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过瘤胃技术研究进展
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过瘤胃技术研究进展

发布时间:2021-12-28 19:37来源:饲料添加剂厂家人气: 返回列表

✅浙江耀飞生物✅主要生产:新一代饲料酸化剂,饲料植物精油,饲料用缓释尿素,催肥饲料添加剂产品、主要用于农业畜禽和鱼虾水产养殖业。饲料中添加过瘤胃葡萄糖、过瘤胃蛋氨酸和过瘤胃赖氨酸可节约蛋白质饲料,显著提高产奶量。

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过瘤胃技术是指采用特殊技术(方法)处理营养物质,如淀粉、蛋白质、脂肪、维生素、氨基酸、精油等,使之在反刍动物瘤胃中发酵及降解的比例降低或缓释,以便进入反刍动物真胃和小肠中才被消化和吸收[1]。这些特殊技术(方法)包括,1)物理方法,主要有加热加压处理或制成颗粒;2)化学方法,主要有化学试剂处理、氨基酸类似物、衍生物以及氨基酸的螯合;3)包被技术,主要有物理包被、液态包被和微囊包被技术。


1 微囊包被技术


微囊包被技术是近年来反刍动物营养中使用较为广泛、生产方式较为先进且过瘤胃保护效果较好的一类过瘤胃技术。微囊包被技术中的微胶囊是把液体、气体或固体等物质作为胶囊的内芯材料,使用特定设备将成膜材料与芯材接触,并覆盖于芯材外表面,通过干燥后成为附着于芯材表面的一层或几层保护层的技术[2]。该技术可通过聚合物薄膜将营养物质与外界环境相隔,起到以下作用。1)遮盖营养物质不良气味、口味;2)保护营养物质活性;3)提高营养物质稳定性;4)控制其在消化过程中的释放速度;5)靶向输送营养物质。这种方法常用于营养物质单体,如某种维生素、氨基酸、精油等。


微囊包被产品的过瘤胃原理是利用瘤胃近中性环境而真胃和小肠pH 2-3的酸性环境的这种生理条件的差别,选择对pH敏感的包材,在中性溶液中不分解,而在酸性溶液中迅速分解,从而达到在瘤胃中不被降解而到真胃和小肠中释放、吸收和利用的目的。对于营养物质的瘤胃保护效果,包材起到了重要作用,包材的选择和比例决定着微囊包被产品的缓释性、流动性、渗透性及溶解性等性能,囊壁材料要根据芯材的性质和加工设备的要求来选择。此外,包衣和芯材的质量比也非常重要,如果包衣过厚,粒度过大,会导致产品在真胃和小肠中释放率相应的降低,也会影响瘤胃食糜的流通速度,影响过瘤胃效果;包衣过薄,对芯材起不到保护作用,在瘤胃内被微生物大量降解。通过使用过瘤胃包被技术可以有效地缓解瘤胃微生物对营养物质的降解,从而提高营养素的利用率,降低饲养成本,进而减少饲料中营养物质的用量。微囊包被技术不同于嵌入式缓释技术,包被技术能够最大限度的保证足够数量的营养物质不被瘤胃微生物降解进入小肠发挥作用,而嵌入式缓释技术营养物质是暴露于瘤胃液环境中的,在瘤胃内会发生不同程度的降解,该技术在单胃动物中应用较为广泛。早期过瘤胃技术的研究主要以饲料原料为主,随着研究的不断深入,小分子物质的过瘤胃包被技术正成为反刍动物营养研究的热点,目前的研究和应用主要集中在氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸)、胆碱、烟酸和葡萄糖等微营养添加剂的过瘤胃包被工艺和应用上。


2主要过瘤胃产品在反刍动物生产中的应用


2.1过瘤胃氨基酸


主要包括过瘤胃赖氨酸、过瘤胃蛋氨酸,所谓过瘤胃氨基酸就是将氨基酸以某种方式修饰或保护起来以免在瘤胃内被微生物降解,而在胃肠道中产生最佳效果部位处还原或释放出来被吸收和利用的保护性氨基酸[3]。过瘤胃氨基酸的优点:精准实现奶牛小肠代谢蛋白的氨基酸平衡;提高产奶量;提高乳蛋白率;提高乳脂率;降低牛奶尿素氮的含量,提高繁殖率降低碳氮排放,利于环保;提高饲料转化率,实现牧场利润最大化[4, 5]。


国外开发的过瘤胃氨基酸主要是采用化学保护方法的产品,主要运用氨基酸的衍生物、类似物和聚合物等保护氨基酸,原理是运用瘤胃微生物及瘤胃自身发酵等将衍生物的羟基转变成氨基酸,使其通过瘤胃后在真胃和十二指肠内被吸收利用,其在瘤胃内有化学反应(将羟基转变成氨基合成氨基酸的过程),如N-羟甲基-DL-蛋氨酸钙,DL-蛋氨酸羟基类似物及其钙盐,以及氨基酸金属螯合物(蛋氨酸锌、蛋氨酸硒、蛋氨酸铜、蛋氨酸钙、赖氨酸锌等)。由于蛋氨酸羟基类似物通过瘤胃时不需“保护性”被膜,因而不会受到饲料加工的制约[6]。这意味着可以对蛋氨酸羟基类似物进行混合、高温蒸汽调制、挤压、膨化或造粒而不破坏其活性。氨基酸金属螯合物具有很好的过瘤胃性能,即蛋白质和微量元素的生物利用率都得到显著提高。我国目前仍集中于开发物理保护方法的过瘤胃氨基酸产品,通过物理包被方法生产的过瘤胃氨基酸产品能够最大限度的免于瘤胃微生物的降解进入小肠发挥作用,提高氨基酸的利用率,但工艺条件严格,物理保护方法同芯材和所选壁材有很重要的关系,不同的壁材所用的工艺路线可能完全不同。


国内外大量的研究表明,赖氨酸和蛋氨酸是泌乳奶牛饲喂玉米为基础日粮合成蛋白质时的第一或第二限制性氨基酸。过瘤胃保护氨基酸可为奶牛提供小肠可代谢氨基酸,通过不同的添加量调整小肠的可代谢氨基酸比例,改善氨基酸的平衡状态,从而提高饲料蛋白质的利用率,促进乳腺组织对游离氨基酸的利用,降低乳和血液中尿素氮含量,提高奶牛乳蛋白含量和产奶量,降低日粮蛋白质水平和饲料成本,改善母牛的繁殖性能。通过添加瘤胃保护氨基酸可以实现日粮中氨基酸的平衡,提高代谢蛋白合成乳蛋白的效率[7],给反刍动物饲喂瘤胃保护性氨基酸是调控进入小肠氨基酸数量和组成的最简便而又直接的方法[8-11]。


2.2过瘤胃胆碱和过瘤胃烟酸


奶牛在泌乳初期干物质采食量低,必须动用大量体脂为机体代谢反应提供能量和为乳脂合成提供原料。体脂的大量动员导致血浆非酯化脂肪酸(NEFA)浓度升高,进入肝脏的NEFA增加。NEFA可以在肝脏中完全氧化或部分氧化,也可以合成甘油三酯并通过极低密度脂蛋白(VLDL)被转运出肝脏。如果未被氧化的NEFA不能及时顺利地被转运出去,则导致脂肪在肝脏中沉积,形成脂肪肝。脂肪肝使肝脏的代谢功能下降,影响葡萄糖的异生和对氨的解毒能力。如果在肝脏中不完全氧化的NEFA过多,其产物酮体在体内蓄积,则引发奶牛发生酮病。脂肪肝一旦形成就会持续很长时间,当奶牛能量达到正平衡时,肝脏中沉积的脂肪开始消耗,但这一过程须经数周才能完成。使奶牛成功度过围产期是奶牛生产者面临的巨大挑战,围产期过渡的成功与否决定了奶牛的生产性能,减少肝脏脂肪积累及加快其运出肝脏是围产期成功过渡的关键。奶牛生产中适当添加胆碱或烟酸是控制奶牛酮病的一种营养解决方案。


胆碱是VLDL的重要组成成分,同时也是脂肪酸氧化过程中肉毒碱的甲基供体,添加胆碱可在促进肝脏脂肪酸氧化的同时加快将其运出肝脏,避免其在肝中沉积。如果外源胆碱供应不足,则需要在体内通过磷脂酰乙醇胺的三次甲基化内源合成,所需甲基可由S-腺苷蛋氨酸(SAM)和四氢叶酸系统(THF)提供。添加胆碱可节省用于提供甲基的蛋氨酸(蛋氨酸是泌乳牛最主要的限制性氨基酸),使更多的蛋氨酸用于产奶。四氢叶酸系统内源合成甲基的过程需要维生素B12的参与,同时消耗葡萄糖前体物质。奶牛泌乳初期对葡萄糖的需求增大,葡萄糖前体物质处于缺乏状态,此时添加胆碱可以减少对四氢叶酸系统内源合成甲基的需求,同时减少对葡萄糖前体物质的竞争。奶牛泌乳初期对胆碱的需求量很大,乳中排出的甲基化物质含量很高,蛋氨酸和其他甲基来源物质供不应求,葡萄糖供应紧张,未进行过瘤胃保护的胆碱几乎全部在瘤胃内降解,瘤胃微生物对胆碱高度降解导致胆碱效价低下和胆碱生理功能的发挥,必须采取瘤胃保护形式或是瘤胃后灌注形式[12],因此补充过瘤胃胆碱是有效的解决方案。


上个世纪九十年代日本科学家发明了过瘤胃包被胆碱,之后对于过瘤胃胆碱的研究主要集中在:对奶产量,奶成分和采食量的影响[13],己有文献表明,在围产期奶牛日粮中添加过瘤胃胆碱可改善奶牛泌乳性能,脂质和甲基化合物的代谢[14],乳脂肪量和乳蛋白量不受影响[15];;添加过瘤胃胆碱可减少奶牛临床酮病、乳房炎、死亡率及乳房炎发病头次的发病率[16],能延缓血浆葡萄糖(Glu)水平的下降,显著降低试验奶牛血浆β-羟丁酸(BHBA)、NEFA和总胆固醇(TCHO)含量,对于奶牛围产期能量代谢有显著的影响[17],对于繁殖性能也有正向调节作用[16]。


烟酸(NA),又名尼克酸,是一种水溶性B族维生素,进入动物体内后转化成具有生物活性的烟酰胺(NAM),作为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)的组成成分,二者在机体氧化呼吸作用时,可促进脂肪酸和酮体氧化供能,减少酮体蓄积,同时促进糖异生,改善葡萄糖供应,缓解产后能量负平衡。一般情况下,少量的烟酸即能满足奶牛的需要,但一系列的研究表明,对于高产奶牛,从日粮及微生物合成所获得的烟酸不能完全满足其需要,影响机体的健康和高产性能的发挥;尤其是围产期奶牛,由于DMI急剧下降,奶牛通过采食摄取的烟酸减少,无法满足代谢和生产需要,需要额外补充烟酸,而直接饲喂普通烟酸,其在瘤胃内被微生物大量降解或利用,生物学利用率仅有5%[18]。有研究表明,日粮中添加过瘤胃烟酸能有效提高奶牛血液中烟酸的浓度[19],因此补充过瘤胃烟酸是有效的解决方案。目前,有关烟酸在奶牛生产中的应用研究逐渐增加,赵术帆和张晓明等(2012)[20]在国内最早开展在奶牛日粮中添加过瘤胃烟酸的试验,研究了添加过瘤胃烟酸产品对荷斯坦牛泌乳初期和高峰期产奶量和乳成分的影响,并对经济效益进行了分析,结果表明,在高产荷斯坦奶牛日粮中添加过瘤胃烟酸可明显提高产奶量(提高17.76%),且可获得较高的经济效益(增收12.35元/(头·d));Zimbelman等(2010)[21]研究表明,过瘤胃烟酸能够提高高热环境下的奶牛的产奶量,缓解奶牛热应激。围产期奶牛日粮中添加适量的过瘤胃烟酸能有效预防奶牛酮病的发生,β-羟丁酸的含量是判断奶牛酮病的金标准,过瘤胃烟酸对降低β-羟丁酸的效果与直接皱胃灌注相同[22]。Yuan等[23]研究表明,过瘤胃烟酸能降低血液中β-羟丁酸、非酯化脂肪酸和甘油三酯的水平,可提高血清葡萄糖的含量约9.50%。


上述研究结果表明,奶牛日粮中添加过瘤胃烟酸和过瘤胃胆碱是预防奶牛酮病的有效的营养策略,但两者协同添加效果尚不明确。王乐和曹杰(2015)[24]研究了过瘤胃烟酸和过瘤胃胆碱的不同处理(添加量、添加方式,添加时间)对围产期奶牛II型酮病的预防和治疗效果,试验分为五组,A组围产期-21天~0天投服过瘤胃胆碱,40克/头·日;B组围产期-21天~0天投服过瘤胃胆碱,60克/头·日;C组围产期-21天~+21天投服过瘤胃胆碱40克/头·日+过瘤胃烟酸12克/头·日;D组围产期-21天~+21天投服过瘤胃胆碱,60克/头·日;E组围产期-21天~+21天投服过瘤胃烟酸,20克/头·日。结果表明:过瘤胃烟酸加胆碱的协同使用对奶牛产后BHBA的控制上有较好的效果,但是150天产奶量和繁殖性能效果在所有处理组中是最差的,有关过瘤胃烟酸和过瘤胃胆碱的双通道调节机制和效果还需要进一步的研究。在生产性能和繁殖性能方面,150天产奶量、150天妊娠率、体况下降、产后180天淘汰率,均为过瘤胃烟酸组最好。随着过瘤胃烟酸的推广,过瘤胃胆碱大有被过瘤胃烟酸替代之势。


2.3 过瘤胃葡萄糖


葡萄糖是动物生命与生产活动中的必需营养素,在机体内作为能源和碳源直接参与新陈代谢过程,是机体内唯一能通过血浆和细胞在全身循环的碳水化合物,是所有动物代谢活动供能最有效的营养素,与机体氨基酸代谢、脂肪代谢和核苷酸代谢等各种重要物质代谢途径相联系,在动物细胞代谢中担负重要作用。反刍动物机体所需葡萄糖源于内源合成和外源吸收两部分,内源葡萄糖主要由生糖前体物丙酸经肝脏糖异生途径产生,外源葡萄糖主要来源于饲料中的淀粉进入小肠经淀粉酶消化分解产生[25]。围产期奶牛日粮中葡萄糖的来源主要是玉米中能过瘤胃进入小肠的淀粉,淀粉在小肠上皮被淀粉酶和麦芽糖酶分解成葡萄糖被吸收,其利用效率大约是60%~75%[26]。丙酸是主要的生糖前体物,饲喂干草的绵羊用C14标记后有27%转化为葡萄糖[26]。围产期奶牛经历妊娠、分娩、启动泌乳和日粮结构由高粗转为高精等重要的生理和代谢变化,遭受一系列应激,产后DMI严重不足,而产奶量上升很快,能量的摄入不能满足机体对葡萄糖的需要,引起奶牛能量负平衡和低血糖症。分娩后泌乳早期,因葡萄糖供给不足,便动用体脂支撑能量的需要和乳脂合成,体脂动员导致进入肝脏的NEFA大幅度增加,在肝脏中被不完全氧化为酮体而引发酮病,未被氧化的NEFA,形成甘油三酯沉积到肝组织中,甘油三酯的积累会损害肝功能和葡萄糖生成的能力。此外,血液中的葡萄糖是合成乳糖的唯一前体物,乳糖含量决定产奶量,因此血液中可利用的葡萄糖量可能是反刍动物最大泌乳量的主要限制因素[27]。目前给奶牛补充过瘤胃葡萄糖是最好的葡萄糖来源,进入肠道后完全释放,直接被肠上皮吸收。因此,适当的补充外源性葡萄糖,增加小肠可吸收葡萄糖的数量,提高血糖浓度是预防和治疗奶牛产后葡萄糖代谢失衡、减少疾病发生及提高产奶量的有效策略。


研究表明,过瘤胃葡萄糖可显著降低奶牛产后酮病及脂肪肝的发生[28],也避免了一部分氨基酸用于糖的异生,使乳蛋白的合成提高[29]。另外对于奶牛的生产性能如可使高产奶牛遗传潜力得到满足,能够达到理想的产奶高峰并使产奶高峰持续时间延长,也是非常有益的[30]。过瘤葡萄糖对于奶牛产后发情率、受胎率,首次配种时间,产犊间隔,产犊数等繁殖性能方面的研究目前还较少。


3 过瘤胃技术展望


过瘤胃技术日新月异,“包被”与“复合”已成为过瘤胃技术的关键词,我们正在经历的不仅仅是营养物质包被后复合,而是从单体营养物质走向同类营养素的复合,从同类营养素的复合走向不同类营养素的复合。比如,从单一的维生素走向多种维生素复合,从多种维生素复合到多种维生素与多种氨基酸复合,从多种维生素、氨基酸复合走向多种维生素、氨基酸与多种矿物质复合,复合的多元化能够为反刍动物机体提供更为全面的营养。随着过瘤胃技术的发展,反刍动物营养终于达到和实现氨基酸平衡,维生素的利用率可以大幅度提高,今后,反刍动物的营养会尽可能多的使用过瘤胃产品,从而提高饲料利用率,保证反刍动物在较高生产水平下的健康,深入研究过瘤胃技术及相关产品将在今后的反刍动物生产中起到重要作用。



浙江耀飞生物科技有限公司成立于2014年12月24日,坐落于浙江德清国家高新技术产业开发区,是一家专业致力于关注动物健康和食品安全的饲料添加剂研发生产企业。企业依托长三角绿色制药协同创新产业园、饲料营养活性物质组学创新中心、礼来(德清)动物健康产业研究院的技术平台,创造性地把人药研发的技术理念、药物安全理念,用于研发生产替代抗生素和提高免疫力的饲料添加剂,从源头上解决食品安全以及动物福利健康。目前,公司已形成饲用水溶性植物精油艾特菁,酸化剂乳香酸、东立酸(可以抵抗非瘟),水产用微生态制剂,牛羊瘤胃缓释尿素奥特金、艾特金,固体丙二醇等精准营养饲料添加剂。产品主要用于农业畜禽(猪、肉鸡、蛋鸡、鸭、鹌鹑、牛羊等)和鱼虾水产养殖业。



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