反刍动物生产中豆粕减量替代的研究进展

2023-12-28张新雨李胜利

中国饲料 2023年22期

张新雨，魏勇，李胜利

1.中国农业大学动物科学技术学院，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；

2.新疆天润乳业股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830000

豆粕是由大豆提取油后的剩余部分制成的副产品，其富含蛋白质（粗蛋白质含量43%～47%）且氨基酸组成相对均衡、抗营养因子水平低（宋凤仪等，2023），长久以来被用作畜禽饲料原料，在反刍动物（如奶牛、绵羊和山羊）饲料中，豆粕作为高蛋白饲料原料来源而广泛使用。

国家统计局数据显示，2022 年全国大豆产量为2029 万吨，比上年增加23.7%，但进口9108.1万吨，进口量是国内产量的近5 倍，我国大豆产需缺口较大，主要依靠进口（王辽卫，2023）。受限于全球政治、经济、气候等因素，豆粕价格不断上涨，现已突破4500 元/ 吨，这极大加重了养殖成本，开展豆粕等大豆副产品减量替代工作迫在眉睫。据统计，2022 年我国畜牧业豆粕减量替代行动卓有成效，大豆需求量减少410 万吨，其中饲用豆粕同比减少320 万吨，豆粕在畜禽饲料中的占比下降到14.5%（刘慧，2023）。针对豆粕使用现状，目前主要从“开源”和“节流”两个方面展开减量替代工作：一是采取饲粮中蛋白原料“开源”措施，寻找合适的豆粕替代原料，主要包括精饲料中常规蛋白原料的替代和非常规蛋白原料的替代，同时根据反刍动物蛋白质消化吸收特点，拓宽富含优质蛋白质粗饲料的来源种类和渠道；二是采取饲粮中蛋白原料“节流”措施，从精准营养、日粮低蛋白角度入手，降低日粮蛋白含量，从而达到豆粕减量的目的，确保我国饲料粮安全（王向阳等，2023）。本文将结合反刍动物消化利用蛋白原料的特点，从蛋白饲料原料“开源”和“节流”，即增加饲粮蛋白来源、减少日粮蛋白水平、提高日粮蛋白利用率等方面展开叙述。

1 反刍动物蛋白质消化吸收特点

当反刍动物摄入蛋白质后，在瘤胃微生物的作用下能够将低质的植物蛋白质分解并生成菌体蛋白，随后在后肠道进一步消化吸收，为自身提供必需氨基酸。同时这些微生物也可以对非蛋白氮源进行转化，饲粮中非蛋白氮的利用是反刍动物所独有，这也有助于瘤胃菌群发酵，为机体供应优质蛋白（吕增浩等，2023）。

2 饲粮中蛋白原料”开源”措施

2.1 常规蛋白原料的替代

2.1.1 杂粕（饼）替代替代蛋白的概念正在逐渐兴起以应对食物、饲料在未来可能出现的短缺。棉籽粕中含有有毒物质棉酚，在反刍动物瘤胃菌群和各种酶的作用下，棉酚结构被破坏，因此相较于单胃动物，反刍动物瘤胃可部分降解棉籽饼粕中的抗营养因子棉酚，这意味着棉籽饼粕可作为豆粕的替代品应用于反刍动物日粮中。Alagarsamy 等（2013）以羔羊为研究对象发现，向其日粮中添加40% 棉籽粕不会对幼龄绵羊的生产性能和血液指标等产生不良影响；郝丹等（2013）也发现，当肉牛日粮中蛋白水平为12.8%时，与添加豆粕相比，使用棉籽粕作为主要的蛋白原料，对肉牛肉品质无显著影响。有研究发现，菜籽粕不论单独使用还是与其他饲料原料组合使用替代豆粕都可以提高奶牛营养物质全肠道表观消化率、氮利用率、产奶量及乳蛋白含量（Paula等，2020；Mendowski 等，2019 ；Broderick 等，2015；Broderick 等，2013）。曹平等（2015）发现，当奶牛全混合日粮蛋白水平为14.5% 时，添加加拿大双低油菜粕替代豆粕和棉籽粕，显著提高了奶牛生产性能包括乳脂和乳蛋白含量，同时平均日产奶量提高 0.76 千克，每头奶牛日收入增加2.56 元。在绵羊育肥日粮中添加亚麻籽粕替代豆粕12%时效果最佳，可以提高育肥羊营养物质全肠道表观消化率，降低了料重比，并改善肉品质（Hao 等，2020）；肖杰等（2020）发现，葵花籽粕100%替代豆粕不会影响杂交山羊的胴体数量性状。Li 等（2021）研究发现，南瓜籽饼替代日粮中50%、100% 的豆粕均可提高奶牛总抗氧化能力和抗氧化酶活性，而并不影响奶牛生长性能和产奶性能。胡麻饼中蛋白质较豆粕更易被瘤胃菌群降解合成菌体蛋白。武晓东等（2017）以0%、1/3、2/3、1 比例的胡麻饼替代豆粕，发现胡麻饼替代豆粕可以有效降低肉羊血液中脂肪含量，增加血清抗氧化能力，提高屠宰率、净肉率，且胡麻饼替代豆粕比例超过2/3 时，效果最好。Silva等（2016）研究发现，在波尔山羊的日粮中饲喂花生粕完全替代豆粕不会改变山羊肉品质和脂肪酸组成。

以上研究表明，菜籽粕、棉籽粕、花生粕、南瓜籽粕、胡麻饼粕、亚麻籽粕等均作为豆粕的替代原料不仅可以提高反刍动物健康水平，还有提高生产性能的效果，后续可以在反刍动物生产中展开进一步的应用。

2.1.2 其他常规饲料原料的替代黄雅莉（2012）发现，啤酒糟替代25%～50% 的豆粕时，不会影响水牛瘤胃甲烷产量和体外发酵指标，在体内试验中也同样发现啤酒糟替代50% 豆粕对瘤胃发酵特性无影响，但由于啤酒糟的蛋白含量低于豆粕，需要与高蛋白饲料原料组合使用。此外，有研究显示，玉米蛋白粉替代70% 的豆粕时，不会影响牛奶乳蛋白含量（Seymour 等，1990）；但当其替代比例超过75%以上时，对乳蛋白含量产生负面影响（Wohlt 等，1991）。因此，当玉米蛋白粉作为主要蛋白原料时，可以补充必需氨基酸或蛋白质来满足机体需要（Clark 等，1987）。综上，酒糟、玉米蛋白粉等常规饲料原料也可用于部分替代豆粕，同时应该根据原料特点注意替代量或与其他产品组合使用。

2.2 非常规蛋白原料的挖掘

研发非常规蛋白原料来源，深入挖掘动植物、微生物资源潜力，替代常规饲料原料，可拓宽我国蛋白饲料供给来源。非常规蛋白饲料原料多指不常被使用或新近开发的蛋白饲料原料，如酵母培养物、藻类等。这些非常规蛋白饲料原料通常来源于多种不同的生物资源，其目标是为了满足动物营养需求，降低饲料成本，或为了环保和可持续发展而研发。Lamminen 等（2019）认为，微藻能够提供与豆粕相当的蛋白含量，如果提高其适口性可以替代奶牛日粮中的豆粕使用。Aemiro 等（2018）研究发现，绵羊日粮中添加绿藻分别以0%、33%、50%、67% 的比例替代豆粕，发现添加绿藻可以减少甲烷排放，而不影响动物的生产性能。此外，用裸藻代替绵羊日粮豆粕不会影响氮平衡和平均日增重，且可以降低绵羊甲烷排放、减少能量损失，并提高可消化氮利用率（岳玉秀，2020）。在奶牛日粮中添加蚕豆和羽扇豆组合替代豆粕时，可改善瘤胃内环境，降低瘤胃pH（Mendowski 等，2019）；另外，其他原料如西兰花茎叶粉具有中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量高，粗蛋白质含量低的特点，当其用于替代25%～50% 的豆粕时瘤胃挥发性脂肪酸产量及产气量差异不显著（易贤武，2009）。

2.3 优质饲草蛋白供应

加大优质饲草蛋白供应、提升优质饲草（全株青贮玉米、苜蓿、燕麦干草等）供给能力、因地制宜开发利用地方特色饲草资源是畜牧业中关键战略举措。豆科牧草能与根瘤菌共生，具有固氮作用，因此豆科牧草粗蛋白含量高，其中苜蓿更有“牧草之王” 之称，与全株玉米青贮、羊草、玉米黄贮等常见粗饲料相比，苜蓿干物质和粗蛋白的奶牛瘤胃有效降解率最高（王立明等，2013）。刘玉莲（2019）在其研究发现，青贮苜蓿具有一定替代豆粕的潜力，当奶牛全混合日粮中苜蓿青贮添加量小于30%时，对奶牛瘤胃未降解蛋白及消化率无显著影响。此外，也有研究发现大叶枸草粉的粗蛋白质含量低于豆粕，在替代豆粕时，总挥发性脂肪酸产量降低，但对挥发性脂肪酸的产生比例无显著影响，且瘤胃pH 变化不明显（马美蓉等，2013），同时还可以降低CH4生成，因此大叶枸草粉可在一定程度上替代豆粕。此外，研究发现甘草茎叶产量高，蛋白含量高，且饲喂奶牛效果与苜蓿相近，可用作部分替代蛋白原料（郭同军等，2013）。另外杂交构树蛋白含量高，也是具有替代潜力的蛋白原料（施海娜等，2019）。综上，一些优质牧草如苜蓿等具有部分替代豆粕的潜力，但在高产奶牛的日粮中应注意替代比例，或者通过补充其他蛋白原料来弥补其较高的添加量。

3 饲粮中蛋白原料”节流”措施

3.1 低蛋白日粮

低蛋白日粮是指根据NRC 标准的推荐蛋白水平进行适度降低，利用“理想蛋白”的概念补充过瘤胃氨基酸以满足机体对氨基酸的需求，达到降低蛋白原料使用量的效果。低蛋白日粮主要通过在反刍动物生产中减少氮摄入，减少氮排泄，提高氮利用率，进而满足动物生长和生产性能（李庆敏，2022 ；Erangu 等，2018）。不同来源的蛋白质所含氨基酸组成有所不同。对反刍动物来说，均衡的氨基酸供应更有益于其生长和生产。反刍动物用于吸收日粮中未被降解蛋白质、微生物蛋白以及内源性蛋白的氨基酸的主要部位是小肠。当外源性补充氨基酸时，需要避免瘤胃微生物降解造成的浪费，这可以通过补充过瘤胃氨基酸来实现。因此，反刍动物使用低蛋白日粮时，可通过添加少量过瘤胃氨基酸来确保机体获得足量氨基酸。低蛋白日粮运用氨基酸平衡技术可有效缓解我国蛋白饲料原料短缺的现状，同时可以提高奶牛的产奶量以及日粮氮转化效率，氮的排放量也相对减少，从而减少对环境的污染，是实现畜牧业可持续发展的实用技术（郭伟等，2020）。

反刍动物生产中，有关氨基酸利用的研究晚于单胃动物。谭继忠等（2014）指出，奶牛第一限制性氨基酸是赖氨酸，其次是蛋氨酸，且第一限制性氨基酸和第二限制性氨基酸的理想比例为3:1。李雪玲等（2017）表明，不平衡的氨基酸供给会对羔羊的生长发育产生负面影响。吕凯等（2013）指出，当饲粮中赖氨酸和蛋氨酸比例为3:1 且蛋白质水平为15.01% 时，藏羔羊胃肠道的生长发育得到显著提高。云强等（2011）和Lee 等（2012）则分别在奶牛和奶犊牛上开展试验，发现通过在低蛋白日粮中补充氨基酸，如赖氨酸和蛋氨酸，可以提高反刍动物的生长性能，增强氮的利用率，并减少氮排放。向白菊等（2014）发现，相比于低蛋白日粮中未添加过瘤胃氨基酸的肉牛，补充过瘤胃赖氨酸和蛋氨酸的肉牛，其生长性能得到显著提升。郭伟等（2021）降低了育肥肉羊日粮中1%～4% 的粗蛋白质，同时补充过瘤胃氨基酸和尿素，发现可以满足肉羊育肥阶段的营养需要量。以上研究均表明，适当降低日粮蛋白水平，并调整补充过瘤胃氨基酸水平如赖氨酸和蛋氨酸等关键氨基酸，可以确保反刍动物生长性能保持稳定。有助于减少蛋白原料供应，提高养殖效益，同时也有利于环境可持续发展。

3.2 非蛋白氮

反刍动物瘤胃菌群能够有效地利用尿素等非蛋白氮源原料（Dewhurst 等，2022 ；陈东文等，2022；郭伟等，2020 ；韩楠等，2017），这意味着可以在日粮中添加尿素等非蛋白氮源来部分替代蛋白原料，从而实现豆粕减量的目的。研究表明，向低蛋白日粮中添加适量的尿素，可以快速在体内分解成氨，提高微生物蛋白的合成效率（张民，2002），不会对奶牛的生长性能产生负面影响（王金富，2001），相反，这可以增加采食量、提高饲料转化率，并节约饲料成本（王天武等，2023；张帆等，2016)。常见非蛋白氮源包括尿素、硫酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵等（梁骏等，1988）。尿素在瘤胃微生物作用下分解成氨和二氧化碳，随后氨和酮酸结合，进而合成在反刍动物机体内消化率高达90% 以上的菌体蛋白。尿素是最常用的非蛋白氮源。但是，尿素在反刍动物瘤胃内释放氨的速度过快，大量使用会导致动物氨中毒，王波等（2014）研究发现，育肥肉羊日粮中添加2.5% 的尿素，会显著降低肉羊生长性能和肉品质，1% 的添加量是安全用量。只有瘤胃功能发育完善的反刍动物（牛6 月龄以上、羊3 月龄以上）才可在其日粮中添加尿素，且添加量需低于日粮总量的1%（张文丽，2012）。另外一种非蛋白氮源是磷酸脲，张帆等（2015）发现，日粮中添加4% 的磷酸脲，可以显著提高羔羊生长性能。总的来说，使用非蛋白氮源如尿素和磷酸脲可以在一定范围内部分替代蛋白原料豆粕，从而节约饲料成本，提高饲料效益，但必须注意非蛋白氮添加的注意事项，以避免潜在的负面影响。使用非蛋白氮类产品，日粮应含有较高水平的可消化碳水化合物和较低水平的可溶性氮时，并注意日粮中氮与磷、氮与硫的平衡；非蛋白氮应添加到日粮中使用，且用量应逐步增加；不宜与生豆饼混合饲喂，饲喂后动物不能立即饮水等。此外，农业农村部下发的《饲料添加剂安全使用规范》中规定反刍动物全混合日粮中所有非蛋白氮总量折算成粗蛋白当量不得超过日粮粗蛋白总量的30%。因此，对于具体的饲养情况和动物种类，需要根据相关研究和建议来确定最佳的饲养策略。