肉牛饲料加工

肉牛饲料的加工工艺及营养价值评定（四川农业大学动物营养研究所，肉牛低碳安全养殖重点实验室）摘要：近年来，农业结构战略性调整的步伐加快，我国畜牧业结构调整力度明显加大，肉牛产业得到了快速发展。相应的，肉牛饲料的加工技术日益受到重视并取得了较大的进展，经过近30年的发展，我国肉牛饲料的加工工艺和设备也日趋成熟，已形成了比较适合于肉牛养殖的饲料加工工艺以及比较完整的肉牛饲料品质评定体系。本文将从肉牛饲料加工工艺和肉牛饲料营养价值评定两个方面进行综述，以期为相关研究提供一些参考和借鉴。关键词：肉牛粗饲料加工工艺营养价值评定饲料是发展养殖业的物质基础，养殖成本的70%以上是饲料的支出。然而，饲料经过适当的加工处理，不仅可以减少饲料浪费，而且能够提高产品质量及动物对饲料的利用率，从而降低养殖成本，获得良好的经济效益。反刍动物工业饲料的研制和生产在我国饲料工业体系中一直是薄弱的一环。这一局面随着近年来反刍动物生产的快速发展有所改变。通过对肉牛的消化代谢、营养生理等方面进行系统研究，肉牛饲料的加工与饲用有了技术支撑，牛饲料的加工工艺和设备也日趋成熟。1肉牛饲料的种类与消化特征1.1肉牛饲料种类肉牛饲料一般分为粗饲料、精饲料（补充料）、全混合饲料（TMR，TotalMixedRate）等。其中：粗饲料：牧草类饲料、桔杆饲料或经发酵、青贮或压块草饲料。精饲料：由单一或混合的饲料原料加工组成，包含能量饲料与蛋白饲料，并添加适当的盐、矿物质、维生素等，也可加入糖蜜、尿素等。其他饲料：TMR、舔砖、草颗粒等。1.2肉牛饲料的消化特性反刍动物与其他单胃动物最大的不同之处在于其特殊的消化道结构，由于有瘤胃的存在使得其有耐粗饲的特点，所以肉牛的饲料消化特性主要体现在对粗饲料的利用上。粗饲料能刺激瘤胃的蠕动收缩，促进唾液的胃液的分泌，帮助消化，保持瘤胃内环境的稳定，便于饲料的消化。牛食用粗饲料后进入瘤胃内，先进行反刍，然后利用瘤胃微生物消化碳水化合物、蛋白质等，特别是粗纤维在这个过程中会被降解。此过程中部分蛋白质被微生物利用，降低了效价。粗纤维在胃肠中经纤维酶的作用下分解成纤维二糖等，然后再分解成挥发性脂肪酸。当牛的日粮中粗饲料比例很大时，产生脂肪酸的比例为：乙酸为60%～70%，丙酸为15%～20%，丁酸为5%～15%，如增加谷物饲喂量或粗饲料粉碎很细（长度低于50mm），则乙酸形成比例约为50%，丙酸含量为40%左右。细碎的粗料使发酵作用加快，总酸浓度升高，超过瘤胃的消化能力，造成浪费，此后出现的低酸阶段不利于消化吸收，甚至可能引起瘤胃酸中毒。因此加工过程中粗饲料的加工长度和粒度不宜太小。2肉牛饲料加工技术2.1精饲料加工肉牛常用的精饲料主要有玉米、大麦、小麦、高粱等，这些饲料淀粉含量高，过去常用的饲喂方法是整粒饲喂或磨碎饲喂，现在可选择压片、挤压、烘烤、爆花等加工方法。（1）压片压片有干碾压片和蒸汽压片两种方法。干碾压片是用碾棍把谷物挤压成小碎片，多用于玉米、高粱加工；蒸汽压片是先用蒸汽处理谷物30～60分钟，使含水量达18%～20%，再利用压辊压片，适用于多种谷物。蒸汽压片的主要特点是改变了谷物中淀粉的分子结构，使其容易接受酶的作用，消化率提高，非淀粉有机物的营养价值也提高了10%，同时，过瘤胃淀粉和过瘤胃蛋白也有所增加，饲料利用率也得到提高。与干碾压片相比，蒸汽压片可使肉牛采食量和料肉比下降约10%，但肉牛的日增重基本没有影响，进而提高了舍饲肉牛的增重率。试验证光洁，硬度适中，大小一致，并可根据需要调整粒径。此外，可应用颗粒饲料成套设备，自动完成秸秆粉碎、提升、搅拌和进料功能，随时添加各种添加剂，全封闭生产，自动化程度较高，适合饲料加工企业使用。2.3饲料加工生产过程中存在的缺陷2.3.1机械化智能化程度低我国反刍动物饲料生产受我国工业化程度影响，机械化智能化程度较低，饲料生产基本以资金密集和人力密集型生产方式为主，增加饲料产量的方式有着许多缺陷，导致每个批次的饲料质量不一，其中微量元素，益生菌等成分配比不稳定。2.3.2生产标准不完善反刍动物的饲料生产不仅仅是一个单一的生产过程，还涉及到紧缺的成分配比和严格的标准制定，一份饲料生产中需要有苜蓿、青草、甘草、等主要成分和各类氨基酸、维生素和适量的抗生素等，并且还要随着季节及时做出调整。当前我国反刍动物饲料生产体系还不够完善，生产标准还未形成。这种现状导致生产过程中细节变量过多，饲料中的各成分配比容易改变，大大限制了我国饲料业的质量提高。总之，生产标准的不完善是当前饲料问题产生的重要原因。2.3.3饲料生产缺乏有效监管饲料的安全性直接关系到反刍动物的体质，需要对其严加监管。纵观我国食品行业现状，食品安全事故频发，消费者信心受损，这些都是由于饲料生产过程中缺乏有效监管导致的。尤其是一些商家瞄准了安全条例不足的漏洞，在饲料生产过程中添加过量抗生素、霉菌毒素超标的饲料原料等，对饲料行业造成了非常不好的影响。2.4小结随着中国国牛肉制品的大量流入对国内肉牛养殖造成的冲击，市场竞争将进一步加剧，规模化的奶牛养殖将不断扩大。客观上要求奶牛饲料的研制必须有一个大发展。提高饲料利用效率，开发新型饲料添加剂，强化奶牛饲料内抗生素与激素检测技术和推广先进适用饲养技术具有重要现实意义。反刍动物饲料的研制和生产在我国饲料工业体系中一直是薄弱的一环，这一局面随着近年来反刍动物生产的快速发展、反刍动物饲料标准的制定和应用，反刍动物工业饲料的技术含量要求将会有进一步规范和提高。3.饲料营养价值评定在畜牧业生产中，制定饲料配方和配制畜禽日粮时，必须要有两个参数：一、不同种类饲料能为动物提供的有效营养物质的量，即饲料的营养价值；二、动物对营养物质的需要量，即饲养标准。而营养评定体系就是表征动物营养需要量和评定饲料营养价值的指标体系。营养评定指标直接决定着饲料营养价值测定的准确度以及动物对营养物质的需要量，所以影响着饲料配方制定以及日粮配制的合理性与准确度，因此，关于动物营养评定体系的研究一直是动物营养与饲料科学研究的核心内容。另外，由于反刍动物生理的复杂性，其营养评定体系比单胃家畜复杂得多。3.1饲料营养价值的评定方法常用的粗饲料营养价值评定方法主要有十八世纪中后期发展起来的概略养分分析法、范氏纤维分析、活体内法和现代仪器分析；二十世纪30年代提出的半体内法，主要指尼龙袋法。二十世纪五十年代以来建立的体外法，包括英国学者Tilley-Terry（1963年）[1]建立的两步法，Raab.L.（1983）[2]和德国荷恩海姆大学动物营养研究所Menke.K.H.等（1979）[3]建立的以及Menke.K.H.等（1988）[4]发展的产气法（TheGasProductionMethod）；二十世纪七十年代以来发展起来的人工瘤胃持续发酵（Rustitec）；八十年代末的近红外反射光谱技术（InfraredReflectanceSpectrosco-py）；还有酶解法、溶解度法（用于评定蛋白质降解率）等[5]。体外法与体内法和尼龙袋法相比较，体外法具有操作简便、重复性好、易于标准化等优点，逐渐成为普遍采用的方法。3.1.1体外产气法体外产气法（InvitrogasProduction）是目前采用最多的评价反刍动物饲料饲用价值的技术。它是将饲料样品在体外用瘤胃液消化，通过消化过程中产生的气体的比率来估计有机物消化率的快速方法。其原理是：消化率不同的各种饲草料，在相应的时间内产气量与产气率不同。体外产气法通过体外产气量能够较真实地模拟牧草在瘤胃内的有机物质消化率、估计单个饲料或混合饲料的ME值和单位饲料的可降解蛋白量。体外法只有和其他测定指标相配合，比如挥发性脂肪酸的产量和比例、微生物蛋白产量、营养物质降解率等指标，才能给研究者提供比较全面的信息[6]。3.1.2人工瘤胃持续发酵法人工瘤胃持续发酵法与人工瘤胃产气法相比，能更准确的模拟瘤胃环境，可以将人工瘤胃中产生的发酵产物持续排出，以维持发酵罐内环境的稳定性。此外，这种方法可以保持几周的稳定发酵，能够较好地反映饲料动态降解率。目前，比较成功的是Cizerkawski建立的Rusitec装置，其特点是把装有待测日粮的尼龙袋放入发酵罐内供微生物降解。但该装置也存在缺点，由于发酵罐内固相和液相分界明显，使微生物区系的分布与瘤胃内真实情况不符，并且操作比较麻烦。目前由明尼苏达大学和西弗基尼亚大学设计的体外连续培养系统（CCS）获得了较广泛的应用[6]。在国内，王加启和冯仰廉（1995）及孟庆翔（1999）也研制出瘤胃持续模拟装置（RSI）[7]。此装置在国际上瘤胃模拟系统技术的基础上，改进了诸多环节，使瘤胃模拟技术达到了一个新的水平。3.1.3两步法Bell首次将离体人工瘤胃消化试验法应用到羊的饲料营养价值评定。该法把瘤胃液和饲料样品放入试管进行培养，以模拟瘤胃对饲料的消化性，既为“一级离体消化法”。1963年Tilley和Terry提出了两步法，该方法是将饲料在瘤胃液中培养48h，以模拟饲料在瘤胃中的消化过程；之后再把底物用胃蛋白酶培养48h，以模拟真胃和部分小肠的消化过程，培养结束后分离出残渣进行分析。但该法步骤多，需要时间也较长。后来，一些动物营养学家们对此法做了一些改进。Jones和Hayward（1975）用纤维素酶替代瘤胃液，使该法得到了改进[8]。第一阶段用纤维素酶培养，第二阶段用胃蛋白酶培养，此法经实验证明与传统的体外法所得到的结果相似。并且避免了常规试验方法所具有的一系列限制因素。Alderman（1985）将其发展用于混合饲料的测定[9]。3.1.4酶解法八十年代以来，国内外越来越重视利用酶解法评定蛋白质降解率的研究。Jarrige（1970）研究表明，用酶法测定的牧草溶解度结果与活体消化试验数据高度相关（R=0.92）[10]。酶解法的优点是，测定环境易于标准化，实验室之间可比性强，稳定性高，能大批量在实验室进行操作，成本低，效率高。其缺点是，忽略了降解率的动态性，而且由于酶自身的特异性，单一酶或复合酶很难模拟瘤胃中微生物对有机物复杂的发酵过程。酶解法在测定能量含量较高的饲料时，其结果可能优于半体内法，但对于粗饲料，测定的重复性很差。酶解法的最大优点是不需要动物作为实验供体。总之，反刍家畜粗饲料营养价值的评价方法较多，各有优缺点，可根据实际情况有选择的使用。今后反刍动物饲料的评价不但要考虑饲料消化利用情况、动物生产情况，新成果的研制情况，同时还要考虑饲料成分、微生物和影响饲料利用的各种因素。另外，饲料营养价值评定可采取实验室和动物试验相结合的方法，在实验室方法上主要采用我国应用较多的成熟的湿法分析，兼顾NIKS的应用；在饲养试验上要结合我国的饲料资源状况和国外反刍动物营养新技术，研究我国以粗饲料为基础的日粮饲养效果，以便准确地评定粗饲料的营养价值[19]。3.2饲料营养成分评定体系3.2.1Weende体系我国目前沿用的饲料成分常规分析法是德国人Hennebery和Stohmann于1862年在Weende实验站提出了概略养分分析方法。该方法将饲料成分划分为水分、粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、粗灰分、无氮浸出物6大营养成分来评定饲料的营养价值。由于每一类都可细分且结构复杂，所以称为“粗养分”。Weende分析方法自诞生以来在饲料的营养价值评定中起了十分重要的作用，是饲料营养价值评定的基础，但是该方法对纤维成分的划分很不明确，不能很好的区分纤维素、半纤维素和木质素。并且，一部分木质素和半纤维素在粗纤维测定过程中被溶解掉而划分到无氮浸出物中，因此在一定程度上使无氮浸出物的含量的估测值偏高。3.2.2VanSoest体系VanSoest体系是在Weende分析方法的基础上建立起来的，将粗纤维和无氮浸出物这两个指标进行了修正和重新划分。在评定饲草和纤维性饲料时，一旦测出一种饲料的NDS、ADF、NDF、ADL，就可以单独或配合使用这些测定值来评定饲料的营养价值。VanSoest分析方法对动物纤维性物质营养研究和高产奶牛饲料营养价值的评定的发展和进步作出了历史性的贡献。VanSoest体系虽然在Weende体系上有了进一步的提高和完善，但是由于反刍动物具有特殊的消化道结构及消化生理，因此仅根据化学分析很难说明反刍动物对饲料的消化和利用情况，因而不能较好地反映饲料的营养价值，在使用过程中存在一定的局限性。3.2.3CNCPS体系CNCPS是CornellNetCarbohydrateandProteinSystermforCattle的缩写形式，中文为康奈尔净碳水化合物和蛋白质体系，是康奈尔大学科学家提出的牛用动态能量和蛋白质及氨基酸体系。它反映蛋白质、碳水化合物在瘤胃的发酵和在肠道的消化吸收、排泄情况，奶牛饲料的采食情况，热量的产生、营养的吸收对维持、生长、泌乳、繁殖等利用情况[11]。CNCPS是在VanSoest体系的基础上考虑了饲料在瘤胃内的消化与流通速率以及被吸收的碳水化合物和蛋白质的利用效率等因素，对饲料中的粗蛋白和碳水化合物又进行了进一步的划分。首次打破了瘤胃“黑箱”，把饲料的养分与饲料在瘤胃内的发酵直接联系起来，在研究思路上有明显的创新之处。3.3小结饲料营养价值评定是合理配制动物日粮、充分发挥家畜生产性能的必要前提。近年来，我国反刍动物饲料营养价值评定工作取得了巨大进步。但我国幅员辽阔，反刍动物饲料种类繁多，各地区的土壤、气候、耕种制度等条件多有差异，随着科技的进步，各种新的饲料资源相继被开发，高效实用的加工处理技术也不断涌现，反刍动物饲料营养价值评定工作任重而道远。不断加强国际、国内、行业间、行业内的交流与合作，运用最新的科技手段和方法，更加系统、全面的评定不同品种、产地、栽培条件、收获期和加工方式的饲料原料对不同种类、生理期动物的营养价值，建立常用饲料原料有效养分动态预测模型，将是未来反刍动物饲料营养价值评定的大趋势。参考文献：[1]TillyJMA,RATerry.Atwostagetechniquefortheinvitrodigestionofforagecrops.JournaloftheBritishGrasslandSociety,1963,18:104~111.[2]Raab,L.B.Cafantarisetal.Rumenproteindegradationandbiosyntheses.Anewmethodfordeterminationofproteindegradationinrumenfluidinvitro.BrJ.Nutr,1983,50:569.[3]MenkeKH.TheGasProductionMethod.J.Agric.Sci,1979,93:217~222.[4]MenkeKH,HSteingass.Estimationoftheenergeticfeedvalueobtainedfromchemicalanalysisandinvitrogasproductionusingrumenfluid.AnimalResearchandDevelopment,1988,28:7~55.[5]唐一国，龙瑞军，补小艳等.反刍家畜饲料营养价值体外评定研究进展.中国奶牛，2002（5）：31~33.[6]卢德勋.系统动物营养学导论.北京：中国农业出版社，2004：14~52.[7]王加启，冯仰廉.瘤胃持续模拟技术的研究.动物营养学报，1995：7（1）：29~35.[8]JonesDIH,MVHayward.Theeffectofpepsinpretreatmentofherbageonthepredictionofdrymatterdigestibilityfromsolubilityinfungalcellulosessolutions.theSci.ofFoodandAgri.,1975,26:711~718.[9]AldermanG.Predict