单宁提取物对西门塔尔育肥牛生长性能、营养物质表观消化率、血清生化和抗氧化指标的影响

2024-04-02张一平田雨晴李秋凤曹玉凤王明亚吴春会白振川唐春娟李素霞

动物营养学报 2024年3期

张一平田雨晴李秋凤* 曹玉凤王明亚吴春会白振川唐春娟李素霞

(1.河北农业大学动物科技学院,保定 071033;2.定兴燕园肉牛饲养有限公司,定兴 072650;3.广州施华科技有限公司,广州 510812;4.承德市畜牧站,承德 067000)

近年来,为了提高反刍动物的生长性能,生产中使用了多种促生长饲料添加剂,而自欧洲2002年宣布禁止使用抗微生物的促生长饲料添加剂以来,反刍动物营养学家一直在努力寻找一种有效的反刍动物饲料添加剂替代品[1]。针对我国的肉牛业,寻找一种能够提高肉牛性能且无毒害作用的饲料添加剂是畜牧业发展的热点问题。单宁提取物作为从植物中提取的产物,对细菌、真菌和酵母有毒性作用,可作为替代抗生素的饲料添加剂在动物饲粮中应用[2]。

单宁是存在于自然界中的一种有机化合物,也被称为鞣酸,它广泛存在于许多食物中,如水果、坚果、茶叶和葡萄酒。根据化学结构,单宁可以分为2类:缩合单宁(HT)和水解单宁(CT)。缩合单宁是一类具有羟基官能团的单宁,通常存在于茶叶、咖啡、柿子等植物中;水解单宁则不含羟基官能团,常见于葡萄酒及某些坚果等植物中。单宁易于与植物蛋白质结合,因此过去研究认为单宁具有较强的抗营养性[3]。近年来,由于其活泼的化学性质,人们开始广泛关注单宁作为饲料添加剂的应用研究,深入研究其作用机制、最佳使用剂量和添加时间等。单宁具有多种生物活性,如抗氧化、抗菌和调节肠道菌群等作用[4-6]。梅宁安等[7]研究发现,饲粮中添加单宁酸[30 g/(头·d)]可以提高安格斯肉牛的平均日增重(ADG),降低料重比(F/G)。赵梦迪等[8]研究表明,饲粮中添加单宁可以提高湖羊的平均日增重、饲料利用率和蛋白质消化率。Pathak等[9]研究表明,饲粮中添加1.5%的缩合单宁可以显著提高羔羊的增重效率。

单宁可以抑制瘤胃中甲烷生成菌的生长和代谢,并降低甲烷的产生量。单宁还可以通过改变瘤胃细菌群落,优化牧草类饲料的瘤胃发酵环境,有效保护瘤胃蛋白质,从而维持瘤胃的动态平衡[10]。Patra等[11]指出,草本植物中的单宁可以通过与蛋白质和脂质结合,抑制反刍动物消化道中的细菌生长,并改变其菌群结构。这些作用可以减少有害菌对饲料的分解和吸收,提高饲料的利用率和反刍动物的生长性能。Martínez等[12]研究表明,单宁酸可以抑制瘤胃中甲烷生成菌的生长和代谢,并降低甲烷的产生量。这些作用可以改善反刍动物的能量利用效率和环境污染。

在过去的研究中,单宁一直被认为是一种抗营养因子而被忽视,但近年来,人们发现这种新型的植物提取物类饲料添加剂在增强动物的生产效率和优化家畜产品的质量等领域拥有巨大的应用潜力。因此,本试验旨在探究饲粮中添加不同水平单宁提取物对西门塔尔公牛生长性能、营养物质表观消化率和血液指标的影响,确定适宜的单宁提取物添加水平,为单宁提取物的实际使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

单宁提取物(栗木单宁+白坚木单宁)含量≥73%。

1.2 试验时间与地点

饲养试验于2022年3月至2022年7月在河北省定兴县燕园肉牛养殖有限公司进行。

1.3 试验设计

试验采用单因素完全随机区组设计,空腹称重记录每头牛的起始重,选择膘情正常、体重[(543.13±13.54) kg]相近、健康无病的西门塔尔杂交牛,按体重、膘情均等的原则随机分为4组,每组15头。对照组(C组)饲喂基础饲粮,试验组(Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组)分别在基础饲粮中添加10、20和30 g/(头·d)的单宁提取物。试验期共127 d,其中预试期7 d,正试期120 d。

1.4 试验饲粮及饲养管理

试验采用全混合日粮(TMR),粗料为玉米黄贮和小麦秸秆,精料由玉米、小麦麸、菜籽粕、喷浆玉米皮、棉籽粕、干酒糟及其可溶物等组成,正试期分为前期(第1～45天)、中期(第46～90天)、后期(第91～120天)。在试验期第45天和第90天分别更换中期和后期TMR。前期、中期、后期基础饲粮精粗比分别为45∶55、49∶51、54∶46,基础饲粮组成及营养水平见表1。各组的饲养管理条件相同,每日饲喂2次(04:00和15:00),每次喂完后清理牛舍,并为试验牛提供清洁的饮水。试验期间牛舍定期消毒。

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)

1.5 样品采集与处理

1.5.1 饲粮样品

在试验的第1天、第45天和第90天采集饲粮样品,并用四分法分装,放入-20 ℃冰箱保存,待测饲粮样品中营养物质含量。

1.5.2 粪样

试验第15天、第60天与第120天,每组随机选择5头牛,收集1 kg粪样,收集的粪样混匀后分为2份,一份加入10%硫酸固氮,待测粗蛋白质(CP)含量;另一份不作处理,待测其他营养物质含量,最后将粪样放入-20 ℃冰箱保存。

1.5.3 血液样品

试验第15天、第60天和第120天,每组随机选取5头牛,于07:00空腹状态采血,采用抗凝管抽取10 mL血液,3 000 r/min离心15 min,离心完成后,每管吸取1.5 mL上清液装入1.5 mL离心管中,放入-20 ℃冰箱保存,待测血清生化和抗氧化指标。

1.6 测定方法

1.6.1 饲粮和粪样营养物质含量的测定

饲粮和粪样中CP、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、钙(Ca)、磷(P)含量分别按照GB/T 6432—2018、GB/T 20806—2006、NY/T 1459—2007、GB/T 6436—2002和GB/T 6437—2002测定。饲粮中的综合净能为各原料的综合净能分别乘以各自在饲粮中所占的比例,再相加求和得到。

1.6.2 生长性能的测定

试验期第1天和第120天的07:00,试验牛在禁食状态下称重,记录空腹体重,计算平均日增重;每15 d测量各组试验牛的干物质采食量(DMI),并计算料重比。

1.6.3 营养物质表观消化率

营养物质表观消化率以酸不溶灰分(AIA)内源指示剂法来计算,并遵循《饲料中盐酸不溶灰分的测定》(GB/T 23742—2009)标准来测定AIA含量,计算公式如下:

营养物质表观消化率(%)=[1-(b/d)/

(a/c)]×100。

式中:a为饲粮中该营养物质含量(%);b为粪中该营养物质含量(%);c为饲粮中AIA含量(%);d为粪中AIA含量(%)。

1.6.4 血清生化和抗氧化指标的测定

血清葡萄糖(GLU)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿素氮(UN)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)含量均使用全自动血清生化分析仪测定,血清丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性及总抗氧化能力(T-AOC)均使用酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定。

1.7 数据统计与分析

试验数据采用Excel软件进行整理与计算,采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析,Duncan氏法进行多重比较;采用一般线性模型进行多因素方差分析,统计模型中包括添加水平、时间、添加水平×时间。P≤0.05代表差异显著,P>0.05代表差异不显著。

2 结果

2.1 单宁提取物对西门塔尔育肥牛生长性能的影响

由表2可知,Ⅱ组的平均日增重显著高于C组(P≤0.05),提高了19.80%。Ⅱ组的料重比显著低于C组(P≤0.05),降低了12.6%。各组之间末重和干物质采食量差异不显著(P>0.05)。

表2 单宁提取物对西门塔尔育肥牛生长性能的影响

2.2 单宁提取物对西门塔尔育肥牛营养物质表观消化率的影响

由表3可知,第120天时,Ⅲ组的DM表观消化率显著低于C组(P<0.05),降低了2.32%;Ⅱ组、Ⅲ组的CP表观消化率显著低于C组(P<0.05),分别降低了7.02%和7.97%。各组之间其他营养物质表观消化率均差异不显著(P>0.05)。

表3 单宁提取物对西门塔尔育肥牛营养物质表观消化率的影响

由表4可知,添加水平、时间对西门塔尔育肥牛DM、CP表观消化率有显著影响(P<0.05),对其他营养物质表观消化率无显著影响(P>0.05);添加水平与时间互作对西门塔尔育肥牛营养物质表观消化率无显著影响(P>0.05)。

2.3 单宁提取物对西门塔尔育肥牛血清生化指标的影响

由表5可知,第60天时,Ⅰ组、Ⅱ组的血清UN含量显著低于C组(P<0.05),分别降低了16.70%和18.50%。第120天时,Ⅱ组的血清UN含量显著低于C组(P<0.05),降低了16.00%;Ⅰ组、Ⅱ组的血清TP含量显著高于C组(P<0.05),分别提高了3.21%和4.77%。各组之间血清GLU、ALB、TC、TG含量均无显著差异(P>0.05)。

表5 单宁提取物对西门塔尔育肥牛血清生化指标的影响

由表6可知,添加水平、时间对西门塔尔育肥牛血清生化指标均无显著影响(P>0.05);添加水平与时间互作对西门塔尔育肥牛血清GLU、UN含量有显著影响(P<0.05),对其他血清生化指标均无显著影响(P>0.05)。

表6 单宁添加水平与时间互作对西门塔尔育肥牛血清生化指标的影响

2.4 单宁提取物对西门塔尔育肥牛血清抗氧化指标的影响

由表7可知,第60天时,Ⅰ组、Ⅱ组的血清MDA含量显著低于C组(P<0.05),分别下降了16.22%、21.37%;Ⅱ组、Ⅲ组的血清T-AOC显著高于C组(P<0.05),分别提高了13.74%和15.12%。第120天时,Ⅰ组、Ⅱ组的血清MDA含量显著低于C组(P<0.05),分别降低了20.10%和28.21%;Ⅱ组、Ⅲ组的血清GSH-Px活性显著高于C组(P<0.05),分别提高了18.62%和20.65%;Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组的血清T-AOC显著高于C组(P<0.05),分别提高了14.42%、19.66%和26.03%。各组之间血清SOD活性无显著差异(P>0.05)。

表7 单宁提取物对西门塔尔育肥牛血清抗氧化指标的影响

由表8可知,添加水平对西门塔尔育肥牛血清MDA含量、GSH-Px活性以及T-AOC有显著影响(P<0.05);时间、添加水平与时间互作对西门塔尔育肥牛血清抗氧化指标均无显著影响(P>0.05)。

表8 单宁添加水平与时间互作对西门塔尔育肥牛血清抗氧化指标的影响

3 讨论

3.1 单宁提取物对西门塔尔育肥牛生长性能的影响

育肥牛的生长性能对育肥场的经济效益具有重要影响,因此提高平均日增重和降低料重比是提高育肥效益的关键目标[13]。过去的研究认为,单宁酸会降低反刍动物的生长性能,原因在于其涩味会影响饲料适口性[14],同时单宁酸与瘤胃中的蛋白质结合形成单宁-蛋白质螯合物,过量的单宁不能被完全利用从而影响反刍动物对饲料的消化率[15]。然而,Dalle等[16]研究发现,适量的单宁酸(0.2%)可以提高兔的生长性能,且不会对兔的健康造成不良影响。周俊华等[17]研究发现,饲粮中添加4%的缩合单宁显著降低努比亚山羊的料重比。在本次试验中,饲粮中添加20 g/(头·d)的单宁提取物显著提高了西门塔尔育肥牛的平均日增重,并且显著降低了料重比,这与Wang等[18-19]的研究结果相符合,原因可能是添加适量的单宁使单宁-蛋白质螯合物在小肠中被降解为小分子物质,被小肠吸收进而提高了氮的利用率,提高了西门塔尔育肥牛的生长性能[20]。然而,王敬尧[21]研究发现,饲粮中添加不同水平的缩合单宁对绵羊的平均日增重和平均日采食量等没有显著影响。这种差异的原因可能与试验动物的状态、单宁的种类以及饲养环境的差异有关。

3.2 单宁提取物对西门塔尔育肥牛血清生化指标的影响

血清生化指标可反映组织、器官的功能以及机体的营养代谢状况。血清UN含量可以反映机体对饲粮蛋白质的利用率[22],当血清UN含量在正常范围内下降时,表示动物对饲料粮蛋白质利用率提高[23]。在本研究中,Ⅱ组在第60天时血清UN含量显著低于对照组,且在第120天时显著低于对照组。杨凯[24]试验结果与本试验一致,表明单宁提取物显著改善肉牛的蛋白质利用率。血清TP含量也可反映机体利用蛋白质的能力。本试验中,第120天时,各组血清TP含量显著高于对照组,进一步说明单宁能够提高机体对蛋白质的利用率。其机制可能是单宁主要通过氢键与蛋白质形成络合物,在皱胃(pH<3.5)或肠道(pH>7.0)时分离,从而释放出蛋白质被机体吸收。

3.3 单宁提取物对西门塔尔育肥牛血清抗氧化指标的影响

动物机体能不断产生很多抗氧化物质用于清除体内多余的自由基,保证动物机体内环境达到动态平衡,保持健康的同时还能避免氧化损伤。提高动物机体的抗氧化能力不仅能够提高动物的生产效能,还是提高其生长性能的重要途经。研究表明,单宁分子结构中含有邻苯一酚和连苯三酚,邻苯一酚和连苯三酚的邻酚羟基很容易被氧化,从而消耗环境中的氧气,吸收活性氧和其他游离物质[25]。血清GSH-Px、MDA、SOD、T-AOC等是反映机体的抗氧化能力的重要指标。T-AOC体现机体抗氧化酶系统对外刺激的代偿能力;SOD和GSH-Px能够调解氧化与抗氧化的平衡;MDA是体内脂质过氧化反应的终产物[26]。本试验发现,饲粮中添加10和20 g/(头·d)的单宁提取物组血清GSH-Px活性和T-AOC显著高于对照组,血清MDA含量显著低于对照组,这表明添加10和20 g/(头·d)单宁提取物提高了西门塔尔育肥牛的抗氧化能力,其可能原因为单宁可以调节体内与氧化应激相关的Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Kelch-like epichlorohydrin-associated protein 1,Keap1)-核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)/抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE)信号通路,促进多种抗氧化应激蛋白和酶的表达,增强细胞抵抗氧化应激的能力[27]。Liu等[28]研究发现,单宁提取物酸在高温条件下可以使家兔血清MDA含量显著下降,同时提高GSH-Px活性。

3.4 单宁提取物对西门塔尔育肥牛营养物质表观消化率的影响

表观消化率能直观反映动物机体对营养物质的吸收情况,对动物增重和经济效益有着重要影响[29]。其中,DM和CP表观消化率是体现反刍动物营养物质吸收情况的重要指标。本试验中,Ⅱ组西门塔尔育肥牛第120天DM表观消化率高于对照组,这与Merkel等[30]研究结果一致,可能是由于添加适量单宁提取物并未影响饲粮的适口性和营养物质的消化吸收,反而由于单宁的特殊生理活性提高了反刍动物对营养的吸收利用。单宁可与瘤胃中蛋白质结合形成单宁-蛋白质复合物,这种复合物在瘤胃中很难降解[31]。本试验结果显示,饲粮中添加20和30 g/(头·d)单宁提取物显著降低了CP表观消化率。但杨凯[24]研究发现,饲粮添加单宁后CP表观消化率降低但机体对氮的吸收提高,其原因可能为复合物以过瘤胃蛋白的形式到达真胃和小肠,分解释放出蛋白质,增加小肠对蛋白质的吸收,从而提高机体对蛋白质的利用率[32]。这与前文中单宁提取物可以提高西门塔尔育肥牛血清TP含量的结果一致。