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過瘤胃技術研究進展
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過瘤胃技術研究進展

發布時間:2021-12-28 19:37來源:飼料添加劑廠家人氣: 返回列表

?浙江耀飛生物?主要生產:新一代飼料酸化劑,飼料植物精油,飼料用緩釋尿素,催肥飼料添加劑產品、主要用于農業畜禽和魚蝦水產養殖業。飼料中添加過瘤胃葡萄糖、過瘤胃蛋氨酸和過瘤胃賴氨酸可節約蛋白質飼料,顯著提高產奶量。

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過瘤胃技術是指采用特殊技術(方法)處理營養物質,如淀粉、蛋白質、脂肪、維生素、氨基酸、精油等,使之在反芻動物瘤胃中發酵及降解的比例降低或緩釋,以便進入反芻動物真胃和小腸中才被消化和吸收[1]。這些特殊技術(方法)包括,1)物理方法,主要有加熱加壓處理或制成顆粒;2)化學方法,主要有化學試劑處理、氨基酸類似物、衍生物以及氨基酸的螯合;3)包被技術,主要有物理包被、液態包被和微囊包被技術。


1 微囊包被技術


微囊包被技術是近年來反芻動物營養中使用較為廣泛、生產方式較為先進且過瘤胃保護效果較好的一類過瘤胃技術。微囊包被技術中的微膠囊是把液體、氣體或固體等物質作為膠囊的內芯材料,使用特定設備將成膜材料與芯材接觸,并覆蓋于芯材外表面,通過干燥后成為附著于芯材表面的一層或幾層保護層的技術[2]。該技術可通過聚合物薄膜將營養物質與外界環境相隔,起到以下作用。1)遮蓋營養物質不良氣味、口味;2)保護營養物質活性;3)提高營養物質穩定性;4)控制其在消化過程中的釋放速度;5)靶向輸送營養物質。這種方法常用于營養物質單體,如某種維生素、氨基酸、精油等。


微囊包被產品的過瘤胃原理是利用瘤胃近中性環境而真胃和小腸pH 2-3的酸性環境的這種生理條件的差別,選擇對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,從而達到在瘤胃中不被降解而到真胃和小腸中釋放、吸收和利用的目的。對于營養物質的瘤胃保護效果,包材起到了重要作用,包材的選擇和比例決定著微囊包被產品的緩釋性、流動性、滲透性及溶解性等性能,囊壁材料要根據芯材的性質和加工設備的要求來選擇。此外,包衣和芯材的質量比也非常重要,如果包衣過厚,粒度過大,會導致產品在真胃和小腸中釋放率相應的降低,也會影響瘤胃食糜的流通速度,影響過瘤胃效果;包衣過薄,對芯材起不到保護作用,在瘤胃內被微生物大量降解。通過使用過瘤胃包被技術可以有效地緩解瘤胃微生物對營養物質的降解,從而提高營養素的利用率,降低飼養成本,進而減少飼料中營養物質的用量。微囊包被技術不同于嵌入式緩釋技術,包被技術能夠最大限度的保證足夠數量的營養物質不被瘤胃微生物降解進入小腸發揮作用,而嵌入式緩釋技術營養物質是暴露于瘤胃液環境中的,在瘤胃內會發生不同程度的降解,該技術在單胃動物中應用較為廣泛。早期過瘤胃技術的研究主要以飼料原料為主,隨著研究的不斷深入,小分子物質的過瘤胃包被技術正成為反芻動物營養研究的熱點,目前的研究和應用主要集中在氨基酸(賴氨酸、蛋氨酸)、膽堿、煙酸和葡萄糖等微營養添加劑的過瘤胃包被工藝和應用上。


2主要過瘤胃產品在反芻動物生產中的應用


2.1過瘤胃氨基酸


主要包括過瘤胃賴氨酸、過瘤胃蛋氨酸,所謂過瘤胃氨基酸就是將氨基酸以某種方式修飾或保護起來以免在瘤胃內被微生物降解,而在胃腸道中產生最佳效果部位處還原或釋放出來被吸收和利用的保護性氨基酸[3]。過瘤胃氨基酸的優點:精準實現奶牛小腸代謝蛋白的氨基酸平衡;提高產奶量;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,利于環保;提高飼料轉化率,實現牧場利潤最大化[4, 5]。


國外開發的過瘤胃氨基酸主要是采用化學保護方法的產品,主要運用氨基酸的衍生物、類似物和聚合物等保護氨基酸,原理是運用瘤胃微生物及瘤胃自身發酵等將衍生物的羥基轉變成氨基酸,使其通過瘤胃后在真胃和十二指腸內被吸收利用,其在瘤胃內有化學反應(將羥基轉變成氨基合成氨基酸的過程),如N-羥甲基-DL-蛋氨酸鈣,DL-蛋氨酸羥基類似物及其鈣鹽,以及氨基酸金屬螯合物(蛋氨酸鋅、蛋氨酸硒、蛋氨酸銅、蛋氨酸鈣、賴氨酸鋅等)。由于蛋氨酸羥基類似物通過瘤胃時不需“保護性”被膜,因而不會受到飼料加工的制約[6]。這意味著可以對蛋氨酸羥基類似物進行混合、高溫蒸汽調制、擠壓、膨化或造粒而不破壞其活性。氨基酸金屬螯合物具有很好的過瘤胃性能,即蛋白質和微量元素的生物利用率都得到顯著提高。我國目前仍集中于開發物理保護方法的過瘤胃氨基酸產品,通過物理包被方法生產的過瘤胃氨基酸產品能夠最大限度的免于瘤胃微生物的降解進入小腸發揮作用,提高氨基酸的利用率,但工藝條件嚴格,物理保護方法同芯材和所選壁材有很重要的關系,不同的壁材所用的工藝路線可能完全不同。


國內外大量的研究表明,賴氨酸和蛋氨酸是泌乳奶牛飼喂玉米為基礎日糧合成蛋白質時的第一或第二限制性氨基酸。過瘤胃保護氨基酸可為奶牛提供小腸可代謝氨基酸,通過不同的添加量調整小腸的可代謝氨基酸比例,改善氨基酸的平衡狀態,從而提高飼料蛋白質的利用率,促進乳腺組織對游離氨基酸的利用,降低乳和血液中尿素氮含量,提高奶牛乳蛋白含量和產奶量,降低日糧蛋白質水平和飼料成本,改善母牛的繁殖性能。通過添加瘤胃保護氨基酸可以實現日糧中氨基酸的平衡,提高代謝蛋白合成乳蛋白的效率[7],給反芻動物飼喂瘤胃保護性氨基酸是調控進入小腸氨基酸數量和組成的最簡便而又直接的方法[8-11]。


2.2過瘤胃膽堿和過瘤胃煙酸


奶牛在泌乳初期干物質采食量低,必須動用大量體脂為機體代謝反應提供能量和為乳脂合成提供原料。體脂的大量動員導致血漿非酯化脂肪酸(NEFA)濃度升高,進入肝臟的NEFA增加。NEFA可以在肝臟中完全氧化或部分氧化,也可以合成甘油三酯并通過極低密度脂蛋白(VLDL)被轉運出肝臟。如果未被氧化的NEFA不能及時順利地被轉運出去,則導致脂肪在肝臟中沉積,形成脂肪肝。脂肪肝使肝臟的代謝功能下降,影響葡萄糖的異生和對氨的解毒能力。如果在肝臟中不完全氧化的NEFA過多,其產物酮體在體內蓄積,則引發奶牛發生酮病。脂肪肝一旦形成就會持續很長時間,當奶牛能量達到正平衡時,肝臟中沉積的脂肪開始消耗,但這一過程須經數周才能完成。使奶牛成功度過圍產期是奶牛生產者面臨的巨大挑戰,圍產期過渡的成功與否決定了奶牛的生產性能,減少肝臟脂肪積累及加快其運出肝臟是圍產期成功過渡的關鍵。奶牛生產中適當添加膽堿或煙酸是控制奶牛酮病的一種營養解決方案。


膽堿是VLDL的重要組成成分,同時也是脂肪酸氧化過程中肉毒堿的甲基供體,添加膽堿可在促進肝臟脂肪酸氧化的同時加快將其運出肝臟,避免其在肝中沉積。如果外源膽堿供應不足,則需要在體內通過磷脂酰乙醇胺的三次甲基化內源合成,所需甲基可由S-腺苷蛋氨酸(SAM)和四氫葉酸系統(THF)提供。添加膽堿可節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產奶。四氫葉酸系統內源合成甲基的過程需要維生素B12的參與,同時消耗葡萄糖前體物質。奶牛泌乳初期對葡萄糖的需求增大,葡萄糖前體物質處于缺乏狀態,此時添加膽堿可以減少對四氫葉酸系統內源合成甲基的需求,同時減少對葡萄糖前體物質的競爭。奶牛泌乳初期對膽堿的需求量很大,乳中排出的甲基化物質含量很高,蛋氨酸和其他甲基來源物質供不應求,葡萄糖供應緊張,未進行過瘤胃保護的膽堿幾乎全部在瘤胃內降解,瘤胃微生物對膽堿高度降解導致膽堿效價低下和膽堿生理功能的發揮,必須采取瘤胃保護形式或是瘤胃后灌注形式[12],因此補充過瘤胃膽堿是有效的解決方案。


上個世紀九十年代日本科學家發明了過瘤胃包被膽堿,之后對于過瘤胃膽堿的研究主要集中在:對奶產量,奶成分和采食量的影響[13],己有文獻表明,在圍產期奶牛日糧中添加過瘤胃膽堿可改善奶牛泌乳性能,脂質和甲基化合物的代謝[14],乳脂肪量和乳蛋白量不受影響[15];;添加過瘤胃膽堿可減少奶牛臨床酮病、乳房炎、死亡率及乳房炎發病頭次的發病率[16],能延緩血漿葡萄糖(Glu)水平的下降,顯著降低試驗奶牛血漿β-羥丁酸(BHBA)、NEFA和總膽固醇(TCHO)含量,對于奶牛圍產期能量代謝有顯著的影響[17],對于繁殖性能也有正向調節作用[16]。


煙酸(NA),又名尼克酸,是一種水溶性B族維生素,進入動物體內后轉化成具有生物活性的煙酰胺(NAM),作為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)的組成成分,二者在機體氧化呼吸作用時,可促進脂肪酸和酮體氧化供能,減少酮體蓄積,同時促進糖異生,改善葡萄糖供應,緩解產后能量負平衡。一般情況下,少量的煙酸即能滿足奶牛的需要,但一系列的研究表明,對于高產奶牛,從日糧及微生物合成所獲得的煙酸不能完全滿足其需要,影響機體的健康和高產性能的發揮;尤其是圍產期奶牛,由于DMI急劇下降,奶牛通過采食攝取的煙酸減少,無法滿足代謝和生產需要,需要額外補充煙酸,而直接飼喂普通煙酸,其在瘤胃內被微生物大量降解或利用,生物學利用率僅有5%[18]。有研究表明,日糧中添加過瘤胃煙酸能有效提高奶牛血液中煙酸的濃度[19],因此補充過瘤胃煙酸是有效的解決方案。目前,有關煙酸在奶牛生產中的應用研究逐漸增加,趙術帆和張曉明等(2012)[20]在國內最早開展在奶牛日糧中添加過瘤胃煙酸的試驗,研究了添加過瘤胃煙酸產品對荷斯坦牛泌乳初期和高峰期產奶量和乳成分的影響,并對經濟效益進行了分析,結果表明,在高產荷斯坦奶牛日糧中添加過瘤胃煙酸可明顯提高產奶量(提高17.76%),且可獲得較高的經濟效益(增收12.35元/(頭·d));Zimbelman等(2010)[21]研究表明,過瘤胃煙酸能夠提高高熱環境下的奶牛的產奶量,緩解奶牛熱應激。圍產期奶牛日糧中添加適量的過瘤胃煙酸能有效預防奶牛酮病的發生,β-羥丁酸的含量是判斷奶牛酮病的金標準,過瘤胃煙酸對降低β-羥丁酸的效果與直接皺胃灌注相同[22]。Yuan等[23]研究表明,過瘤胃煙酸能降低血液中β-羥丁酸、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約9.50%。


上述研究結果表明,奶牛日糧中添加過瘤胃煙酸和過瘤胃膽堿是預防奶牛酮病的有效的營養策略,但兩者協同添加效果尚不明確。王樂和曹杰(2015)[24]研究了過瘤胃煙酸和過瘤胃膽堿的不同處理(添加量、添加方式,添加時間)對圍產期奶牛II型酮病的預防和治療效果,試驗分為五組,A組圍產期-21天~0天投服過瘤胃膽堿,40克/頭·日;B組圍產期-21天~0天投服過瘤胃膽堿,60克/頭·日;C組圍產期-21天~+21天投服過瘤胃膽堿40克/頭·日+過瘤胃煙酸12克/頭·日;D組圍產期-21天~+21天投服過瘤胃膽堿,60克/頭·日;E組圍產期-21天~+21天投服過瘤胃煙酸,20克/頭·日。結果表明:過瘤胃煙酸加膽堿的協同使用對奶牛產后BHBA的控制上有較好的效果,但是150天產奶量和繁殖性能效果在所有處理組中是最差的,有關過瘤胃煙酸和過瘤胃膽堿的雙通道調節機制和效果還需要進一步的研究。在生產性能和繁殖性能方面,150天產奶量、150天妊娠率、體況下降、產后180天淘汰率,均為過瘤胃煙酸組最好。隨著過瘤胃煙酸的推廣,過瘤胃膽堿大有被過瘤胃煙酸替代之勢。


2.3 過瘤胃葡萄糖


葡萄糖是動物生命與生產活動中的必需營養素,在機體內作為能源和碳源直接參與新陳代謝過程,是機體內唯一能通過血漿和細胞在全身循環的碳水化合物,是所有動物代謝活動供能最有效的營養素,與機體氨基酸代謝、脂肪代謝和核苷酸代謝等各種重要物質代謝途徑相聯系,在動物細胞代謝中擔負重要作用。反芻動物機體所需葡萄糖源于內源合成和外源吸收兩部分,內源葡萄糖主要由生糖前體物丙酸經肝臟糖異生途徑產生,外源葡萄糖主要來源于飼料中的淀粉進入小腸經淀粉酶消化分解產生[25]。圍產期奶牛日糧中葡萄糖的來源主要是玉米中能過瘤胃進入小腸的淀粉,淀粉在小腸上皮被淀粉酶和麥芽糖酶分解成葡萄糖被吸收,其利用效率大約是60%~75%[26]。丙酸是主要的生糖前體物,飼喂干草的綿羊用C14標記后有27%轉化為葡萄糖[26]。圍產期奶牛經歷妊娠、分娩、啟動泌乳和日糧結構由高粗轉為高精等重要的生理和代謝變化,遭受一系列應激,產后DMI嚴重不足,而產奶量上升很快,能量的攝入不能滿足機體對葡萄糖的需要,引起奶牛能量負平衡和低血糖癥。分娩后泌乳早期,因葡萄糖供給不足,便動用體脂支撐能量的需要和乳脂合成,體脂動員導致進入肝臟的NEFA大幅度增加,在肝臟中被不完全氧化為酮體而引發酮病,未被氧化的NEFA,形成甘油三酯沉積到肝組織中,甘油三酯的積累會損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體物,乳糖含量決定產奶量,因此血液中可利用的葡萄糖量可能是反芻動物最大泌乳量的主要限制因素[27]。目前給奶牛補充過瘤胃葡萄糖是最好的葡萄糖來源,進入腸道后完全釋放,直接被腸上皮吸收。因此,適當的補充外源性葡萄糖,增加小腸可吸收葡萄糖的數量,提高血糖濃度是預防和治療奶牛產后葡萄糖代謝失衡、減少疾病發生及提高產奶量的有效策略。


研究表明,過瘤胃葡萄糖可顯著降低奶牛產后酮病及脂肪肝的發生[28],也避免了一部分氨基酸用于糖的異生,使乳蛋白的合成提高[29]。另外對于奶牛的生產性能如可使高產奶牛遺傳潛力得到滿足,能夠達到理想的產奶高峰并使產奶高峰持續時間延長,也是非常有益的[30]。過瘤葡萄糖對于奶牛產后發情率、受胎率,首次配種時間,產犢間隔,產犢數等繁殖性能方面的研究目前還較少。


3 過瘤胃技術展望


過瘤胃技術日新月異,“包被”與“復合”已成為過瘤胃技術的關鍵詞,我們正在經歷的不僅僅是營養物質包被后復合,而是從單體營養物質走向同類營養素的復合,從同類營養素的復合走向不同類營養素的復合。比如,從單一的維生素走向多種維生素復合,從多種維生素復合到多種維生素與多種氨基酸復合,從多種維生素、氨基酸復合走向多種維生素、氨基酸與多種礦物質復合,復合的多元化能夠為反芻動物機體提供更為全面的營養。隨著過瘤胃技術的發展,反芻動物營養終于達到和實現氨基酸平衡,維生素的利用率可以大幅度提高,今后,反芻動物的營養會盡可能多的使用過瘤胃產品,從而提高飼料利用率,保證反芻動物在較高生產水平下的健康,深入研究過瘤胃技術及相關產品將在今后的反芻動物生產中起到重要作用。



浙江耀飛生物科技有限公司成立于2014年12月24日,坐落于浙江德清國家高新技術產業開發區,是一家專業致力于關注動物健康和食品安全的飼料添加劑研發生產企業。企業依托長三角綠色制藥協同創新產業園、飼料營養活性物質組學創新中心、禮來(德清)動物健康產業研究院的技術平臺,創造性地把人藥研發的技術理念、藥物安全理念,用于研發生產替代抗生素和提高免疫力的飼料添加劑,從源頭上解決食品安全以及動物福利健康。目前,公司已形成飼用水溶性植物精油艾特菁,酸化劑乳香酸、東立酸(可以抵抗非瘟),水產用微生態制劑,牛羊瘤胃緩釋尿素奧特金、艾特金,固體丙二醇等精準營養飼料添加劑。產品主要用于農業畜禽(豬、肉雞、蛋雞、鴨、鵪鶉、牛羊等)和魚蝦水產養殖業。



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