第3讲粗饲料CHO(《高级饲料学》[课件])

第三讲 粗饲料的研究和利用,一. 概况 1. 营养资源现状 1). 再生性营养资源. 主要指三大有机营养素. 地球上每一年经光合作用产生的 有机物质大约是1000000亿吨., 猪场动力网,一. 概况 1. 营养资源现状 1). 再生性营养资源. 其中: 陆生植物产生的CHO大约是4000亿吨. 水生光合作用产生的有机物质大约是陆 生植物的8倍. 几丁质中的CHO(聚乙酰氨基葡萄糖)大 约是100亿吨. 构成地球上的CHO大约包含600种以上 的糖类., 猪场动力网,一、 概况 1. 营养资源现状 1). 再生性营养资源 2)非再生性营养资源 主要指矿物质元素.,动物营养中利用的矿物质有两大类: 第一类是常量矿物元素. 钙磷钠氯钾镁硫. 第二类是微量矿物元素. 铁锌铜锰碘硒钴等. 作营养素利用, 常利用矿物元素的离子态化合物. 动物营养中主要利用两类化合物, 即: 天然来源的矿物元素化合物及氧化物; 天然原子态矿物质经人工用化学方法处理 形成的离子态物质., 猪场动力网,一、概况 1. 营养资源现状 1). 再生性营养资源 2)非再生性营养资源 3)创生性营养资源,主要指人工合成营养源. 目前主要有两大类，即： 人工合成的AA、Vit、有机酸等营养物质. 对饲料和动物有好处的促营养物质(Pronutrients). 促营养物质包括所有的非营养性饲料添加剂. 促营养物质是饲料资源开发中极具开发潜力的一类物质., 猪场动力网,一、概况 1. 营养资源现状 2营养资源利用,1). 利用方式 主要有两种方式. 第一. 传统利用方式. 不经济, 浪费资源. 利用量约占总利用量的一半左右. 第二. 科学利用方式. 高效利用方式. 包括科学饲养的饲料利用方式, 科学合理的饲料加工制备, 科学合理的饲料配合., 猪场动力网,一、概况 1。营养资源 2） 利用方式 2). 饲料资源利用现状,再生资源利用: 实际利用量不足总资源 量的5%. 可利用资源量不足总资源 量的10%. 其余待开发. 目前全世界饲料利用量约为13亿吨. 未来5年内也不超过20亿吨. 饲料利用: 商品配合饲料约占40-45%. 自配饲料占30-35%. 单一饲料利用占25%., 猪场动力网,一、概况 1。营养资源 2） 利用方式 非再生资源利用. 每年500万吨以上.,微量元素化合物100万吨以上. 创生性饲料资源利用, 每年在100万吨左右. 3. 饲料资源开发 1). 蛋白质饲料资源开发. 目前的开发方向是 植物育种, SCP, 水产, 副产物, 废弃物. 2). 能量饲料资源开发. 目前主要集中于发 展高能作物(木薯,甜菜等), 野生植物利用., 猪场动力网,二. 植物细胞壁组成,1. 纤维素 高等植物中占1/3 , 数量很大. 有的动物中也含纤维素, 如蜗牛中的被囊素. 微生物中常含有纤维素, 如胶醋酸杆菌可用甘露糖 合成纤维素. 不同种类植物, 不同植物部位, 纤维素含量差异很 大, 如棉花含纤维素95%以上, 块根类则少于1%. 植物中还存在其他类似纤维素结构的NSP., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1. 纤维素 1). 纤维素的化学组成,纤维素是由D 葡萄糖单位经 1,4 糖苷键结合而成的多聚化合物. 不同来源纤维素, 其组成的糖单位数不同. 一般由几百至数千, 平均约8000个葡萄糖单位组成. 如棉花纤维约由9200个葡萄糖单位组成. 棉花纤维用乙醇脱脂后洗涤, 再用1%NaOH溶液煮沸, 最后用醋酸中和, 洗净可得到99.8%以上的标准纤维素., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1. 纤维素 1). 纤维素的化学组成 纤维素经不同化学处理可得不同类型纤维素.,纤维素用17.5%的NaOH溶液处理, 纤维素即溶解 而变成 纤维素. 纤维素硷溶液用甲酸中和即得 纤维素沉淀物. 纤维素硷溶液在酸溶液中仍然不沉淀者叫 纤维素. 纤维素分子链是直链, 无分支结构. 苎麻纤维糖苷链由11300个葡萄糖单位组成, 因此,苎麻纤维很长., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 1). 纤维素的化学组成 2). 纤维素的物理化学特性 纤维素分子之间和分子内存在大量氢键， 因此，纤维素纤维的化学键结合力很强， 使纤维变得硬而直， 其物理特性对动物的适合性差。, 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 1). 纤维素的化学组成 2). 纤维素的物理化学特性 纤维素分子属同质多糖结构。纤维中的纤维素容 易形成整齐的排列结构，不溶于水。 浓或稀酸条件下，需长时间加水加压才能水解。 表明对动物直接利用纤维的效果差。 高等植物中纤维素一般都与其他多糖、蛋白质、 木质素等结合存在，游离存在的情况比较少见， 幼嫩阶段，纤维素游离存在的量相对较大。, 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 1). 纤维素的化学组成 2). 纤维素的物理化学特性 3). 纤维素微纤维 是由多个纤维素分子经氢键结 合而形成的纤维素分子有序排列的集合。 微纤维中间部位氢键结合力很强，使微纤维形 成微晶束而变成晶形微纤维，难降解。 微纤维外部，键结合力较弱，未形成微晶束， 一般称为微纤维。, 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 1). 纤维素的化学组成 2). 纤维素的物理化学特性 3). 纤维素微纤维 微纤维形成主要可分成三个阶段： 第一阶段，微丝形成，由纤维素分子经氢键凝结成 直径3.5埃的纤维素集合体. 第二阶段,原纤维形成,即微丝沿长轴方向延长。 第三阶段，纤维素纤维，即原纤维进一步聚合。 高等植物中的纤维素一般以纤维素微纤维的形式存 在，且属于同质多糖，由1,4苷键连接而成。 植物越成熟，纤维素越难利用。, 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖,1). -葡萄糖聚糖类 (除-1,4苷键的纤维素外) 具有实际意义的-葡萄糖聚糖是： 微生物, 藻类中存在的-1,3和-1,6苷键高 聚葡萄糖. 是高质量CHO饲料发酵，降低能量价值的 主要根据。 谷类和荞麦中的NSP主要含-1,3葡萄糖聚糖., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 1). -葡萄糖聚糖类 谷类和荞麦中的- 1,3葡萄糖聚糖, 物理特性适宜，柔曲特性比较好, 是麦麸常用于单胃动物的主要原因。 谷类和荞麦中的- 1,3葡萄糖聚糖分子量较大，2 4万左右，常与蛋白质共价结合存在, 而-1,4葡萄糖聚糖较少, 使此类聚糖质地变得比微生物中硬. 从动物利用角度看, -1,3未必比-1,4更容易. 微生物更易产生消化-1,4的酶., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 1). -葡萄糖聚糖类 2). 果聚糖,是禾本科和菊科植物中重要的短期贮存多糖, 溶 于水. 菊糖是-2,1苷键连接的果聚糖. 分子中 有一个葡萄糖单位, 但无还原性, 分子量6000. 禾本科牧草中的NSP主要是-2,6连接的线状 果聚糖. 无还原性. 分子量5000-50000. 有木聚糖, 阿拉伯聚糖, 半乳糖醛酸聚糖等. 植物中含量很少., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 1). -葡萄糖聚糖类 2). 果聚糖 3). 甘露聚糖 植物, 特别是种子中大量存在. 微生 物中也有. 一般是-1,4连接. 酵母中是-结构 . 4). 其他多聚糖 主要有木聚糖, 阿拉伯聚糖, 半乳 糖醛酸聚糖等. 植物中含量很少., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 3. 半纤维素,植物和微生物中的一些聚糖很难与纤维素区分开. 1).半纤维素定义. 最早认为,半纤维素是能用17.5% NaOH溶液提取 的物质. 1958年以后国际上认为是非纤维, 非果胶类物质. 1973年,Bauer人为,半纤维素应该是能与纤维素 形成氢键结合, 与果胶能形成共价结合的植物细 胞壁多糖., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 3. 半纤维素 1).半纤维素 2).半纤维素的化学结构特征.,半纤维素以木聚糖为主链.可能存在其他聚糖或单糖. 有的木聚糖可能是被乙酰化的木聚糖, 如谷类中的阿拉伯糖基木聚糖, 阿拉伯糖以- 苷键与木聚糖连结; 某些植物种籽中的葡萄糖基甘露聚糖; 软木质中的半乳糖基葡萄糖聚糖和半乳糖基甘露糖聚糖等., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 3. 半纤维素 1).半纤维素 2).半纤维素的化学结构特征 半纤维素中除了木聚糖, 其次是阿木聚糖, 葡甘聚糖, 半乳甘聚糖,木葡聚糖等含量较多. 半纤维素利用率低与其聚糖种类多有关. 5%的稀硷可提取木聚糖,用乙醇可沉淀其中的木糖. 天然半纤维素一般都与纤维素结合存在., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 3. 半纤维素 1).半纤维素 2).半纤维素的化学结构特征 3).高等植物中纤维素, 半纤维素的组成特点.,饲料来源不同,组成的质和量不同. 地球上光合作用形成的有机物三分之一是半纤维素. 麦类胚乳中的半纤维素主要由阿木聚糖组成. 木本和草本非种籽中的半纤维素主要由木聚糖组成. 谷类藁杆的半纤维素主要由非纤维素性葡聚糖组成. 半纤维素来源不同,木聚糖组成类似, 聚合度不同., 猪场动力网,二、二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 3. 半纤维素 1).半纤维素 2).半纤维素的化学结构特征 3).高等植物中纤维素, 半纤维素的组成特点 枯草杆菌,根霉菌,蜗牛体内含B-葡聚糖 酶,能有效利用谷类藁杆中的半纤维素. 成熟禾本科作物和牧草含半纤维素23- 28%,纤维素26-42%,其叶含半纤维素 21-27%,纤维素27-36%. 茎叶中纤维素与半纤维素之比从幼到成 熟呈0:8到1.6:1变化., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2. 其他同质-聚糖 3. 半纤维素 4. 半纤维素,果胶主要是由一种半乳糖醛酸经-1,4苷键形成的长链多糖, 基本糖单位30-300左右. 其他多糖有: 鼠李半乳糖醛酸聚糖, 半乳聚糖, 阿拉伯糖聚糖, 阿拉伯半乳聚糖(阿拉伯糖是-连结). 实际饲料中果胶以杂多糖形式存在更常见, 主骨架是-1,4连结的半乳糖醛酸, 部分羧基被甲酯化,也有部分羧基与Ca、Mg 结合., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2。其他同质-聚糖 3。半纤维素 4。半纤维素 原果胶. 存在与幼嫩植物中. 与纤维素和半纤维素结合存在. 较 硬, 不溶于水. 果胶. 存在成熟植物中, 纤维素和半纤维素于果胶分离, 质地较 软, 有粘性, 液化程度增加. 果胶酸. 果实过熟, 果胶去甲酯化作用而成. 无粘性,呈液体. 在酸硷条件下, 果胶和果胶酸都会水解. 高温强酸, 其中糖醛 酸会发生脱羧作用. 果胶属-1,4连结, 成熟植物中果胶消化率比未成熟者高., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2。其他同质-聚糖 3。半纤维素 4。半纤维素 5. 胶质,是一类 由多糖组成，无明显结构和界限的CHO. 主要是半乳聚糖类, 半乳糖醛酸鼠李聚糖, 葡萄糖醛 酸甘露聚糖, 木聚糖, 木葡聚糖,其他多糖尚不清楚. 具有蔬水性的胶质叫树脂. 具有亲水性的胶质叫树胶, 包括粘质(粘胶)., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2。其他同质-聚糖 3.半纤维素 4。半纤维素 5.胶质 胶质是植物代谢过程正常的营养贮存形式. 在植物 中广泛存在, 如阿拉伯胶, 黄芪胶, 种籽胶等. 有一些胶质如石花菜和海藻中的海藻胶(琼胶或叫琼 脂)仅溶于热水. 一些微生物产生的右旋糖酐和动物肠道中状明串珠 菌产生的胶粘质葡萄糖都有粘性., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2。其他同质-聚糖 3。半纤维素 4。半纤维素 5.胶质 6. 非CHO 类物质,角质. 是一类由饱和脂肪酸构成的聚合物. 木醛质. 主要由不饱和脂肪酸构成的聚合物. 木质素. 是由非三大营养素结构单位构成的聚合物. 常见聚合单位有对羥苯丙稀基醇, 松柏基醇, 芥子基醇, 对-OH-苯甲醛, 4-OH-3-甲氧基- 苯, 丁香醛, 对-OH-苯丙稀酸, 阿魏酸等., 猪场动力网,二、植物细胞壁组成 1。纤维素 2。其他同质-聚糖 3。半纤维素 4。半纤维素 5. 胶质 6. 非CHO 类物质 成熟植物中的木质素,一般是聚合性木质素结构单位. 一种是由三个松柏基醇结合构成的木质素结构单位. 第二种是由三个松柏基醇与非木质素成分, 纤维素, 蛋白质等构成的复合结构单位., 猪场动力网,三. 植物细胞壁结构物质的营养定义,1. 按常规分析方法定义. 粗纤维. 1860年Henneberg等提出, 认为无营养意义, 其中包含纤维素50-90%, 木质素20-50%, 半纤维素, 角质, 木栓质20%. ADF. 1963年Van Soest提出, 饲料中仅纤维素和木质 素较稳定, 半纤维素难准确测定.ADF真正无营养. ADL. 1963年 Van Soest提出, 仅木质素对动物无意义, 可分开考虑. NDF. 1967年Van Soest等提出,纤维素,半纤维素,木 质素代表了真正的细胞壁物质., 猪场动力网,2. 从动物消化角度定义.,饲料填充物质: 1944年Lehmann提出，纤维应看成是不消化的有机物. 消化残余物质: 1929年McCane &Lawrence认为，纤维是不能被酶消化的植物多糖. 1969S年outhgate认为，纤维是不能被动物酶分解的CHO. 1975年 Hellendoorn等认为，纤维是所有不能消化的植物成分., 猪场动力网,日粮纤维: 1953 Hipsley认为日粮纤维是由纤维素, 半纤维素, 木质素, 果胶组成的一种复合物质. 1974年Trwell认为是哺乳动物酶不能分解的植物细胞残渣. 同年(1974)Eastwood认为是不能消化的植物细胞壁成分. 1976年Trowell等认为是不能消化的多糖和木质素., 猪场动力网,植物性多糖的营养生理效应,(一). 粗饲料细胞壁的组成结构特点. 1.细胞壁组成结构. 初生壁.是植物细胞刚分裂形成新细胞的细胞壁. 含纤维素,半纤维素,木质素, 果胶等物质. 次生壁.是初生细胞成熟后细胞壁加厚形成的细胞 壁.主要含纤维素. 中间层.初生壁和次生壁之间的一层.主要含果胶 和木质素., 猪场动力网,初生细胞壁加厚停止即细胞发育成熟. 细胞发育成熟以后才开始木质化进程。 木质化过程从初生壁到次生壁逐渐发展. 植物发育越成熟,木质化程度越高. 植物再嫩也不同程度含木质素., 猪场动力网,2.植物细胞CHO的存在形式和特点.,植物细胞壁多糖呈四级结构状态. 初级结构是糖苷键连结. 二级结构是氢键连结. 三级结构是非共价键连结.CHO通过糖, 羟基, 羧基,氨基等之间的非共价键的相互促进作用而使糖苷链形成有规则的立体空间结构., 猪场动力网,四级结构是多聚糖苷链之间的非共价键连结.也常称亚单位现象. 木质素与CHO呈共价键结合,不容易被酶分解.半纤维素一般都是这种连结.植物越成熟,半纤维素的消化利用率越低., 猪场动力网,(二). 日粮纤维的非营养作用.,1.解毒作用. 1).提高动物对有毒有害物质或非极性表面活性物质的耐受程度. 抗坏血酸葡萄糖,氯代烷烃盐酸盐等均属非极性表面活性物质,影响营养物质的消化利用率. 饲料中的苜宿, 豆荚, 稻壳, 果胶, 琼脂, 十花菜等都有提高耐受力的作用. 但日粮纤维用量不宜超过10%., 猪场动力网,2). 预防病原菌引起的毒害作用,1938年Shank发现, 仔猪断奶后容易因大肠杆菌繁殖引起肠毒血症. 1963Smith等发现,日粮纤维可预防肠毒血症，但用量超过20%无效. 日粮纤维可预防母猪MMA综合症. 降低胃炎发生率., 猪场动力网,3). 预防仔猪腹泻,1968年Freese研究发现, 5%的日粮纤维可预防仔猪腹 泻. 为开发仔猪高营养浓度, 高日粮纤维型饲粮提供了 实验依据. 麦麸粗纤维质地比较柔软, 适合用于开发仔猪高纤维 饲粮. 但不宜全用麦麸提供日粮纤维, 因麦麸中镁含量高, 过量镁同样可能引起腹泻. 结合其他粗饲料利用比 较适宜。, 猪场动力网,2. 日粮纤维的代谢效应,1). 增加胆汁排泄. 降低胆结石的可能性. 实验证明, 日粮纤维中的木质素, 半纤维素, 能与胆 汁结合, 加速胆汁排泄速度, 避免胆汁在胆囊中的 停留时间过长, 起到避免结石的作用. 2). 降低血清胆固醇和血脂水平. 日粮纤维加速胆汁排泄, 有利于促进血液中胆固醇 等物质的周转流动, 避免过量胆固醇等物质蓄积于 血液中., 猪场动力网,3). 预防禽类脂肝症.,实验证明,日粮纤维可以降低进入体内的脂肪在肝 脏中积累.起原因可能与日粮纤维促进酯类代谢产 物周转排泄,进而促进肝中脂肪代谢有关. 4).日粮纤维具有阳离子交换作用. 实验表明, 实验鼠长时间喂12%的日粮纤维, 可减 少固钙和锶的含量.进一步研究表明,日粮纤维可以 使一些阳离子发生置换作用., 猪场动力网,3. 日粮纤维的物理作用.,1).刺激消化道运动,增加食糜在消化道中的流动速度, 促进营养物质消化吸收. 2).吸水力强,有预防动物便秘的作用.妊娠动物合理 利用日粮纤维有利于提高繁殖性能. 3).利用日粮纤维的大容积特性, 可作为限饲动物饲 粮的填充物质,稀释营养浓度, 起到限制饲养的作 用. 日粮纤维是自由采食饲养条件下,控制营养物质过 量摄入的有效方法.,(三). 日粮纤维的饲养效果.,1.单胃动物. 不同生产目的商品生产动物, 利用目的不同. 产肉动物用于提高饲养后期的瘦肉率.50-100千 克体重的猪,日粮纤维控制在5-10%以内使用,日 粮纤维量每变化1%, 可使有效能量摄如变化0.3- 1.2MJ. 日粮纤维用于小猪, 超过5%, 甚至在6-7%范围内 也降低FI. 肥育猪饲粮日粮纤维超过10%,日采食的有效营养 物质摄入可能减少10-15%以上., 猪场动力网,2. 反刍动物,理论上推测, 反刍动物利用纤维素, 半纤维素及其他 非- 糖苷键结构的CHO, 效果与淀粉一样. 实际利用粗饲料的效果则有差异. 主要原因是, 微生物和所有酶都不能降解木质素. 营养物质在消化过程中,木质素可能阻挡酶与消化底物接触屏而成为蔽物质., 猪场动力网,木质素与其他物质形成交联结构, 增加消化底物的稳定性. 木质素成为粗饲料利用的限制因素. 脱木质化的粗饲料, OM消化率可达到80-90%. 减少粗饲料中的木蜘素, 膨化增加容积, 改变二, 三, 四级结构都可提高利用效率., 猪场动力网,(四). 日粮纤维的降解原理,1.日粮纤维晶型结构与消化. Baker等,1959年发现,日粮纤维晶型化程度越高, 消化率越低. 微生物也更喜欢非晶型化的植物纤维. 酸,硷提高日粮纤维的非晶型化程度和降解程度. 主要是通过破坏氢键达到目的.增大酸硷作用的 空间,效果更显著. 加压提高日粮纤维的非晶型化程度., 猪场动力网,2.酸硷分子量与日粮纤维结构.,实验表明,酸硷分子量越小,穿透能力越强,破坏氢 键的能力越强. 氨是一种低分子量的硷性物质,在水中可变成带硷 性的氨离子,用于处理粗饲料破坏氢键结构比较理 想. 多糖结构中分子内和分子之间的交联结构,主要由 多糖的游离羧基与酯化羧基结合而成,用NaOH进行 皂话处理比较理想。 高度成熟的粗饲料两种方法结合处理比较好., 猪场动力网,3.日粮纤维物理特性与消化.,日粮纤维通过硷处理,或物理作用(压力)降解, 仅在一定程度上除去了次级键结构的影响, 一级结构基本没有发生变化.仍然需要酶和微生 物才能进一步降解, 最终将不能利用的CHO变 成宿主动物的营养. 粗饲料经过物理或化学处理,因次级键在一定程 度上被破坏,使粗饲料体积变大, 为酶和微生 物的消化提供了更多的机会和可能性., 猪场动力网,(五). 贮存多糖 分淀粉和非淀粉贮存多糖.,1.淀粉 属于- 构型的D-葡聚糖. 在细胞质粒中形成. 淀粉支点是-1,6连结, 只脸和侧链是-1,4连结. 常用淀粉中直链淀粉占15-30%, 40个糖单位以下的 直链淀粉使碘变红, 40个以上变兰, 200-300个糖单 位变橙黄. 支链淀粉糖单位含量大, 一般在此6000-10000个糖 单位左右., 猪场动力网,不同来源淀粉受-淀粉酶水解程度不同. 1990年WUERSCH认为是淀粉颗粒和物理处理不同.,热处理过程提高温度(90度以上), 增加直链淀粉含量. 直链淀粉