大麦在反刍动物生产中的应用研究进展

曹 广，吕 刚，刘保仓，韩 坤，程冠文，郭学义，李斌昌

（新疆泰昆集团有限责任公司，新疆昌吉 831100）

受国际贸易和疫情的影响，国际粮食价格高涨，2020 年国内玉米价格近半年上涨了40%～50%，造成整个养殖业的饲料成本增加了70%～80%[1]。大麦作为世界第四大粮食作物，用于饲料和啤酒酿造，国内产量难以满足需求，每年需要大量进口，2019 年大麦进口量为592.88 万t，2020 年1—11 月大麦进口量为709.75 万t[2]。大麦是畜禽优质的能量饲料资源，能显著提高动物生产性能，可作为玉米、小麦等饲料的优良替代品[3-5]。吴世迪等[6]将大麦作为羊的能量饲料替代玉米，发现饲喂大麦组羊比玉米组拥有更好的瘤胃发酵特性，表明大麦可以替代部分或全部玉米。大麦通过去壳[7]、压片[8]、粉碎[9]等物理手段，以及添加过瘤胃氨基酸[10]、酸化剂[11]、纤维素酶[12]等，可显著提高其消化率。Delcurto-Wyffels等[13]研究表明，在冷热条件下给肉牛饲喂大麦基础日粮，其采食量保持稳定，对生产性能无明显影响。目前，我国反刍动物日粮中大麦应用相对较少，而北美、欧州、澳洲等地区大麦日粮及配套技术解决方案相对完善，且应用效果较好，动物的生产性能较好、经济效益显著。随着“一带一路”倡议的深入开展，我国同中亚、欧洲等地区的贸易往来逐渐增多，大麦进口量呈递增趋势，大麦将成为重要的反刍动物饲料资源。本文着重阐述了大麦的营养特点及其作为饲料资源在反刍动物生产中的应用，以期为饲用大麦的进一步研究及应用提供理论参考。

1 大麦的营养特点

1.1 大麦的营养价值 大麦（Hordeum vulgare L.）是一年生禾本科作物，籽实扁平，两头尖，收获后稃壳与籽粒不脱离，含有丰富的维生素E、维生素B 及酚类物质等[14]。脱壳前大麦称为皮大麦，大麦稃壳主要成分为纤维素等结构性碳水化合物，脱壳后籽实中性洗涤纤维（NDF）含量可降低10%～14%，淀粉、粗蛋白质等营养物质含量明显提高，称为裸大麦[15]。淀粉是大麦的主要能量物质，占干物质（DM）含量的53%～67%，其中直链淀粉和支链淀粉分别占27%、73%，两者的比例因品种不同会发生变化，糯大麦支链淀粉比例达100%，而直链淀粉和支链淀粉的比例与淀粉的胃肠道消化特性直接相关[16-17]。大麦中50%～94%的淀粉可在瘤胃被快速降解，但非淀粉多糖高达16.7%，胚乳和糊粉层细胞壁中含有大量不可溶的β-葡聚糖和可溶性阿拉伯木聚糖，这是大麦的反刍动物增重净能和维持净能参数相对于玉米、小麦偏低的重要原因[18]。除此之外，大麦中蛋白质主要为醇溶蛋白，蛋白分子与淀粉粒紧密连接，谷氨酸含量高，赖氨酸含量低，整体氨基酸模式较差，这是大麦瘤胃消化率较低的另一个原因[19]。Khorasani 等[20]测定了60 个大麦品种的营养价值和瘤胃降解率，大麦的不溶性DM 含量为33.4%～56.4%，大麦的DM 瘤胃降解率在34.1%～60.2%，其中可溶性组分与淀粉含量呈显著正相关，瘤胃降解率与容重和粗蛋白质含量显著正相关。Ramsey 等[21]通过体外模拟瘤胃发酵试验发现，大麦淀粉的DM 消化率一般为130%～250%，大麦的DM 消化率与淀粉的消化率相关性（r=0.21）较低，而酸性洗涤纤维（ADF）的含量和消化率才是预测DM 消化率的有效指标。通过对大麦营养价值的评定，研究人员形成了一套行之有效的品控手段。例如，Swanston 等[22]通过大麦的形状、大小等来预测大麦的产量和营养价值。综上所述，大麦是比较优质的反刍动物能量饲料来源，但其本身的营养特性限制了其消化性能的提升，仍然有很多领域有待进一步研究。

1.2 大麦与玉米、小麦的营养价值比较 玉米、小麦和大麦是国内外畜牧业主流的能量饲料，分别占全球粮食作物产量的第一、第二、第四，均具有单产高和种植地域广的特点，籽实含有丰富的淀粉和谷物蛋白，营养价值和经济价值高。3 种作物的营养价值数据见表1。由表1 可见，玉米的淀粉含量达到63.5%，粗脂肪（EE）为3.6%，均远高于小麦和大麦[23]。大麦、小麦中还含有较多的非淀粉多糖，在禽畜胃肠道中容易形成食团，阻碍营养物质的消化，维持净能和增重净能参数低于玉米。万凡等[24]评定了大麦、小麦、玉米在肉羊体内的代谢能，发现小麦和玉米的总能低于大麦，而代谢能和消化能显著高于大麦。能值的高低与淀粉的消化率直接相关，因此学者们进一步研究了大麦淀粉的瘤胃消化降解效率。Ferreira 等[25]对玉米、裸大麦及皮大麦的瘤胃淀粉降解率的研究发现，玉米的快速降解淀粉含量高于2 种大麦，而48 h 淀粉瘤胃降解率则低于2 种大麦，其过瘤胃淀粉含量相对较高。过瘤胃淀粉比例较高，有利于增加淀粉在小肠中的含量，提高能量的利用率，而饲料中蛋白的消化利用也有类似的机理。Spicer 等[26]体外试验研究发现，大麦日粮的微生物蛋白（MCP）比例高于玉米，过瘤胃的饲料氮比例是玉米日粮的一半。大麦粗蛋白质的过瘤胃比例偏低可能会导致小肠可利用氨基酸减少，反而限制了能量的吸收和利用，降低了生产性能[27]。综上所述，大麦的淀粉、过瘤胃淀粉、瘤胃不可降解蛋白含量相对玉米、小麦偏低，DM 中快速降解部分含量高，可用于瘤胃后消化的淀粉和氨基酸含量不足，需要采取相应的营养手段进行调控。

表1 大麦、玉米和小麦的营养价值分析 %

2 大麦营养价值的影响因素

2.1 品种及种植气候 大麦是重要的粮食作物，我国十分重视优良大麦品种的培育和遗传资源的保护，种质资源库中可查的大麦留种记录就有6 462 份。基于培育方向的差异，研究人员对各品种大麦的种质特征和营养成分进行分析。Cherif 等[28]研究发现，紫色种皮大麦粗蛋白质、β-葡聚糖分别比黄色种皮大麦高10%～16%、5%。Camm 等[29]研究发现，调控大麦籽实硬度的基因控制位点主要在7 号染色体上，而大麦的硬度更高，往往意味着其粗蛋白质含量也更高。Abdel-Haleem 等[30]比较了Steptoe 和Morex 2 个大麦品种在自然雨水灌溉和人工灌溉条件下的营养价值差异，结果表明，充足的供水可以提高大麦中淀粉、纤维等碳水化物含量及消化率，而蛋白含量相对降低。王建林等[31]研究发现，青藏高原地区栽培大麦的千粒重与抽穗-成熟期日照时数、抽穗-成熟期平均气温、拔节-抽穗期平均气温日较差、抽穗-成熟期降水量等呈显著正相关。目前，研究人员主要对大麦的颜色、籽粒大小、籽粒重量、籽粒壳重及籽粒硬度等表观遗传特征与营养价值进行相关性分析，借助基因标记手段找到相应的遗传位点，从而培育出遗传稳定、品质优良的品种，再结合大麦生长的气候环境和科学的种植管理，更好地提高大麦品质。

2.2 加工方式 大麦成熟后稃壳与籽粒紧密连接，保护其不受外来危害的侵袭，但这种防御机制也限制了大麦在反刍动物胃肠道中的吸收。研究人员采取水浸泡、微生物发酵、蒸汽压片、粉碎、轧制等手段对大麦进行处理[32-33]，其中，处理大麦较为常见的物理加工方法对设备和成本的要求也较低，对消化率的改善效果明显。Beauchemin 等[34]发现，大麦干轧的加工指数越高，大麦中淀粉的消化率及MCP 的产量越高，但纤维和蛋白的消化率不受影响。Engstrom 等[35]研究指出，干轧和蒸汽轧制对大麦消化率的改善效果相近，β-葡聚糖、淀粉和ADF 的消化率分别达到了98.6%、98.1%、29.1%。Zinn 等[36]研究表明，压片大麦中有机物、淀粉、饲料氮的消化率随着压片密度的增加而提高，同时流入小肠的微生物氮增加。大麦的物理加工主要影响大麦的粒度，加工过程中使用的高温可以使大麦淀粉发生一定程度的熟化，但对纤维的消化率往往没有影响。有研究认为，通过微生物或者内源酶的酶解作用能达到更好的作用效果[37]。Gracia 等[38]发现，使用高温和酶制剂处理大麦可提高大麦中淀粉、NDF 的消化率，提高日粮能量的表观消化率。综上所述，通过物理、化学、生物等一系列的加工手段，可提高大麦中所含营养物质在反刍动物胃肠道中的消化率，能更好地为动物提供能量、氨基酸、维生素等物质。

3 大麦在反刍动物生产中的应用

3.1 大麦日粮的应用效果 大麦可适应寒冷、干燥的生长环境，在类似气候的种植区，大麦、大麦青贮、大麦干草在反刍动物日粮结构中被广泛使用。Ma 等[39]研究发现，湖羊日粮中使用高比例的大麦，可改善瘤胃健康度，但DM、有机物、NDF 和ADF 的表观消化率显著降低。饲用大麦已经在全世界范围内广泛种植，其可作为反刍动物单一的能量饲料，完全替代玉米和小麦应用于全混合日粮中。Yang 等[40]研究表明，使用裸大麦（0%、33%、67%、100%）替代奶牛日粮中的玉米，DM、EE、ADF 的表观消化率差异不显著，试验期产奶量和奶脂变化不大，但淀粉的消化率随着替代比例的增加而降低。Fatehi 等[41]也发现，在荷斯坦牛日粮中使用不同比例的大麦和玉米，随着玉米比例升高，荷斯坦牛背部脂肪厚度、产肉量、腹部脂肪增加，但粪便中未消化完全的籽实数量也相应增加，当大麦∶玉米比例为50:50 及75:25 时屠宰性能和胴体品质较好。大麦的淀粉、脂肪等较玉米偏低，大量使用动物增重效果往往不如玉米。Moya 等[42]研究发现，高小麦日粮组肉牛眼肌面积较大麦组偏高，背膘厚偏低，但各组差异不显著。可见，大麦部分替代日粮中玉米、小麦仍然拥有较好的屠宰性能，这可能与适宜比例的过瘤胃淀粉有关，但是日增重、干物质采食量与玉米比例呈正相关。

基于精准营养的目标，研究人员针对大麦日粮的营养特点及提高饲料转化率的措施进行了系列性研究。Koenig 等[43]研究结果表明，粗蛋白质水平为12.6%和14% 的大麦日粮组肉牛生产性能差异不显著，但14%粗蛋白质大麦组氨气排放增多；在育成牛中，大麦日粮粗蛋白质水平和生产性能呈正相关，这与不同阶段牛营养需要量差异较大有关。在大麦日粮的研究中，国外的学者往往因为经济效益而追求在日粮中使用更高比例的大麦，动物的生产性能差异较大，但饲料成本降低效果显著。Koenig 等[44]发现，自由采食高粗饲料大麦日粮的肉牛与限饲高谷物的肉牛拥有相同的日增重，但饲料转化率有所提高，饲料成本显著降低。目前，大麦日粮及其配套技术已相对完善，但在实际应用中，还是应该根据精准营养原则和大麦价格的波动来调整使用方案，从而获得最高的性价比。

3.2 大麦日粮的优化 目前，国外反刍动物大麦日粮主要使用高谷物、高精料的日粮配比，从而提供充足的能量，以提高生产效率。Hristov 等[45]发现，高比例大麦（95%）日粮显著提高了牛瘤胃液挥发性脂肪酸浓度和淀粉酶活性，且对瘤胃微生物的种群及丰富度没有明显影响。在反刍动物日粮中使用高比例大麦对瘤胃微生态及消化功能并没有显著影响，但高谷物日粮与瘤胃酸中毒紧密相关，因此采取相应的技术措施非常必要。Vyas等[11]研究表明，在高比例大麦日粮中添加富马酸、苹果酸对缓解瘤胃酸中毒没有显著效果，富马酸还缩短了pH＜6.2 的时间。李栋等[46]在育肥绵羊大麦日粮中添加苹果酸盐，降低了干物质和有机物的表观消化率，且日粮淀粉类型和苹果酸对氮摄入量和氮沉积量的影响具有显著交互效应。由此可以看出，在低谷物日粮中，有机酸对瘤胃酸中毒有一定的缓解作用，但在高谷物日粮中可能有负面效果。

大麦的蛋白氨基酸模式不平衡，通过平衡氨基酸模式可提高大麦的消化率。Casper 等[10]在奶牛大麦日粮中添加过瘤胃蛋氨酸，奶产量波动较小，显著提高了乳中蛋白含量，补充限制性氨基酸对大麦日粮的消化利用有一定效果。Damiran 等[47]平衡了大麦日粮的氨基酸模式，但各组肉牛生产性能和胴体性能并没有显著改善，这说明蛋白氨基酸模式可能并不是限制大麦营养吸收利用的主要因素。酶制剂作为一种有效提高日粮消化性能的手段，也被广泛应用于大麦日粮中，且效果显著。Beauchemin 等[48]研究表明，在肉牛日粮中添加纤维素酶，大麦日粮组肉牛日增重、采食量、饲料转化效率显著高于玉米组，同时改善了瘦肉率和肉色。可见，酶制剂对大麦日粮的改善效果显著。此外，近年来，水培大麦的相关研究逐渐增多，饲喂效果良好[49]。Mohsen 等[50]在绵羊日粮中使用水培大麦，显著提高了干物质采食量，改善了瘤胃发酵参数。综上，经过技术方案的优化，大麦日粮能够拥有与玉米日粮相近的饲喂效果，但实际应用效果差异较大，还需要进一步深化研究。

4 小 结

大麦是一种优质的反刍动物能量饲料，能值、淀粉等较玉米、小麦偏低，但通过脱壳、粉碎、加热、发酵等一系列加工手段，以及氨基酸平衡、添加酶制剂、过瘤胃技术等的应用，大麦可以高比例饲喂反刍动物，达到与玉米日粮相近的饲喂效果。目前，国内反刍动物生产中应用大麦的研究较为匮乏，影响了大麦的进一步开发和利用。因此，开展与国内反刍品种相关的瘤胃功能、肠道菌群、养分代谢等研究工作，对于深入评价大麦日粮的应用效果及对其有针对性地技术改造等都具有重要意义。