蛋白質營養調控技術對奶牛產奶性能及氮排泄影響的研究進展

王 玲， 楊璐玲， 呂永艷， 孫國強

（青島農業大學動物科技學院，山東青島 266109）

近年來，隨著奶牛養殖業的蓬勃發展，特別是奶牛養殖集約化程度的提高，奶牛生產過程中的氮排放對環境保護帶來的壓力越來越大。有數據表明，奶牛生產過程中排放的氮約占動物生產氮排放量的 60%（Oenema 和 Tamminga，2005）。日糧中的蛋白質和含氮化合物需經消化后被機體吸收利用，但在這個過程中只有約21%的氮可被奶牛機體有效吸收利用（Korevaar，1992），其余的則被排出體外，造成蛋白質飼料的浪費。氮的大量排放會造成環境污染，引起空氣質量下降、水源和土壤氮元素富營養化。通過蛋白質營養調控技術減少瘤胃氨氮損失、提高小腸蛋白質利用率可以減少蛋白飼料資源的浪費，減少環境污染，實現奶牛養殖業的可持續發展。本文就蛋白質營養調控技術對奶牛產奶性能及氮排泄影響的研究進展進行綜述。

1 蛋白質營養調控方法

奶牛蛋白質營養調控方法主要包括降低日糧粗蛋白質水平、增加過瘤胃蛋白的比例、對必需氨基酸進行保護。

1.1 降低日糧粗蛋白質水平 奶牛采食的粗蛋白質除部分用于維持瘤胃發酵、乳蛋白質合成等，剩余蛋白質則以尿素形式排出體外，當飼喂奶牛低蛋白日糧時，奶牛本身尿素氮再循環能力得到增強，更多的尿素氮被重新吸收參與再循環代謝，使氮的排泄量降低。日糧提供的蛋白質超過自身需要時，多余的氮會通過糞尿排出體外，而低于需要時會導致蛋白的缺乏，限制瘤胃微生物蛋白的生成、小腸中總蛋白含量降低，影響動物生產潛力的發揮，使產奶量和乳中乳蛋白含量降低，而影響生產效益。在滿足反芻動物自身蛋白營養需求的基礎上，適當降低日糧粗蛋白質水平，有利于減少氮素損失、提高蛋白利用率、降低氮排泄、減少環境污染。翟少偉（2009）研究表明，奶牛日糧粗蛋白質水平由16.2%降到13.2%時，糞尿中總氮含量由320 g/d顯著降到240 g/d，同時對產奶性能無影響。因此，采用低蛋白質日糧，不僅補充必需氨基酸和提高過瘤胃蛋白率，還能滿足高產反芻動物對蛋白質的需求提高蛋白質利用率，減少氮排泄而減少環境污染。

1.2 增加過瘤胃蛋白的比例 一方面，增加過瘤胃蛋白的比例，可提高蛋白質利用率、降低瘤胃氨氮損失；另一方面，由于微生物蛋白為小腸提供部分氨基酸，當飼喂的瘤胃降解蛋白低于瘤胃微生物的需要量時，可降低瘤胃中微生物蛋白的合成量，影響瘤胃微生物發酵，進而影響牛體自身健康、奶牛生產性能和蛋白利用率。因此，確定日糧中合適的瘤胃降解蛋白與過瘤胃蛋白間的比例，為微生物生長提供最佳的瘤胃降解蛋白水平，就能提高飼料蛋白利用率，降低氮素排泄，提高產奶性能。王翀（2008）研究表明，降低瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白間的比例有顯著增加奶牛產奶量和改善乳成分的趨勢，同時，降低日糧瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白間的比例，可以降低糞氮及尿氮的排泄，從而增加飼料氮的利用效率。從生產性能和環境兩方面考慮，當瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白間的比例為1.6時，可以在維持高生產水平的同時減少向環境中排放的氮，尤其是減少揮發性尿氮的排放。增加過瘤胃蛋白的比例可以從以兩個方面考慮：一方面，可以使用天然過瘤胃蛋白含量高的飼料如玉米酒精糟、雙低菜籽粕等；另一方面，對過瘤胃率低的飼料采取熱處理、化學處理等方法對其進行保護。

1.2.1 使用天然過瘤胃蛋白含量高的飼料 奶牛日糧中蛋白質種類的組成決定了日糧粗蛋白質的過瘤胃率，通過使用天然過瘤胃蛋白含量高的飼料如玉米酒精糟、雙低菜籽粕等可以提高日糧過瘤胃蛋白比例。

1.2.1.1 玉米酒精糟 玉米酒精糟是以玉米為原料，發酵生產酒精時得到的一種副產品。玉米酒精糟的主要特點是低淀粉、高蛋白、可消化纖維含量高、有效磷和硫含量高；酵母菌體、B族維生素含量豐富，且富含生長因子，有利于動物生長，因此，被廣泛應用于畜牧生產；此外，玉米酒精糟中，過瘤胃蛋白率高達70%左右（楊連玉等，1998），因此被廣泛用于反芻動物飼料中。許艷麗等（2013）研究表明，試驗組在對照組基礎上每天多飼喂4 kg和6 kg玉米酒精糟，30 d后產奶量分別提高2.30 kg和2.28 kg，顯著提高奶牛產奶性能，增加經濟效益。Kleinschmit等（2006）研究發現，日糧中添加玉米酒精糟不影響瘤胃中乙酸和丙酸的濃度，對照組奶牛瘤胃丁酸含量低于添加玉米酒精糟的處理組，但總揮發性脂肪酸含量較高，同時，添加玉米酒精糟的奶牛乳中尿素氮的含量低于對照組。Mjoun等（2010）研究發現，日糧中分別添加0%、10%、20%和30%脫脂玉米酒精糟，未對采食量、產奶量產生影響，乳脂率以及血漿葡萄糖和蛋氨酸含量隨著玉米酒精糟比例的增加呈線性增加，乳尿素氮和血中賴氨酸含量呈線性降低。隨后顏志輝（2010）也通過試驗發現，玉米酒精糟可以提高奶牛生產性能且能提高過瘤胃蛋白率而減少氮排泄，降低環境污染。

1.2.1.2 雙低菜籽粕 雙低菜籽粕是使用雙低菜籽為原料，經軟化、軋坯、蒸炒、預榨、溶劑浸出、濕粕脫溶等工序加工榨油后而成的副產品。與普通菜籽粕相比，雙低菜籽粕中粗蛋白質、粗脂肪等常規營養成分與普通菜籽粕無太多差別，有效能值和氨基酸組成優于普通菜籽粕，但硫葡萄糖甙含量和芥酸含量大幅度降低，飼用品質顯著優于普通菜籽粕。田豐（2009）和董文俊（2006）通過試驗發現，飼喂雙低菜籽粕可以提高奶牛產奶量、乳脂率和乳蛋白量，降低瘤胃內氨氮濃度、平衡日糧中過瘤胃氨基酸質量、減少氮元素帶來的環境污染。孫振華（2012）也通過試驗得出，高產奶牛每天飼喂1.2、2.4 kg的雙低菜籽粕，產奶量顯著增加，與對照組相比分別增加1.57、1.45 kg，在試驗前期增加更多，達2 kg以上；乳蛋白產量也有增加的趨勢；干物質采食量極顯著增加，每頭奶牛的日平均干物質采食量提高1 kg以上；血中尿素氮和乳中尿素氮含量顯著降低；可提高粗蛋白質、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維與磷的消化率，降低環境污染。

1.2.1.3 其他蛋白質飼料 其他類型的蛋白質飼料如胡麻餅、蓖麻粕等也是天然過瘤胃率較高的蛋白質飼料（趙天章等，2010）。在制作奶牛全混合日糧配方時替代部分豆粕等常規飼料原料可提高飼料粗蛋白質過瘤胃率，增加蛋白質利用率，降低飼料成本，提高生產性能，減少氮排放對環境帶來的污染。

1.2.2 對過瘤胃率低的蛋白飼料進行保護 飼料中的瘤胃降解蛋白主要滿足瘤胃微生物對蛋白質的需求，過瘤胃蛋白和瘤胃微生物蛋白，進入小腸后被消化吸收用來滿足動物生產需要。所以，對過瘤胃率低的蛋白質飼料進行保護，提高其過瘤胃率，可以更好地滿足高產反芻動物對蛋白質的需要量、提高動物生產性能、同時可以提高氮利用率、降低氮排放、減少環境污染。常用的蛋白質飼料保護方法有加熱法、化學法和物理包被法。

1.2.2.1 加熱處理 加熱處理包括干熱、焙炒、高壓加熱和蒸汽加熱、加熱的同時采用物理化學復合處理。加熱使蛋白質變性，在瘤胃中的降解率降低。熱處理效果受加熱溫度、加熱時間長短等因素影響。蔣林樹（2008）對膨化大豆和焙烤大豆進行研究發現，大豆處理后能降低瘤胃氨態氮濃度、減少環境污染，提高蛋白過瘤胃率，乙酸/丙酸有所改變、乳脂率得到提高。

1.2.2.2 化學處理 化學處理包括甲醛處理、鋅鹽處理、單寧處理、氫氧化鈉等其他化學藥品處理以及非酶促褐化反應。這些處理主要利用化學藥品與蛋白質分子間發生化學反應或美拉德反應，使蛋白質在瘤胃中溶解度降低，減少瘤胃微生物對蛋白質的分解，從而提高蛋白質過瘤胃率；當復合物到達小腸時，在小腸環境的作用下，蛋白質與處理時所用藥品分離，釋放蛋白質，使其在小腸中被消化利用。丁學智（2006）研究了單寧酸對瘤胃發酵特性及甲烷產量的影響，隨著單寧酸添加量（4、6、8、10 mg）的增加，瘤胃甲烷產氣量比對照組降低8.7%、19.6%、16.7%、25.1%，瘤胃氨態氮濃度明顯降低、過瘤胃蛋白率增加、瘤胃微生物蛋白的產量明顯提高，蛋白質利用率和奶牛產奶性能也得到提高，同時減少氮排泄。袁英良（2010）研究發現，日糧中3%的縮合單寧含量可以降低瘤胃氨態氮濃度和瘤胃液蛋白氮含量，蛋白質過瘤胃率和利用率顯著提高，能滿足高產反芻動物對蛋白質的需求，增加產奶性能、降低氮排泄。楊威（2007）、王維波等（2009）探索美拉德反應對瘤胃蛋白降解率等方面的影響，發現美拉德反應能降低瘤胃氨態氮濃度、蛋白質過瘤胃率、乳蛋白率和乳脂率，降低氮排放、減少環境污染。以糖為保護劑利用美拉德反應對蛋白質進行保護不僅保護效果明顯，而且安全、綠色、無污染。Jahani-Moghadam等（2009）研究發現，經木糖醇處理過的大豆蛋白質在瘤胃降解速度低于未處理的大豆蛋白質；隨著過瘤胃蛋白與瘤胃降解蛋白比率增加，血液中尿素有下降趨勢，且奶品質得到很大程度的改善；隨著過瘤胃蛋白與瘤胃降解蛋白比率由5.2∶11.6到7.1∶9.5的增加優化了氮的代謝和牛奶品質，降低了成本。

1.2.2.3 物理包被 物理包被分為白蛋白包被和使用聚合物或化合物包被。白蛋白包被主要利用白蛋白能在飼料顆粒外形成一層保護膜，防止易溶蛋白在瘤胃中溶解，降低蛋白質在瘤胃內溶解度，減少微生物與蛋白質接觸面積，從而提高蛋白質過瘤胃率。使用聚合物或化合物對蛋白質進行保護的原理是利用瘤胃液與皺胃液間pH差異，使飼料在中性或弱酸性條件下不溶而在強酸條件下能溶解的材料包被起來，降低蛋白質在瘤胃內的溶解度，提高飼料蛋白質過瘤胃率。王聰等（2000）研究表明，用全血處理蛋白飼料能提高蛋白質過瘤胃、提高氮沉積率、減少氮排放、提高動物生產性能。國春艷和刁其玉（2009）認為，血粉在瘤胃內完全不降解，并用全血撒到蛋白質補充料上在100℃下干燥，發現在瘤胃內氮的消失率顯著下降，并隨著全血用量的增加，氮的消失率極顯著下降。

1.3 對必需氨基酸進行保護 飼料氮被機體消化吸收后不被利用的氮主要以尿素的形式排出。因此，吸收的氮量和其利用率決定尿氮的產生量，飼料蛋白質的價值取決于氨基酸組成及含量，在飼料中添加多種氨基酸是改善飼料蛋白質生物學價值的有效方法。限制性氨基酸的缺乏會導致其他氨基酸吸收利用障礙，而不能被利用的氨基酸在體內以氨的形式進入肝臟經鳥氨酸循環轉化為尿素經腎臟作用后隨尿排出，在日糧中添加瘤胃保護性氨基酸，可以提高小腸內可消化氨基酸的含量，使到達十二指腸的氨基酸組成平衡，有利于各種氨基酸的吸收，從而降低尿氮排出。近幾年的研究表明（李秋鳳等，2010），補充瘤胃保護蛋氨酸和賴氨酸可以適當降低日糧粗蛋白質水平，但不影響產奶量，同時可減少奶牛的氮排泄量。降低奶牛的日糧蛋白質濃度條件下，平衡日糧的可代謝氨基酸和賴氨酸，可維持甚至提高產奶量，改善乳成分。Broderick等（2008）研究表明當日糧蛋白質從18.6%降低到16.1%，同時補充過瘤胃蛋氨酸，可以提高氮的利用率，降低氮的排泄，提高產奶性能。云伏雨等（2011）在奶牛日糧中分別添加 10、20、30 g/（d·頭） 過瘤胃賴氨酸，研究發現，產奶量顯著升高 0.62、0.90、1.39 kg，乳蛋白含量提高0.027%、0.028%、0.052%，乳成分指標和蛋白質利用率提高、減少氮排放、降低環境污染。

2 小結

隨著奶牛養殖業的迅速發展和蛋白質飼料的緊缺，如何降低養殖成本、獲得更高的經濟效益和減少環境污染日益受到廣泛關注。通過蛋白質調控技術改善奶牛對飼料中氮的利用率，是提高奶牛生產性能的有效途徑，且將會是減少奶牛養殖過程中氮排放的有效手段和減輕環境污染的根本途徑。

[1]丁學智.單寧酸對瘤胃發酵特性及甲烷產量的影響：[碩士學位論文][D].蘭州：甘肅農業大學，2006.

[2]董文俊.內蒙古呼倫貝爾地區“雙低”菜籽油、粕在奶牛日糧中應用的研究：[碩士學位論文][D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2006.

[3]國春艷，刁其玉.過瘤胃蛋白質飼料保護技術的研究進展[J].新飼料，2009，5：27 ～ 29.

[4]蔣林樹.不同加工處理大豆對瘤胃干物質消化率及活體外瘤胃發酵參數的動態影響研究[J].中國農學通報，2008，24（10）：1 ～ 7.

[5]李秋鳳，曹玉鳳，李建國.降低奶牛氮排泄的營養調控研究進展[J].畜牧與獸醫，2010，42（7）：99 ～ 103.

[6]李秋鳳.日糧營養調控對奶牛養分消化代謝、泌乳及精液品質的影響：[博士學位論文][D].保定：河北農業大學，2012.

[7]倪麗麗，閆素梅，趙鵬，等.粗蛋白與過瘤胃蛋白對奶牛氮排泄的影響[J].畜牧與飼料科學，2011，32（9-10）：80 ～ 81.

[8]孫振華.雙低菜籽粕替代棉粕與豆粕在高產奶牛中的應用效果研究：[碩士學位論文][D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2012.

[9]田豐.加拿大雙低油菜籽粕對奶牛瘤胃發酵及產奶性能影響的研究：[碩士學位論文][D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2009.

[10]王翀.代謝蛋白水平、氨基酸補充對中國荷斯坦奶牛泌乳性能及氮代謝的影響：[博士學位論文][D].杭州：浙江大學，2008.

[11]王聰，黃應祥，李紅玉.反芻動物過瘤胃蛋白保護的研究進展[J].中國奶牛，2000，2：25 ～ 27.

[12]王維波，趙國琦，郭熠潔.體外條件下葡萄糖處理大豆粕對瘤胃內環境參數的影響[J].飼料工業，2009，30（17）：34 ～ 37.

[13]許艷利，張光勤，趙淑娟，等.濕態玉米酒精糟（WDGS）飼喂奶牛效果研究[J].河北農業科學，2013，52（12）：2866 ～ 2868.

[14]顏志輝.DDGS蛋白質營養價值評定及其奶牛飼用效果評價：[碩士學位論文][D].北京：中國農業科學院，2010.

[15]楊連玉，秦貴信，王長文，等.飼糧氮源構成對育成綿羊氮表觀沉積率的影響[J].吉林農業大學學報，1998，20（2）：62 ～ 65.

[16]楊威.戊糖對粕類蛋白的保護作用及其對奶牛生產性能的影響：[碩士學位論文][D].北京：中國農業科學院，2007.

[17]袁英良.日糧中添加縮合單寧對瘤胃發酵及飼料消化率的影響：[碩士學位論文][D].延邊：延邊大學，2010.

[18]云伏雨，高民，李滿全，等.過瘤胃賴氨酸對奶牛產乳量及乳成分的影響[J].畜牧與飼料科學，2011，32（9～10）：72 ～ 73.

[19]翟少偉.日糧蛋白質攝入量對泌乳奶牛氮排泄量的影響[J].中國奶牛，2009，8：56 ～ 59.

[20]趙鵬.日糧蛋白及瘤胃非降解蛋白水平對產奶性能及氮排泄的影響：[碩士學位論文][D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2009.

[21]趙天章，李慧英，閆素梅.奶牛主要植物性蛋白質飼料蛋白質和纖維物質瘤胃降解率的研究[J].中國飼料，2010，8：13 ～ 17.

[22]Broderick G A，Stevenson M J，Patton R A，et al.Effect of supplementing rumen-protected methionine on production and nitrogen excretion in lactating dairy cows[J].J Dairy Sci，2008，91（3）：1092 ～ 1102.

[23]Jahani-Moghadam M，Amanlou H，Nikkhah A.Metabolic and productive response to ruminal protein degradability in early lactation cows fed untreated or xylose-treated soybean meal-based diets[J].J Ani Phy Ani Nutr，2009，93（6）：777 ～ 786.

[24]Kleinschmit D H，Schingoethe D J，Kalscheur K F，et al.Evaluation of Various Sources of Corn Dried Distillers Grains Plus Solubles for Lactating Dairy Cattle[J].J Dairy Sci，2006，89（12）：4784 ～ 4794.

[25]Korevaar H.The nitrogen balance on intensive Dutch dairy farms：a review[J].Livestock ProSci，1992，31（1-2）：17 ～ 27.

[26]Mjoun K，Kalscheur，K F，Hippen A R，et al.Lactation performance and amino acid utilization of cows fed increasing amounts of reduced-fat dried distillers grains with solubles[J].J Dairy Sci，2010，93（1）：288～303.

[27]Oenema O，Tamminga S.Nitrogen in global animal production and management options for improving nitrogen use efficiency[J].Science China Life Sci，2005，48（2）：871 ～ 887.

[28]Rotz C A.Management to reduce nitrogen losses in animal production[J].J Ani Sci，2004，82（13）：119 ～ 1137.■