【荷斯坦◆技术】饲喂“跑车”:氨基酸在奶牛日粮配方中的应用

作者:荷斯坦HOLSTEINFARMER / 公众号:hesitan 发布时间:2018-12-04

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文章来源:荷斯坦杂志
Paul J. Kononoff保罗
NRC奶牛营养需求委员会(第八版)委员,美国宾州州立大学动物营养博士,著名营养学家。
01产奶:动态的生理过程

图1 能量变化曲线
从图片中可以看出,在泌乳期间,产奶量先上升,然后在56天左右开始逐渐下降。采食的能量的下降会比产奶量的下降稍有延迟。黑色的线代表奶牛动员体脂用于产奶后,机体能量储备的变化。我们从图1中可以看到,奶牛在产奶期间存在很多变化,那么我们就需要了解这些变化,并通过日粮配方满足这些变化。

图2 奶牛和肉牛对营养的利用
我们从左边图中可以看到,肉牛采食的饲料中52%是用于生产需要,48%是用于维持需要。而奶牛的生产就像“跑车”一样,维持需要仅为28%,72%的营养用于产奶需要。假如奶牛总的干物质采食量为25kg/d,日粮中总的粗蛋白为15.7kg/d,则大约有36%通过粪氮损失,30%通过尿氮损失,30%的氮以乳蛋白的形式进入牛奶中。这就像跑车需要耗费更多的汽油,奶牛产奶也需要更多的蛋白。
饲料原料不同,则日粮中可被瘤胃代谢的氨基酸含量也存在一定的差异。奶牛营养研究中常用代谢蛋白表示奶牛对蛋白的需要量。代谢蛋白是瘤胃微生物蛋白、过瘤胃蛋白和内源分泌蛋白的总和。瘤胃微生物蛋白可提供成年奶牛需要的代谢蛋白的50%~80%。
氮源在瘤胃的代谢可分为截然不同的两个结果:微生物蛋白合成和蛋白质分解(为瘤胃微生物提供氮源)。饲料中的蛋白一部分被瘤胃微生物分解,分解形成的产物叫做瘤胃降解蛋白。另一部分被瘤胃微生物利用和合成瘤胃微生物蛋白。奶牛采食的粗蛋白并不是都能够在瘤胃中降解掉,通过瘤胃进入小肠的蛋白我们称之为过瘤胃蛋白。
饲料中过瘤胃蛋白及其消化率是变化的
下面展示的是几种不同饲料原料蛋白在瘤胃内的降解情况。这些原料是奶牛常用的几种蛋白饲料,是奶牛良好的蛋白质来源,包括3种血粉(BM1,BM2,BM3)、菜籽粕(CM1)、低脂DDGS(LFDG)、豆粕(SBM)和膨化豆粕(ESBM)共7种。

图3 7种饲料原料
表1 饲料原料的化学成分

血粉在美国较为常见。从表1中可以看出,血粉中赖氨酸的含量相对比较高,在美国常通过补充血粉来满足奶牛对赖氨酸的需求。而在中国,血粉作为动物性饲料,禁止在奶牛日粮中应用。5种饲料样品均是在2012年收集,并分析了其化学成分及氨基酸成分。试验通过尼龙袋法(半体内法)和体外产气发酵测定了过瘤胃蛋白的含量,然后通过移动尼龙袋法测定过瘤胃蛋白的消化率。

图4 瘤胃尼龙袋法
瘤胃尼龙袋法是通过对牛瘤胃安装瘘管实现的,即将1.5g饲料装入孔径为50µm的小尼龙袋内,然后套入大的网袋,装入牛的瘤胃中培养16h后,尼龙袋中饲料残渣中的蛋白就是过瘤胃蛋白。

图5 体外产气发酵
我们将饲料放入装有瘤胃液和缓冲液的试管中,通过测定试管内氨气的产生量评估饲料中蛋白的降解。试管内氨气产生的越多,说明饲料蛋白在瘤胃内的降解率越高。

图6 体外产气法和半体内法过瘤胃蛋白测定结果比较
左边的红色柱子尼龙袋法。从图中可以看出,血粉2和血粉3的过瘤胃率比较高,而第一种血粉的过瘤胃率非常低。菜籽粕、豆粕和膨化豆粕的过瘤胃率与我们的预期值较为一致。通过尼龙袋法测定的血粉1和低脂DDGS的过瘤胃率比我们的预期值低很多,所以我们通过体外产气试验重新测定了饲料中蛋白的过瘤胃率(灰色),避免由于饲料粉碎过细对试验结果造成误差。从图6中可以看出,通过体外产气法测定的血粉1和低脂DDGS过瘤胃率较高。另外,我们也可以得出结论,不同种饲料之间的过瘤胃率也存在一定的差异。所以,牧场在选择饲料原料的时候,一定要把控好饲料的质量。
过瘤胃蛋白小肠消化率的测定
饲料通过瘤胃进入小肠进行消化,那么瘤胃残渣在小肠中的消化状况怎么样呢?

图7 移动尼龙袋法
先通过瘤胃瘘管培养16h,得到过瘤胃蛋白饲料残渣,然后通过小肠瘘管测定过瘤胃蛋白的小肠消化率。

图8 饲料的小肠消化率
从图8中可以看出,菜籽粕的小肠消化率比较低,为72.4%;其他饲料的过瘤胃蛋白小肠消化率都比较高。饲料在瘤胃中的降解情况差异较大,但是在小肠内的降解较为一致。
02奶牛对氨基酸的需要
2001年的NRC开始关注奶牛的特定氨基酸营养。氨基酸需要量的通乐娱乐网址标准很少,历史以来多以粗蛋白为基础。但是,当营养师增加日粮粗蛋白或代谢蛋白时,乳蛋白产量并不总是增加。这就提醒我们,奶牛产奶需要的是氨基酸,而不是粗蛋白。

图9 牛奶、饲料原料和瘤胃微生物蛋白中的赖氨酸和蛋氨酸水平
从图9中可以看出,牛奶和瘤胃微生物中赖氨酸和蛋氨酸的含量比较接近,而饲料原料中的赖氨酸和蛋氨酸比例与牛奶相比差距较大。如何满足产奶对赖氨酸和蛋氨酸的需要,对我们奶牛营养师来说是挑战。
奶牛生产牛奶首先需要原料,然后将不同的原料之间组合合成牛奶。那么乳蛋白的原料是什么呢?各种不同的氨基酸!
2001年NRC通乐娱乐网址了奶牛的蛋氨酸和赖氨酸需要量。代谢蛋白(MP)=过瘤胃蛋白+微生物蛋白+内源分泌蛋白。

图10 赖氨酸对乳蛋白含量的影响

图11 蛋氨酸对乳蛋白含量的影响
从图10-11中可以看出,随着过瘤胃蛋白中赖氨酸和蛋氨酸比例提高,乳蛋白的含量也有所提高。这是我们营养师尤其需要关注的地方。当代谢蛋白中赖氨酸和蛋氨酸为7.2%和2.4%时,牛奶中乳蛋白的水平基本达到最大化。然而在实际生产中,要达到赖氨酸7.2%和蛋氨酸2.4%的水平非常困难,建议实践过程中代谢蛋白中赖氨酸和蛋氨酸的量分别为6.6%和2.2%。
日粮氨基酸对乳蛋白水平的影响
我们通过试验,对奶牛日粮中添加氨基酸,提高了牛奶中乳蛋白水平,这也是我们第一次通过通乐娱乐网址氨基酸平衡提高牛奶中乳蛋白含量。试验分为两个阶段。第一阶段采用泌乳23天的56头荷斯坦经产母牛,试验分为对照组(Control)、高代谢蛋白水平组(HMP)和添加代谢蛋白和氨基酸平衡组(MPAA);第二个阶段从泌乳63天开始,所有牛都饲喂同一种普通日粮。
表2 阶段一日粮配方

表3 日粮成分分析

MPAA组是根据NRC通乐娱乐网址设计的氨基酸平衡日粮,而前两组日粮中蛋氨酸和赖氨酸都是缺乏状态。
表4 产量和乳成分 (第一阶段 23天)

我们关注一下牛奶中乳蛋白水平的变化。从表3中可以看出对照组和HMP组中乳蛋白水平都是3.17%,而牛采食代谢蛋白经过氨基酸平衡设计的日粮后乳蛋白水平提高。另外,MPAA组中乳脂矫正奶的产量也相对提高。
表5 代谢蛋白和氨基酸供给量(第一阶段)

表6 产量和乳成分(第二阶段)

为了跟踪采食平衡代谢蛋白对奶牛产奶的长期的影响,所以第二个试验阶段有对所有奶牛饲喂同一种日粮。我们可以看到,长期食用平衡氨基酸日粮的奶牛乳蛋白水平比较高。
过瘤胃氨基酸效果评估方法
对于美国来说,大部分日粮都缺乏赖氨酸和蛋氨酸。过瘤胃蛋氨酸的试验可以追溯到上世纪30年代。
那么高品质过瘤胃保护氨基酸有哪些特征呢?主要有2个,即包被材料和芯材。包被材料要有足够的机械强度,否则在制作TMR时容易被搅拌机破坏;在瘤胃中能够保持完整,可以有效的将氨基酸输送到小肠;到达小肠后还要能够快速的释放出来,及时被机体吸收。在瘤胃内保持完整,并在小肠中及时释放这两点要求最为重要。过瘤胃氨基酸的芯材如果是蛋氨酸,则过瘤胃氨基酸中蛋氨酸含量越高越好,在日粮中也可以少添加蛋氨酸。过瘤胃保护氨基酸的外形、大小和表面形状结构决定了其在瘤胃中的浮力,通过重力的设计,可以使过瘤胃保护性氨基酸在进入瘤胃后迅速下沉,减少在瘤胃内的停留时间,快速进入小肠。
那么我们如何评价过瘤胃蛋氨酸的品质呢?我们通过两种不同的方法进行了比较。第一种是移动尼龙袋法,我们将过瘤胃蛋氨酸装入尼龙袋中,通过瘤胃瘘管和小肠瘘管在动物体内培养来评价过瘤胃蛋氨酸的效果。

图12 尼龙袋法评定过瘤胃蛋氨酸效果
图12中,灰色代表过瘤胃产品。我们可以看到,过瘤胃保护蛋氨酸在瘤胃内的降解比较低,而在小肠内得到较高水平的消化,这也是我们期待看到的效果。

图13 去盲肠鸡评估法(右)与阉牛(左)效果对比
第二种方法是去盲肠鸡评估法,将鸡盲肠摘除,在小肠中进行培养测定。从图13中可以看出用去盲肠鸡评估出来的结果和用牛得到的结果存在一定的差异。

图14 不同蛋氨酸产品对乳蛋白的影响
我们将4种不同种类蛋氨酸饲喂奶牛后,测定牛奶中乳蛋白的含量。从图14中可以看出,A可以得到较高乳蛋白水平。所以,不同的蛋氨酸产品之间存在一定的差异。
我们通过血液游离氨基酸剂量-反应技术评估了蛋氨酸产品的质量。试验的对照是将蛋氨酸直接灌注到小肠中去,这就形成一个标准,代表所有的蛋氨酸都是100%过瘤胃。包被效果比较好的蛋氨酸产品应该跟对照组的结果较为接近。从图中可以看到,蛋氨酸包被后,小肠消化率略有降低。

图15 不同赖氨酸产品饲喂与小肠直接灌注效果对比

图16 饲喂不同剂量蛋氨酸后血液蛋氨酸浓度-时间反应
给动物饲喂不同水平的蛋氨酸产品,并连续18h采集血液样品。从图16中可以看出,给奶牛饲喂蛋氨酸的量越大,血液中蛋氨酸水平也越高。

图17 瘤胃投注对血液氨基酸含量的影响
将蛋氨酸通过瘤胃瘘管直接投放入瘤胃,然后连续36h收集血液样品,得到氨基酸浓度并得到释放曲线,通过测定曲线的面积,得到血液中某时间段的总氨基酸含量。可以从图17中看出,对照组曲线基本水平,血液中含量极少,而加了60g蛋氨酸(A)后血液中出现了浓度最高点,B产品处于第二峰值,不同产品之间也存在一定的差别。
表7 不同技术之间对比

这里着重强调一下半体内法/移动尼龙袋法。通过尼龙袋将产品放入瘤胃或者十二指肠的时候,最大的优势是在动物体内测试,但是没有经过TMR搅拌过程,而且只能测定尼龙袋中的消失量,不能测定具体到达血液中的含量。
乳蛋白反应:现在有很多可以直接测定乳蛋白的方法,但是试验时要让奶牛蛋氨酸处于一种缺乏的状态。后面几种方法都是通过测定血液中蛋氨酸的浓度,跟牧场使用的条件较为接近,优势较为明显,但是在瘤胃内的消化率这些数据没有,对营养师的参考作用较小。
蛋氨酸
因为蛋氨酸在血液中较容易检测,所以目前针对氨基酸的研究主要针对蛋氨酸。奶牛对其它种类的氨基酸利用过程更加复杂,我们也对奶牛对蛋氨酸的利用做了很多研究。
那么奶牛场如何评估过瘤胃蛋氨酸呢?威斯康辛大学做了相关的试验。
日粮对照组设定蛋氨酸缺乏,第二种日粮中添加9g蛋氨酸。整个试验期对70头奶牛跟踪了12周。日粮中蛋氨酸水平从1.84%增加到2.98%。
表8 不同蛋氨酸水平日粮配方

表9 奶牛对过瘤胃蛋氨酸的反应

乳蛋白浓度从3.03%增加到3.15%,乳蛋白产量增加从1.24kg/d增加到1.33kg/d。
有的牧场饲喂DDGS较多。玉米中赖氨酸含量较少,所以使用玉米、玉米粉或者DDGS较多的日粮赖氨酸很可能是缺乏的。建议:含玉米DDGS的日粮,非玉米来源蛋白应该>6.5%。当日粮含8.5%非玉米来源的粗蛋白时,乳蛋白产量大增。
也有研究针对奶牛对过瘤胃赖氨酸的反应,结果表明添加过瘤胃赖氨酸后,产量和乳蛋白水平都有所增加。
组氨酸
组氨酸最近引起科学家的兴趣,第一个因为研究较少,另一个原因瘤胃微生物中组氨酸含量比较低。我们前边提到,瘤胃微生物和牛奶中的蛋氨酸和赖氨酸水平较为接近,但是瘤胃微生物中组氨酸的水平比牛奶中较低。当奶牛代谢蛋白缺乏时,组氨酸可能是限制性氨基酸,尤其是微生物蛋白供给绝大部分代谢蛋白时。
表10 不同氨基酸缺乏日粮组合

表11 不同氨基酸缺乏对奶牛的影响

表11中可以看出,代谢蛋白缺乏组的乳蛋白水平最低;后面4个试验组,添加任何一种,乳蛋白水平都有所提高;同时添加了3种,牛奶中乳蛋白水平最高。
动物需要运输氧气到全身及各个器官。组氨酸缺乏,也会影响乳蛋白以及组氨酸储备(也就是血液血红蛋白和肌肽)。所以研究了对奶牛的生产性能以及对血液中血红蛋白含量的影响。
表12组氨酸缺乏日粮对比

表13 日粮组氨酸缺乏对奶牛的影响

牛奶中乳蛋白的水平不受组氨酸缺乏与否影响,但是产奶量有显著影响,导致乳蛋白产量提高。另外结果也显示,两组血液中血红蛋白水平存在显著差异。
03总结
饲喂奶牛时,每个饲养环节都在变化。即使同种原料,其营养成分也会存在一定的差异。所以我们怎么用氨基酸来平衡日粮呢?
首先要选择精确的计算机评估软件,精确配制日粮。另外,还要搞清楚过瘤胃产品的实际数据,这样在添加的时候才能有据可询!
(根据Paul J. Kononoff在“益海嘉里第五届大型规模牧场管理研讨会”上讲课内容整理,内容未经专家审阅。)
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