单宁酸对奶牛蛋白质代谢效率的影响

■刘立成　卫喜明　宋伟红　甘文平　刘　娣

（1.黑龙江省农垦科学院畜牧兽医研究所，黑龙江哈尔滨150030；2.黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，黑龙江哈尔滨150030）



单宁酸对奶牛蛋白质代谢效率的影响

■刘立成1，2卫喜明1宋伟红1甘文平1刘娣2

（1.黑龙江省农垦科学院畜牧兽医研究所，黑龙江哈尔滨150030；2.黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，黑龙江哈尔滨150030）

摘要：研究选用3头装有永久性瘤胃瘘管和十二指肠瘘管的奶牛作为试验动物，采用3×3拉丁方试验设计，对照组（F0组）饲喂基础日粮，试验组在基础日粮中分别添加20 g（F1组）和40 g（F2组）单宁酸，研究不同剂量的单宁酸对奶牛蛋白质代谢效率的影响。研究结果表明：单宁酸能显著提高瘤胃氨氮浓度、十二指肠食糜CP含量和氮全消化道消化率（P<0.05），且F2组显著高于F1组（P< 0.05），F1组显著高于F0组（P<0.05）；单宁酸能显著提高瘤胃食糜中CP含量和奶牛机体沉积氮的含量（P<0.05），并能显著降低奶牛尿囊素、尿嘌呤衍生物、微生物氮、粪氮、尿氮和瘤胃食糜氮消化率（P<0.05），但F2组和F1组间差异不显著（P>0.05）；单宁酸能提高奶牛过瘤胃蛋白质含量，降低粪尿中氮的排放。

关键词：单宁酸；蛋白质；代谢

反刍动物食入氮约有20%～50%可能排放到环境中，即使是高产奶牛，也只有不到20%的进食蛋白质转化为畜产品，因此，通过饲料调控提高进食氮的利用率，减少氮向环境的排放是目前反刍动物营养学中备受关注的问题。单宁酸具有保护蛋白质不在瘤胃内降解，降低了可溶性蛋白质在瘤胃的降解率，使过瘤胃蛋白质数量增加，从而提高家畜利用蛋白质的效率，同时还能减少瘤胃中的泡沫，防止瘤胃胀气的发生。因此，本研究以提纯的单宁酸作为研究对象，研究奶牛日粮中添加单宁酸对瘤胃、十二指肠及全消化道氮的消化和利用，为提高奶牛蛋白质利用效率提供理论基础。

1　材料与方法

1.1试验动物

选择3头安有永久性瘤胃瘘管和十二指肠瘘管的体重为(615±20) kg的健康无疾病荷斯坦母牛作为试验动物。

1.2试验时间和地点

试验于2010年8月～10月在东北农业大学试验实习基地进行。

1.3试验材料

购买产自斯洛文尼亚的Farmatan诱食剂作为试验素材，Farmatan为棕色粉末，容重为(550±50) g/dm3，单宁酸含量为65%，水溶性≥99%。

1.4试验设计

试验采用3×3拉丁方试验设计，分3期进行，每期20 d，预饲期7 d，正式期13 d，对照组（F0组）饲喂基础日粮，基础日粮组成和营养水平见表1，试验组在基础日粮中分别添加20 g（F1组）和40 g（F2组）诱食剂Farmatan；试验牛日粮精粗混合饲喂，每天早晚饲喂两次，自由饮水。

1.5样品的采集与测试

1.5.1样品的采集

在正式期的最后2 d为采样时间，在饲喂后0、4 h和8 h利用瘤胃液采集装置(自制PVC管采样器)从瘤胃进行多点采样，每头牛每个时间点采集瘤胃液300 ml左右，4层纱布过滤，弃残渣，取上清液分装在塑料管中，-20℃冷冻保存，待测瘤胃氨氮浓度；采集瘤胃和十二指肠食糜冷冻保存测试蛋白质含量。

表1　试验牛日粮组成及营养水平(干物质基础）

每阶段正式试验期的第3～7 d，用全收粪法收集每头牛排出的粪便，分别放置在带盖的预先称重塑料桶中，并每天混合，然后取2%样品，-20℃保存待测。同时，采用尿插管法收集每头牛的尿液，用量筒测量体积并记录排尿量。尿样按总尿量的2%采集，收集到装有10%H2SO4的800 ml磨口玻璃瓶中，调节尿pH<3.0，混匀尿样，移取20 ml并稀释至100 ml制成次级尿样，装入塑料瓶内-40℃贮存，用于测定尿囊素和尿酸含量。

1.5.2测试指标及方法

氨氮浓度利用分光光度计用比色法测定。

粗蛋白质的测试采用FOSS全自动凯氏定氮仪测定。

嘌呤衍生物包括尿酸含量采用尿酸测定试剂盒（酶比色法）测定，尿囊素采用ELISA试剂盒（酶联免疫吸附法）进行测定。

微生物蛋白质合成量按照Chen和Gomez（1995）提出下式计算出每天微生物氮（MN）供应量：Y= 0.85X+0.385W0.75（Y：嘌呤衍生物排出量；X：嘌呤衍生物吸收量；W0.75：代谢体重）和MN（g/d）=70X/（0.116× 0.83×1 000）=0.727X（MN：微生物氮；X：嘌呤衍生物吸收量），计算微生物氮量。

酸不溶性灰分（AIA）的测定:用内源指示剂法测定酸不溶性灰分后，计算表观消化率。

日粮营养物质消化率（%）＝100%-

1.6数据处理

基础数据采用Excel电子表格进行处理，数据统计分析利用SAS 2008软件包的平衡试验设计ANOVA进行方差分析，采用Duncan氏进行均值的多重比较。

2　结果与分析

2.1日粮中添加单宁酸对奶牛瘤胃蛋白质代谢指标的影响（见表2）

表2　日粮中添加单宁酸对奶牛蛋白质代谢指标的影响

从表2可以看出，随着采食时间的变化，瘤胃内氨氮浓度呈先升高而后降低的趋势。在采食0 h时间点，3个试验组随着单宁酸添加量的增加瘤胃氨氮浓度显著增加（P<0.05），即F2组显著高于F1组（P< 0.05），F1组显著高于F0组（P<0.05）；在采食4 h时间点，F2组和F1组间差异不显著（P>0.05），但都显著高于F0组（P<0.05）；在采食8 h时间点，F2组与其他两组间差异不显著（P>0.05），但F1组显著高于F0组（P< 0.05）；3个时间点平均值比较，F2组显著高于F1组（P<0.05），F1组显著高于F0组（P<0.05）。

从表2可以看出，奶牛日粮中添加单宁酸瘤胃食糜CP含量随着采食时间的变化呈先升高后降低的趋势，且添加单宁酸两组瘤胃食糜CP含量高于对照组。在采食后3个时间点和3个时间点的瘤胃食糜CP含量平均值的比较都是一致的，F2组和F1组间差异不显著（P>0.05），但都显著高于F0组（P<0.05）。

表2列出奶牛日粮中添加单宁酸对十二指肠食糜CP含量的影响，随着采食时间的变化，F0组十二指肠食糜中CP含量呈逐渐降低的趋势，F1组和F2组先降低而后增加。在采食后0、8 h及3个时间点平均值的组间差异是相同的，F2组显著高于F1组（P<0.05），F1组显著高于F0组（P<0.05）；但在4 h时间点，3个试验组间差异不显著（P>0.05）。

3个试验组日粮设计初其CP含量是相同的，即3个试验组日粮CP含量间差异不显著（P>0.05），而粪便中CP含量比较结果，F0组显著高于其他两个添加单宁酸组（P<0.05），但添加单宁酸的两组间差异不显著（P>0.05）。

2.2日粮中添加单宁酸对奶牛尿嘌呤衍生物浓度的影响（见表3）

表3　日粮添加单宁酸对奶牛尿嘌呤衍生物浓度和微生物氮的影响

由表3可知，添加单宁酸显著降低奶牛尿囊素、尿嘌呤衍生物、微生物氮的含量（P<0.05），但F1组和F2组间差异不显著（P>0.05）；添加单宁酸对奶牛尿酸浓度无显著性影响（P>0.05）。

2.3日粮中添加单宁酸对奶牛氮平衡和氮消化率的影响（见表4）

由于设计日粮中蛋白质水平是相同的，因此3个试验组食入氮水平无显著性差异（P>0.05）；添加单宁酸两个试验组粪氮和尿氮水平显著低于对照组（P<0.05），但添加单宁酸的两组间粪氮和尿氮水平差异不显著（P>0.05）；可消化氮水平3个试验组间差异不显著（P>0.05）；添加单宁酸两个试验组沉积氮值显著高于对照组（P<0.05），但添加单宁酸两组间差异不显著（P>0.05）；日粮中添加单宁酸后在瘤胃食糜中氮消化率比较，添加单宁酸两组氮消化率显著低于对照组（P<0.05），但添加单宁酸两组间差异不显著（P> 0.05）；十二指肠食糜氮消化率3个试验组间差异不显著（P>0.05），但添加单宁酸两组有降低十二指肠食糜氮消化率的趋势；全消化道氮表观消化率比较，F2组显著高于F1组（P<0.05），F1组显著高于F0组（P< 0.05）。

表4　日粮中添加单宁酸对奶牛氮平衡和氮消化率的影响

3　讨论

3.1日粮中添加单宁酸对奶牛瘤胃蛋白质代谢指标的影响

氨氮是瘤胃微生物生长繁殖所需的主要氮源之一，研究表明氨氮能够作为大多数种类瘤胃细菌生长的唯一氮源。氨氮浓度反映了日粮中含氮物质，尤其是蛋白质降解和利用的程度。在绝大多数情况下，氨的产生远远超过微生物的利用，过量的氨被动物吸收，在体内转化为尿素。一部分尿素可随唾液重新进入瘤胃，但大部分却随尿液排出体外。通常情况下，大约25%～30%左右的饲料蛋白质因此而浪费，因此应控制瘤胃氨氮的产生量。反刍动物瘤胃中存在两大类产氨菌。一类是数量多，但产氨活性低的细菌，如栖瘤胃普雷沃氏菌、溶纤维丁酸弧菌、埃氏巨球型菌和牛链球菌；另一类是数量少，但产氨活性高的细菌，如消化链球菌、嗜氨梭菌及斯氏梭菌。这些细菌被认为可以将超过25%的饲料蛋白质脱氨基。本研究结果表明，奶牛日粮中添加单宁酸显著提高了瘤胃液中氨氮的浓度，这与添加单宁酸能显著提高瘤胃溶纤维丁酸弧菌、栖瘤胃普雷沃氏菌和嗜淀粉瘤胃杆菌的相对数量的结果相吻合，但与单宁酸降低高效产氨菌数量的结果相反，其原因可能是细菌的数量和活性的原因。但本研究的结果与Makkar（1995a）报道的结果相同。因为瘤胃中氨氮主要是脱氨酶通过对氨基酸水解而脱氨基产生的，所以瘤胃氨氮浓度的高低反映了脱氨酶活力的高低。本研究结果与单宁酸能降低瘤胃内脱氨酶活性相吻合。

Jones（1977）得出一种假设，单宁酸和蛋白质通常是在瘤胃pH值为6～7的情况下发生结合，并在皱胃pH<3.5时发生解离，从而释放出更多的蛋白质供胃蛋白酶和胰蛋白酶消化。Waghorn（2003）[1]认为单宁酸和蛋白质这种结合后过瘤胃的作用，被认为是一种能够增加小肠氨基酸吸收率的途径。Min（2003）[2]进行单宁酸对蛋白质的保护作用，结果发现饲喂单宁酸的绵羊十二指肠非氨态氮的氮流速（可认为是蛋白逃离瘤胃的速度）与添加单宁酸的含量呈正相关关系（R2=0.85；P<0.05），同时瘤胃菌体蛋白的合成与单宁酸的含量无相关性（R2=-0.02）。这也就意味着，在不影响菌体蛋白合成效率的情况下，单宁酸能够增加饲料瘤胃非降解蛋白的比例。McNeill（1998）发现，热带豆科植物银合欢(Leucaena leucocephala)所含单宁酸能够在不影响菌体蛋白合成效率的情况下，增加日粮中瘤胃非降解蛋白。这种机制可能包括，抑制瘤胃蛋白降解菌的生长同时单宁酸与蛋白的结合物也减少瘤胃可利用蛋白的量。Slanikove（2001）报道，不同植物的单宁酸影响降解程度与蛋白质、纤维物质结合的能力不同，单宁酸-蛋白质复合物的强度决定于单宁酸、蛋白质双方的特性，包括分子量、三级结构、等电电和结合位置的相容性。

本研究测试瘤胃和十二指肠中食糜中蛋白质的含量，结果表明，添加单宁酸能够显著提高瘤胃和十二指肠食糜中蛋白质的含量，尤其是十二指肠中蛋白质含量的提高，说明添加单宁酸能提高蛋白质的过瘤胃效果，提高蛋白质的利用效率。添加单宁酸显著降低了粪便中的蛋白质含量，而添加单宁酸组提高了十二指肠食糜中蛋白质含量，说明添加单宁酸能够提高蛋白质在小肠的消化吸收。该结果与郑琛（2009）和张晓庆（2010）[3]报道的研究结果一致。

3.2日粮中添加单宁酸对奶牛尿嘌呤衍生物浓度的影响

尿嘌呤衍生物含量与瘤胃微生物蛋白质（MCP）产量存在高度正相关。Makkar（1995a）的研究结果也表明，添加提取纯单宁酸能够提高菌体蛋白产量，同时在含有单宁酸的植物中添加聚乙二醇降低了菌体蛋白的产量。并认为动物生产性能的提高不仅仅是单宁酸增加过瘤胃蛋白，同时单宁酸还能提高瘤胃菌体蛋白合成量。Getachew(2000)[4]认为，适量添加含单宁酸类的物质有助于菌体蛋白的合成，并认为与单宁酸改变营养物质的代谢，使能量和蛋白的代谢同步有关。据McNeill（1998）报道，添加银合欢（73 g/kg DM）浓缩单宁酸对微生物合成并没有影响。Mcneill （2000）[5]也证实，通过对尿中嘌呤物质的检测，饲喂Leucaena KX2（116 g/kg DM）单宁酸对瘤胃微生物菌体蛋白的合成效率没有影响。Getachew（2000）[4]报道适量添加含单宁酸类的物质却有助于菌体蛋白的合成。Wang等（1994）试验还表明，当添加朱缨花属植物单宁酸（20～30 g/kg DM）时，纤维降解菌减少，但菌体蛋白合成量未受影响。

本研究结果表明，在奶牛日粮中添加单宁酸尿囊素、尿嘌呤衍生物及微生物氮的含量均显著降低，说明添加单宁酸能够降低瘤胃MCP的产量，这个结果与添加单宁酸后瘤胃和十二指肠食糜蛋白质含量增加是对应的，其原因可能是单宁酸与蛋白质在瘤胃中结合成单宁酸-蛋白质复合物，降低了蛋白质在瘤胃的降解速度，提高了过瘤胃蛋白质的含量，从而提高蛋白质的利用效率。但本研究结果与上述学者报道的结果并不一致，其原因可能是单宁酸的类型或者纯度不同导致的。

3.3日粮中添加单宁酸对奶牛氮平衡和氮消化率的影响

Mueller-Harvey（2006）[6]认为，植物蛋白最易与单宁酸结合从而不被消化，因此，蛋白质的消化率下降是进食单宁酸的典型反应。同时，碳水化合物和淀粉的降解率同样受到影响。Khazaal（1994）在对各种单宁酸含量不同的牧草进行试验结果表明，单宁酸含量与干物质消化率呈负相关。本研究设计初日粮中食入氮的水平是相同的，添加单宁酸后日粮中的粪氮、尿氮的水平都显著降低（P<0.05），而沉积氮的水平显著升高（P<0.05），说明单宁酸的添加提高了氮在奶牛机体内的利用效率，减少氮排放，沉积氮水平的提高对应氮全消化道表观消化率的提高，该结果与徐载春（1995）在绵羊上试验的结果是一致的。

4　结论

4.1奶牛日粮中添加单宁酸能显著提高瘤胃液氨氮浓度，提高瘤胃食糜和十二指肠食糜中CP的含量，降低粪便中CP含量。

4.2奶牛日粮中添加单宁酸能显著降低尿囊素、尿嘌呤衍生物以及微生物氮的含量。

4.3奶牛日粮中添加单宁酸能显著降低粪氮、尿氮、瘤胃食糜氮消化率，提高机体沉积氮和全消化道氮表观消化率。

4.4日粮中添加单宁酸能提高过瘤胃蛋白质数量，降低粪尿中氮含量，提高奶牛对蛋白质的利用效率。

参考文献

[1] Waghorn G C,McNabb W C, Consequences of plant phenolic com⁃pounds for productivity and health of ruminants[J]. Proc Nutr Soc., 2003,62:383-392.

[2] Min B R, Barry T N, Attwood G T, et al. The effect of condensed tannins on the nutrition and health of ruminants fed fresh temper⁃ate forages: a review. Anim Feed Sci. Tech., 2003,106:3-19.

[3]张晓庆，郝正里，李发弟，等.红豆草缩合单宁对绵羊瘤胃代谢及饲粮尼龙袋降解率的影响[J].草业学报，2010，19:166-172.

[4] Getachew G, Makkar H P S, Becker K. Tannins in tropical brows⁃es: effects on in vitro microbial fermentation and microbial pro⁃tein synthesis in media containing different amounts of nitrogen [J]. J. Agric. Food Chem., 2000, 48:3581-3588.

[5] McNeill D M, Komolong M, Gobius N, et al. Influence of dietary condensed tannin on microbial crude protein supply in sheep. In: Brooker J.D. (ed.), Tannins in Livestock and Human Nutrition[J]. ACIAR proceedings No. 2000, 92:57-61.

[6] Mueller-Harvey I., Unravelling the conundrum of tannins in ani⁃mal nutrition and health[J]. J. Sci Food Agri., 2006, 86:2010-2037.

（编辑：文奇男，wenqinan@sohu.com）

Effect of tannins on protein metabolism for dairy cows

Liu Licheng, Wei Ximing, Song Weihong, Gan Wenping, Liu Di

Abstract：In order to determine the effect of tan⁃nins on rumen protein metabolism, 3×3 Latin square design was used with three duodenal and rumen fistula dairy cows, tannins was applied in⁃to diet at 0 g(control, F0), 20 g(F1) and 40 g(F2). The results showed that tannins could significant⁃ly increased (P<0.05) concentration of ammonia-N and duodenal protein and the nitrogen appar⁃ent digestibility of total tract, and F2 was greaterbook=46,ebook=50than F1(P<0.05), and F1 was greater than F0(P<0.05). Tannins could significantly increased (P<0.05) concentration of ruminal protein, nitrogen retention, and significantly decreased (P<0.05) allantoin, urine purine derivatives, microbial nitrogen, feces nitrogen, urine nitrogen and rumen nitrogen digest⁃ibility, but there was no significantly difference between F2 and F1（P>0.05）. Conclusion: tannins could increase rumen-undegraded protein, reduce emissions of feces nitrogen and urine nitrogen.

Key words：tannin；protein；metabolism

基金项目：东北农区奶牛规模化健康养殖生产技术集成与产业化示范[2012BAD12B05]；黑龙江省博士后资助项目[LBH-Z10040];国家奶牛产业技术体系[CARS-37]

收稿日期：2015-06-09

通讯作者：刘娣，教授，博士生导师。

作者简介：刘立成，博士，副研究员，研究方向为反刍动物营养与饲养。

中图分类号：S816.11

文献标识码：A

文章编号：1001-991X（2016）01-0045-05

doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.01.010