【毕业学位论文】（Word原稿）戊糖对粕类蛋白的保护作用及其对奶牛生产性能的影响动物营养与饲料科学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 戊糖对粕类蛋白的保护作用及其对奶牛 生产性能的影响 of on in he of to in I 摘 要 本文用戊糖作为保护剂，以大豆粕为试验材料，研究了戊糖加热复合保护处理方法中各因素对蛋白质保护效果的影响。在此试验基础上，用不同的糖分别对多种粕类进行保护处理及效果评价，为其他种糖作为保护剂的可行性提供理论依据。最后 ，对戊糖保护大豆粕产品进行奶牛饲喂试验，研究保护大豆粕对奶牛生产性能及消化率的影响。 试验一为戊糖对大豆粕蛋白保护效果的研究，主要研究戊糖保护大豆粕过程中各因素对蛋白保护效果的影响，并筛选保护效果较好的组合。选择戊糖添加浓度分别为 1%、 3%，加热温度分别为 90 、 105 、 120 、 140 ，加热时间分别为 204090用完全随机设计，共 24 个处理。用尼龙袋法和三步法分别评定各处理组的 12h、 24h 瘤胃降解率和小肠消化率。结果显示：随着加热温度的升高、加热时间的延长及戊糖添加浓度的增 加，大豆粕的瘤胃非降解蛋白和小肠可吸收蛋白逐渐上升。各处理组的小肠可吸收蛋白 (显著高于对照组（ be 40 140 ,05 to be in : of of of of , 40 ,4 of X、 G、 F、 S） to to of X、 G、 F、 S） ,X 、 S、 F 、 F to :of of on of to in %),(0%),(5%),(00%)of :4, 0 to of on as as of of in 00%) of M in 、 no on M,CP M, 录 第一章 绪论 . 1 研究目的和意义 . 1 国内外的研究进展 . 1 瘤胃蛋白的定义及其作用 . 1 刍动物蛋白利用的研究进展 . 2 内外过瘤胃蛋白的保护方法 . 3 拉德反应 . 5 白保护效果的评定方法 . 10 研究内容 . 12 第二章 戊糖对 大豆粕 蛋白保护效果的研究 . 14 材料与方法 . 14 器与设备 . 14 验原料和试验试剂 . 14 验前的准备工作 . 15 验设计 . 15 验方法 . 16 验数据的统计分析 . 17 试验 结果与分析 . 17 因素对 大豆粕 瘤胃 失率的影响 . 18 处理组 大豆粕 瘤胃蛋白降解率 . 20 保护处理组对 大豆粕 小肠消化率的影响 . 24 处理组蛋白保护效果的评价 . 26 讨论 . 29 小 结 . 30 第三章 不同糖对四种粕蛋白保护效果的研究 . 31 材料与方法 . 31 验原料 . 31 验前的准备工作 . 31 验方法 . 31 验数据的统计分析 . 32 结果与分析 . 32 同保护剂处理对 4 粕瘤胃 解率的影响 . 32 同保护剂对 四种粕 蛋白保护效果的影响 . 34 讨论 . 39 小结 . 40 第四章 保护 大豆粕 对奶牛生产性能及日粮消化率的影响 . 41 材料与方法 . 41 验动物及其分组 . 41 V 粮配合及饲养管理 . 41 品收集和测定 . 42 养物质消化率的测定 . 43 据统计与处理 . 44 试验结果与分析 . 44 同保护 大豆粕 添加量对产奶量的影响 . 44 护 大豆粕 添加量对乳成分的影响 . 45 护 大豆粕 添加量对各种营养成分全消化道消化率的影响 . 47 讨论 . 47 护 大豆粕 添加量对奶产量的影响 . 47 乳成分的影响 . 48 消化率的影响 . 48 小结 . 49 第五章 结论 . 50 论文总体结论 . 50 创新点 . 50 进一步需要探讨的问题 . 50 参考文献 . 51 致谢 . 58 作者简历 . 59 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 性洗涤纤维 酸不溶性氮 籽粕 蛋白 ry 物质 ry 物质采食量 脂肪 肠可吸 收蛋白 肠消化率 N 性洗涤纤维 国国家研究委员会 结构性碳水化合物 机物 花生粕 胃降解蛋白质 菜籽粕 胃非降解蛋白质 大豆粕 准误 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 研究目的和意义 蛋白质饲料是制约动物生产性能发挥的关键因素之一， 在日粮组成中的蛋白质是饲料组分中最昂贵的部分。而有些植物性蛋白质饲料是优质的蛋白质饲料资源，特别是在反刍动物饲料中禁止使用动物性饲料后，植物性蛋白质饲料对反刍动物的重要性更为突出。但植物性蛋白质饲 料被反刍动物采食后， 50%以上在瘤胃中被降解，以致于分解产生氨的速度超过了微生物利用氨的速度。这样，在多数情况下，超过 25%的蛋白质以氨的形式被损失掉 (975 )。 随着牛奶消费量的上升，我国养牛业蒸蒸日上， 2006 年奶牛数量超过 1500 万头，其中高产奶牛的数量也在不断增加。但要想充分发挥高产奶牛的生产潜力，单靠瘤胃微生物蛋白质是不够的，必须让瘤胃中有足够的未降解蛋白质，以保证足量的过瘤胃蛋白质与瘤胃微生物蛋白质协同满足生产的需要。由于植物蛋白质饲料本身的价值超过了瘤胃微生物合成的蛋白质，这样 植物性蛋白质在瘤胃中大量被降解后就使其的利用效率降低。所以，如何减少瘤胃蛋白质发酵的损失、提高植物性蛋白质饲料的利用率是非常值得研究的课题。 因此，对于那些降解率较高的优质蛋白质，必须采取适当的保护措施，在保证能满足微生物对可降解氮源需要的前提下，采取适当的蛋白质过瘤胃保护技术，使饲粮中一定比例的蛋白质越过瘤胃降解而进入真胃和小肠，增加小肠可利用蛋白质数量，满足高产奶牛对蛋白质的需要，使食入的蛋白质饲料更多地转化为动物性产品，同时又提高了蛋白质饲料的利用效率，减少环境污染，节约蛋白质资源。 本试验选择优质的 常规植物性蛋白质饲料 大豆粕 进行蛋白保护的研究，这对于高效、合理利用我国日益紧缺的蛋白质饲料资源，提高 大豆粕 利用率具有重要理论和现实意义，也符合人们绿色安全养殖的需要。 国内外的研究进展 瘤胃蛋白的定义及其作用 过瘤胃蛋白也叫逃避蛋白 (是指词料中在瘤胃未被瘤胃微生物降解的那部分蛋白质。过瘤胃蛋白质的观念 在 1989 年由 出 ，它推荐分别界定瘤胃降解蛋白质 (要量与过瘤胃蛋白质 (需要量。在反刍动物饲粮中 应用过瘤胃蛋白质原料，已经成 为常见的饲料配方措施。但不同的蛋白 源在瘤胃中 降解率 不同，例如 ： 鱼粉和玉米中蛋白质的 降解率 分别为 30和 40，而酪蛋白则达到 90 100， 大豆粕 达到 60%左右。饲料中蛋白质 降解率 过高，对动物有不利的影响。一方面，当分解产生的氨超过瘤胃中微生物的利用极限时，出现氨过剩而随尿排出，甚至可能出现氨中毒，造成蛋白质浪费 ;另一方面，有些优质蛋白质词料，其本身的价值超过瘤胃合成的微生物蛋白，在瘤胃中大量被降解反而不利。 对于维持、缓慢生长和产奶量低的家畜，瘤胃微生物合成的蛋白质即可能满足其需要 ； 但在高产家畜和快速生 长的幼年家畜则不然，单靠微生物蛋白质是不够的，必须让瘤胃中未降解的饲中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 2 粮蛋白质与瘤胃微生物蛋白协同才能满足需要，产奶量越高，对未降解饲料蛋白质的需要量越高，否则会限制高产奶牛生产性能的发挥。对于那些降解率较高的优质蛋白质，必须采取适当的保护措施，使其免受瘤胃微生物分解，尽可能地降低在瘤胃中的降解，以增加小肠可利用蛋白质数量，提高饲料蛋白的利用率。可见，在保证能满足微生物对可降解氮源需要的前提下，采取适当的蛋白质过瘤胃保护技术，使饲粮中一定比例的蛋白质越过瘤胃降解而进入真胃及小肠，增加小肠可利用蛋白质数量，既可 满足高产奶牛对蛋白的需要，提高产奶量，又能提高蛋白质饲料的利用效率。值得注意的是， 适宜的保护处理，是既要能达到保护的目的又要保证被保护的饲料蛋白质在小肠仍能被消化吸收。 许多研究表明，提高优质蛋白质饲料瘤胃通过率可以提高反刍动物的生产性能（ 2002）。因为 非降解蛋白所提供的氨基酸可以补充蛋白质保护后由于瘤胃发酵不足所损失的那部分微生物菌体蛋白的氨基酸。通过瘤胃灌注试验表明，在产奶过程中，产奶量和乳蛋白的合成的第一、第二限制氨基酸分别为赖氨酸和蛋氨酸。因此， 大豆粕 作为过瘤胃蛋白的供应源在提高产奶量上更 具优势。大多数试验研究表明， 当 饲喂过瘤胃保护蛋白含量高的日粮 时， 瘤胃微生物蛋白的流出量明显降低，进入小肠的饲料蛋白量会明显增加，流出的总的蛋白量即微生物菌体蛋白流量和饲料蛋白流量之和不受影响。此外，通过合适的保护方法避免优质蛋白质饲料在瘤胃中降解速度过快，可增加过瘤胃蛋白的数量，改善氮的利用率，增加氮的沉积（赵国琦， 2003），提高生产力，提高蛋白质饲料的利用率，减少环境污染。 刍动物蛋白利用的研究进展 人类对蛋白质营养研究至今己有 年的历史。动物蛋白质营养代谢研究一直是世界范围内引人关 注又一活跃的科学研究领域，尤其近年来我国反刍动物业的迅猛发展，促进了我国反刍动物营养研究的快速发展。自 1816 年， 出含氮物质是动物日粮中必需营养素的概念。1891 年德国科学家 现反刍动物瘤胃可利用非蛋白氮 (来，各国科学家对瘤胃代谢产生了极大兴趣。由此也促进了人们对反刍动物蛋白质消化和代谢整体研究的不断深入。目前，对反刍动物瘤胃内蛋白质消化和代谢的途径已经十分清楚，但对氨基酸具体代谢途径和特点仍在继续研究中。反刍动物瘤胃内栖居着大量微生物，包括细菌、原虫 和真菌。由于瘤胃微生物的作用，使得反刍动物对饲料蛋白质的消化和利用途径明显不同于单胃动物。一般认为，当饲料蛋白质进入瘤胃后，一部分被微生物降解为寡肽、氨基酸和氨 ;瘤胃微生物再利用发酵生成的挥发性脂肪酸等作碳架，并利用瘤胃发酵释放的能量 (这部分寡肽、氨基酸和氨又合成微生物蛋白质。这些微生物蛋白质连同饲料中非降解蛋白 (包括过瘤胃完整蛋白和部分小肽 )随着食糜流通进入真胃和小肠，又被动物分泌的消化液 (酶 )分解成小肽或游离氨基酸，供动物机体吸收和利用。 随着对反刍动物蛋白质营养研究的不断深入，人们发现传统的 粗蛋白或可消化蛋白体系不能反映饲料蛋白质在动物体内的真实代谢情况。因此，很难准确测定反刍动物对蛋白质的需要量， 也难于评定饲料蛋白质的真实营养价值。世界各国动物营养学者都开始慢慢认识到传统蛋白质体系存在的缺点。特别是进入上世纪 70 年代以来，世界各国纷纷提出了反刍动物蛋白质的新体系，以克服传统的粗蛋白质或可消化粗蛋白质体系忽视了瘤胃微生物发酵作用的缺陷。这其中包括英中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 3 国的降解蛋白质和非降解蛋白质体系 ;法国的小肠可消化蛋白质体系或简称 系 ;瑞士的小肠可吸收蛋白质体系或简称 系 ;北欧的小肠可吸收氨基酸 (瘤胃蛋白质平衡 (系 :美国的吸收蛋白质体系 ;德国的十二指肠粗蛋白质体系 ;澳大利亚的离开真胃的表观消化蛋白质体系以及我国的小肠可消化蛋白质体系等。其中， 20 世纪 90 年代初，美国康奈尔大学的学者们提出净碳水化合物和蛋白质体系 (简称 他们将蛋白质营养与碳水化合物营养结合起来，用动态模型描述瘤胃发酵，并预测进入小肠氮基酸的数量。这是对饲料蛋白质营养价值评定的最新发展。 新体系的共同特点是分别考虑微生物的氮素需要和反刍家畜本身的氮素需要，微生物需要的蛋白质来自瘤胃可降解蛋白 (而 反刍家畜本身需要的蛋白则来自微生物合成蛋白 (饲料未降解蛋白 (蛋白质降解率是新蛋白质体系的基本参数。新体系建议将实测的饲料蛋白质，分成降解蛋白质和非降解蛋白质两部分。牛、羊对蛋白质的需要量，相应按降解蛋白质和非降解蛋白质计算。 内外过瘤胃蛋白的保护方法 目前国内外对蛋白进行保护可以得到较好的效果得到了广泛的认可。总结国内外的蛋白保护方法，大致有一下几种方法：化学保护、物理保护及其他方法。化学保护又可以分为两种：一种是化学制剂与蛋白结合，例如甲醛保护；另一种是化学制剂使蛋白质变 性（例如氢氧化钠、乙醇、丙酸等）。物理方法又可分为热处理和包被处理。 学方法 甲醛保护 甲醛还原性强，使蛋白质分子的氨基、羧基、巯基发生烷基化反应，使其溶解度降低，并在酸性条件下甲醛与蛋白质反应可逆，从而使被保护蛋白质在瘤胃降解率下降，在瘤胃后消化道中由于 降低而与甲醛分开，被蛋白酶所消化。故处理得当时能抑制蛋白质在瘤胃中的降解，而不影响过瘤胃蛋白质在小肠中的消化吸收。早期的试验就表明，饲喂甲醛处理的酪蛋白能增加绵羊的产毛量和氮沉积率 (， 1969)。甲醛的保护效果受甲醛浓度 、保护处理时间、温度和压力以及所处理饲料的种类等因素影响，其中最主要的影响因素是甲醛的浓度。姚军虎（ 1992）对菜籽饼进行甲醛处理，结果表明 醛组在降低蛋白质降解率，提高氮的沉积率上效果优于 和 。王加启试验证明：甲醛的用量为 /100 克 保护效果较好。尽管其保护效果得到公认，但是因为甲醛具有毒性且易在畜体内残留，有悖于绿色养殖的观念，这使甲醛保护法受到质疑， 也限制了 在实际生产中的应用。 氢氧化钠保护法 (1984)用 理豆饼和菜籽饼 时， 发现 3%的处理水 平效果最佳，使蛋白质的降解率降低，并且对氨基酸的组成无不良影响 ；同时 在氮平衡和泌乳试验中发现，用占 理豆饼提高了氮沉积，增加了产奶量，提高了饲料利用率。但 (1989)用 5%的氢氧化钠保护豆饼，发现根本无保护作用。氢氧化钠是一种强碱，可使蛋氨酸、赖氨酸一类氨基酸的消旋和某些分解，操作不当也会对牛体造成伤害，因此 护的效果目前仍有争论 。因对这方面的 研究也较少，其理论依据和生产使用性都有待进一步研究。 单宁保护法 (1987)研究认为，单宁与蛋白质的 反应有两类 :一类为水解反应，中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 4 在真胃酸性条件下可逆，易被家畜消化利用 ;另一类为不可逆的缩合反应，与蛋白质形成不良复合物，降低饲料适口性，抑制酶和微生物活性，降低消化率，但对反刍动物没有不良后果，反而有利于预防瘤胃臌胀。 (1984)发现，饲喂含单宁的日粮 (无论是游离单宁还是蛋白单宁复合物 )，蛋白质的消化率随日粮中单宁浓度的增加而减低。 (1982)用单宁处理花生饼，发现瘤胃氨浓度随单宁浓度的增大而减 低。当使用 12 %(克 /100 克 度处理发酵 2 小时，可降低氨量 效果最佳。 （ 1973）认为，由于单宁对蛋白质的保护效应，可能会因瘤胃可降解氮的有效性受损而使微生物氮合成作用有一定程度的降低。目前人们仅认识到单宁对饲料蛋白质具有保护作用，但具体应用方法和剂量仍不明确，并且还需要充分证明植物中的天然单宁对蛋白质在动物小肠内的消化吸收是否有影响。 其他方法 (1984)和 (1987)研究表明， 70 %乙醇处理豆饼蛋白质，在瘤胃中的降解率显著低于未处理 大豆粕 ，丙醇也有同样作用，且经丙醇或乙醇加热处理效果更好。 理方法 被处理 血粉包被 用全血、白蛋白、乳清蛋白、蛋清对饲料蛋白质进行包被可以起到保护蛋白质免受降解的作用。李福昌（ 2000a）将全血撒到蛋白质补充料上，然后在 100 下干燥，用尼龙袋法测得蛋白质消失率显著下降； （ 1984）用 克 血处理豆饼时发现，氮进食量和沉积率显著增加。有些国家以前常用血粉、肉骨粉等作为非降解蛋白质来源，但由于 疯牛病 的影响，现在已很少使用。 锌盐包被 保护蛋白质是一种新方法，研究时间较短，国内报道还不多。已证实，用 1%2%锌盐（氯化锌或硫酸锌）处理豆饼，可减少蛋白质降解，提高蛋白质及饲料的有效利用率、改善犊牛的氮利用率并增加体重。 1992）报道，饲喂经锌盐处理的蛋白质提高了奶牛产奶量。根据锌盐能沉淀可溶性蛋白质和抑制瘤胃中某些细菌蛋白水解酶的特点， 1986)证实用占 的锌盐处理豆饼，可减少蛋白质降解，改善犊牛的氮利用状况，其他研究表明，锌盐处理蛋白质可提高奶牛产奶量。任莉（ 2002）用 理 大豆粕 、棉籽粕、菜籽粕、胡麻粕，发现降低了其蛋 白质在瘤胃中的降解率。 热 常用的物理方法有压榨、挤出、烘烤、木质磺化素等加热方法。加热处理具有保护效果主要是因为发生了美拉德反应，引起还原糖的羟基与蛋白质部分氨基间形成抗酶键，使饲料蛋白质变性、溶解度降低，从而增加过瘤胃饲粮蛋白质 的比例 和瘤胃细菌蛋白质合成量，提高进入小肠的蛋白质流量。适度的加热可以增加过瘤胃蛋白的 比例 而不影响小肠的消化吸收，但过 度 加热会使蛋白过保护，使大豆可利用蛋白含量降低。实验表明，烘烤大豆出炉温度为 146 再利用余温继续加热 30以达到最适当的加热效果。 (1992b)报告指出烘烤、压榨与挤出这三种处理方式均可增加过瘤胃蛋白质率与瘤胃后可利用氨基酸含量，三者的过瘤胃蛋白质率与瘤胃后可利用氨基酸含量分別为 64% M、 57% 39% M。 (1956)研究表明，加热处理蛋白质补充料可明显地降低瘤胃中氨的产生速度。 1984)用热处理豆饼饲喂奶牛时，奶牛的产奶量提高。适宜的热处理可以降低蛋白质在瘤胃内中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 5 的降解率，而且这部分蛋白质在畜体内仍是可消化的。然而，过度热 处理不利，甚至有害，因处理过程中羰基与氨基缩合，发生不可逆的 褐变 反应，使该部分蛋白质不能被消化利用。木质磺化钙盐处理 大豆粕 ，可以保护 大豆粕 蛋白不在瘤胃中 降解 ，但不影响 全 消化道蛋白的消化率。相对于未保护处理的 大豆粕 ，木质磺化钙盐可降低瘤胃蛋白的 降解 速率 (h)、提高过瘤胃蛋白率 (1995)。 1995)报告 ，使用 木质磺化钙盐处理 大豆粕 ，降低瘤胃蛋白质 降解 率 (23， 与 降解 速率 (h)，而不影响小肠 过瘤胃蛋白消化率(，结果提高了小肠可吸收蛋白 (。 如何控制 褐变 反应达到最适当加热程度，是成功保护 大豆粕 蛋白质的关键。适当加热的 大豆粕 ，其瘤胃蛋白质降 解 率会显著降低，但是小肠的蛋白质消化与吸收不会受到影响。将适当加热的 大豆粕 喂给乳牛或肉牛，相对于未处理的 大豆粕 ，会有长足乳量或增重上的改善。所以，更多的重视应该放在如何控制 褐变 反应达到最佳产品品质之上。我们仍然需要更多的研究，让我们能够更进一步了解加热的 大豆粕 喂给乳牛或肉牛时，所造成的动物表现。 本试验中使 用戊糖和加热复合保护方法其原理是戊糖的羰基和氨基酸的氨基之间发生了美拉德反应，现就美拉德反应详述如下。 拉德反应 拉德反应 美拉德反应 (法国化学家 878 1912年提出。现在认为，所谓美拉德反应，是广泛存在于食品、饲料加工中的一种非酶褐变反应 (是氨基化合物 (如胺、氨基酸、蛋白质等 )和羰基化合物 (如还原糖、脂质以及由此而来的醛、酮、多酚、抗坏血酸、类固醇等 )之 间发生的非酶反应，也称为羰氨反应 (这类反应与酶无关。 美拉德反应发生于蛋白质中赖氨酸的 反应经过复杂的历程，最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素 (美拉德反应机理十分复杂，其反应历程、产物组成及其性质等受多种因素影响，氨基化合物和还原糖的种类、性质、以及它们间的反应比例，反应时的 度、反应时间、水分含量、还原糖的浓度对反应的速率以及最终产物的组成有着重要的影响。 拉德反 应途径 1953 年提出的美拉德反应的 3 条可能的反应途径，至今依然被认为是正确的。 初级反应阶段： 如图 1， 还原糖的羰基与氨基之间进行加成，加成物迅速失去 1 分子水转变为希夫碱 (再经环化形成相应的 排转成有反应活性的112合物中的一部分氨基酸分子，尽管能被盐酸解离，但生物体内的消化酶则不能解离。因此，这种氨基酸被称为无效氨基酸。这也是部分学者排斥美拉德反应，认为它降低了营养物质消化率的原因。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 6 图 1 为葡萄糖和氨基之间的初级美拉德反应（ 排）（摘自 1993） 高级反应阶段：在氨基酮糖和氨基醛糖等重要的不挥发性香味前驱物形成之后，美拉德反应变得更为复杂，经历还原酮路线、还原型葡萄糖醛酮和糠醛路线、 解三条反应路线，产生还原酮、糠醛（ 不饱和羰基化合物等，这些不同的化合物依次反应，开始形成无氮及含氮褐色可溶性化合物。 最终反应阶段：高级美拉德反应阶段形成的众多活性中间体，如葡萄糖酮醛、 3 3， 4， 4G)、 原酮类、不饱和醛亚胺等等，又可继续与氨基酸反应，最终都生成类黑精色素 褐色含氮色素，此过程包括醇醛缩合、醛氨聚合、环化合反应等。最终反应阶段的反应途径尚未清楚，生成的色素称为黑色素，无特定的结构，是分子量相当高的含氮、含氧化合物，有着各种各样的构成单位，例如 17构成单位。但是，褐色色素不是由单一构成单位重复构成，而是由不同构成单位构成的非常复杂的结构。 1984 年， 次将这类物质命名为糖基化终产物 ( 为一些棕黄色荧光化合物，具有高的交联性和低的溶解度。 1953）年提出的反应的网络系统分类图解是美拉德反应机理最简明扼要的描述 ，见图 2。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 7 图 2 美拉德反应途径（摘自