不同类型精饲料的瘤胃降解与小肠消化特征

2023-03-16张建新刁其玉都新民

饲料工业 2023年4期

■李琴张建新* 马涛屠焰刁其玉都新民

（1.山西农业大学动物科学学院，山西太谷 030801；2.中国农业科学院饲料研究所，农业农村部饲料生物技术重点实验室，牛营养学北京重点实验室，北京 100081；3.新疆金兰植物蛋白有限公司，新疆石河子 832000）

蛋白质饲料与脂肪饲料是动物日粮中的两大重要组成成分，是促进动物生长发育、生产性能不可缺少的营养物质。蛋白质是生命的基础物质，构成一个生命的基本框架；脂肪是能量类物质，是动物生命活动、生产必需的能量来源。

对于动物的饲料配制除了原料来源的问题，饲料中的蛋白质能量比也是提高饲料利用率、改善饲料效率的关键。国内关于饲料蛋白脂肪配比在反刍动物饲料方面的报道较为鲜见，甘佳等[1]建议在泌乳前期奶牛基础饲料中添加过瘤胃脂肪粉和过瘤胃蛋氨酸，以提高奶牛的产奶性能；杨致玲等[2]发现，中等蛋白质水平（9.5%）和添加6%过瘤胃脂肪水平的营养物质降解率最高。马吉锋等[3]发现随着饲料谷物类的增加，产奶量提高、乳品质得到改善，繁殖性能提高。蛋白与脂肪来源不同，对动物的生长发育具有不同效果。许鹏等[4]发现添加5%过瘤胃不饱和脂肪酸对泌乳盛期奶牛乳品质的改善效果最佳，谭亚楠[5]研究发现，脂肪添加量为5%、过瘤胃脂肪与胡麻油（以胡麻籽方式添加）比例为70∶30为最适添加量。

生产中，为了提高养殖场的经济效益，往往不注意饲料营养的搭配，导致奶牛酮病、瘤胃酸中毒等营养代谢病。目前，市场上常见的玉米蛋白粉[6]、豌豆蛋白粉[7]、棕榈油脂肪粉[8]、椰子油脂肪粉[9]等只满足了动物对蛋白质或脂肪某一方面的营养需要。市场上还没有一种饲料原料可以同时达到高蛋白质、高脂肪的水平，因此亟待开发蛋白质与脂肪为一体的植物蛋脂粉。合适的蛋白脂肪配比、优质的脂肪蛋白源及豆粕油脂进口价格上涨都是现阶段的关键难题。植物蛋脂粉通过低温脱酚棉籽蛋白，结合大豆蛋白、植物油，作为一种集合了优质蛋白、油脂的混合饲料原料，有效解决了蛋白脂肪配比与来源问题，可供养殖户直接应用。

蛋脂粉的蛋白、能量含量都高于常规精饲料原料。没有一种常见饲料原料与蛋脂粉类似，为了更好地研究蛋脂粉的营养价值，并在肉羊中充分、科学地利用，试验采用常见的精饲料原料（蛋白类、能量类）进行对比。本研究基于这些因素对比蛋脂粉、蛋白类饲料及能量类三种饲料的瘤胃降解、小肠消化情况，利用半体内尼龙袋法评定其在瘤胃内的动态降解效果，用体外三步法评定小肠消化率，旨在客观评价三种类型饲料的瘤胃与小肠降解特点，获得一种较好被机体利用的植物蛋脂粉混合饲料原料，建立瘤胃非降解蛋白质含量与饲料中干物质、有机物、粗蛋白及脂肪的相关关系，为反刍动物饲料消化参数提供估算模式。

1 材料与方法

1.1 样品采集和处理

蛋白质类饲料：市售普通型豆粕、胡麻粕、棉籽粕；

植物蛋脂粉：由新疆金兰植物蛋白有限公司提供，包括PF5（粗蛋白50%+粗脂肪5%）、PF10（粗蛋白50%+粗脂肪10%）、PF20（粗蛋白50%+粗脂肪20%）；

谷物类饲料：市售普通型玉米、大麦、小麦。

经2.5 mm筛孔的粉碎机粉碎，制成样品，置于自封袋中，干燥阴凉处保存。

1.2 试验动物及饲养管理

选用3只体重（45.0±3.5）kg的安装永久瘘管、体况良好的18 月龄湖羊（♂）。经检疫合格单栏饲养。日粮主要以羊草和玉米均匀混合饲喂为主。每天分别于06：30、18：30 饲喂，试验羊自由饮水，预饲15 d。试验于2021 年7 月在中国农业科学院南口试验基地进行。试验基础日粮组成及营养成分见表1。

表1 基础日粮组成及营养水平（干物质基础，%）

1.3 尼龙袋的制备

选用孔径大小为50 μm 的尼龙布，制成10 cm×6 cm 尼龙小袋。袋底两角呈钝圆形，散边朝外，并用酒精灯烤焦，防止尼龙布脱丝。准备25 cm左右的半软塑料管，一端在1～1.5 cm处划出2.5 cm的夹缝来固定尼龙袋，另一端2 cm处打一个直径0.3 cm的孔，系尼龙线。用油性笔标记尼龙袋后放入瘤胃内48 h，取出，洗净，烘箱中恒温65 ℃烘干48 h 后称重，记录尼龙袋重量。

1.4 试验设计

1.4.1 试验方法

尼龙袋法参照Mehrez等[10]研究的方法进行；

体外小肠三步法参照Gargallo等[11]改进体外三步法的试验原理与方法。

1.4.2 尼龙袋法（in situ）

准确称取5 g样品于恒重的尼龙袋中，袋口固定于半软塑料管夹缝中。每个样品做3个重复、2个平行，采用不同时放入、同时取出的方法。共设置0、6、12、24、36、48 h六个时间点（0 h用来测定逃逸率），尼龙袋浸入瘤胃食糜中。48 h后从瘤胃瘘管中一并取出泡在冷水中，停止微生物发酵。用水轻轻漂洗，换水至水澄清为止（0 h的尼龙袋也要一并清洗）。洗净后平放在托盘上于65 ℃烘48 h，室内回潮24 h后称重。同一根半软塑料管上尼龙袋内的残渣倒入同一个自封袋中。

干物质（DM）和有机物（OM）的测定参考GB/T 40835—202112]的测定办法，粗蛋白（CP）采用全自动凯氏定氮仪测定，粗脂肪（EE）采用全自动脂肪仪测定，中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）根据范氏（Van Soest）洗涤纤维分析法测定，钙（Ca）根据GB/T 6436—2002[13]乙二胺四乙酸二钠络合滴定法测定，磷（P）根据GB/T 6437—2018[14]分光光度法测定。

1.4.3 小肠改进三步法（in vitro）

将饲料原样放在尼龙袋中，参照半体内尼龙袋法在瘤胃中发酵16 h，取出后洗至清澈，烘箱中65 ℃烘48 h 后干燥处保存。测定瘤胃降解16 h 饲料样品中蛋白含量，准确称取含有0.500 0 g 的饲料于ankon N57 袋中。将7 个袋子放入500 mL 玻璃瓶内，加入500 mL预热好的1 g/L胃蛋白酶溶液。胃蛋白酶溶液用0.1 mol/L HCl 调节pH 至1.9。在38 ℃恒温摇床中酶解1 h。取出瓶子，倒掉胃蛋白酶溶液，用自来水清洗袋子，加入500 mL胰酶溶液（3 g/L，50 mg/L百里香酚），胰酶溶液用0.5 mol/L K2HPO4溶液调节pH 至7.8。在39 ℃恒温摇床中酶解24 h。酶解结束后用倒掉溶液，清洗袋子，烘箱105 ℃烘3 h，放入干燥器内冷却称（Gargallo等[11]）。

粗蛋白（CP）采用全自动凯氏定氮仪测定。

1.5 计算方法

1.5.1 瘤胃降解率计算公式

式中：A——某时间点的饲料某种营养物质的瘤胃降解率（%）；

B——降解前袋中某种营养物质的含量（g）;

C——某时间点残渣中某营养物质的含量（g）。

1.5.2 瘤胃降解参数和有效降解率（ED）计算公式

式中：P——某营养物质在t时间点的降解率（%）；

a——快速降解率（%）；

b——慢速降解率（%）；

a+b——潜在可能降解部分（%）；

c——慢速降解部分的降解速度（%/h）；

t——某种营养物质在瘤胃中的停留时间（h）；

k——饲料在瘤胃中的外流速率（k=0.059/h）。

1.5.3 RUDP体外小肠消化率

式中：RUDP——瘤胃非降解蛋白。

1.6 统计分析方法

饲料原料营养物质用Excel 2012计算汇总，降解参数用SAS 9.4 分析，所用数据用SPSS 26 的ANOVA进行单因素方差分析，采用Duncan’s 法进行差异显著性分析。结果用标准误（SEM）与P值表示（P＜0.05为差异显著，P＜0.01为差异极显著）。

2 结果与分析

2.1 9种饲料原料的营养成分含量

如表2所示，三种类型饲料原料营养成分含量在正常范围，各具特点，植物蛋脂粉的粗蛋白含量最高，粕类的粗蛋白含量居中，谷物的粗蛋白含量较低。三种植物蛋脂粉的粗蛋白、粗脂肪含量与预计值略有出入，可能由于样品批次、采样部位造成了误差。

表2 9种饲料原料的主要营养成分（干物质基础，%）

2.2 精饲料营养成分瘤胃降解特性分析

2.2.1 精饲料DM瘤胃实时降解率和降解参数

表3为三个类型9种饲料的DM降解率。48 h，谷物饲料的DM降解率数值最高，粕类蛋白质饲料次之，植物蛋脂粉最低；在8种饲料中（胡麻粕除外）PF10的48 h降解率最低。6 h，植物蛋脂粉的降解率显著高于其他两个类型（P＜0.05）。24～48 h，小麦的DM降解率显著高于其他8种原料（P＜0.05）。本试验中胡麻粕在加工压榨过程中发生了美拉德反应[15]，在瘤胃中不易被微生物降解，故在分析中不加以比较（下同）。豆粕、棉籽粕的快速降解率a最高，均为27.18%。小麦的慢速降解率b最高，为60.31%。小麦、大麦的ED 值为50.11%、48.33%，显著高于其他7 种原料（P＜0.05），PF10的ED值最低，为38.26%。

表3 9种饲料原料的DM瘤胃降解率和降解参数

2.2.2 精饲料OM瘤胃实时降解率和降解参数

9 种原料OM 不同时间点的降解率变化较大（见表4）。OM在瘤胃中的降解率、降解参数的总体趋势与DM类似。12 h之后小麦的降解率高于其他8种原料。在8 种饲料中胡麻粕和PF10 的48 h 降解率较低。小麦、豆粕的快速降解率a显著高于其他原料，分别为29.20%、27.88%（P＜0.05），大麦的慢速降解率b最高，为56.45%。小麦的ED 值（53.72%）显著高于其他7 种原料（P＜0.05），PF10、胡麻粕的ED 值较低，为35.97%、20.72%。

表4 9种饲料原料的OM瘤胃降解率和降解参数（干物质基础）

2.2.3 精饲料CP瘤胃实时降解率和降解参数

三类饲料9种原料的CP降解率见表5。与DM、OM降解趋势相似，不同的是小麦的CP降解率在各个时间点都高于其他8种饲料。小麦48 h降解率为78.77%，显著高于其他7种饲料（P＜0.05）；PF10的48 h降解率依旧较低，为45.52%。豆粕的快速降解率a最高，为33.31%，显著高于其他各组（P＜0.05）。棉籽粕的慢速降解率b最高，为63.10%。与DM、OM的分析结果不同，CP有效降解率ED值豆粕最高，PF10最低，二者数值分别为56.43%、31.74%（P＜0.05）。

表5 9种饲料原料的CP瘤胃降解率和降解参数（干物质基础）

2.2.4 精饲料EE瘤胃实时降解率和降解参数

表6说明了三类饲料9种原料EE降解率的区别，植物蛋脂粉原料的6 h EE 降解率更快。24 h 后除豆粕、棉籽粕以外，其他6 种原料的降解率变化较小。8种原料的48 h EE降解率中，棉籽粕、豆粕的降解率分别为69.18%、65.71%，显著高于其他6 种原料（P＜0.05），PF10 的降解率最低，为44.46%。小麦、PF20的快速降解率a为27.92%、26.16%，显著高于其他原料（P＜0.05）。棉籽粕、小麦、豆粕的慢速降解率b为63.89%、60.57%、59.20%，显著高于其他原料（P＜0.05）。PF10 的ED 值为34.80%，显著低于其他原料（P＜0.05）。

表6 9种饲料原料的EE瘤胃降解率和降解参数

2.3 9 种饲料原料营养物质瘤胃有效降解率、RUDP体外小肠降解率与营养物质含量的相关性分析

三类原料16 h瘤胃非降解蛋白含量如表7所示，谷物类RUDP 整体较低，显著低于蛋白质、植物蛋脂粉（P＜0.05），9 种原料中豆粕的RUDP 最高，为27.05 g/kg，但与植物蛋脂粉差异不显著（P＞0.05）。植物蛋脂粉中PF10 的RUDP 较高，为26.42 g/kg，与PF5、PF20差异不显著（P＜0.05）。但是，PF10的RUDP在小肠中的消化率为94.76%（P＜0.05），显著高于其他8种原料。

表7 9种饲料原料的RUDP 含量和RUDP 体外小肠消化率

从表8 可以看到9 种饲料原料瘤胃有效降解率、RUDP 体外小肠消化率及营养物质含量相关关系。R2越接近±1相关性越强，正值表示正相关，负值为负相关。营养成分降解率之间有显著关系（P＜0.05），回归系数R2为0.635～0.950。

表8 9种饲料原料瘤胃有效降解率、RUDP体外小肠消化率及营养物质含量相关关系

饲料原料的营养成分含量、瘤胃降解率、RUDP及RUDP小肠消化率之间的相关方程由表9所示，RUDP与营养成分含量有极显著的相关关系，回归系数R2为0.496～0.928。RUDP 小肠消化率与DM 有效降解率、OM有效降解率有关，回归系数R2为0.370～0.576。

表8（续） 9种饲料原料瘤胃有效降解率、RUDP体外小肠消化率及营养物质含量相关关系

表9 9种饲料原料瘤胃降解率与RUDP小肠消化率相关方程

3 讨论

3.1 饲料原料的瘤胃降解特性

本试验中对比了5 个时间点的降解率与降解参数，冯仰廉等[16]发现尼龙袋法在测定精饲料的瘤胃降解率时，饲料在瘤胃中0～24 h 快速降解，24 h 后逐渐减缓，在36～48 h 降解速率基本接近0。尼龙袋的时间设置可根据具体试验原料进行局部调整，富丽霞等[17]在对比10种精饲料的瘤胃降解率采用了0、6、12、24、36、48 h这样的时间分配，对比了各时间点的瘤胃降解率与降解参数。刘笑梅等[18]在对比4种粗饲料的降解规律时，采用0、6、12、24、48、72 h 的时间分配。故本试验中的时间分配在合理范围内。

瘤胃是反刍动物特有的消化器官之一，是天然的厌氧发酵罐，里面布满了微生物[19]。饲料降解率的快慢与以下三点有直接关系[20]：①饲料颗粒大小与结构；②瘤胃内环境的稳定；③微生物的发酵特性及共生群落产生的酶复合物的催化能力[21]。本研究中主要讨论饲料的结构与瘤胃内环境的稳定对饲料降解的影响。

饲料中DM、OM 的瘤胃降解率直接影响动物干物质的采食量。试验中原料DM、OM的瘤胃降解率与陈慧等[22]研究结果一致。谷物类、蛋白质类饲料的DM、OM降解率数值较高。这可能由于饲料中含有大量的淀粉、蛋白质等易降解成分。而谷物中的快速降解碳水化合物的比例远高于蛋白质饲料[23]。谷物饲料外层有一层蛋白质基质，用于储存淀粉等营养物质。小麦表皮的基质易被微生物穿透而加速分解，玉米表皮有一层蜡质角质阻止了微生物的穿透能力，影响了降解率，本试验结果与李瑞丽等[24]、汪水平等[25]的研究结果相似。蛋白质饲料中豆粕中NDF含量最低，棉籽中有游离棉酚，使得豆粕降解快于棉粕。植物蛋脂粉由于制作工艺的原因，使其具有过瘤胃的特性。PF5、PF10、PF20的主要区别在于脂肪含量，高的脂肪含量形成了一层脂质保护层，阻止了瘤胃微生物的降解。

原料中CP的化学特性是影响其在瘤胃中降解率的重要因素。蛋白类饲料中豆粕有更多的NPN（非蛋白氮），更利于微生物的吸收[26]。谷物饲料中小麦的CP、NPN含量都较高[22]，玉米富含蛋氨酸，有更多的二硫键，不利于CP降解[27]。在EE降解率的比较中，植物蛋脂粉中EE 丰富，微生物降解率更高。孙国君等[28]认为EE较DM相比更容易被瘤胃微生物降解，植物蛋脂粉EE 的有效降解率高于DM。韩正康[29]认为，脂肪与瘤胃微生物数量呈负相关，主要影响纤毛虫的活动[30-31]。这可能也是PF20虽然EE含量高，但EE的有效降解率比PF5低的原因。

饲料精粗比常常会影响瘤胃内pH 的稳定，精料过高会引起瘤胃酸中毒，粗料过高又不利于微生物的发酵[32-34]。动物采食量也会影响瘤胃微生物区系的稳态与代谢，李烨青[35]的研究表明低采食量会降低营养物质的表观消化率。本试验期间北京正逢连续大雨，试验动物采食量下降，使得9种原料的瘤胃降解率均有所下降，但原料间的降解趋势不变。同时原料产地、原料加工、保存方式及试验动物的品种对试验结果均有影响。

3.2 饲料原料的RUDP小肠消化率

刁其玉[21]指出，经过瘤胃保护后，瘤胃未降解蛋白质在小肠中发生明显变化，小肠比瘤胃的消化吸收能力更强。三类原料的RUDP小肠消化率在Jarrige[36]研究发现的65%～95%范围内。蛋白质类饲料中，棉籽中的棉酚在瘤胃中基本被微生物蛋白结合[37]，故棉酚不影响小肠酶解。王燕等[38]测定的豆粕、棉籽粕、玉米、大麦的RUDP 小肠消化率分别为98.13%、87.37%、93.23%、91.27%；富丽霞等[17]测定的豆粕、棉籽粕、玉米、大麦、小麦的RUDP 小肠消化率分别为89.26%、92.31%、86.23%、84.23%、84.10%。本试验测得豆粕、棉籽粕、玉米、大麦、小麦的小肠消化率为89.57%、93.61%、85.54%、82.14%、84.44%。结果与富丽霞[17]相似。与王燕等[38]存在一定差异，可能与试验动物、饲料产地、试验环境有很大关系。但排除各种外部因素，植物蛋脂粉PF10 在小肠中的降解率表现最好，小肠中的降解率可以达到94.76%。这说明PF10在小肠中的消化率是一种可以代替豆粕甚至优于豆粕的一种新型原料。

3.3 瘤胃有效降解率与RUDP小肠消化率相关关系

本研究结果表明，原料DM、OM、CP 含量可以很好地预测RUDP含量，各种营养物质瘤胃降解率之间也有很显著的相关关系。进入小肠的CP主要是MCP和RUDP，当饲粮CP水平越高，小肠可消化利用的CP越多。大量研究表明饲料CP 含量与RUDP 含量有一定相关关系，袁翠林等[39]、Woods等[40]也得出过类似的结论，本次试验同样发现之间有极显著相关性（P＜0.05）（R2=0.979），说明一种原料的不同营养物质降解曲线之间有显著相似性，不同原料同一种营养物质降解曲线之间的趋势变动不大。RUDP 小肠消化率与DM、OM、EE 的有效降解率呈正相关，说明小肠消化率主要与原料的本身性质有关。与CP有效降解率没有显著关系（P＜0.05），可能由于过瘤胃使瘤胃有效降解率降低，但不影响小肠消化率。

通过回归方程进一步明确其相关性。发现原料CP 含量与RUDP 含量之间存在强的正相关（R2=0.951），如果想提高小肠对营养成分的吸收与消化，除了过瘤胃技术的应用，还应该利用一些CP 本身含量很高的饲料原料，本试验的相关分析结果在一些试验条件不满足的时候，可以用于饲料原料的小肠消化率估测，包括具有过瘤胃特性的饲料原料。