大豆粕和整粒大豆在反刍动物饲养中的应用
大豆作为人膳食中的蛋白质来源已有5 000多年的历史（Central Soya Co., Inc.,1990）。公元前2 800年左右，神农氏首先提倡种植大豆，本世纪初传入美国。起初，美国主要关心大豆的含油量，提出油以后的大豆粕和大豆皮仅仅是副产品。不久，大豆粕中蛋白质的优异品质被人们所认识，从此，大豆粕成了猪、鸡日粮中补充蛋白质的主要来源。全世界来说，动物饲料中所用的所有植物性饼粕中62％为大豆粕（其次为油菜籽粕，占12％）；在美国，大豆粕总量中用于猪、鸡日粮的份额分别占52％和29％（Chandler, 1999）。
大豆加工后74％成为大豆粕（SBM）。大豆粕中蛋白质的质量优异，其氨基酸组成与动物的需要相接近，可弥补谷物中氨基酸的不足，特别是赖氨酸。
1 大豆粕用作饲料
大豆粕中含有抗营养因子，如胰蛋白酶抑制因子和尿酶，他们在加热时失活，而且尿酶的失活是检验热处理是否已足以使胰蛋白酶抑制因子失活的依据。但是，尿酶试验不能测定大豆粕是否加热过度。另一种检验大豆粕加热是否合适的方法是测定大豆粕蛋白质在0.2%KOH(0.0356N)中的溶解度（Araba and Dale, 1990b），因为大豆粕中粗蛋白质在0.2%KOH的溶解度低于59％时鸡的生长效率就会下降（表1）（Araba and Dale, 1990a; Parson et al, 1991）。
表1 加热（高温高压）大豆粕对其蛋白质在0.2%KOH中的溶解度及鸡生长效率的影响
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加热时间/min |
蛋白质溶解度/% |
效率/（对照组的%） |
|
对照组 |
84 |
100 |
|
5 |
72 |
102 |
|
10 |
64 |
98 |
|
15 |
57 |
94 |
|
20 |
50 |
90 |
|
40 |
36 |
64 |
2 反刍动物对蛋白质的利用
关于当前对反刍动物利用氮方面的概念已有综述（NRC，1985）。反刍动物进食的粗蛋白首先满足瘤胃微生物用来合成微生物蛋白质（MCP），过剩的粗蛋白质再过瘤胃。有些蛋白质由于其化学组成或在瘤胃中停留时间短暂而不能被瘤胃微生物充分降解，因而被称为过瘤胃未降解蛋白质（UIP）；被消化的蛋白质称为可降解摄入蛋白质（DIP）。UIP通过瘤胃进入真胃和小肠。
瘤胃厌氧发酵的结果是瘤胃微生物产生了能量（挥发性脂肪酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸）和MCP，但是并不能满足反刍动物对蛋白质的需求，特别是青年奶牛和高产奶牛（Orskov et al,1980）。在采食维持能量的情况下，反刍动物需要的可消化蛋白质（DP）对可消化能量（DE）之比为12（g DP/Mcal DE）；快速生长的反刍动物需要22～24（g DP/Mcal DE）；高产奶牛需要31～32（g DP/Mcal DE）（Preston，1972），而瘤胃发酵产生的DP/DE只有18（Purser，1970）。这些关系说明，DIP可以供应维持生长和生产所需要的蛋白质。但是，对于快速生长，至少应有25％是UIP；对于高产奶牛，至少有44％是UIP。NRC（1996）规定，采食高粗饲料日粮的低速生长肉牛UIP的需要量是进食蛋白质需要量的12％；而对于采食高精饲料日粮快速生长围栏肥育肉牛，UIP应占56％。NRC（1989）规定，泌乳牛的UIP需要量应占进食蛋白质的37%～44％。
3 反刍动物对大豆粕的利用
瘤胃微生物对大豆粕蛋白质的降解力相当高（DIP 64%～68％；Hillman,1998; Preston,1999），可以满足维持生长或生产的全部需要。最新的研究表明，在高精料、高增重的围栏肥育型日粮中DIP也可能是重要的，特别是如果日粮中的谷物是经过热加工的。在CP含量适当的高谷物日粮中加入大豆粕以提供释放率比尿素缓慢的DIP后，围栏肥育牛的生长率和饲料转化率可以得到提高（表2）（Trenkle, 1994）。高谷物的围栏肥育牛日粮应含有7％DIP和最多达6％的UIP。
表2 大豆粕在CP适当的生长牛围栏肥育日粮中的应用
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项目
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日粮CP/（DM的%） | |||
|
9.5 |
11* |
12.5* |
14 | |
|
蛋白质来源 |
尿素 |
尿素 |
大豆粕+尿素 |
大豆粕+尿素 |
|
日增重/kg |
1.56 |
1.68 |
1.79 |
1.93 |
|
增重/(100DM) |
19.2 |
19.9 |
20.3 |
21.4 |
* 11%～12.5%CP是适宜水平。
提高大豆粕中UIP含量使其更适用于高产反刍动物日益引人注意，目标是既要提高大豆粕的UIP值，又不降低蛋白质在真胃和肠道中的消化率（Soest，1994）。
用螺旋压榨法生产大豆粕的UIP值（38%～70％）高于溶剂提取法生产大豆粕的UIP值（34％），这可能与螺旋压榨法产热有关。但在不同加工厂之间由于螺旋压榨过程中条件不一，UIP值可能有很大差异（Brederick, 1987）。螺旋压榨大豆粕饲喂生长牛的效果优于溶剂提取大豆粕，特别是在试验的头57d（Coenen and Trenkle，1989），每采食1kg螺旋压榨大豆粕的蛋白质使增重提高1.41kg，而每采食1kg溶剂提取大豆粕的蛋白质则增重提高0.80kg（前者为后者的1.75倍）；瘤胃尼龙袋试验结果表明，螺旋压榨大豆粕的蛋白质在瘤胃中降解较慢。用螺旋压榨大豆粕（50％UIP）代替血粉（高UIP值）或溶剂提取大豆粕后，产奶量、乳脂率和乳脂校正奶产量都得到提高（表3），乳蛋白质含量有下降趋势，说明蛋氨酸可能不足（Shirley et al, 1997）。
表3 蛋白质来源对奶牛产奶性能的影响
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项目 |
日粮CP/（DM的%） | ||
|
16 |
16 |
16 | |
|
蛋白质来源 |
溶济提取大豆粕 |
挤压大豆粕 |
血粉+肉骨粉 |
|
DM/(kg/d) |
26.3 |
26.9 |
26.3 |
|
奶/(kg/d) |
41.1 |
42.9 |
42.7 |
|
乳脂/% |
3.45 |
3.65 |
3.30 |
|
乳蛋白/% |
3.09 |
2.98 |
3.16 |
|
乳脂校正奶/(kg/d) |
40.5 |
44.0 |
41.5 |
提高大豆粕UIP值最通常的加工方法是挤压、加热或焙烤、木质磺酸盐处理和甲醛处理等（Waltz and Stern, 1989; Broderick et al, 1991）。热处理的加工方法是使饲料中的碳水化合物和氨基酸（特别是赖氨酸）组分之间发生美拉德反应（褐化）（Soest, 1994）。
表4 大豆粕焙烤温度对蛋白质可利用性的影响
|
焙烤温度/℃ |
ADFCP/(CP的%) |
CP在尼龙袋中的残留/%* |
绵羊对蛋白质 |
鸡的生长率/(对照的%） |
|
对照组 |
6 |
5 |
72 |
100 |
|
102 |
6 |
12 |
68 |
95 |
|
128 |
8 |
30 |
68 |
97 |
|
144 |
10 |
49 |
68 |
94 |
|
159 |
18 |
53 |
68 |
77 |
|
185 |
60 |
82 |
50 |
34 |
*24h以后
将溶剂提取大豆粕在转筒中于102、128、144、159和185℃焙烤2min，随后立即冷却，通过饲养试验观察鸡生长效率和羔羊对蛋白质的消化率（表4），结果表明，当焙烤温度超过144℃后蛋白质的可利用率就会下降，在128～144℃对溶剂提取大豆粕进行焙烤可以增加UIP数量；尼龙袋瘤胃蛋白质降解试验结果表明最适的焙烤温度是144～159℃，在159～185℃进行焙烤会使酸性洗涤剂不溶性氮（acid detergent insoluble nitrogen, ADIN）增加（Plegge et al, 1982）。ADFCP（酸性洗涤纤维和蛋白相结合的部分）和鸡生产性能间存在高度负相关（r=－0.99）。随后的研究表明（Plegge et al, 1985），在130℃或145℃焙烤大豆粕可以使其UIP值提高100％（即从CP的34％ 提高到68％）。
木质磺酸盐是酸性亚硫酸盐木材加工业的一种副产品，含有各种木材糖类，尤其是木糖。处理方法是往大豆粕中加入5％木质磺酸钙，95～100℃加热3min后在90～95℃保持45min，然后烘干（表5）。用尼龙袋方法测定UIP，未处理大豆粕和木质磺酸盐处理大豆粕UIP值分别为29%～42％和59%～65％（Windschitl and Stern, 1988; Stanford et al, 1995）。Calsamiglia et al（1995），大豆粕的UIP从22％提高到77％，而UIP的肠道消化率并未降低（93％）。木糖似乎是木质磺酸盐中对加强美拉德反应起作用的一种重要成分（Windschitl and Stern, 1988; Cleale et al, 1987）。用木糖处理大豆粕可以使生长羔羊对蛋白质的利用效率改进100％（Cleale et al, 1987c）。用木质磺酸盐处理大豆粕按未处理大豆粕喂量的一半饲喂，母牛产奶量没有改变（Nakamura et al, 1992）。这些结果说明了处理蛋白质饲料的评定工作中的复杂因素之一。常常遇到的一个情况是当用一种蛋白质饲料取代另一种蛋白质饲料时生产性能并无变化，这可能是因为对照日粮含有足够的蛋白质（不论是DIP或UIP），本来就可以用较少的处理蛋白质来维持生产。
表5 奶牛对木质磺酸盐处理大豆粕的反应
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项目 |
未处理大豆粕 |
处理大豆粕 |
|
CP/(DM的%) |
16 |
13 |
|
DM/(kg/d) |
23.9 |
23.6 |
|
奶/(kg/d) |
37.5 |
36.6 |
|
乳脂/% |
3.71 |
3.78 |
|
乳蛋白/% |
2.88 |
2.89 |
|
乳脂校正奶/(kg/d) |
38.3 |
38.3 |
甲醛（HCHO）处理也可提高大豆粕的UIP值(提高80％，Hillman,1998)。Preston and Smith(1974)饲喂生长牛甲醛处理的溶剂提取大豆粕，用量为大豆粕的0.6%或CP的1.4%，增重和饲料效率相当于溶剂提取大豆粕的1倍，特别是在试验的最初26d。Ferguson（1975）曾对用甲醛处理来保护某些饲料蛋白质写过综述。甲醛用量在CP的1.5%以内不会显著降低总的肠道蛋白质消化率，但是如果甲醛用量达到CP的2％或更多就会降低消化率。
能够提高大豆蛋白质UIP值的其他方法包括用以下物质进行处理：单宁、油、钙皂、钠膨润土和锌盐（Broderick et al, 1991）。用乙酸、丙酸或氢氧化钠进行处理也表现出一定的希望（Waltz and Loerch, 1986）。
4 饲喂整粒大豆
近来，饲喂整粒大豆受到越来越多的注意，尤其是在泌乳母牛日粮中使用整粒大豆。这是因为大豆所含有的高质量蛋白质可以通过处理来提高其UIP值，同时由于大豆含油18％，有较高的能值，这对泌乳初期的母牛尤为重要。上面关于UIP的作用和通过加工来提高大豆粕UIP的所有论述同样适用于整粒大豆。上面提到的有些综述同样也包括整粒大豆的内容（Waltz and Stern,1989;Satter et al,1991; Broderick et al, 1991; Lin and Kung, 1997; Stallings, 1999）。
表6 大豆粕焙烤温度和时间对UIP和有效赖氨酸的影响
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温度/℃ |
时间/min |
UIP/(CP的%) |
有效赖氨酸/(DM的%) |
|
对照组 |
|
30 |
2.4 |
|
140 |
10 |
34 |
2.4 |
|
|
30 |
44 |
2.2 |
|
|
60 |
49 |
2.2 |
|
|
90 |
55 |
2.0 |
|
150 |
10 |
37 |
2.4 |
|
|
30 |
42 |
2.2 |
|
|
60 |
58 |
2.0 |
|
|
90 |
64 |
1.6 |
|
160 |
10 |
37 |
2.3 |
|
|
30 |
53 |
2.1 |
|
|
60 |
72 |
1.4 |
|
|
90 |
71 |
1.1 |
焙烤和挤压是加工整粒大豆最常用的两种方法。焙烤时，旋转的带鳍片烘筒把大豆提升通过火焰喷嘴。焙烤大豆的典型UIP值为CP的40%～45％，但是商业生产的焙烤大豆的UIP值范围为CP的36%～58％，平均为48％（Faldet and Satter, 1991）。如表6所示，在140℃焙烤90min或在150℃焙烤60min或在160℃焙烤30min可以使大豆具有几乎是最佳的UIP值和有效赖氨酸值（Faldet et al, 1992）。把焙烤过的大豆保温一段时间，使热量透入豆中，可以改进UIP值并使赖氨酸在通过瘤胃后有较好的效率（Faldet et al, 1992）。作者们的结论是，焙烤适当的大豆在离开烘筒时的温度约为146℃并在焙烤后保温大约30min。焙烤大豆在饲喂前一般要膨化、破碎，挤压过程中摩擦产生的热量足以破坏胰蛋白酶抑制因子，但是在挤压过程中还经常注入蒸汽。挤压大豆的UIP值为CP的35％，此值的高低取决于挤压时产生的热量。
我们用消化的DM和残余氨来改进产生气体的方法，用以评判蛋白质的降解率（Bartle et al, 1986）。抑制蛋白质合成和氨基酸脱氨基作用的方法已成为一个标准的体外方法（Broderick, 1987）。在各种溶剂中测定蛋白质溶解度也经常被作为实用而快速的方法而广泛使用，但是这些方法评估UIP值的可预报性并不稳定，还经常测定蛋白质在水中的溶解度（蛋白质弥散指数，pro?鄄tein dispersibility index, PDI）。对于热处理大豆，PDI值9%～11％被认为表示加热适当，而超过这个范围则表示加热不足（Satter et al, 1994）。
Tremblay等（1996）用近红外光谱分析（NIR）、Broderick（1987）用体外抑制法评估焙烤大豆的UIP值进行的多元回归分析中显示了高的置信系数（V=0.90），在DM、CP和PDI方面的置信系数也很高，分别为0.97、0.99和0.71。因此，NIR法可以作为快速而简便的方法来测定饲喂反刍动物的大豆的最佳焙烤条件。
结 论
正确热处理的大豆粕和整粒大豆是反刍动物的优良饲料。对于反刍动物，大豆粕和整粒大豆中的蛋白质很容易为瘤胃微生物所降解（DIP较高），在某些饲养条件下，他们能很好地满足瘤胃微生物对氮的需要。但是，对于高产奶牛和年青的生长牛，则需要较低的降解率（高的UIP）以满足动物对CP（UIP）的需要。可以用多种方法来提高大豆粕和整粒大豆的UIP值，包括加热、焙烤、挤压、木质磺酸盐处理和甲醛处理。本文叙述、讨论了这些方法的使用结果。评估UIP的快速实验室方法对于质量控制是有用的，但是可能还不能可靠地用于比较不同类型的饲料。