显著降低。另外，Stemme等[23]认为，CMS中的高钾水平会导致腹泻，也会影响机体对饲料中营养物质的利用。本研究中，粗灰分随CMS含量增加而增加，CMS中的粗灰分也可能是引起营养消化率不利的重要的原因。因此，应当注意饲粮中CMS的添加量，过度使用CMS可能导致养分消化率降低。未来如何利用CMS提高养分消化率有待进一步研究。

3.4 不同水平CMS对血清指标的影响

血清生化指标可以反映动物机体或组织健康状况和营养代谢等生理状态[24]。白细胞(WBC)对机体免疫非常重要，它不仅具有吞噬异物产生抗体的作用，同时还具有机体损伤的治愈能力、抵御病原体入侵的能力以及对疾病的免疫抵抗力等。而在本研究第36 天和54天时，添加5% CMS组血液中的WBC显著高于其他组，说明过度添加CMS有增加奶牛炎症反应的风险。CREA是肾功能检测的指标之一[25-26]。CREA主要由肾小球滤过后排出体外，其含量变化与肾小球滤过有关[27]。当肾功能出现障碍时，肾小球滤过能力下降，则CREA等内源性化学成分的排泄受到阻碍，导致其浓度升高[28]。血清中葡萄糖(GLU)的含量变化可以反映机体内的能量平衡以及营养状况，低水平的GLU含量说明体内能量缺乏[29]；GLU还可以合成乳糖，是乳腺上皮细胞合成乳蛋白和乳脂的底物[30]。奶牛血清中GLU正常的范围为2.30～4.10 mmol/L[31]。杨小兵等[32]研究发现，日粮中添加液态发酵饲料后，血清中GLU含量增加，并且奶牛血液中的营养物质代谢得到明显改善。血液中的非酰化脂肪酸(NEFA)主要是机体在能量负平衡的状态下，经过脂肪组织中甘油三酯(TG)的动员和脂解得到的，其含量的高低反映了奶牛的能量平衡状态[33]。本研究中，各处理组和对照组的GLU含量都在正常范围内。饲喂第18天时，添加5% CMS显著升高血清中的NEFA含量；饲喂第54天时，添加CMS显著降低血清中的NEFA含量，添加3% CMS显著增加血清中的GLU含量。可能是因为添加CMS后可以增强机体的糖异生作用，进而缓解了奶牛能量负平衡的现象。超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)都是动物机体内重要的抗氧化分子，它们含量的变化反映了动物机体清除自由基的能力[34]。日粮中添加CMS对奶牛血清中的SOD的含量随着添加量的增加而增加，并且在饲喂第54天时，各处理组显著高于CON组，说明日粮中添加CMS可以提高奶牛的抗氧化能力，可能是因为在发酵过程中酵母细胞壁释放许多内容物，如葡聚糖、细胞壁多糖、小肽以及未知的生长因子等，在奶牛机体内可能调节各种代谢途径，从而提高了机体的抗氧化损伤能力。