瘤胃保护脂肪在奶牛生产中的应用

tianjianmin

                                                 瘤胃保护脂肪在奶牛生产中的应用
过去20年，大量的研究表明：能量是高产奶牛发挥产奶潜力的重要因素，补充瘤胃保护性脂肪是满足奶牛能量需要，提高产奶量，改善奶牛繁殖性能和健康的重要措施。本文综述了瘤胃保护性脂肪在奶牛生产中的应用，供奶牛生产者参考。
1 能量负平衡的危害
    围产期奶牛干物质采食量大幅度下降，泌乳前期采食量增加滞后于产奶量增加，导致奶牛处于能量负平衡，降低产奶量，影响产奶遗传潜力的发挥。Ensminger等（1990）和Stockes（1999报道，乳牛泌乳高峰期每增加 1 kg产奶量，泌乳全期产奶量增加 200～250kg。能量负平衡导致奶牛动用体贮存，分解体胀，增加酮病和脂肪肝的发生，降低繁殖性能和对疾病的抵抗力。临床和亚临床酮病能继发引起产褥热。酮病和产褥热的发生，大大增加奶牛真胃异位。胎衣不下、乳房炎、子宫内膜炎等疾病的发生率，亦显著影响产奶性能和繁殖性能，增加淘汰率，缩短奶牛的使用年限（ Hoard’s乳农公司，1993；Galligan和Ferguson，1996）。产犊后的前50 d是疾病发生率最高时期（Galligan和 Ferguson，1996），泌乳期约50％的奶牛伴随着至少一种以上的疾病（Bigrass－Poulin等，1990）。酮病、产褥热、真胃移位，胎衣不下等在美国的发生率分别为5、8、＞3和5％－10％，头牛造成的经济损失分别为 145、334、340和 285美元（Hoard’S乳农公司，1993）。Sischo。等（1990）估计，所有疾病的成本约为每头每年120美元，其中52 ％为淘汰牛成本，24 ％为疾病处理的成本。
2 泌乳前期奶牛饲喂脂肪的重要性
    乳牛生产水平、营养需要、泌乳期生理变化。繁殖性能和环境因素等在不同程度上决定了奶牛饲喂脂肪的重要性。
　　2.1 产奶水平奶牛的产奶净能需要决定于产奶水平。荷斯坦乳牛牛奶平均含有3.6％脂肪、3.15％蛋白质、4.73％乳糖和8.73％的非脂固形物。 3.5％脂肪校正乳约含 0.70 Mcal／kg的能量（Mu，2002）。据NRC（2001）估计，体重680 kg的荷斯坦乳牛，维持体况，每天泌乳25、35和45kg，产奶净能需要量为27.9、34.8和41.8 Mcal／d。奶牛产奶曲线表明：产奶水平越高的奶牛，泌乳高峰期越早，维持泌乳高峰的时间越长，这需要奶牛能从日粮中尽可能多地获得产奶所需的净能。
　　2.2 干物质采食量  产犊前2～3周，胚胎生长迅速，需要较高的营养，但奶牛食欲下降，干物质采食量的大幅度下降甚至达30％以上；产犊后产奶量迅速增加，约4～8周达到产奶高峰，而最大干物质采食量的出现通常在产后10～14周（NRC，1989）。围产期奶牛缺乏良好的饲养管理。饲料适口性差，日粮营养不均衡，最大采食量的出现可能更迟。采食量增加滞后于产奶量的增加，导致能量负平衡。因此，需要增加产犊前和泌乳前期奶牛饲料的能量浓度。
　　2.3 体重损失   围产期和泌乳前期，奶牛体重损失，脂肪组织分解脂肪产生非脂化的脂肪酸（NEFA）。大部分NEFA在肝脏氧化产生能量，但当血糖和胰岛素的浓度较低时，NEFA不完全氧化产生酮体。一部分NEFA在肝脏被重新脂化，或构成极低密度脂蛋白（VLDL）输出到乳腺组织，或贮存于肝脏形成脂肪肝。奶牛肝脏吸收NEFA的能力大于肝脏输出脂肪的能力。奶牛产犊前后随着血糖和NEFA含量增加，血液酮体含量和肝脏脂肪含量增加的动态变化，表明动员体脂以满足产奶净能需要，这将增加酮病和脂肪肝的危险（Veenhuizen等，1991）。
　　2.4 繁殖性能  美国奶牛协会调查的结果表明：奶牛产奶量从 1951年平均4500 kg增加到 1996年的9000 kg，而受胎率却由68％降低到40％左右。泌乳前期奶牛体况损失与其繁殖性能存在强相关。 Bulter和Smith（1989）曾报道，泌乳首30 d内奶牛体况损失小于0.5、0.5～1.0和大于1.O，奶牛产犊至首次排卵的天数分别为28、38和44d，首次配种的受胎率分别为65％、53％和17％。高产奶牛能量负平衡导致其繁殖性能下降的主要原因有：配种时奶牛基本上在泌乳前期，体况损失推迟发情周期，降低受胎率和怀孕率，增加空怀天数；血液孕激素水平下降，降低胚胎存活率卵巢血液流量降低，卵泡发育不正常。补充脂肪能改善奶牛体况和发情状况，提供合成孕激素的前体物——胆固醇，增加孕激素的浓度，刺激卵泡发育。
　　2.5 脂肪增加日粮能量浓度   粗饲料和青贮饲料的产奶净能约1.1～1.5 Mcal/kg，谷物和油籽饼粕的产奶净能为 1.7－2.7 Mcal/kg，油和脂肪产品的产奶净能为5～6 Mcal/kg（NRC，2001）。我国许多奶牛场采取提高日粮精粗比例，大量饲喂含有高淀粉的玉米等谷物，以增加日粮能量浓度。该措施存在两个缺陷：大量饲喂精料限制了奶牛粗饲料的采食量，影响瘤胃微生物菌群，降低乳脂率；淀粉类精料在瘤胃迅速发酵能引起瘤胃pH值下降，严重时可能导致瘤胃酸性和发生酸中毒等代谢紊乱，降低繁殖性能，增加蹄叶炎的发生（Block和  Sanchez，2000；NRC，2001）。与精饲料相比，脂肪可以提供2～3借以上的产奶净能，能显著增加日粮能量浓度，同时保证粗饲料的摄入量。
　　2.6 热应激   中国荷斯坦奶牛源于温带和寒带地区，耐寒而不耐热。在高温潮湿地区和夏季，荷斯坦奶牛产奶量平均下降超过30％（黄昌澍，1986）。高温还显著降低奶牛繁殖性能（穆玉云，1990）。高温使奶牛经受热应激，降低采食量和乳腺、子宫、卵巢的血流量。补充脂肪能降低体内的热负荷，减轻热应激危害。
3 脂肪类型对瘤胃微生物的影响
    饲料脂肪包括半乳脂。甘油脂肪和磷脂。在瘤胃微生物酶的作用下，半乳脂分解成半乳糖和甘油，甘油脂肪分解成脂肪酸和甘油，磷脂分解成脂肪酸和甘油或半乳糖等；微生物继续降解半乳糖和甘油为挥发性脂肪酸，用于合成微生物脂肪，甘油用作提供瘤胃微生物活动所需的能量，或被瘤胃壁吸收；饱和脂肪酸在瘤胃稳定，直接通过瘤胃到达真胃和小肠；不饱和脂肪酸一部分被瘤胃微生物氢化成饱和脂肪酸，另一部分被同分异构形成异位脂肪酸（trans fatty acids）或共扼亚油酸（conjugated linoleic acids），微量不饱和脂肪酸可能通过瘤胃直接进人真胃和小肠（Dorean和Chilliard，1997）。
    动植物油是常用的饲料脂肪，均含有大量不饱和脂肪酸。添加这类未保护的脂肪，过量的不饱和脂肪酸在瘤胃未被氢化，对瘤胃微生物具有毒性，降低粗纤维的消化（NRC，2001）。此外，使用不饱和脂肪酸含量高的脂肪，能增加乳脂中不饱和脂肪酸的含量，使牛奶容易变质，缩短牛奶的保质期（Doreau和Chillrad，1997，Kennelly和Glimm，1998）。使用鱼油可能使牛奶含有鱼腥味，使用牛油和猪油不方便，甚至面临感染疯牛病和口蹄疫的危险。瘤胃保护脂肪由于某种方式在瘤胃中保持稳定，不被瘤胃微生物分解，也不影响瘤胃微生物活动，通过瘤胃直接进入真胃和小肠（Doreau和Chillard，1997）。被吸收的脂肪提供产奶所需的能量和乳脂合成的原料，减少体脂的动用（Mansbridge和Blake，1997），并提供合成孕激素的前体物（Staple和Thateher，1997）。因此，瘤胃保护脂肪是奶牛最适宜的能量添加剂。
4 如何保护脂肪
    瘤胃保护脂肪是通过不同的技术途径保护脂肪，主要有以下几种方式。
　　4.1 全脂油籽  大豆、棉籽、菜籽等是脂肪、蛋白质和碳水化合物的结合物，与其植物油比较，能够提供一定程度的瘤胃保护效果，对瘤胃微生物活动和粗纤维的消化影响相对较小。膨化大豆和油类籽实的饼粕提供类似的脂肪保护效果。但瘤胃保护脂肪性能很大程度上受加工过程的影响，所含有的不饱和脂肪酸影响采食量和乳脂率。
4.2 化学加工
　　4.2.1 脂肪酸氢化   通过化学加氢反应，由不饱和脂肪酸生产饱和脂肪酸，故称为氢化脂肪，属游离脂肪酸产品。由于可能存在不完全氢化，一些脂肪酸可能不是瘤胃保护性脂肪酸，也可能是异位脂肪酸。氢化脂肪酸和异位脂肪酸在小肠的消化率低于天然的脂肪酸。
　　4.2.2 脂肪酸钙化    通过皂化反应，由长链脂肪酸合成脂肪酸钙盐，该类产品简称为钙皂。在正常的瘤胃液pH下，脂肪酸钙盐是稳定的。如果瘤胃液pH下降，能够导致钙与脂肪酸分离，所分离的不饱和脂肪酸可抑制瘤胃微生物活动。
　　4.2.3包被脂肪   脂肪被处理的蛋白质或碳水化合物包裹，使脂肪在瘤胃中保持稳定。由于包被的效果有异、包被材料的特征不一，以及反刍活动对包被材料的可能破坏，产品的过瘤胃性能需仔细评价。
　　4.2.4 物理加工    通过物理分馏的方法获得饱和脂肪，由于熔点高于瘤胃液的温度在瘤胃中保持稳定，因此又称稳定性脂肪。瘤胃pH下降不影响该类脂肪的过瘤胃特征。
5 瘤胃保护脂肪的使用效果
    在奶牛日粮中，尤其是高产奶牛，适量补充瘤胃保护脂肪，能够获得明显的生产效果和经济效益。目前，在奶牛业发达国家，如美国、德国、法国、英国、丹麦、荷兰、日本、韩国和澳大利亚，饲喂瘤胃保护脂肪产品是保持乳牛高产和稳产的基本措施之一。奶牛日粮中补充瘤胃保护脂肪的主要效果为：增加奶牛日粮的产奶净能，改善养分的利用，提高产奶量；直接增加血液中脂肪酸浓度，增加乳腺的脂肪酸供应量，提高乳脂率，调控乳脂脂肪酸的组成；减少体脂损失，增加孕激素和前列腺素的合成和分泌，改善繁殖性能；改善奶牛体况，
减少代谢疾病的发生，增加对疾病的抵抗力，降低淘汰率；减少热负荷，增加奶牛抗热应激的能力。
    Manner（2002）总结了瘤胃保护脂肪对奶牛（＞25 kg/d）生产性能影响的60篇论文，结果如下：瘤胃保护脂肪添加量占干物质的2％～8％，能够增加 1.8～3.5 kg的产奶量，改善乳脂率0.1～0.4个百分点（或2％～15％），降低乳蛋白含量0.01～0.18个百分点（0.5％～6％），但不影响乳蛋白产量，在泌乳首 100 d内使用瘤胃保护脂肪能获得满意的经济效果。
　　Staple和Thatcher (1997)报道，补充瘤胃保护脂肪显著增加怀孕率和受胎率15％以上。表1总结了发表的添加瘤胃保护脂肪对繁殖性能的影响的6篇论文，结果为：使用瘤胃保护脂肪增加第1次配种受胎率26 ％，增加第2～4次配种的受胎率74％，平均增加怀孕和受胎率27％，缩短空怀天数6.8 d，减少每胎人工授精0.4次。
表1添加瘤胃保护脂肪对繁殖性能的影响
        瘤胃保护脂肪添加量        试验牛数        受胎率（配种序数）        受胎率/情孕率        空怀天数        每胎人工授精次数
Schneider等，1988        0g        54        43(1)        72(PR)                2.3
        500g/d        54        60(1)        87(PR)                1.8
Sklan等，1989        0g        54        28(1)        58(PR)        86        
        500g/d        54        44(1)        76(CR)        74        
Ferguson等，1990        0        138        43（1）        86（CR）        96        1.96
        2％DN        115        59(1)        93(CR)        92        1.57
Sklan等，1991        0        48        42（1），25（2～4）        62（PR）        149        2.9
        2.6％DM        51        39(1),43(2～4)        82(PR)        115        2.4
Garcia和Bojalil1998        0        21        33(1),31(2)        52(PR)        76        1.35
        2.2%DM        22        45(1),75(2)        86(PR)        84        1.45
Scott等，1995        0g        223        49(1)39(2)        93(CR)        138        1.2
        450%g/d        220        46(1),42(2)        98(CR)        146        0.5
与对照组比                        +26%（1）        +27%        -6.8        -0.4
较平均改善                        +74%（2）        （PR/CR）               
  注：DM：干物质；CR：受胎率；PR：怀孕率。
6 饲料脂肪的适宜添加量
    奶牛饲料脂肪摄入量应等于乳脂的总产量（Palmquist，1993）。奶牛从精粗饲料摄取的脂肪量约占干物质的3％，乳脂产量与精粗饲料脂肪供应量的差值应为日粮脂肪的添加量。随着脂肪添加量增加直至日粮于物质的3％，产奶量相应地显著增加，继续增加脂肪添加量，产奶量仍继续增加，但增加幅度下降，当添加量超过于物质5％时，产奶量明显下降（Drackley，1999）。脂肪添加量过高导致产奶量下降，可能是因为能量和其他养分不平衡或饲料采食量下降。适宜的脂肪添加量为子物质的3％～5％。
    瘤胃保护脂肪添加量受产奶水平、泌乳阶段、日粮配方、青粗饲料质量等影响。通常高产牛（大于 8000 kg／年）和中产牛（5000～8000 kg／年）每天脂肪摄入量分别为 1000～1500 g和 700～1000 g，每天瘤胃保护脂肪的适宜添加量分别为400～1000 g和 200～500 g。
7 瘤胃保护脂肪使用时的注意要点
    正确使用瘤胃保护脂肪产品，需要考虑应用中的效果、适宜剂量、产品特征、日粮调整和饲养管理等因素。
　　7.1 应用效果  奶牛对瘤胃保护脂肪的反应表现为产奶量增加，乳脂率提高，受胎率增加，体况改善，代谢疾病的发生率降低。综合上述应用效果以及鲜奶价格、奶牛产犊间隔延长所增加的饲养成本、疾病治疗成本、淘汰成本等因素，评价瘤胃保护产品的经济效益。
　　7. 2适宜剂量   生产者需要根据产奶水平、日粮类型、青粗饲料品质以及添加脂肪所能获取的效益来综合考虑，确定适宜添加剂量。瘤胃保护脂肪产品在德国奶牛日粮的添加剂量为干物质的5％一7％，美国和英国的添加剂量甚至高达于物质的10％。这些大剂量添加主要因为奶牛的生产水平很高（德国、美国的奶牛平均产奶水平高于9000 kg）和日粮中精料采食量占干物质的 30％～40％。就中国奶牛的饲养实践而言，瘤胃保护脂肪添加剂量以干物质的2％～5％较为适宜。
　　7.3 产品特征   不同产品的脂肪含量和消化率不同，所含有的产奶净能值存在差异。瘤胃保护脂肪的加工工艺不同，产品在瘤胃的保护性和稳定性不同，瘤胃的环境条件变化，如瘤胃pH变化，有可能影响产品的过瘤胃效果。脂肪酸钙盐的适口性较差，影响干物质采食量，降低乳蛋白含量。氢化脂肪在小肠的消化率较低。上述因素在选用时均需考虑。
　　7.4 配方调整  适当的配方调整能充分发挥瘤胃保护脂肪的效果。日粮应提供充足的纤维水平，NDF至少达22％，ADF为19％－20％；日粮
钙含量如为正常水平应增加0.1％～0.2％，日粮镁含量保持在0.25 ％～0.30 ％（Hutijen，1997）。还应考虑适量增加日粮中瘤胃降解蛋白和过瘤胃蛋白的含量，以维持乳蛋白水平不致因为产奶量增加而下降。
　　7.5 添加剂    每天补充6～ 12 g烟酸、10 g过瘤胃蛋氨酸或20～30 g过瘤胃赖氨酸，或每天补充20～30 g过瘤胃胆碱，与补充瘤胃保护脂肪等合并使用，这对提高产奶量、乳脂率和乳蛋白水平，降低代谢疾病，改善繁殖性能等均具有显著的协同效果。
　　7.6 饲养管理  日粮中使用与停用瘤胃保护脂肪均需要逐渐过渡，以使奶牛有时间调整饲料采食量和瘤胃微生物菌群。
8 不同瘤胃保护脂肪产品比较
    目前国际市场上主要有3类瘤胃保护脂肪产品：瘤胃稳定性脂肪（百事美脂肪粉-Bergafat T300，德国百事美有限公司生产）、氢化脂肪和脂肪酸钙盐。脂肪酸钙盐和氢化脂肪有多种品牌，但脂肪酸组成十分类似。这些产品的脂肪酸组成和产品使用存在明显差异。
　　8.1 脂肪含量和脂肪酸组成见表2。
表2国际市场上主要瘤胃保护脂肪产品脂肪含量和脂肪酸组成
瘤胃保护脂肪产品        稳定性脂肪*        脂肪酸钙盐        氢化脂肪
脂肪含量（%）        >99.5        80～84        >99.0
脂肪酸组成（占脂肪的%）                           
C14:0以下        < 3.5        < 2        < 3.5
C16:0        75～90        43～45        45～55
C18:0        5～10        4～8        35～47
C18:1        5～10        38～42        4～8
C18:2和C18:3        < 3        8～11        1～2
C20：0以上        < 1        < 1        < 1
     由表2可知，稳定性脂肪粉和氢化脂肪为纯脂肪，脂肪酸钙盐平均含82％的脂肪；稳定性脂肪粉富含棕榈酸，不饱和脂肪酸含量不超过13％；脂肪酸钙盐主要由棕榈酸和油酸组成，饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸各约占50 ％；氢化脂肪主要由棕榈酸和硬脂酸组成，不饱和脂肪酸含量在10％以下。
    脂肪含量和脂肪酸组成影响产品的产奶净能、脂肪的消化以及乳脂的脂肪酸组成。饱和脂肪酸的消化率随碳链延长而降低，不饱和脂肪酸的消化率大于饱和脂肪酸。Doreau和Milliard（1997）根据在丹麦、美国、法国、德国、澳大利亚和英国所进行的17个试验49个日粮的试验结果计算：C14:0、C16:0、C18:0、C20:0、C22:0的脂肪酸消化率分别为 69％、79％、73％、70 ％和 66％，C18:1、C18:2和C18:3的脂肪酸消化率分别为85％、83％和76％。根据这一结果计算，假定上述3类瘤胃保护脂肪均完全过瘤胃，每千克产品可以提供的可消化脂肪分别为：稳定性脂肪粉约789 g，脂肪酸钙盐约 667 g，氢化脂肪约760 g。
    脂肪酸钙盐在瘤胃pH下降时所分离的游离脂肪酸，可能被瘤胃微生物氢化或同分异构，产生氢化或异位脂肪酸。氢化脂肪可能存在异位脂肪酸，考虑氢化脂肪酸和异位脂肪酸在小肠的消化率会降低，稳定性肪粉提供的可消化脂肪量比脂肪酸钙盐和氢化脂肪更高。
    乳脂的脂肪酸组成受瘤胃保护脂肪的脂肪酸组成影响(Doreau 和Chillard,1997；Mansbridge和Blake,1997;Kennelly和Glimm,1998)。饲喂脂肪酸钙盐可以增加乳胎中油酸含量，但鲜奶易于酸败变质，特别是在高温季节。使用稳定性脂肪粉和氢化脂肪可以增加乳脂中饱和脂肪酸的含量，延长鲜奶的保质期。稳定性脂肪粉主要增加乳脂中棕榈酸的含量，氢化脂肪增加乳脂中棕榈酸和硬脂酸的含量。
　　8．2 使用效果  根据NRC（2001）的相关参数、脂肪和脂肪酸含量计算，稳定性脂肪粉产奶净能为 6.3～6.4  Mcal／kg，脂肪酸钙盐为5.5～5.8Mcal/kg，氢化脂肪为6.0～6.2 Mcal／kg。产品在原料和加工工艺、过瘤胃的机制、脂肪酸组成、是否含有甘油以及适口性等方面的差异，影响其使用效果，见表3。


表3国际市场上主要瘤胃保护脂肪产品使用效果
瘤胃保护脂肪产品        稳定性脂肪*        脂肪酸钙盐        氢化脂肪
  产奶净能（Mcal/kg）        6.3～6.4        5.5～5.7        5.9～6.1
产品是否存在异位脂肪酸        无        无        可能
干物质采食量        －        ↓        －
有机物消化率        ↑        ↑        ↓
瘤胃pH的影响        无        长链脂肪酸与钙盐分离        无
产奶量        ↑        ↑        ↑
乳脂率        ↑        ↑        ↑
乳蛋白含量        －        ↓        ↓
繁殖性能        ↑        ↑        ↑
奶牛产生酮病的风险        无        有        有
  　注：↑表上升↓表下降，－表不变或无影响。
9小结
    奶牛泌乳前期，尤其是高产奶牛，能量负平衡不仅影响奶牛生产潜力的发挥，还影响奶牛繁殖性能，增加奶牛代谢疾病的发生，增加淘汰率，缩短奶牛的使用寿命，严重影响奶牛企业的经济效益。补充瘤胃保护脂肪是解决上述问题重要而经济可行的途径。补充瘤胃保护脂肪时，必须充分考虑奶牛的生理特点和生产水平、适宜的添加剂量、瘤胃保护脂肪产品的特性、饲养管理等因素，才能获得最大的经济效益。

丁洪军

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