饲料原料加工方式对肉牛生产影响的研究进展

高 骞 沈维军 兰欣怡 万发春

(湖南农业大学动物科学技术学院，长沙410128)

随着肉牛养殖业集约化和规模化程度的不断加深，对于肉牛饲料原料的加工处理技术研究日益增多。饲料原料的合理加工处理对于改善其营养价值、促进肉牛生长具有重要意义[1-2]。相较于单胃动物，由于肉牛消化道结构的特殊性使得饲粮中谷物加工的复杂程度和要求更高。例如谷物淀粉在瘤胃、小肠和大肠消化降解率以及能量利用效率存在很大差异，理想化的谷物加工处理应通过影响谷物在瘤胃中降解的难易程度从而合理分配淀粉在全消化道不同部位的消化吸收比例，以实现谷物淀粉利用效率的最大化[3]；或在高精料饲粮饲喂条件下，为避免瘤胃酸中毒，谷物的加工程度不宜过高，甚至通过有机酸或无机酸浸泡等化学处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，肉牛生产中通常使用秸秆等中低质粗饲料，而这类饲料原料木质化程度高、适口性差，其加工处理方法也相对复杂。近些年国际市场上饲料原料的价格一直居高不下，大力开发非常规饲料资源以降低饲料成本是目前包括肉牛养殖在内的养殖业应对当下饲料成本上涨的有效策略之一，同时有助于缓解日益加剧的人畜争粮矛盾以及应对潜在的粮食危机。非常规饲料资源的开发存在许多限制性因素，例如作物秸秆木质化程度高、饲喂价值低以及一些饼粕原料中含有毒素和抗营养因子等[6-7]。通过适当的加工处理可有效地弥补非常规饲料资源的这些缺陷，从而推动其在肉牛生产中的开发与利用[8-9]。因此，有必要了解国内外相关饲料加工技术及其对肉牛生产的影响，从而为今后肉牛生产中饲料原料的合理化加工处理以及促进肉牛非常规饲料资源的开发提供参考。

1 肉牛饲料原料加工处理方法

1.1 精饲料加工

肉牛生产中常用的精饲料主要为淀粉类谷物原料和蛋白质类谷物原料及其加工副产物。相较于粗饲料原料，精饲料原料价格高，对其进行合理加工可有效提高肉牛养殖效益。对于淀粉类谷物饲料，研究表明谷物淀粉在瘤胃的降解程度取决于谷物颗粒的大小以及淀粉颗粒表面附着的醇溶蛋白含量[10-11]。例如玉米中的醇溶蛋白极难在瘤胃中被溶解，可抑制玉米淀粉在瘤胃中的降解[11]。而适当地加工处理可通过影响谷物淀粉颗粒的大小、淀粉的糊化度以及淀粉—蛋白质基质结构促进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结构的特殊性，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异，其中淀粉在小肠部位的能量利用效率最高[3]。因此，若单纯考虑最大程度地提高肉牛对淀粉的能量利用效率，将淀粉的主要消化部位从瘤胃下移至小肠则是最有效的策略之一。然而一味地增加过瘤胃淀粉比例对肉牛生长并不总是产生积极影响。因为淀粉在瘤胃中的降解可为瘤胃微生物蛋白的合成提供必要能量，而且过瘤胃淀粉含量过高会导致小肠对淀粉的消化率快速下降，从而不能被有效利用[13]。因此，姚军虎等[3]提出为了最大程度地提高反刍动物对淀粉的吸收利用，当谷物淀粉在小肠中的消化率大于70%时，应采取各种措施提高过瘤胃淀粉水平；反之则在确保瘤胃健康的基础上提高淀粉的瘤胃降解率。上述研究为实际生产中的淀粉类谷物饲料加工提供了科学理论指导。

目前淀粉类谷物的加工处理方法主要包括物理处理(粗磨、粉碎、压碎和蒸汽压片)和化学处理(有机酸或无机酸浸泡)。粗磨、粉碎和压碎是肉牛生产中常见的谷物加工方式，其通过破坏谷物种皮以促进微生物的附着和酶解，从而提高谷物淀粉在瘤胃中的降解速率和程度[14]。而蒸汽压片处理可提高谷物淀粉的糊化度，改变谷物的晶体结构从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为目的，化学处理，例如有机酸或无机酸浸泡处理则旨在降低谷物淀粉在瘤胃的降解速率和程度，从而降低高精料饲粮饲喂条件下肉牛瘤胃酸中毒的风险或者通过增加过瘤胃淀粉比例，提高小肠内淀粉的消化吸收以增加机体葡萄糖的供应。这归因于有机酸通过羟基使淀粉分子酯化，水解支链淀粉的分支点，从而提高瘤胃抗性淀粉含量[16]；而无机酸通过与淀粉之间形成的交联结构改变淀粉的理化性质从而减弱其在瘤胃中的降解[17]。

对于蛋白质类谷物饲料，加工处理的目的则是尽可能地提高蛋白质的过瘤胃率以避免优质蛋白质被瘤胃微生物降解。研究表明，膨化处理可降低大豆蛋白质在瘤胃中的降解从而提高过瘤胃蛋白质比例[18]。而加热处理可改变棉籽蛋白质的分子结构从而抑制其在瘤胃中的降解[19]，这很大程度归因于加热产生美拉德反应使得氨基酸与糖结合，从而不易被消化酶降解[20]。此外，对于棉籽粕和菜籽粕等含毒素和抗营养因子的蛋白质原料，还需考虑通过加工处理消除其中的有害物质。Xie等[21]研究表明，通过芥子酶酶解处理可降解油菜籽粕中80%以上的硫代葡萄糖苷。陈佳瑞等[7]将具有高效降解棉酚的枯草芽孢杆菌接种于棉籽粕中进行发酵，可降解其中97.75%以上的棉酚。

1.2 秸秆类粗饲料加工

肉牛生产中常使用各种中低质农作物秸秆，而这类饲料原料的特点是纤维木质化程度高、适口性差以及饲喂价值低。生产中通过加工处理破坏其中的木质素以释放纤维素和半纤维素，促进瘤胃微生物的附着和降解，从而改善其饲喂价值。

物理法主要包括切短和蒸汽爆破等。常规的切短虽然对秸秆的营养价值影响不大，但有助于动物采食。蒸汽爆破是当前秸秆加工处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产气量，改善秸秆的相对饲喂价值，这与He等[23]研究结果一致。Chen等[8]研究表明，甘蔗渣蒸汽爆破可增加其中的半纤维素和可溶性糖含量，特别是阿拉伯糖和木糖含量，并且体外试验表明，蒸汽爆破可提高甘蔗渣的产气量和降解率。化学法主要包括碱化、氨化以及氨碱复合处理等。碱化处理可破坏秸秆中的木质素、半纤维素和纤维素之间的酯键，并消除其中的部分木质素，从而有利于瘤胃微生物对秸秆的降解[24]。而氨化可提高稻草粗蛋白质含量并降低中性和酸性洗涤纤维含量[25]。为了得到更好的处理效果，生产中常联合使用碱化和氨化这2种方法处理秸秆[26]。此外，由于碱化易引起秸秆霉变，因此常添加尿素以防止其霉变，同时提供了瘤胃微生物生长所需的氮源[27]。生物法主要分为接种微生物和添加酶制剂，其中前者应用最为广泛。目前研究报道最多的可降解木质素的微生物主要为白腐真菌。其通过分解秸秆中的木质素，使得纤维素和半纤维素得以释放；同时通过利用木质素以及非蛋白氮合成菌体蛋白从而改善秸秆饲喂价值[6,28]。为了提高微生物处理效果，一方面可筛选具有高效降解秸秆中木质素的菌种[29]；另一方面在微生物处理之前对饲料原料进行预处理，例如蒸汽爆破[30]。

1.3 青贮饲料加工

对于青绿饲料，青贮处理可有效延长保存时间以确保其常年供应。青贮的质量以及有氧稳定性直接关系肉牛生产。目前改善青贮发酵的措施主要分为接种微生物和添加促青贮发酵添加剂2种。最常接种的菌种为植物乳杆菌[31]。此外，接种从瘤胃中筛选的真菌对青贮发酵也可产生很好的效果[32-33]。关于促青贮发酵添加剂，主要包括外源酶制剂、碳源(糖蜜和蔗糖等)、有机酸及有机酸盐等。外源酶制剂如纤维素酶和内切葡聚糖酶可通过促进纤维素水解为可溶性碳水化合物以利于乳酸菌的增殖，从而改善青贮发酵[34-35]。以糖蜜为代表的提供碳源的添加剂旨在弥补某些饲料原料自身可溶性碳水化合物少的不足，从而促进其青贮初始阶段乳酸菌的快速繁殖，确保青贮发酵的顺利进行[36]。基于相同原理，不同饲料原料之间的混合青贮也旨在弥补某一饲料原料中可溶性碳水化合物的不足从而不易青贮的缺陷[37]。有机酸及有机酸盐类添加剂，如山梨酸可通过降低pH，促进乳酸菌发酵并抑制有害菌繁殖，从而改善青贮发酵并提高其有氧稳定性[31,38]。而且添加有机酸与接种乳酸菌之间对于改善青贮发酵可起到很好的协同作用[31]。不同青贮处理均可对青贮发酵产生有益作用，然而不同处理之间对于青贮发酵的改善效果不同。王亚芳等[39]探究不同处理对全株玉米青贮的影响，结果表明全株玉米青贮发酵处理可改善其综合营养价值，改善效果从高到低依次为：添加纤维素酶>添加有机酸盐>添加有机酸>接种乳酸菌。值得注意的，是我国每年产生大量的马铃薯茎叶和香蕉茎叶，可作为肉牛生产中潜在的饲料资源，然而由于其含水量高以及可溶性糖含量低不利于青贮发酵，这很大程度限制了其在肉牛生产中的开发利用。而通过适当的加工处理措施可有利于其青贮的成功。王增煌等[40]研究表明，香蕉茎叶青贮接种乳酸菌或添加纤维素酶处理可大大降低其中的单宁含量，并提高香蕉青贮发酵品质。马铃薯藤青贮接种1.5×104CFU/g的植物乳杆菌或布乳杆菌均可降低马铃薯青贮的pH，其中接种布氏乳杆菌还可改善马铃薯青贮的有氧稳定性[41]。

2 不同饲料加工工艺对肉牛生产性能的影响

2.1 谷物类饲料

肉牛生产中常使用的淀粉类谷物主要为玉米、大麦和小麦。关于玉米加工处理，研究表明粉碎处理可提高肉牛瘤胃总挥发性脂肪酸浓度，改善肉牛日增重和饲料报酬[42]。蒸汽压片处理是目前较新而且研究最多的加工技术。Petzel等[43]比较了玉米不同处理对其淀粉在肉牛全消化道消化率的影响，结果表明蒸汽压片处理组淀粉全消化道消化率最高(97.5%)，破碎处理组居中(92.4%)，而未处理组最低(89.5%)，并且蒸汽压片处理可提高玉米的消化能和代谢能。此外，玉米蒸汽压片处理还有利于改善肉牛生长性能和肉品质[44]，并影响肉牛肌内脂肪酸的组成[45]，这可能归因于该加工处理增加了肉牛机体的能量供应。值得注意的是蒸汽压片处理对肉牛生长的改善效果受加工参数的影响，如蒸汽压片厚度[46]，因此还需进一步优化其加工参数以改善肉牛生长。相反地，在高精料饲粮条件下，对玉米进行有机酸或无机酸浸泡处理可减少淀粉在瘤胃中的降解速率和程度，从而降低肉牛瘤胃酸中毒的风险[4-5]。例如,玉米用1%盐酸轻度酸化，然后与碳酸氢钠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，从而减少瘤胃炎症反应并改善肉牛生长[5]。加工指数(PI)表示谷物加工后的体积重与加工前的体积重比值，是描述加工程度的一个实用而客观的参数，即加工程度越高，PI值越小。Moya等[47]探究大麦2种PI(0.75和0.85)对肉牛生产的影响，结果表明与PI为0.85的大麦相比，饲喂PI为0.75的大麦可降低肉牛干物质采食量，但饲料效率增加，并有提高眼肌面积和降低皮下脂肪厚度的趋势，这与Ribeiro等[48]研究结论类似。然而Ran等[49]研究表明，大麦不同PI对瘤胃总挥发性脂肪酸浓度和瘤胃pH无显著影响，不能降低瘤胃酸中毒的风险。可能由于大麦淀粉在瘤胃中降解速率快，因此加工处理对大麦淀粉瘤胃降解速率的影响程度不如玉米等降解速率慢的谷物。对于小麦，Jiang等[14]研究了小麦膨化、粉碎、破碎和压片处理对肉牛瘤胃的影响，结果表明上述加工处理均可影响肉牛瘤胃发酵参数和微生物菌群，其中小麦破碎或压片处理后饲喂肉牛，可提高其瘤胃菌体蛋白含量和瘤胃微生物相对丰度。这可能由于小麦淀粉的瘤胃降解速率快，一方面，对瘤胃造成不良影响；另一方面，由于能量与氨的释放速率不同步，从而降低瘤胃微生物蛋白的合成效率。因此，在小麦饲粮条件下破碎和压片这2种低程度加工处理对肉牛的生长更为有利。此外，小麦经NaOH或甲醛处理后过瘤胃淀粉含量分别提高57%和75%，可通过增加淀粉在小肠的消化利用从而改善肉牛机体的葡萄糖供应[50]。综上所述，淀粉类谷物饲料的合理加工可有效提高肉牛生产性能，适宜加工方式的选择应考虑该谷物在瘤胃中的降解速率快慢及其在饲粮中的占比。

对于蛋白质饲料原料，研究表明豆粕膨化处理后饲喂肉牛可提高其平均日增重、胴体重、眼肌面积和大理石花纹评分，降低料重比[51]。菜籽粕经甲醛处理后可改善肉牛粗蛋白质表观消化率和平均日增重，降低料重比[52]。棉籽粕接种微生物发酵处理后饲喂肉牛可提高其粗蛋白质、中性和酸性洗涤纤维的表观消化率以及血清葡萄糖和总蛋白含量[9]，这可能归因于微生物发酵可降低棉酚含量，并有效将棉籽粕中的大分子蛋白质降解为小分子多肽和游离氨基酸，从而改善其饲喂价值[53]。

2.2 秸秆类饲料原料

关于秸秆物理加工处理对肉牛生长的影响，研究表明粗饲料切碎适宜长度可提高犊牛干物质采食量和有机物的表观消化率，并改善其瘤胃发酵[54]。秸秆制成颗粒饲喂肉牛可降低每个食团咀嚼时长，提高瘤胃液乙酸含量，降低丁酸含量，进而提高肉牛平均日增重和饲料报酬[55]。秸秆膨化微贮和黄贮这2种处理均可提高肉牛干物质采食量，其中膨化微贮处理还可提高肉牛平均日增重和血清白蛋白含量[56]。关于化学处理，研究表明添加尿素和氢氧化钙处理稻草或甘蔗渣可改善其营养价值，饲喂肉牛后可改善其采食量和瘤胃发酵[57-58]。关于生物处理，研究表明接种由枯草芽孢杆菌和酿酒酵母组成的复合菌不仅可提高玉米秸秆的营养价值，还可通过增加普氏菌属的丰度改善肉牛瘤胃发酵[59]。酶处理可提高谷物秸秆在瘤胃中的降解率，并且在其处理前对秸秆进行碱化处理可进一步提高酶的处理效果[60]。

2.3 青贮原料

关于青贮不同处理对肉牛生长影响的研究结果并不一致。一方面，许多研究表明接种微生物以及添加青贮改良剂在改善青贮发酵的同时对肉牛的生产性能有积极影响。例如，接种复合微生物(枯草芽孢杆菌+植物乳杆菌+米曲霉)和添加酶菌复合制剂(乳酸片球菌+酿酒酵母+木聚糖酶+纤维素酶)处理均可改善甘蔗稍青贮发酵，并且饲喂肉牛后可提高其粗蛋白质和酸性洗涤纤维的表观消化率以及平均日增重[61]。接种乳酸菌可提高玉米青贮的有氧稳定性，饲喂肉牛可提高其饲料报酬[62]。高粱和牧草混合青贮接种乳酸菌可改善青贮发酵，提高肉牛体外消化率并缓解甲烷排放[63]。稻草青贮接种由枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌和酿酒酵母组成的复合菌可改善其营养价值并减缓霉变，饲喂肉牛后可改善其瘤胃发酵和生长性能[2]。另一方面，研究表明一些青贮处理并未对肉牛生长起到改善作用。研究表明，全株玉米青贮接种复合菌(植物乳杆菌+嗜酸球菌+屎肠球菌)对肉牛的生长性能、肉品质和血液抗氧化指标均无显著影响[64]。同样地，玉米青贮接种乳酸菌和枯草芽孢杆菌对肉牛的生长性能无显著影响，还可导致肉牛中性和酸性洗涤纤维的表观消化率下降[65]。刘齐光等[41]研究表明，马铃薯藤接种1.5×104CFU/g植物乳杆菌或布式乳杆菌均可改善青贮发酵，接种布氏乳杆菌处理可提高肉牛平均日增重和饲料报酬，而接种植物乳杆菌对肉牛的生长没有改善作用。造成上述结果不一致的原因可能与不同研究中肉牛饲粮结构组成有关。青贮发酵过程中会产生许多乳酸以抑制有害微生物的增殖，从而更大程度地保留其营养成分，生产中的各种青贮处理也旨在促进乳酸菌增殖产生大量乳酸以促进青贮发酵。例如,任丽娟等[66]测定了不同地区全株玉米青贮饲料，其乳酸含量最低值为3.26%，最大值为8.26%。因此，当饲粮中青贮饲料占比过高时会导致乳酸摄入过量，从而对肉牛瘤胃发酵产生不利影响，这可能是青贮处理未对肉牛生产性起改善作用甚至造成负面影响的原因之一。例如，Rabelo等[67]研究表明，玉米青贮接种布氏乳杆菌对肉牛生长的影响效果受饲粮精粗比的影响，粗精比6∶4时，该处理对肉牛平均日增重无显著影响，眼肌面积降低；而粗精比4∶6时，该处理可提高肉牛平均日增重和眼肌面积。因此，在肉牛生产过程中，当饲粮中粗饲料占比过高时不宜将青贮料作为粗饲料的唯一来源，而应将其与干草搭配使用以避免乳酸摄入过量。

3 小结与展望

本文综述了近些年国内外肉牛饲料原料加工处理技术及其对肉牛生长的影响。肉牛饲料原料经过适当加工处理后可有效改善其饲喂价值从而促进肉牛生长。然而，实际加工处理中会面临许多复杂的因素，需要综合考虑加工程度、成本以及环境保护等因素。对谷物饲料原料加工处理不充分可降低营养物质瘤胃降解率，但过度加工可能会降低肉牛采食量和生产效率甚至增加瘤胃酸中毒风险。例如，Beauchemin等[68]研究表明，大麦的最佳PI在0.65～0.75，加工程度低会降低育肥牛的瘤胃降解率和微生物蛋白合成。适宜加工程度因谷物种类和饲粮组成等因素不同而难以确定。对于秸秆类饲料原料加工处理，物理处理法会消耗大量能量，处理成本高；化学法易对环境造成危害；而生物处理法由于操作简单对环境无害，越来越受到人们青睐。然而，一些微生物在降解木质纤维素，改善瘤胃发酵的同时也造成了有机物的大量消耗[30]。因此，要综合考虑不同菌种对木质纤维素的破坏效果以及对有机物的消耗程度从而选择适宜的菌种。而对于青贮原料的加工处理，接种微生物或者添加促青贮发酵添加剂虽然均有助于改善青贮发酵，然而关于这些处理方法对肉牛生长性能的改善效果研究报道并不一致。选择最佳的青贮处理方法不仅要考虑其对青贮发酵指标、感官指标以及有氧稳定性的改善，还应评估其对动物生产性能的改善效果，今后需要进一步加强这方面的研究。