乳清粉在断奶仔猪饲料中应用的研究进展

乳清粉在断奶仔猪饲料中应用的研究进展 技术中心 彭艳 摘要:乳清粉是断奶仔猪饲料的常用原料，主要用于提供能量。乳糖在猪体内发酵会产生乳酸，有利于体内消化过程的进行和微生物区系的稳定。本文主要对乳清粉在断奶仔猪饲料中的应用做一综述。 关键词:乳清粉，断奶仔猪 仔猪断奶后从吮吸口感好、易消化的液体母乳突然转到采食以复杂碳水化合物和植物蛋白为基础的干料，应激十分强烈(Miller等1984;Funderburke等1990)，生长受阻。仔猪在断奶后前7天或前10天的低采食量被认为是导致仔猪断奶后生长受阻的主要原因(Meade等1965;Bayley等1970)，而这期间仔猪不能对生长所需的大量日粮进行良好的消化是导致其生长受阻的更深层次原因(Owsley等，1986)。乳清粉由于其自身的营养特性，常被选作断奶仔猪的日粮组分。众多研究表明，日粮添加乳清粉能提高断奶仔猪的采食量和日增重。进一步研究发现，这可能与乳清粉中含有乳糖和乳蛋白有关(Tokach等，1989)，尤其乳糖对提高乳仔猪的生长性能有重要意义(Naranjo等，2010)。但从出生后2周开始，仔猪体内乳糖酶活性大幅下降，到第4周时已降低至接近成年猪的水平(Cranwell，1995)，导致其对乳清粉的利用率大幅降低，出现因乳糖不耐受而引起的腹泻(Becker等，1957)，甚至生长性能下降(Shearer等，1968)。因此，对乳清粉的合理使用显得非常重要。本文通过对乳清粉组分、主导作用及作用原理的分析，旨在让使用者对乳清粉有更加全面的认识。 1 乳清粉简介 美国饲料管理官方协会(AAFCO)对乳清粉的定义为:“乳清脱水干燥后之产品，所含蛋白质不可低于11%，乳糖不低于61%”。国际食品法典委员会(CAC) 对乳清粉的定义为:“产自于干燥乳清或酸乳清的一种产品”。 1.1 乳清粉的制造和分类 乳清粉是制造干酪或奶酪的副产物，制作过程见图1。依干酪制法的不同，所得到的乳清可分为酸乳清(制作过程中有发酵)和甜乳清(制作过程中加入酶凝结牛奶)两种。此外，以脱脂乳制造酪蛋白凝块时，也可分离出酪蛋白乳清。甜乳清呈乳白色，有时会因添加人工色素而呈粉红色;酸乳清呈蛋黄色或褐色;酪蛋白乳清颜色更淡。甜乳清粉和酸乳清粉作用 效果的差异，目前研究较少。不过一些实际经验显示，优质甜乳清粉的饲喂效果总是优于同样化学成分的酸乳清粉(见表1)。而根据乳清粉中蛋白含量的不同，实际使用中常将乳清粉分为高蛋白乳清粉和低蛋白乳清粉。目前国内猪料中使用较多的是甜乳清粉，蛋白含量低。 图1 乳清粉的制作过程(田河山等，2008) 表1 甜、酸乳清粉对仔猪生产性能的影响 甜乳清粉 酸乳清粉 差异(%) 日增重(g) 104 80 -43 日采食量(g) 124 112 -10 增重耗料 838 714 -15 资料来源:Nutral，2006(未发表资料) 1.2 乳清粉的营养成分 优质乳清粉的营养成分见表2。要注意的是仅靠化学成分并不能很好的反映乳清粉对仔猪的效果是好是坏。硫和钠是乳清粉中的不利因子，二者可引起仔猪发生分泌型腹泻(Ioannis，2006)。 表2 甜乳清粉的典型营养成分 养分 含量(%) 标准差 干物质 96.4 2.1 粗蛋白 12.6 2.3 乳糖 72.9 脂肪 2.1 0.9 灰分 8.7 2.1 钙 0.82 0.15 磷 0.69 0.07 钠 0.64 氯 1.76 赖氨酸 0.94 蛋氨酸 0.20 资料来源:INRA，2002 2 乳清粉对断奶仔猪生长性能的影响 2.1 乳清粉对断奶仔猪采食量和日增重的影响 自上世纪中期开始，国外学者就已经发现，日粮添加乳清粉能提高断奶仔猪的生长性能(Becker等1957;Baird等1974)。到目前为止，众多研究也已表明，断奶仔猪日粮中添加乳清粉能提高猪的采食量，促进猪的生长(见表3)。 表3 日粮添加乳清粉对断奶仔猪生长性能的影响 改善幅度 日粮类型 乳清粉用量 资料来源 采食量 日增重 玉米-豆粕 20%(高蛋白乳清粉) Yang等，1997 2.7% +4.4% 玉米-豆粕 Kornegay等，1974 17.5% +31.1% +21.9% 玉米-豆粕-鱼粉 易永宏，2005 15% +5.0% +19.0% 玉米-豆粕-鱼粉(2%) 高玉红等，2002 20% +22.8%* +28.5%* 玉米-豆粕-膨化大豆-鱼粉(2.5%) 邹成义等，2000 10% +8.9% +10.7% 玉米-豆粕-鱼粉 余东游等，2000 5% +1.9% +9.2%* 玉米-豆粕-鱼粉(5%) 张莹，1998 10% +8% *表示与对照组相比差异显著(p<0.05)。 关于乳清粉的适宜用量，学者们也做了大量探索。Orr等(1972)研究了4个乳清粉水平(5%、10%、15%和20%)对4周龄断奶仔猪生产性能的影响，认为15%乳清粉使用效果最好。Pope等(1982)认为，20%乳清粉日粮的仔猪在断奶后2周及试验全期(35天)的增重效果较好(p<0.05)。Fralick等(1983)研究表明，体重较小的仔猪对乳清粉更敏感、日增重较大，15%乳清粉的使用效果最好，30%乳清粉对猪的生长性能没有进一步改善。邹成义(2000)认为，对3—4周龄断奶仔猪，日粮中乳清粉用量以15%—20%为宜。 2.2 乳清粉提高断奶仔猪采食量和日增重的原因 进一步研究表明，乳清粉中发挥主要作用的物质是乳糖和乳蛋白(Tokach等，1989)。尤其乳糖在乳清粉中的比例高达70%以上(Hopper，2008;NRC，1998)，对提高断奶仔猪的生长性能有重要意义(Naranjo等，2010)，不但能为仔猪提供能量，发酵后还能产生乳酸，降低消化道pH(王银东等，2006)。已有研究发现，日粮中直接使用乳糖能提高乳仔猪的生 长速率和采食量(Cromwell等2008 ;Mahan等2004)。 但乳糖是二糖(见图2)，由一分子葡萄糖和一分子半乳糖通过1，4糖苷键缩合而成。由于此糖苷键相当稳固，在100?、浓度为1%的硫酸溶液中，维持1小时，乳糖只有1%的水解率(顾佳升等，2003)。因此在体内的体温条件下，乳糖的水解必然要有高效酶的催化，否则不能直接被动物吸收利用。 图2 乳糖的结构式 有关乳糖在猪体内的代谢研究已证明，乳糖自口腔被摄入起，经过胃、胆及胰等消化腺的作用并不发生任何化学变化，直至小肠黏膜刷状缘腔侧，在那里存在的乳糖酶催化下，才被水解为半乳糖和葡萄糖两种单糖，被小肠吸收进入正常血液循环，然后在尿苷二磷酸半乳糖-4-表异构酶(UDP-galactose-4-epimerase)调节下，大部分半乳糖进入肝脏转化为葡萄糖，少量由红细胞代谢或经尿液排出(顾佳升等，2003)。由此可见，乳糖酶的存在是乳糖在猪体内进行正常代谢的一个必要条件，如果数量缺少或活性不够，就会导致乳糖的消化障碍。 结合猪的消化生理特点可知(见图3)，仔猪出生时乳糖酶活性很高，从出生后2周开始，仔猪体内乳糖酶活性大幅下降，到第4周时已降低至接近成年猪的水平(Cranwell，1995)，到6—7周降到最低点(韩正康和毛鑫智，1977)。因此对吮乳仔猪而言，日粮中乳清粉含量高达60%，也未见有腹泻迹象(邹成义，2000)，但对8周龄断奶仔猪，日粮乳清粉含量高达20%—30%时，增重速度和采食量明显下降，并伴有中等程度腹泻(Becker等，1957)。对肥育猪而言，当饲料中乳清粉用量达到40%时，猪的日增重和饲料转化率都出现大幅下降(p<0.01)(Ekstrom等，1976)。推测这可能是仔猪年龄偏大和乳糖含量较高所致。提示在断奶仔猪日粮中可使用较高量的乳清粉，随着年龄的增长应逐渐降低其用量。 图3 仔猪胃蛋白酶和乳糖酶变化动态(Cranwell，1995) 2.3 乳清粉提高断奶仔猪生长性能的作用机理 2.3.1 提高断奶仔猪对日粮中能量、蛋白质的消化率 Swell和West(1965)研究表明，乳清粉中的乳糖可提高日粮蛋白质的消化率。Owsley等(1986)、Tokach等(1989)报道，乳清粉日粮的干物质和能量消化率提高、氮存留增加、仔猪血浆尿素氮下降。高玉红等(2002)的研究也表明，日粮添加20%乳清粉后，断奶仔猪对日粮中干物质的消化率比5%乳清粉组提高了2.5%(p<0.01)。该学者进一步分析发现，20%乳清粉组猪血浆中葡萄糖的水平比5%乳清粉组提高了17.3%(p<0.01)。由于是在非禁食状态下测定，血液中的葡萄糖主要来自消化道吸收，因此血糖在生理正常值范围内的升高表明肠道对营养物质的消化吸收作用加强。 同时，由于提高了营养物质的消化率，减少了进入肠道后段的未消化物质，也就减少了大肠杆菌等病原菌所利用的营养基质，因此大肠杆菌减少，乳酸菌增多(二者是互相拮抗的(Cranwell等，1976))，有利于体内的微生态平衡的维持。高玉红等(2002)研究发现，乳清粉添加比例越高，断奶仔猪粪中大肠杆菌和总菌数越少，乳酸杆菌越多，这也与腹泻率的降低是一致的(见表4)。 表4 不同水平乳清粉对断奶仔猪腹泻率及粪中微生物数量的影响 乳清粉水平 5% 10% 20% 腹泻率(%) 28.97 26.77 22.22 总菌数(lg CFU/g鲜粪) 9.71 9.63 9.53 大肠杆菌数(lg CFU/g鲜粪) 7.85 7.44* 7.21* 乳酸杆菌数(lg CFU/g鲜粪) 7.91 8.35 8.45* 注:CFU—菌落形成单位(colony forming unit) *表示与对照组相比差异显著(p<0.05)。 2.3.2 提高断奶仔猪消化酶的活性 Ekstrom等(1976)指出，谷物日粮中添加乳清粉可提高猪胃和小肠物中乳糖酶的水平。Owsley等(1986)、Lindemann等(1986)也先后报道，乳清粉(20%—25%)能提高断奶仔猪小肠内容物中胰蛋白酶、糜蛋白酶、淀粉酶等消化酶的活性。推测可能是由于添加乳清粉后猪的采食量得到保持甚至提高，促进了猪消化器官的发育，消化酶分泌增加造成(Owsley等，1986)。 2.3.3 乳糖的发酵作用 乳酸菌是健康乳仔猪消化道内的优势菌群(马坤等，2006)，其细胞内含有β-半乳糖苷酶(Paravez等，2006)，能将乳糖分解成为葡萄糖和半乳糖，并最终将其转化为乳酸和其他有机酸(宋园亮等，2010)。在哺乳期及断奶初期，体内乳酸菌发酵乳糖的过程对乳仔猪的正常生长和健康非常重要。由于此时仔猪胃内分泌的盐酸极少，乳酸菌发酵乳糖产生的乳酸成为维持胃内酸性环境的重要原因(Ratcliffe，1985)。胃内酸性环境的存在不仅有利于激活胃蛋白酶原(Cranwell，1995)，促进饲料中蛋白质的变性，从而保证胃内蛋白消化过程的顺利进行，还能抑制胃内有害菌(如大肠埃希菌、沙门菌属的一些菌株)的生长和繁殖(Marteau等，2007)。另外，胃内pH值的降低还能减慢食糜通过消化道的速度(Wilson和Leibholz，1981)，延长消化酶对食糜的消化时间，有利于消化过程的充分进行。 3 乳清粉替代物及其效果 长期以来，乳清粉一直是乳猪日粮优良的乳糖来源。但由于乳清粉价格高昂，市场波动大，且乳清粉吸湿性强，易结块和堵塞环模，影响制粒效率，因此，寻找乳清粉的替代品一度成为学者研究的热点。 3.1 乳糖 由于乳清粉中起主要作用的物质是乳糖，直接使用乳糖代替乳清粉便成为选择之一。美国俄亥俄州立大学的一项研究显示，与乳清粉相比，乳糖更容易被乳猪接受并带来更高的日增重和饲料转化率。戴求仲等(1999)研究表明，在28日龄断奶仔猪日粮中用乳糖等量替代乳清粉不但对猪的增重无明显影响(p>0.05)，而且使乳猪单位增重耗料降低了4.62%。李振田等(2005)用4.4%乳糖产品完全替代日粮中的乳清粉(5%)，发现仔猪的生长性能没有受到不良影响。 3.2 蔗糖 Brooks(1972)和Mavromichalis等(2001)报道，对断奶仔猪而言，蔗糖是乳糖替代物的有效选择。研究证实，3周龄的仔猪能较好的利用蔗糖，且通过与其他糖类，如葡萄糖、果糖、麦芽糖等配合使用可降低乳糖的用量。蔗糖可有效取代21日龄断奶仔猪日粮中50%的乳糖(袁森权，1999)，但当蔗糖比例高于50%时，猪的生长性能下降(宋志刚，2002)。贠丽娟(2004)发现，日粮中添加蔗糖，仔猪均表现出喜食、采食速度快，在相同的营养水平下，用3%蔗糖部分替代乳清粉(用量从5%减少到3%)不会影响猪是生长性能。 3.3 其他途径 有研究表明，在减少乳清粉用量时配合使用酸化剂并提高饲料中的碳水化合物水平，断奶仔猪的生长性能还会得到提高(上海美农，2005)。推测可能是酸化剂提高了饲料中蛋白质的消化率且饲料能量利用率没有受到影响造成。 4 结语 断奶仔猪日粮中添加乳清粉能提高猪的采食量和日增重，这主要与乳清粉含有高量的乳糖有关。乳糖酶的足量存在以及适宜活性的保持是乳糖在猪体内进行正常代谢的一个必要条件，但猪从出生后2周开始，体内乳糖酶活性就大幅下降，导致其对乳糖的利用受到限制。因此，为了确保猪有良好的生长性能，保证养猪效益的实现，有必要科学使用乳清粉，寻找乳清粉的替代品。