淀粉酶:奶牛营养领域的一项重大 创新

奶牛日粮中玉米青贮和玉米粒的含量呈上升趋势。没有任何一种其他作物具有如此高的供应量、能量密度和一致性。玉米青贮具有很高的适口性,可以提供相当数 量的过瘤胃淀粉。过瘤胃淀粉在肠道中被消化,且作为泌乳早期奶牛的葡萄糖来源时, 比在瘤胃中分解为挥发性脂肪酸更为有效。

小麦和大麦都不是过瘤胃淀粉的良好来源,因为它们在瘤胃中的降解速度非常快  只有5-10%会过瘤胃。而玉米淀粉是一种降解较慢的能量来源, 更有可能通过瘤胃。事实上,高达30%的玉米淀粉会未经消化而离开瘤胃。如果一头奶牛在泌乳早期每天产40kg牛奶,则其产奶的葡萄糖需要量约为3kg(表1)。因此,过瘤胃的玉米淀粉很容易即可满足约60%的日产奶葡萄糖需求量(表2)。

表1:牛奶成分和产奶40kg的葡萄糖需求量(Matthé等,2000年)
表2:来自玉米的过瘤胃淀粉最多可为高产奶牛提供60%的日葡萄糖需求量

因此,乳制品生产商不仅关注奶牛遗传学,还关注玉米杂交遗传学。目前专门为种植青贮和(或)玉米粒的玉米杂交种,从每公顷淀粉和粗饲料部分提供的能量来看,应该是最多的。为实现饲料的高能量浓度,必须特别注意淀粉含量及其瘤胃降解率和纤维含量及其消化率。

降解率和消化率

饲料中使用的玉米种类及其成熟度显著影响玉米淀粉的瘤胃降解率。具有几乎所有硬质或玻璃质胚乳的品种都称为硬质玉米(flint),而具有较软或较脆胚乳的品种则称为臼齿形玉米(dent)。因此,在瘤胃中发酵的玉米淀粉的比例可能会有很大差别 — 介于50%和95%之间,取决于玉米品种和成熟度(图1)。

图1:奶牛食用高成熟度、高水分玉米穗的淀粉消化部位(Brandt等,1986年)。

来自瘤胃的未降解淀粉将流入小肠,进而被奶牛产生的内源酶消化。虽然肠道淀粉流量的增加有助于葡萄糖的直接吸收,作为高产奶牛乳糖的重要前体,但小肠消化大量淀粉的能力有限。因此,一些未经消化的淀粉可能通过十二指肠向后肠移动, 然后通过粪便流失,从而对饲料利用率产生负面影响并为奶牛场带来成本(见图1)。

饲喂大量降解非常缓慢的淀粉时,可能产生另一种不良效果,即采食后瘤胃中可用的低聚糖或快速降解的能量有限。这就导致纤维定殖和消化细菌的能量不足,进而限制微生物降解日粮膳食纤维(NDF)的能力和速度。此外,由于缺乏更容易获得的能量,微生物生物量和微生物蛋白质产量可能会受到损害。然而,同步瘤胃中的能量和蛋白质代谢是最大化微生物蛋白质输出并获得最佳饲料利用率及性能的关键。

调节淀粉降解率

可以借助各种谷物加工方法,并通过收割成熟度和干物质含量合适的玉米,改变胃肠道中淀粉消化的速率和部位。近来,事实证明饲用酶制剂可对瘤胃中的淀粉降解率 产生一定影响。利用瘤胃液进行的体外实验表明,向不同谷物品种添加α淀粉酶可增 加作为发酵程度指标的气体产量。受影响最大的是玉米,其中α淀粉酶表现出几乎 达80%的高发酵程度(图2)。此外,不同的玉米品种对α淀粉酶的反应也有所不同。例如,硬质玉米的发酵程度高于臼齿形玉米的发酵程度。

图2:与其他淀粉来源相比,玉米对α淀粉酶的体外反应要大的多(DSM/Biopract,2006年)。

瘤胃饲用酶

饲用酶是奶牛营养领域的一项重大创新,尤其可用作一种新的方法,最大限度提升泌乳早期的玉米淀粉利用率和纤维消化率。RONOZYME® RumiStar™的注册品类为饲料添加剂,是目前市场上唯一一种可供奶牛使用并可在瘤胃中起作用的酶。RONOZYME® RumiStar™可催化玉米淀粉在瘤胃中水解成低聚糖,而不影响pH值(图3)。

图3:尽管RONOZYME® RumiStar™可促进瘤胃中缓慢降解淀粉的发酵,但不会降低瘤胃pH值(Bach,2013年)

低聚糖可以作为纤维降解微生物的能量来源,也被称为“交互饲喂”。当纤维分解 微生物有更多的能量时,纤维被消化所用的时间就会减少。经证实,RONOZYME® RumiStar™几乎使体内淀粉和纤维(NDF)的瘤胃降解率翻了一番(图4)。因此,瘤胃中有机物的降解率增加,促进了日粮总消化率的整体提高。更高的全消化道有机物消化率提高了日粮的能量潜力,使动物获得了更好的生长性能。

图4:RONOZYME® RumiStar™增强了体内瘤胃降解率,并将消化作用更多地转移到瘤胃,从而提高了瘤胃饲料降解率(Bach,2010年;Nozière等)。

日粮消化率的提高, 可为奶牛产奶提供更多的能量。这在美国特拉华大学(University of Delaware) 进行的一项试验中得到了证实。RONOZYME® RumiStar™ 提高了干物质以及基于玉米的日粮中有机物和纤维(NDF)的消化率,这也使得每头奶牛每天的标准乳产量增加9%,即产奶量增加3.6kg/头/天(图5)。

图5:RONOZYME® RumiStar™提高了高产奶牛的消化率和产奶量(Klingerman等,2009年)。

向意大利北部的典型日粮中添加RONOZYME® RumiStar™,不仅增加了产奶量,而且增加了牛奶脂肪含量,使得每头早期泌乳奶牛(产奶<150天)每天的标准乳产量(FCM)增加15%,即4.4kg/头/天(表3)。

表3:RONOZYME® RumiStar™对意大利早期泌乳奶牛的影响(Masoero等,2011年)。

在北美、拉丁美洲和欧洲进行了多年的商业试验和大学科学试验。这些试验表明, RONOZYME® RumiStar™通过含20–30%玉米淀粉的日粮增加了奶牛的产奶量,平均每头奶牛每天增加约2kg,范围从0.5kg/头/天到4.4kg/头/天不等(图6)。此外,添加剂还可以缓解泌乳期前150天的能量负平衡,使得奶牛在此关键时期更快地从能量不足中恢复过来。

在北美、拉丁美洲和欧洲进行了多年的商业现场试验和大学试验。这些试验表明, RONOZYME®RumiStar™通过含20–30%玉米淀粉的日粮增加了奶牛的产奶量,平均每头奶牛每天增加约2kg,每头奶牛每天的增量范围为0.5kg到4.4kg不等(图6)。此外,添加剂还可以缓解泌乳期前150天的典型能量缺口,使得奶牛在此关键时期更快地从能量不足中恢复过来。

图6:16项试验中有15项表明,RONOZYME® RumiStar™对产奶量有积极影响。

在西班牙(IRTA,巴塞罗纳)进行的一项试验表明,RONOZYME® RumiStar™对奶牛的中间代谢也有影响。饲喂这种酶的奶牛血糖水平以及胰岛素/葡萄糖比率升高。这是一项非常有趣的观察结果,因为它表明这种酶在小肠中也有活性,可以帮助奶牛的内源性胰腺淀粉酶消化过瘤胃淀粉(表4)。

表4:RONOZYME® RumiStar™导致血糖水平和胰岛素/葡萄糖比率升高(Bach,2012年)。

奶牛消化进入十二指肠的淀粉的能力有限,这会导致大量淀粉通过粪便排出。一项简单的计算体现了这种损失的经济意义:在一个由每天摄入5.6kg玉米淀粉、消化率 为95%的500头奶牛组成的乳牛群中,奶牛在泌乳期的前100天会排出相当于21公吨 玉米粒的量。为此需要额外种植2.5公顷的玉米。以目前的价格水平来看,相当于3,000欧元的经济损失。如果在泌乳期的前100天,在补充RONOZYME® RumiStar™ 的情况下,这样的乳牛群每头奶牛每天增加产奶量2kg,即产奶量共增加100,000kg, 那么以当前的牛奶价格0.28欧元/kg计算,总收益就是31,000欧元。

结论

目前,奶农处境艰难,牛奶价格非常低,并且将在2016年继续保持在低位。因此, 几乎没有进一步增加产奶量的意愿。然而,随着人们认识到用更少的奶牛也能生产等量的牛奶,他们对增加产奶量的态度可能会发生转变。奶牛场可以通过采用创新的饲料配方来实现这一目标,例如添加特定的饲料酶。这将显著提高畜牧牛群生产效率,改善瘤胃健康,并实现每公顷种植玉米利润的最大化。

发表时间:

2018年9月7日

发布时间

08 May 2019

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