油脂对反刍动物瘤胃发酵、甲烷产量及生产性能影响的研究进展

曾 泽，张华琦,2*，桂干北，贾长青，梁 浩，钱玺丞

(1.铜仁职业技术学院 国家民委中兽药重点开放实验室，贵州 铜仁 554300；2.江西省科学院 生物资源研究所，江西 南昌 330096)

瘤胃是反刍动物的重要消化器官，是一个天然的厌氧发酵罐。瘤胃内微生物数量庞大、种类繁多，构成了复杂的微生态系统，主要包括厌氧细菌、原虫、真菌、产甲烷古菌和噬菌体。瘤胃为其内微生物的生长和发酵提供了适宜的环境条件和营养物质，而微生物发酵又为反刍动物提供能量和蛋白质。瘤胃在发酵的过程中也伴随着能量的损失，其中甲烷(Methane，CH4)气体的产生就会损失掉2%～15%的饲粮能[1]。因此，为了提高饲料的利用率和反刍动物的生产性能，越来越多的研究致力于开发饲料添加剂来调控反刍动物的瘤胃发酵。

油脂比谷实、糠麸类饲料所含能量高，其能量大约是碳水化合物和蛋白质的2.25倍[2]。大量研究表明，在日粮中添加油脂，不但增加了动物日粮中的能量密度，而且还能改变瘤胃的发酵模式，抑制瘤胃蛋白的降解与氨氮的生成，减少CH4气体的排放[2-4]。但是由于油脂的来源、添加水平、日粮结构和试验对象不同，试验研究的结果间也会存在差异，因此有必要全面、系统的对油脂在反刍动物瘤胃发酵中的作用进行深入探讨。本文综述了油脂对反刍动物瘤胃发酵、甲烷产生和生产性能的影响，旨在为反刍动物营养和健康生长中合理应用油脂提供参考。

1 油脂的营养价值

油脂不仅可以改善饲粮的外观，还能改善饲粮的适口性，增加动物的采食量。油脂所含能量较蛋白质和糖类高，所以饲粮中添加油脂可以提高饲粮能量浓度，从而达到增加动物能量摄入量的目的；另外，饲粮中添加油脂还可以使饲粮在动物消化道里面停留时间更长，这样便会使饲粮得到更充分的消化和吸收，以提高饲粮的利用率。油脂还含有大量不饱和脂肪酸，为动物提供体内不能合成的不饱和脂肪酸以维持动物正常生长。脂肪的消化吸收效率较高，在消化吸收的过程中产生的热增耗低于蛋白质和碳水化合物等营养物质，所以在饲粮中添加油脂可以降低动物在高温条件下的散热负担，以减轻热应激所致的不良反应，维持炎热夏季中动物的正常生长。此外，油脂还能作为饲粮中脂溶性维生素等营养素吸收和转运的载体，从而促进脂溶性维生素和脂溶性营养素的吸收和利用[5]。

2 油脂对瘤胃发酵的影响

2.1 油脂对瘤胃液pH的影响

瘤胃液pH是衡量瘤胃内环境是否稳定的重要指标，保持瘤胃内稳定的微生态环境对微生物的发酵和消化活动相当重要。正常情况下，瘤胃的pH值保持在6.37～7.35范围内才能保证瘤胃微生物作用的理想酸碱环境，适合瘤胃内的纤维素的消化、蛋白质合成、VFA产生。因此，pH可以直接体现瘤胃的发酵模式和发酵程度，pH的变化会直接改变瘤胃微生物的生物活性。唾液、VFA和有机酸的生成和吸收均能影响瘤胃液pH。

研究表明，在山羊日粮中添加6%的橄榄油、棕榈油和向日葵油对瘤胃pH无显著影响，但是橄榄油组的瘤胃液pH略高于对照组和其他试验组[6]。Khateri等[7]研究结果显示，在绵羊饲粮(精粗比为50:50)中添加0.8和1.6 mL/d油脂对瘤胃pH没显著影响，但是1.6 mL/d添加组瘤胃液pH略高于对照组和0.8 mL/d添加组。廖健硕[2]的体外发酵研究结果显示，添加1%、2%、3%和4%的大豆油使发酵液的pH出现降低的趋势，但差异不显著，在随后的山羊体内试验中，日粮中添加3%的大豆油也使瘤胃液pH出现降低的趋势，也差异不显著。张然等[3]利用体外产气法研究发现，向精粗比为30:70的饲粮中添加100、200、300和400 mg/L的牛至油，发酵液pH随牛至油添加水平的升高逐渐升高，且100、200、300和400 mg/L添加组的发酵液pH均显著高于对照组，但均在瘤胃液的正常pH范围内。吴端钦等[8]的体外发酵试验研究表明，添加5%和10%亚麻籽油均显著降低了发酵液pH，且亚麻籽油添加水平越高发酵液pH降低幅度越大，但均在瘤胃液正常pH范围内，不会影响瘤胃微生物的正常生物活性。以上结果表明，在日粮中添加油脂对瘤胃液pH影响不明显，即使部分研究中瘤胃液pH出现了显著变化，但是也是在正常的瘤胃pH范围内，不影响瘤胃内环境的稳定。

2.2 油脂对瘤胃发酵产气量的影响

总产气量可以直接反映饲粮可发酵程度和瘤胃微生物的生物活性。饲粮可发酵程度越高，瘤胃微生物活性越强，产气量就越高。孙玲玲等[9]利用体外产气法研究发现，日粮中添加1%、2%、3%和4%硬核油对产气量、产气速度和理论最大产气量都没有显著影响，当添加水平为1%、2%和3%时，产气量和理论最大产气量在数值上逐渐升高，均高于对照组，而添加水平增加到4%时，则出现了降低的趋势且低于对照组。张然等[3]利用体外产气法研究发现，向精粗比为30:70的饲粮中添加不同水平的牛至油，高添加水平(300和400 mg/L)的牛至油显著降低了产气量，且随着牛至油添加水平的升高产气量逐渐降低，但低添加水平(100和200 mg/L)的牛至油对产气量没有显著的影响。陆燕等[10]利用体外培养法研究发现，向精粗比为1:1的饲粮中添加不同水平的大蒜油，高添加水平(300和500 mg/L)的大蒜油显著降低了产气量，且随着大蒜油添加水平的升高产气量逐渐降低，低添加水平(30、50和100mg/L)的大蒜油对产气量没有显著性影响。吴端钦等[8]的体外发酵试验结果表明，添加5%和10%亚麻籽油发酵12 h后对产气量没有显著的影响，但在发酵24 h和48 h后均降低了产气量，且添加浓度越高产气量越低。张雨等[11]的体外发酵试验结果显示，在精粗比为50:50的日粮中添加不同水平的椰子油，其中添加水平为1%、3%和5%时对产气量没有明显的变化，当添加水平为7%和9%时产气量显著降低，且添加浓度越高产气量越低。以上结果表明油脂对产气量的影响具有剂量依赖性，油脂的添加水平越高对微生物活性抑制越强，另外油脂对饲粮颗粒还有包被作用，油脂含量越高，对饲粮的包被也越强，饲粮的可发酵程度就越低，总的来说，油脂添加水平越高对瘤胃发酵的抑制作用越大。因此在实践中应选择合适的油脂添加水平，添加水平太低达不到想要的效果，添加水平太高又会抑制瘤胃发酵，得不偿失。

2.3 油脂对CH4排放的影响

瘤胃发酵产生的CH4是一种增温潜力极强的温室气体，CH4的产生会损耗掉2%～15%的饲粮能量，因此CH4的产生不但会加剧温室效应还会降低饲料的利用率[1,12-13]。降低反刍动物CH4的排放对减少温室气体的排放和提高饲料利用率有双重意义。瘤胃中产甲烷菌可以利用氢气(Hydrogen，H2)将二氧化碳(Carbon dioxide，CO2)还原为CH4。由于瘤胃原虫与产甲烷菌之间存在共生关系，可以为产甲烷菌提供产生CH4所需的H2，所以瘤胃原虫在CH4产生的过程中起着重要的作用[14]。油脂中含有很多的抗菌活性分子，在调控瘤胃发酵的同时还可以保护动物免受病原体微生物的侵害[15]。

Agarwal等[16]利用体外产气法，在精粗比为1:1的发酵底物中添加不同水平的薄荷油以研究薄荷油对CH4生成的影响，结果表明，添加0.33、1.0和2.0 μL/mL的薄荷油分别使CH4的产量减少了19.9%，46.0%和75.6% 。Chandrasekharaiah等[17]的研究结果表明，在体外发酵试验中，香茅油、丁香油和白珠树油随添加水平升高线性降低了CH4的产量。Khateri等[7]的研究结果显示，在绵羊饲粮(精粗比为50:50)中添加0.8和1.6 mL/d油脂对CH4的产量无明显影响。张然[18]利用体外产气法研究发现，高添加水平(300、400 mg/L)的牛至油显著降低了CH4产量，低添加水平(100、200 mg/L)的牛至油对CH4产量无影响，但是在后续的体内试验中，给绵羊饲粮中添加0.015%、0.030%和0.04%的牛至油对各时间段绵羊瘤胃CH4产量均无影响。以上研究表明，添加一定量的油脂可以降低CH4的排放，但是油脂对CH4产量的影响会因为油脂来源、添加水平、日粮的组成和试验对象等的不同而不同，而且同一种油脂在体外试验和体内试验中对CH4产量的影响也不尽相同。

2.4 油脂对瘤胃挥发性脂肪酸的影响

挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFA)是由瘤胃微生物发酵日粮中的碳水化合物生成的，其中乙酸、丙酸和丁酸占90%以上，是供应反刍动物能量代谢的主要形式，为反刍动物提供大部分所需能量。张然等[3]利用体外产气法研究发现，向精粗比为30:70的饲粮中添加100、200、300和400 mg/L的牛至油，高添加水平(300、400 mg/L)的牛至油显著降低了VFA和丙酸比例，显著升高了乙酸比例和乙酸/丙酸比值，低添加水平(100、200 mg/L)的牛至油对VFA、丙酸、乙酸比例和乙酸/丙酸比值无影响。孙玲玲等[9]利用体外产气法研究发现，日粮中添加1%、2%、3%和4%硬核油后VFA、乙酸、丙酸和丁酸的浓度随硬核油添加水平的增加呈降低趋势，但均高于对照组。陆燕等[10]利用体外培养法研究发现，VFA和乙酸浓度及乙酸/丙酸比值随大蒜油添加水平(30、50、100、300和500 mg/L)的升高而逐渐降低，均低于对照组，丙酸浓度随大蒜油添加水平的升高呈先升高后降低趋势，丁酸浓度随大蒜油添加水平的升高而逐渐升高，均高于对照组。Thao等[19]的研究表明，给自由采食的水牛添加桉树油(2 mL/d)后VFA含量无明显变化，乙酸含量降低，丙酸含量升高。李万栋等[20]利用体内瘤胃灌注法研究发现，牦牛瘤胃液中VFA、乙酸和丁酸均随着菜籽油灌注水平的提高出现逐渐降低的趋势，3%和6%灌注水平均低于未灌注组。张然等[4]分别给绵羊饲喂含0.015%、0.030%和0.045%牛至油的饲粮，0.030%和0.045%组瘤胃液4 h的VFA浓度显著低于对照组，0.015%组瘤胃液0、2和6 h乙酸含量显著低于其余各组，6 h的乙酸/丙酸比值显著低于其余各组。以上研究结果表明，油脂对VFA浓度的影响具有一定的剂量效应，而且油脂能降低VFA的浓度或无明显变化。但是可能是由于油脂来源及添加水平的不同，有研究表明添加油脂能够提高VFA含量，比如吴端钦等[8]的研究表明，体外发酵试验中添加亚麻籽油(5%和10%)后VFA和丙酸升高，乙酸浓度和乙酸/丙酸比值显著降低。Mao等[21]的体内研究中，在断奶山羊饲粮中添加3%豆油后也导致VFA量显著升高。另外，Busquet等[22]的研究表明，添加300 mg/L的大蒜油培养24 h后降低了VFA浓度，但是在后续的连续培养试验中，VFA浓度没有明显的变化，这表明瘤胃VFA对油脂的反应存在一定的适应性。

2.5 油脂对瘤胃氮代谢的影响

瘤胃液中氨态氮(Ammoniacal nitrogen，NH3-N)浓度是反映瘤胃氨代谢的重要指标。NH3-N是瘤胃微生物发酵的重要产物，同时也是微生物合成微生物蛋白(Microbial protein，MCP)的前体物质，即瘤胃中微生物降解日粮产生NH3-N，同时又能利用NH3-N合成MCP，MCP作为极好的氨基酸资源则会被宿主用以合成奶和肉中的蛋白质。NH3-N浓度的降低代表瘤胃中的蛋白降解率降低或瘤胃微生物对NH3-N的利用率提高。提高氮的利用率对反刍动物生产和环境都有重要意义。梁贤威等[23]的研究结果显示，分别在泌乳水牛的饲粮中添加4%的葵花籽油和茶油均显著降低了瘤胃液中NH3-N浓度。Atikah等[6]研究结果表明，在山羊日粮中添加饲粮总量6%的橄榄油、棕榈油和向日葵油均降低了瘤胃液中的氨氮浓度，这表明该研究中3种油脂均提高了瘤胃对氮的利用率。但可能由于油脂来源、添加水平和试验对象的不同，有的研究结果表明油脂对瘤胃中氨氮浓度没有影响或者甚至提高了瘤胃中氨氮浓度。Kongmun等[24]的研究结果显示，在水牛日粮中添加7%椰子油对瘤胃液中的NH3-N浓度没有影响，Ye等[25]的研究也显示添加油脂对瘤胃液中的NH3-N浓度没有影响。Ueda等[26]的体内试验结果显示，分别在精粗比为65:35和精粗比为35:65的日粮中添加3%的亚麻籽油均显著升高了奶牛瘤胃液中的NH3-N浓度。

张然[3-4]等的体外发酵试验结果显示，添加100、200、300和400 mg/L的牛至油均显著降低了氨氮的浓度，但是体内试验时，在绵羊的饲粮中添加0.015%、0.030%和0.045%的牛至油均未对瘤胃液中的氨氮浓度产生影响。张雨等[11]的体外发酵试验结果显示，在精粗比为50:50的日粮中添加1%、3%和5%的椰子油时，NH3-N浓度有升高的趋势但没有显著差异，但是添加浓度为7%和9%时NH3-N浓度显著降低。以上研究结果表明油脂对瘤胃氮代谢的影响在体外研究和体内研究中的结果并不一致，而且油脂对瘤胃氮代谢的影响可能具有剂量依赖性。另外Cardozo等[27]和Busquet等[28]的研究结果显示，在连续培养6～7 d时，油脂对瘤胃氮代谢的影响消失，这表明瘤胃微生物可能对油脂产生了适应性，故对油脂在短期体外发酵试验中的结果应以严谨的态度看待，只有长期试验才能更进一步确定其是否会对瘤胃微生物产生适应性。

2.6 油脂对瘤胃微生物的影响

油脂对瘤胃微生物的作用是影响瘤胃微生物对瘤胃内底物发酵的关键。有研究报道油脂对瘤胃微生物及饲料颗粒均有包被作用，可以阻止微生物和日粮中的纤维等成分接触，致使瘤胃微生物难以对纤维素发生作用，其次，油脂的毒性作用使瘤胃微生物区系发生改变，还有细胞膜上脂肪酸的表面活性作用也能抑制微生物活性，可以阻止瘤胃微生物对饲料的发酵和降解作用[29-30]。廖健硕[2]的研究结果显示，在山羊日粮中添加3%的大豆油能够改变瘤胃微生物区系，琥珀酸弧菌科、丛毛单胞菌科和伯克氏菌科的数量增多，显著降低了多形杆状菌科和甲烷杆菌，表明增强了瘤胃对日粮中淀粉的发酵和利用，减少了甲烷杆菌数量，这表明大豆油抑制了山羊甲烷产生且促进了机体对日粮能量的利用。张雨等[11]的研究中，向体外发酵日粮(精粗比为50:50)中分别加入1%、3%、5%、7%和9%椰子油，椰子油添加量为5%、7%和9%时随添加水平升高逐渐降低了细菌总数、原虫数量、白色瘤胃球菌、黄色瘤胃球菌、产琥珀酸丝状杆菌、溶纤维丁酸弧菌、嗜淀粉瘤胃杆菌和栖瘤胃普雷沃氏菌数量，导致蛋白酶活性和纤维酶活力减低，椰子油在低添加量时对上述微生物和酶活性没有显著的影响。以上试验结果表明，油脂对瘤胃微生物具有抑制作用，而且存在剂量依赖性。但也有研究表明油脂对瘤胃中某些微生物有促进作用或者无影响，比如Khateri等[7]的研究结果显示，在绵羊饲喂饲粮(精粗比为50:50)中添加0.8和1.6 mL/d油脂对原虫和产氨细菌数量没有影响。Ye等[25]的研究中添加油脂对瘤胃液中原虫数量也没有影响。Agarwal等[16]的研究中添加0.33 mL/L薄荷油时能增加黄色瘤胃球菌和甲烷菌的数量，而在较高水平(1～2 mL/L)添加时，总菌、黄色瘤胃球菌和产甲烷菌群数量均降低，这表明油脂在低添加水平时对微生物有促进作用，随着添加水平升高则会对微生物有抑制作用。

3 油脂对反刍动物生产性能的影响

油脂所含能量较碳水化合物和蛋白质高，所以在反刍动物日粮中添加油脂会增加日粮的能量密度，而且油脂还能改善饲料的适口性。廖健硕[2]研究发现，在12月龄山羊日粮(精粗比为50∶50)中添加3%大豆油显著提高了山羊的生产性能，平均日增重(average daily gain, ADG)比对照组提高了26.7%，提高了山羊干物质采食量(dry matter intake, DMI)，并显著降低了料重比，这表示在日粮中添加油脂有利于反刍动物的增重，而且会提高饲料的利用率和动物生产性能。在绵羊日粮中添加6%的橄榄油会使母羊的乳产量提高，乳脂肪、乳蛋白和总固形物产量提高[31]。张凌洪等[32]的研究结果显示，在奶牛日粮中添加0.05%的功能性油脂增加了乳脂产量，并且可以代替莫能菌素而不影响奶牛在高温环境下的采食量、养分消化率、瘤胃发酵和生理状态，这是由于油脂在消化吸收过程中产生的热增耗低于蛋白质等营养物质，所以在炎热的夏季在饲粮中添加适量的油脂可以缓解热应激，维持动物机体的正常生长。张秋旭[33]研究显示，在肉羊日粮中分别添加4%不同形式的亚麻油(亚麻油、亚麻油微胶囊脂末、亚麻籽)，其中亚麻油微胶囊脂末组提高了羔羊的背膘厚，降低了背肌的剪切力，改善了羊肉的嫩度。在张然[18]的研究中，给绵羊饲粮(精粗比为40∶60)中添加0.015%、0.030%和0.040%的牛至油，0.015%组的DMI、ADG和饲料转化率(feed conversion efficiency, FCE)均显著高于对照组、0.030%组和0.040%组，这表明油脂的添加浓度不能太高，油脂浓度太高反而会不利于动物的生产。Patil等[34]研究结果显示，在山羊饲粮中添加体重0.33%的油脂，ADG提高了9.27%，而添加剂量为体重0.67%的油脂时，ADG显著下降。以上结果表明，在反刍动物日粮中添加适量的油脂时，能改善饲料的适口性，提高动物的生产性能，但是如果日粮中的油脂含量过高，会抑制瘤胃微生物的发酵，所以在动物日粮中添加油脂时，一定要选择合适添加水平，否则不利于动物生产。

4 小 结

由于油脂能够改善饲粮的适口性，提高反刍动物的采食量，因而油脂一直被认为是一种有潜力的新型添加剂。近期研究结果表明油脂可以调控反刍动物的瘤胃发酵过程，降低甲烷产量，改善反刍动物生产性能。由于油脂来源、添加剂量、作用对象和饲粮组成不同，对瘤胃发酵的影响也不尽相同。目前大多数体外发酵试验中均证明了油脂对瘤胃发酵具有显著调控效果，但由于反刍动物的瘤胃内环境影响因素较多，体内环境和体外环境存在较大的差异，大多数体内试验效果并没有体外试验效果显著，所以体外发酵试验结果不能正确反映油脂在实际动物生产中的应用效果，同时如何确定油脂的最适合添加剂量也是油脂应用于实际生产的一个重要限制因素。虽然还存在众多难题，但作为一个全新的绿色新型添加剂，油脂具有良好的应用前景。