飼料原料加工方式對肉牛生產(chǎn)影響的研究進展

高 騫 沈維軍 蘭欣怡 萬發(fā)春

(湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，長沙410128)

隨著肉牛養(yǎng)殖業(yè)集約化和規(guī)?；潭鹊牟粩嗉由?，對于肉牛飼料原料的加工處理技術(shù)研究日益增多。飼料原料的合理加工處理對于改善其營養(yǎng)價值、促進肉牛生長具有重要意義[1-2]。相較于單胃動物，由于肉牛消化道結(jié)構(gòu)的特殊性使得飼糧中谷物加工的復(fù)雜程度和要求更高。例如谷物淀粉在瘤胃、小腸和大腸消化降解率以及能量利用效率存在很大差異，理想化的谷物加工處理應(yīng)通過影響谷物在瘤胃中降解的難易程度從而合理分配淀粉在全消化道不同部位的消化吸收比例，以實現(xiàn)谷物淀粉利用效率的最大化[3]；或在高精料飼糧飼喂條件下，為避免瘤胃酸中毒，谷物的加工程度不宜過高，甚至通過有機酸或無機酸浸泡等化學處理方法以降低谷物淀粉在瘤胃中的降解速率和程度[4-5]。此外，肉牛生產(chǎn)中通常使用秸稈等中低質(zhì)粗飼料，而這類飼料原料木質(zhì)化程度高、適口性差，其加工處理方法也相對復(fù)雜。近些年國際市場上飼料原料的價格一直居高不下，大力開發(fā)非常規(guī)飼料資源以降低飼料成本是目前包括肉牛養(yǎng)殖在內(nèi)的養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)對當下飼料成本上漲的有效策略之一，同時有助于緩解日益加劇的人畜爭糧矛盾以及應(yīng)對潛在的糧食危機。非常規(guī)飼料資源的開發(fā)存在許多限制性因素，例如作物秸稈木質(zhì)化程度高、飼喂價值低以及一些餅粕原料中含有毒素和抗營養(yǎng)因子等[6-7]。通過適當?shù)募庸ぬ幚砜捎行У貜浹a非常規(guī)飼料資源的這些缺陷，從而推動其在肉牛生產(chǎn)中的開發(fā)與利用[8-9]。因此，有必要了解國內(nèi)外相關(guān)飼料加工技術(shù)及其對肉牛生產(chǎn)的影響，從而為今后肉牛生產(chǎn)中飼料原料的合理化加工處理以及促進肉牛非常規(guī)飼料資源的開發(fā)提供參考。

1 肉牛飼料原料加工處理方法

1.1 精飼料加工

肉牛生產(chǎn)中常用的精飼料主要為淀粉類谷物原料和蛋白質(zhì)類谷物原料及其加工副產(chǎn)物。相較于粗飼料原料，精飼料原料價格高，對其進行合理加工可有效提高肉牛養(yǎng)殖效益。對于淀粉類谷物飼料，研究表明谷物淀粉在瘤胃的降解程度取決于谷物顆粒的大小以及淀粉顆粒表面附著的醇溶蛋白含量[10-11]。例如玉米中的醇溶蛋白極難在瘤胃中被溶解，可抑制玉米淀粉在瘤胃中的降解[11]。而適當?shù)丶庸ぬ幚砜赏ㄟ^影響谷物淀粉顆粒的大小、淀粉的糊化度以及淀粉—蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)促進谷物淀粉在瘤胃中的降解[12]。值得注意的是由于肉牛消化道結(jié)構(gòu)的特殊性，使得淀粉在其消化道不同部位的消化率以及能量利用效率存在很大差異，其中淀粉在小腸部位的能量利用效率最高[3]。因此，若單純考慮最大程度地提高肉牛對淀粉的能量利用效率，將淀粉的主要消化部位從瘤胃下移至小腸則是最有效的策略之一。然而一味地增加過瘤胃淀粉比例對肉牛生長并不總是產(chǎn)生積極影響。因為淀粉在瘤胃中的降解可為瘤胃微生物蛋白的合成提供必要能量，而且過瘤胃淀粉含量過高會導(dǎo)致小腸對淀粉的消化率快速下降，從而不能被有效利用[13]。因此，姚軍虎等[3]提出為了最大程度地提高反芻動物對淀粉的吸收利用，當谷物淀粉在小腸中的消化率大于70%時，應(yīng)采取各種措施提高過瘤胃淀粉水平；反之則在確保瘤胃健康的基礎(chǔ)上提高淀粉的瘤胃降解率。上述研究為實際生產(chǎn)中的淀粉類谷物飼料加工提供了科學理論指導(dǎo)。

目前淀粉類谷物的加工處理方法主要包括物理處理(粗磨、粉碎、壓碎和蒸汽壓片)和化學處理(有機酸或無機酸浸泡)。粗磨、粉碎和壓碎是肉牛生產(chǎn)中常見的谷物加工方式，其通過破壞谷物種皮以促進微生物的附著和酶解，從而提高谷物淀粉在瘤胃中的降解速率和程度[14]。而蒸汽壓片處理可提高谷物淀粉的糊化度，改變谷物的晶體結(jié)構(gòu)從而提高谷物淀粉在瘤胃中的降解[15]。不同于物理加工法以提高谷物淀粉的瘤胃降解率為目的，化學處理，例如有機酸或無機酸浸泡處理則旨在降低谷物淀粉在瘤胃的降解速率和程度，從而降低高精料飼糧飼喂條件下肉牛瘤胃酸中毒的風險或者通過增加過瘤胃淀粉比例，提高小腸內(nèi)淀粉的消化吸收以增加機體葡萄糖的供應(yīng)。這歸因于有機酸通過羥基使淀粉分子酯化，水解支鏈淀粉的分支點，從而提高瘤胃抗性淀粉含量[16]；而無機酸通過與淀粉之間形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)改變淀粉的理化性質(zhì)從而減弱其在瘤胃中的降解[17]。

對于蛋白質(zhì)類谷物飼料，加工處理的目的則是盡可能地提高蛋白質(zhì)的過瘤胃率以避免優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)被瘤胃微生物降解。研究表明，膨化處理可降低大豆蛋白質(zhì)在瘤胃中的降解從而提高過瘤胃蛋白質(zhì)比例[18]。而加熱處理可改變棉籽蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)從而抑制其在瘤胃中的降解[19]，這很大程度歸因于加熱產(chǎn)生美拉德反應(yīng)使得氨基酸與糖結(jié)合，從而不易被消化酶降解[20]。此外，對于棉籽粕和菜籽粕等含毒素和抗營養(yǎng)因子的蛋白質(zhì)原料，還需考慮通過加工處理消除其中的有害物質(zhì)。Xie等[21]研究表明，通過芥子酶酶解處理可降解油菜籽粕中80%以上的硫代葡萄糖苷。陳佳瑞等[7]將具有高效降解棉酚的枯草芽孢桿菌接種于棉籽粕中進行發(fā)酵，可降解其中97.75%以上的棉酚。

1.2 秸稈類粗飼料加工

肉牛生產(chǎn)中常使用各種中低質(zhì)農(nóng)作物秸稈，而這類飼料原料的特點是纖維木質(zhì)化程度高、適口性差以及飼喂價值低。生產(chǎn)中通過加工處理破壞其中的木質(zhì)素以釋放纖維素和半纖維素，促進瘤胃微生物的附著和降解，從而改善其飼喂價值。

物理法主要包括切短和蒸汽爆破等。常規(guī)的切短雖然對秸稈的營養(yǎng)價值影響不大，但有助于動物采食。蒸汽爆破是當前秸稈加工處理中最有前景的方法之一。冉福等[22]研究表明，蒸汽爆破能提高瘤胃產(chǎn)氣量，改善秸稈的相對飼喂價值，這與He等[23]研究結(jié)果一致。Chen等[8]研究表明，甘蔗渣蒸汽爆破可增加其中的半纖維素和可溶性糖含量，特別是阿拉伯糖和木糖含量，并且體外試驗表明，蒸汽爆破可提高甘蔗渣的產(chǎn)氣量和降解率?；瘜W法主要包括堿化、氨化以及氨堿復(fù)合處理等。堿化處理可破壞秸稈中的木質(zhì)素、半纖維素和纖維素之間的酯鍵，并消除其中的部分木質(zhì)素，從而有利于瘤胃微生物對秸稈的降解[24]。而氨化可提高稻草粗蛋白質(zhì)含量并降低中性和酸性洗滌纖維含量[25]。為了得到更好的處理效果，生產(chǎn)中常聯(lián)合使用堿化和氨化這2種方法處理秸稈[26]。此外，由于堿化易引起秸稈霉變，因此常添加尿素以防止其霉變，同時提供了瘤胃微生物生長所需的氮源[27]。生物法主要分為接種微生物和添加酶制劑，其中前者應(yīng)用最為廣泛。目前研究報道最多的可降解木質(zhì)素的微生物主要為白腐真菌。其通過分解秸稈中的木質(zhì)素，使得纖維素和半纖維素得以釋放；同時通過利用木質(zhì)素以及非蛋白氮合成菌體蛋白從而改善秸稈飼喂價值[6,28]。為了提高微生物處理效果，一方面可篩選具有高效降解秸稈中木質(zhì)素的菌種[29]；另一方面在微生物處理之前對飼料原料進行預(yù)處理，例如蒸汽爆破[30]。

1.3 青貯飼料加工

對于青綠飼料，青貯處理可有效延長保存時間以確保其常年供應(yīng)。青貯的質(zhì)量以及有氧穩(wěn)定性直接關(guān)系肉牛生產(chǎn)。目前改善青貯發(fā)酵的措施主要分為接種微生物和添加促青貯發(fā)酵添加劑2種。最常接種的菌種為植物乳桿菌[31]。此外，接種從瘤胃中篩選的真菌對青貯發(fā)酵也可產(chǎn)生很好的效果[32-33]。關(guān)于促青貯發(fā)酵添加劑，主要包括外源酶制劑、碳源(糖蜜和蔗糖等)、有機酸及有機酸鹽等。外源酶制劑如纖維素酶和內(nèi)切葡聚糖酶可通過促進纖維素水解為可溶性碳水化合物以利于乳酸菌的增殖，從而改善青貯發(fā)酵[34-35]。以糖蜜為代表的提供碳源的添加劑旨在彌補某些飼料原料自身可溶性碳水化合物少的不足，從而促進其青貯初始階段乳酸菌的快速繁殖，確保青貯發(fā)酵的順利進行[36]?；谙嗤恚煌暳显现g的混合青貯也旨在彌補某一飼料原料中可溶性碳水化合物的不足從而不易青貯的缺陷[37]。有機酸及有機酸鹽類添加劑，如山梨酸可通過降低pH，促進乳酸菌發(fā)酵并抑制有害菌繁殖，從而改善青貯發(fā)酵并提高其有氧穩(wěn)定性[31,38]。而且添加有機酸與接種乳酸菌之間對于改善青貯發(fā)酵可起到很好的協(xié)同作用[31]。不同青貯處理均可對青貯發(fā)酵產(chǎn)生有益作用，然而不同處理之間對于青貯發(fā)酵的改善效果不同。王亞芳等[39]探究不同處理對全株玉米青貯的影響，結(jié)果表明全株玉米青貯發(fā)酵處理可改善其綜合營養(yǎng)價值，改善效果從高到低依次為：添加纖維素酶>添加有機酸鹽>添加有機酸>接種乳酸菌。值得注意的，是我國每年產(chǎn)生大量的馬鈴薯莖葉和香蕉莖葉，可作為肉牛生產(chǎn)中潛在的飼料資源，然而由于其含水量高以及可溶性糖含量低不利于青貯發(fā)酵，這很大程度限制了其在肉牛生產(chǎn)中的開發(fā)利用。而通過適當?shù)募庸ぬ幚泶胧┛捎欣谄淝噘A的成功。王增煌等[40]研究表明，香蕉莖葉青貯接種乳酸菌或添加纖維素酶處理可大大降低其中的單寧含量，并提高香蕉青貯發(fā)酵品質(zhì)。馬鈴薯藤青貯接種1.5×104CFU/g的植物乳桿菌或布乳桿菌均可降低馬鈴薯青貯的pH，其中接種布氏乳桿菌還可改善馬鈴薯青貯的有氧穩(wěn)定性[41]。

2 不同飼料加工工藝對肉牛生產(chǎn)性能的影響

2.1 谷物類飼料

肉牛生產(chǎn)中常使用的淀粉類谷物主要為玉米、大麥和小麥。關(guān)于玉米加工處理，研究表明粉碎處理可提高肉牛瘤胃總揮發(fā)性脂肪酸濃度，改善肉牛日增重和飼料報酬[42]。蒸汽壓片處理是目前較新而且研究最多的加工技術(shù)。Petzel等[43]比較了玉米不同處理對其淀粉在肉牛全消化道消化率的影響，結(jié)果表明蒸汽壓片處理組淀粉全消化道消化率最高(97.5%)，破碎處理組居中(92.4%)，而未處理組最低(89.5%)，并且蒸汽壓片處理可提高玉米的消化能和代謝能。此外，玉米蒸汽壓片處理還有利于改善肉牛生長性能和肉品質(zhì)[44]，并影響肉牛肌內(nèi)脂肪酸的組成[45]，這可能歸因于該加工處理增加了肉牛機體的能量供應(yīng)。值得注意的是蒸汽壓片處理對肉牛生長的改善效果受加工參數(shù)的影響，如蒸汽壓片厚度[46]，因此還需進一步優(yōu)化其加工參數(shù)以改善肉牛生長。相反地，在高精料飼糧條件下，對玉米進行有機酸或無機酸浸泡處理可減少淀粉在瘤胃中的降解速率和程度，從而降低肉牛瘤胃酸中毒的風險[4-5]。例如,玉米用1%鹽酸輕度酸化，然后與碳酸氫鈉中和后可提高其抗性淀粉含量，改善瘤胃菌群，降低瘤胃脂多糖含量，從而減少瘤胃炎癥反應(yīng)并改善肉牛生長[5]。加工指數(shù)(PI)表示谷物加工后的體積重與加工前的體積重比值，是描述加工程度的一個實用而客觀的參數(shù)，即加工程度越高，PI值越小。Moya等[47]探究大麥2種PI(0.75和0.85)對肉牛生產(chǎn)的影響，結(jié)果表明與PI為0.85的大麥相比，飼喂PI為0.75的大麥可降低肉牛干物質(zhì)采食量，但飼料效率增加，并有提高眼肌面積和降低皮下脂肪厚度的趨勢，這與Ribeiro等[48]研究結(jié)論類似。然而Ran等[49]研究表明，大麥不同PI對瘤胃總揮發(fā)性脂肪酸濃度和瘤胃pH無顯著影響，不能降低瘤胃酸中毒的風險?？赡苡捎诖篼湹矸墼诹鑫钢薪到馑俾士?，因此加工處理對大麥淀粉瘤胃降解速率的影響程度不如玉米等降解速率慢的谷物。對于小麥，Jiang等[14]研究了小麥膨化、粉碎、破碎和壓片處理對肉牛瘤胃的影響，結(jié)果表明上述加工處理均可影響肉牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)和微生物菌群，其中小麥破碎或壓片處理后飼喂肉牛，可提高其瘤胃菌體蛋白含量和瘤胃微生物相對豐度。這可能由于小麥淀粉的瘤胃降解速率快，一方面，對瘤胃造成不良影響；另一方面，由于能量與氨的釋放速率不同步，從而降低瘤胃微生物蛋白的合成效率。因此，在小麥飼糧條件下破碎和壓片這2種低程度加工處理對肉牛的生長更為有利。此外，小麥經(jīng)NaOH或甲醛處理后過瘤胃淀粉含量分別提高57%和75%，可通過增加淀粉在小腸的消化利用從而改善肉牛機體的葡萄糖供應(yīng)[50]。綜上所述，淀粉類谷物飼料的合理加工可有效提高肉牛生產(chǎn)性能，適宜加工方式的選擇應(yīng)考慮該谷物在瘤胃中的降解速率快慢及其在飼糧中的占比。

對于蛋白質(zhì)飼料原料，研究表明豆粕膨化處理后飼喂肉?？商岣咂淦骄赵鲋?、胴體重、眼肌面積和大理石花紋評分，降低料重比[51]。菜籽粕經(jīng)甲醛處理后可改善肉牛粗蛋白質(zhì)表觀消化率和平均日增重，降低料重比[52]。棉籽粕接種微生物發(fā)酵處理后飼喂肉?？商岣咂浯值鞍踪|(zhì)、中性和酸性洗滌纖維的表觀消化率以及血清葡萄糖和總蛋白含量[9]，這可能歸因于微生物發(fā)酵可降低棉酚含量，并有效將棉籽粕中的大分子蛋白質(zhì)降解為小分子多肽和游離氨基酸，從而改善其飼喂價值[53]。

2.2 秸稈類飼料原料

關(guān)于秸稈物理加工處理對肉牛生長的影響，研究表明粗飼料切碎適宜長度可提高犢牛干物質(zhì)采食量和有機物的表觀消化率，并改善其瘤胃發(fā)酵[54]。秸稈制成顆粒飼喂肉?？山档兔總€食團咀嚼時長，提高瘤胃液乙酸含量，降低丁酸含量，進而提高肉牛平均日增重和飼料報酬[55]。秸稈膨化微貯和黃貯這2種處理均可提高肉牛干物質(zhì)采食量，其中膨化微貯處理還可提高肉牛平均日增重和血清白蛋白含量[56]。關(guān)于化學處理，研究表明添加尿素和氫氧化鈣處理稻草或甘蔗渣可改善其營養(yǎng)價值，飼喂肉牛后可改善其采食量和瘤胃發(fā)酵[57-58]。關(guān)于生物處理，研究表明接種由枯草芽孢桿菌和釀酒酵母組成的復(fù)合菌不僅可提高玉米秸稈的營養(yǎng)價值，還可通過增加普氏菌屬的豐度改善肉牛瘤胃發(fā)酵[59]。酶處理可提高谷物秸稈在瘤胃中的降解率，并且在其處理前對秸稈進行堿化處理可進一步提高酶的處理效果[60]。

2.3 青貯原料

關(guān)于青貯不同處理對肉牛生長影響的研究結(jié)果并不一致。一方面，許多研究表明接種微生物以及添加青貯改良劑在改善青貯發(fā)酵的同時對肉牛的生產(chǎn)性能有積極影響。例如，接種復(fù)合微生物(枯草芽孢桿菌+植物乳桿菌+米曲霉)和添加酶菌復(fù)合制劑(乳酸片球菌+釀酒酵母+木聚糖酶+纖維素酶)處理均可改善甘蔗稍青貯發(fā)酵，并且飼喂肉牛后可提高其粗蛋白質(zhì)和酸性洗滌纖維的表觀消化率以及平均日增重[61]。接種乳酸菌可提高玉米青貯的有氧穩(wěn)定性，飼喂肉?？商岣咂滹暳蠄蟪闧62]。高粱和牧草混合青貯接種乳酸菌可改善青貯發(fā)酵，提高肉牛體外消化率并緩解甲烷排放[63]。稻草青貯接種由枯草芽孢桿菌、嗜酸乳桿菌和釀酒酵母組成的復(fù)合菌可改善其營養(yǎng)價值并減緩霉變，飼喂肉牛后可改善其瘤胃發(fā)酵和生長性能[2]。另一方面，研究表明一些青貯處理并未對肉牛生長起到改善作用。研究表明，全株玉米青貯接種復(fù)合菌(植物乳桿菌+嗜酸球菌+屎腸球菌)對肉牛的生長性能、肉品質(zhì)和血液抗氧化指標均無顯著影響[64]。同樣地，玉米青貯接種乳酸菌和枯草芽孢桿菌對肉牛的生長性能無顯著影響，還可導(dǎo)致肉牛中性和酸性洗滌纖維的表觀消化率下降[65]。劉齊光等[41]研究表明，馬鈴薯藤接種1.5×104CFU/g植物乳桿菌或布式乳桿菌均可改善青貯發(fā)酵，接種布氏乳桿菌處理可提高肉牛平均日增重和飼料報酬，而接種植物乳桿菌對肉牛的生長沒有改善作用。造成上述結(jié)果不一致的原因可能與不同研究中肉牛飼糧結(jié)構(gòu)組成有關(guān)。青貯發(fā)酵過程中會產(chǎn)生許多乳酸以抑制有害微生物的增殖，從而更大程度地保留其營養(yǎng)成分，生產(chǎn)中的各種青貯處理也旨在促進乳酸菌增殖產(chǎn)生大量乳酸以促進青貯發(fā)酵。例如,任麗娟等[66]測定了不同地區(qū)全株玉米青貯飼料，其乳酸含量最低值為3.26%，最大值為8.26%。因此，當飼糧中青貯飼料占比過高時會導(dǎo)致乳酸攝入過量，從而對肉牛瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生不利影響，這可能是青貯處理未對肉牛生產(chǎn)性起改善作用甚至造成負面影響的原因之一。例如，Rabelo等[67]研究表明，玉米青貯接種布氏乳桿菌對肉牛生長的影響效果受飼糧精粗比的影響，粗精比6∶4時，該處理對肉牛平均日增重無顯著影響，眼肌面積降低；而粗精比4∶6時，該處理可提高肉牛平均日增重和眼肌面積。因此，在肉牛生產(chǎn)過程中，當飼糧中粗飼料占比過高時不宜將青貯料作為粗飼料的唯一來源，而應(yīng)將其與干草搭配使用以避免乳酸攝入過量。

3 小結(jié)與展望

本文綜述了近些年國內(nèi)外肉牛飼料原料加工處理技術(shù)及其對肉牛生長的影響。肉牛飼料原料經(jīng)過適當加工處理后可有效改善其飼喂價值從而促進肉牛生長。然而，實際加工處理中會面臨許多復(fù)雜的因素，需要綜合考慮加工程度、成本以及環(huán)境保護等因素。對谷物飼料原料加工處理不充分可降低營養(yǎng)物質(zhì)瘤胃降解率，但過度加工可能會降低肉牛采食量和生產(chǎn)效率甚至增加瘤胃酸中毒風險。例如，Beauchemin等[68]研究表明，大麥的最佳PI在0.65～0.75，加工程度低會降低育肥牛的瘤胃降解率和微生物蛋白合成。適宜加工程度因谷物種類和飼糧組成等因素不同而難以確定。對于秸稈類飼料原料加工處理，物理處理法會消耗大量能量，處理成本高；化學法易對環(huán)境造成危害；而生物處理法由于操作簡單對環(huán)境無害，越來越受到人們青睞。然而，一些微生物在降解木質(zhì)纖維素，改善瘤胃發(fā)酵的同時也造成了有機物的大量消耗[30]。因此，要綜合考慮不同菌種對木質(zhì)纖維素的破壞效果以及對有機物的消耗程度從而選擇適宜的菌種。而對于青貯原料的加工處理，接種微生物或者添加促青貯發(fā)酵添加劑雖然均有助于改善青貯發(fā)酵，然而關(guān)于這些處理方法對肉牛生長性能的改善效果研究報道并不一致。選擇最佳的青貯處理方法不僅要考慮其對青貯發(fā)酵指標、感官指標以及有氧穩(wěn)定性的改善，還應(yīng)評估其對動物生產(chǎn)性能的改善效果，今后需要進一步加強這方面的研究。