樸泯宇 刁其玉 屠 焰

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

近年來(lái)，隨著全球范圍內(nèi)人們對(duì)能源物質(zhì)的高需求導(dǎo)致生物性燃料，特別是運(yùn)輸用液體燃料的生產(chǎn)需求不斷增加，以取代化石能源，最終提高能源安全和應(yīng)對(duì)溫室氣體排放[1]。這一現(xiàn)象對(duì)高產(chǎn)量副產(chǎn)品的處理能力的要求也隨之升高。例如，玉米和植物油是生物乙醇和生物柴油生產(chǎn)中所利用的原料，其副產(chǎn)品之一是甘油(圖1)。而甘油是甘油三酯的重要結(jié)構(gòu)成分，也是糖異生過(guò)程中的重要前體物質(zhì)[2]。當(dāng)動(dòng)物禁食時(shí)，自身可以利用體內(nèi)脂肪作為能量來(lái)源，脂肪代謝產(chǎn)生的游離脂肪酸和甘油釋放到血液中，一部分甘油在甘油激酶的催化下形成3-磷酸甘油參與糖酵解途徑，另一部分甘油則通過(guò)糖異生途徑轉(zhuǎn)化為葡萄糖，最終為機(jī)體提供營(yíng)養(yǎng)與能量。

圖1 生物柴油生產(chǎn)過(guò)程中甘油的生成

由于甘油具有以上代謝特點(diǎn)，當(dāng)給反芻動(dòng)物飼喂甘油時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)因素：1)飼糧中的能量供應(yīng)；2)甘油是一種糖原前體；3)它可能會(huì)影響產(chǎn)奶量和乳成分。在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中，甘油被普遍用作能量飼料原料和飼糧中的谷物替代物[3-4]，在奶牛飼糧中的應(yīng)用研究較多，以期預(yù)防或治療泌乳奶牛中常見(jiàn)的酮病。本文就甘油在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用及其代謝研究結(jié)果進(jìn)行綜述，特別是它對(duì)采食量、生長(zhǎng)性能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率、瘤胃發(fā)酵、奶牛產(chǎn)奶量、肉牛胴體性狀和感官性狀的影響。

1 甘油的特性

甘油，又名丙三醇，是一種無(wú)嗅、無(wú)色并且略帶甜味的糖漿狀液體，在18 ℃以下會(huì)結(jié)晶變成固體，是一種非常弱的酸性化合物(pKa=14.4)，具有較高的沸點(diǎn)(290 ℃)，很難與其他非揮發(fā)性雜質(zhì)分離。甘油存在于大多數(shù)動(dòng)物體組織和生物液(腦脊液、汗液、糞便和血液等)中。在細(xì)胞內(nèi)，甘油主要存在于線粒體、髓鞘和細(xì)胞質(zhì)中。甘油的化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有3個(gè)羥基，可以形成分子間氫鍵，從而使甘油具有一定的黏性，并具有較強(qiáng)的保水能力[6]。甘油易溶于乙醇、水，微溶于二氧六環(huán)、乙醚和乙酸乙酯，但不溶于苯、四氯化碳、氯仿、石油醚等，主要用于藥物制劑、工業(yè)生產(chǎn)以及飼料添加等。此外，在室溫下，精制甘油處于液態(tài)，其干物質(zhì)(DM)含量約為90%[7]，這種獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)使甘油成為制粒工藝中的特殊飼料原料。但純甘油在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生有毒的丙烯醛，所以在生產(chǎn)加工時(shí)應(yīng)額外注意使用安全和防護(hù)。

2 甘油在瘤胃中的發(fā)酵、吸收和代謝

經(jīng)計(jì)算和估測(cè)，飼糧中的甘油被反芻動(dòng)物攝入后，主要通過(guò)3個(gè)途徑被吸收或代謝，包括通過(guò)瘤胃上皮的吸收(45%)、在瘤胃中發(fā)酵成揮發(fā)性脂肪酸(VFA)(25%)和通過(guò)瓣胃孔流到皺胃和小腸并被吸收利用(30%)[8]，被吸收的甘油進(jìn)入肝臟后轉(zhuǎn)化成3-磷酸甘油，然后通過(guò)糖異生作用進(jìn)一步生成葡萄糖，或者通過(guò)糖酵解分解代謝進(jìn)入三羧酸循環(huán)[9](圖2)。其中，甘油的吸收可能主要是被動(dòng)擴(kuò)散，而不是促進(jìn)擴(kuò)散。水通道蛋白(aquaporin)是一種運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)，它攜帶甘油和水穿過(guò)哺乳動(dòng)物各種組織的細(xì)胞膜，如瘤胃上皮和胃腸道[10]。然而，Omazic等[8]報(bào)道稱，甘油的瘤胃轉(zhuǎn)運(yùn)不受水通道蛋白抑制劑的限制；此外，甘油在瘤胃上皮中的轉(zhuǎn)移隨著甘油水平的增加而線性增強(qiáng)，這表明對(duì)載體吸收的依賴性較小。

圖2 甘油參與的糖代謝途徑

甘油的密度為1.261 g/cm3，這與經(jīng)過(guò)瘤胃排出的顆粒最佳密度相似[12]。Garton等[13]報(bào)道稱，當(dāng)使用綿羊瘤胃液進(jìn)行體外試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)大約25%的甘油在瘤胃液發(fā)酵2 h后被降解，90%以上的甘油在發(fā)酵8 h后消失。也有報(bào)道稱，通過(guò)體外試驗(yàn)發(fā)酵甘油時(shí)，發(fā)現(xiàn)90%左右的甘油在發(fā)酵2 h后消失。Trabue等[14]也進(jìn)行了類似的體外試驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)80%左右的甘油在發(fā)酵24 h后被降解。Rémond等[15]通過(guò)瘤胃瘺管給飼喂玉米青貯的奶牛注入了480 g/d的甘油后，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵4 h后甘油完全被降解。也有研究表明，牛體內(nèi)的甘油主要是在瘤胃中發(fā)酵，在胃腸道中的吸收速率較低[16]。

在幼齡動(dòng)物方面，Omazic等[8]發(fā)現(xiàn)甘油可以從犢牛的胃腸道快速吸收。甘油作為糖原底物可通過(guò)甘油激酶被磷酸化為3-磷酸甘油；隨后，3-磷酸甘油被甘油磷酸脫氫酶氧化成磷酸二羥丙酮，同時(shí)生成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和氫離子(H+)。在這個(gè)階段，磷酸二羥丙酮根據(jù)動(dòng)物的能量狀態(tài)將進(jìn)入糖異生或糖酵解途徑，當(dāng)攝入量大于維持量時(shí)，相對(duì)于需求而增加的代謝物產(chǎn)量會(huì)導(dǎo)致能量沉積[17]。而在成年動(dòng)物方面，由于瘤胃微生物對(duì)甘油的快速適應(yīng)，甘油在瘤胃中的消失率非?？靃18]。研究表明，奶牛每天2次輸注200 g甘油，在飼喂2 h后85%的甘油會(huì)在瘤胃內(nèi)消失，且血漿中甘油水平升高[19]。Rémond等[15]提出，大部分甘油可以直接在瘤胃中吸收；然而，盡管甘油瘤胃消失率的最大范圍為1.2～2.4 g/h，但即使在大劑量下，瘤胃對(duì)甘油的凈吸收也是有限的，大約只有10%的甘油(每頭牛925 g/d)在門(mén)靜脈中被回收為甘油，并被肝臟吸收用于合成葡萄糖[20]。建議進(jìn)一步研究如何提高甘油給藥的吸收效率，以合成用于生產(chǎn)能量所需的葡萄糖，從而提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。

牛鏈球菌(Streptococcusbovis，S.bovis)、埃氏巨型球菌(Megasphaeraelsdenii，M.elsdenii)和反芻獸月形單胞菌(Selenomonasruminantium，S.ruminantium)是甘油厭氧發(fā)酵的主要菌種。眾所周知，M.elsdenii將甘油發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸轉(zhuǎn)化為丁酸[21]。瘤胃中丙酸的主要來(lái)源是S.ruminantium對(duì)琥珀酸的脫羧作用[22]。通過(guò)體外技術(shù)在綿羊瘤胃液中發(fā)現(xiàn)，丙酸是S.ruminantium利用甘油發(fā)酵產(chǎn)生的主要產(chǎn)物[23]。Lee等[24]研究發(fā)現(xiàn)，S.ruminantium、M.elsdenii和S.bovis可以利用甘油來(lái)減少NADH的形成，促進(jìn)丙酸和丁酸的生成，為其他瘤胃微生物提供發(fā)酵飼糧所需的三磷酸腺苷(ATP)，從而提高瘤胃的能量效率。Boyd等[25]研究顯示，在反芻動(dòng)物飼糧中添加甘油會(huì)導(dǎo)致VFA組成發(fā)生變化，以減少乙酸含量為代價(jià)而提高丙酸產(chǎn)量。據(jù)報(bào)道，給閹牛飼喂甘油后而導(dǎo)致了瘤胃內(nèi)丙酸含量的增加，使得總VFA含量發(fā)生變化或提高[26]。此外，Kijora等[19]報(bào)道，向瘤胃內(nèi)注射甘油可以降低瘤胃內(nèi)pH和乙酸/丙酸的比值，抑制乳脂的合成；Linke等[27]試驗(yàn)表明，在飼喂4 h后，添加甘油會(huì)減少瘤胃中乙酸含量，并增加丙酸和丁酸含量；Carvalho等[4]也報(bào)道稱，當(dāng)在飼糧中添加甘油時(shí)，在瘤胃中發(fā)酵后會(huì)使乙酸比例顯著降低，丙酸和丁酸比例提高。然而，Kristensen等[20]觀察到，向瘤胃中注入甘油降低了瘤胃中乙酸含量，增加了丁酸含量，但是不影響丙酸含量；Trabue等[14]研究也表明，甘油在體外試驗(yàn)中增加了瘤胃中丁酸、戊酸和己酸含量，但對(duì)乙酸和丙酸含量沒(méi)有影響。甘油對(duì)瘤胃中各VFA含量的不同影響可能是由于甘油的劑量與純度以及飼喂飼糧的性質(zhì)不同所致。Rémond等[15]報(bào)道稱，當(dāng)通過(guò)瘤胃瘺管給飼喂玉米青貯的奶牛注入240 g甘油時(shí)，丙酸的碳架中有35%～69%來(lái)自甘油。眾所周知，丙酸是一種糖原化合物，它保存碳原子并充當(dāng)一個(gè)氫阱(hydrogen sink)。Avila-Stagno等[28]報(bào)道稱，由于甘油在瘤胃中廣泛轉(zhuǎn)化為丙酸，因此，最初假設(shè)為甘油的產(chǎn)丙酸性質(zhì)可充當(dāng)瘤胃的氫阱，從而減少甲烷的排放；然而，飼糧中甘油的添加并沒(méi)有減少羔羊的甲烷排放量，作者解釋稱，甘油發(fā)酵為丙酸本身并不構(gòu)成氫阱，因?yàn)楦视驮谶M(jìn)入糖酵解前必須提供電子。甘油對(duì)甲烷缺乏影響，加上結(jié)合其他研究報(bào)告，表明甘油轉(zhuǎn)變成丙酸更可能發(fā)生在高粗料飼糧中[29]，而不是在高谷物飼糧中[3]。

據(jù)報(bào)道，在飼喂高精料飼糧的肉牛中，甘油抑制了蛋白質(zhì)降解酶的活性[30]。Paggi等[31]研究顯示，當(dāng)使用體外法逐漸增加牛瘤胃液中甘油添加量時(shí)，蛋白質(zhì)降解酶活性降低了20%。此外，先前的研究表明，通過(guò)體外法將甘油添加到瘤胃液時(shí)，瘤胃脂肪酶活性降低了48%～77%[32]和46%～80%[33]，但不影響瘤胃DM消化率。前期其他研究結(jié)果表明，盡管飼用級(jí)甘油已被證實(shí)可以降低瘤胃內(nèi)pH，但對(duì)纖維素降解酶活性并沒(méi)有影響[15,26]。Abo El-Nor等[34]利用體外法觀察了發(fā)酵底物中甘油對(duì)玉米的替代效果，發(fā)現(xiàn)添加量為7.2%和10.8%時(shí)降低了中性洗滌纖維(NDF)消化率；在瘤胃發(fā)酵參數(shù)上，逐漸降低了乙酸含量，但提高了丁酸、戊酸和總VFA含量；在瘤胃微生物數(shù)量上，逐漸降低了纖維素降解菌溶纖維丁酸弧菌(Butyrivibriofibrisolvens，B.fibrisolvens)和淀粉降解菌S.ruminantium的數(shù)量。雖然其機(jī)理尚不清楚，但甘油可能干擾了B.fibrisolvens與飼糧顆粒的黏附，使細(xì)菌無(wú)法獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；至于S.ruminantium數(shù)量的減少，可能是由于底物中玉米含量的逐漸降低導(dǎo)致可利用淀粉和糖含量降低，最終抑制S.ruminantium的生長(zhǎng)。然而，添加3.6%甘油時(shí)，NDF消化率和以上2種細(xì)菌的數(shù)量與對(duì)照組均沒(méi)有顯著差異，因此說(shuō)明瘤胃微生物對(duì)甘油的敏感性可能取決于甘油的添加量。Roger等[35]報(bào)道稱，在體外培養(yǎng)基中添加5%的甘油時(shí)，降低了瘤胃內(nèi)pH，并對(duì)瘤胃微生物蛋白質(zhì)合成、黃化瘤胃球菌(Rumenococcusflavefaciens)和琥珀酸絲狀桿菌(Fibrobactersuccinogenes)的纖維素降解活性、瘤胃發(fā)酵以及飼料消化造成負(fù)面影響，這表明少量添加甘油可能有利于動(dòng)物生長(zhǎng)，但添加量超過(guò)5%時(shí)可能會(huì)影響瘤胃微生物的活性，從而影響瘤胃內(nèi)環(huán)境。

3 甘油作為能量飼料原料在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 對(duì)采食量的影響

采食量對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)性能有很大影響。甘油對(duì)采食量的影響是劑量依賴性的，增加甘油水平與降低采食量是平行的[36-38]，但甘油對(duì)采食量影響的有效劑量并沒(méi)有明確，因?yàn)橛绊懹行┝康囊蛩睾芏?，包括甘油的純度、基礎(chǔ)飼糧、動(dòng)物的生產(chǎn)階段等。

飼糧的適口性是影響采食量的主要因素，由于甘油帶有甜味的特性，飼糧中添加甘油可以有效改善飼糧的適口性，因此適量的甘油也被認(rèn)為是一種能夠促進(jìn)食欲的飼料原料。Piao等[39]的研究發(fā)現(xiàn)，在育肥期韓牛飼糧中用3.17%的甘油取代一部分糖蜜后，提高了精料采食量，并推測(cè)甘油可能比糖蜜有更強(qiáng)的食欲刺激作用。Parsons等[40]在小母牛飼糧中添加2%的甘油時(shí)，DM采食量沒(méi)有顯著變化，但添加4%以上時(shí)，DM采食量逐漸降低，且日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率也有降低的趨勢(shì)。然而，有研究表明，甘油中的高能量濃度及其對(duì)瘤胃發(fā)酵的影響和瘤胃VFA比例的改變會(huì)對(duì)反芻動(dòng)物的DM采食量產(chǎn)生負(fù)面影響[37]。Hales等[41]報(bào)道，用5%和10%的甘油逐漸替代干草，DM采食量呈現(xiàn)線性下降的趨勢(shì)，這種現(xiàn)象可能歸因于飼糧中能量濃度的增加。據(jù)Pyatt等[42]報(bào)道，以玉米為主的安格斯閹牛飼糧中添加10%的甘油時(shí)，采食量有下降的趨勢(shì)，但卻改善了日增重和飼料轉(zhuǎn)化率。Ezequiel等[36]也觀察到，與飼喂不含甘油的飼糧相比，給奶牛飼喂含量高達(dá)300 g/kg甘油的飼糧時(shí)DM采食量減少了15%。在泌乳山羊中，De Andrade等[37]發(fā)現(xiàn)，在飼糧中大幅度添加甘油(超過(guò)10.9%的粗甘油)后，瘤胃內(nèi)的甘油可通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生大量丙酸和乙酸，從而限制采食量。一項(xiàng)關(guān)于水牛的試驗(yàn)結(jié)果表明，在泌乳早期奶水牛飼糧中添加甘油，在低水平(每頭水牛150 mL/d)和高水平(每頭水牛300 mL/d)甘油的情況下，采食量均顯著下降且高水平組采食量的下降程度比低水平組更大[38]。不同試驗(yàn)結(jié)果的差異性可能與動(dòng)物的年齡、種類以及甘油的添加量、飼養(yǎng)環(huán)境等有關(guān)，其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。

粗甘油對(duì)動(dòng)物采食量、新陳代謝和生產(chǎn)性能的不良影響可能歸因于以下幾點(diǎn)：1)粗甘油中存在甲醇等雜質(zhì)[43]；2)甘油的瘤胃發(fā)酵速度[44]；3)瘤胃上皮細(xì)胞對(duì)甘油的吸收速度[45]。甘油的高能量濃度會(huì)影響氧化反應(yīng)，從而增加肝臟中的三羧酸循環(huán)次數(shù)，導(dǎo)致飽腹感刺激和DM采食量減少。此外，采食量的減少也可以用肝臟氧化理論來(lái)解釋：由于肝臟的燃料氧化，肝細(xì)胞中ATP的濃度增加，其通過(guò)迷走神經(jīng)向孤束核發(fā)送抑制信號(hào)，從而抑制下丘腦的飽腹感中樞[46]。

但矛盾的是，甘油本身具有甜味，理論上應(yīng)該可以增加反芻動(dòng)物的采食量，Ogborn[47]和Shin等[44]的試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，值得一提的是，Ariko等[48]研究表明，在泌乳奶牛飼糧中分別添加52、104和156 g/kg DM的甘油，DM采食量呈線性增長(zhǎng)，甘油所引起的采食量增加表明瘤胃微生物區(qū)系提高了能量利用效率[37]。此外，甘油的物理特性，如黏度，可以保持飼糧顆粒的聚集性，減少瘤胃填充[49]。以上不同試驗(yàn)結(jié)果之間出現(xiàn)的差異表明，我們需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)甘油水平、反芻動(dòng)物種類以及飼糧類型等對(duì)采食量的影響，以對(duì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確分析。表1詳細(xì)總結(jié)了近年來(lái)甘油對(duì)反芻動(dòng)物采食量、生長(zhǎng)性能以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響。

表1 甘油對(duì)反芻動(dòng)物采食量、生長(zhǎng)性能以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響

續(xù)表1項(xiàng)目 Items數(shù)量Number體重BW/kg最高添加量Maximum supplement level添加方式Supplement method效果Effect文獻(xiàn)Reference雜交閹牛 Crossbred steer100312±1320%TMR中添加添加量為20%時(shí):生長(zhǎng)性能(+);能取代玉米[55]瘤牛閹牛Bos indicus steer24321±50.2%添加劑形式添加量為0.2%時(shí):糖異生效應(yīng)(+),肌肉蛋白質(zhì)分解(-)[56]雜交肉牛 Crossbred beef steer256322±1510%TMR中添加NH3濃度(-),增重和BCS(NS),異丁酸含量(+)[57]荷斯坦公牛 Holstein bull48335±912%精料中添加生長(zhǎng)性能、瘤胃發(fā)酵、肉品質(zhì)(NS);能取代能量飼料[3]雜交公牛 Crossbred bull44368±418%飼糧中添加飼料效率、肌肉大理石紋、糖異生效應(yīng)(+)[58]內(nèi)洛爾公牛 Nellore bull60374±2510%TMR中添加肉品質(zhì)(NS);能取代10%的玉米或大豆皮[59]雜交育肥母牛 Crossbred finishing heifer63422±2916%TMR中添加添加量為2%時(shí):增重、飼料效率(+)[40]內(nèi)洛爾公牛 Nellore bull10427±1928%精料中添加添加量為21%時(shí):增重、飼料效率(+);能取代玉米[60]韓牛閹牛 Korean cattle steer20647±113.57%精料中添加生長(zhǎng)性能、肉品質(zhì)、肌肉中還原糖和糖原含量(NS)[39]安格斯雜交閹牛 Angus-cross steer36667±344.3%飲水中添加肉品質(zhì)(NS),肌內(nèi)脂肪細(xì)胞大小(+)[61]奶牛 Dairy cow荷斯坦奶牛 Holstein dairy cow8535±14156 g/kgTMR中添加DM采食量線性增長(zhǎng)[48]荷斯坦奶牛 Holstein dairy cow6587±3930%飼糧中添加隨著甘油水平的增加,采食量降低[36]荷斯坦奶牛 Holstein dairy cow24594±39210 g/kgTMR中添加采食量(-),增重和BCS(NS),DM、CP和粗脂肪表觀消化率(+)[45]荷斯坦奶牛 Holstein dairy cow36620±17300 g/dTMR中添加增重、BCS、DM采食量、產(chǎn)奶量(+)[26]荷斯坦奶牛 Holstein dairy cow24671±5810%精料中添加添加量為5%時(shí):DM采食量(+),產(chǎn)奶量(NS);添加量為10%時(shí):NDF消化率降低30%[44]水牛 Buffalo奶水牛 Dairy buffalo24552±11300 mL/d飲水中添加DM采食量(-),產(chǎn)奶量(+),增重和身體狀況評(píng)分(BCS)(NS),OM和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物表觀消化率(NS),干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)和粗纖維(CF))表觀消化率(+)[38]羊 Sheep 薩爾達(dá)母羊 Sarda dairy ewe3039.4±1.3400 mL/d飲水中添加DM采食量(-),母羊增重和BCS(NS),DM、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)表觀消化率(+)[18]

續(xù)表1項(xiàng)目 Items數(shù)量Number體重BW/kg最高添加量Maximum supplement level添加方式Supplement method效果Effect文獻(xiàn)ReferenceSanta Inês雜交公羔羊 Santa Inês crossbred male lamb4021.0±0.818%飼糧中添加添加量為10.9%時(shí):DM采食量最大,為1 293.76 g/d;添加量為10.7%時(shí):DM、CP、NDF消化率最大[37]

3.2 對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響

與DM采食量一樣，在奶牛飼糧中添加甘油對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響在不同試驗(yàn)之間仍有一些差異，且導(dǎo)致DM采食量不穩(wěn)定的因素幾乎與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率相同。Südekum[16]研究顯示，反芻動(dòng)物服用甘油對(duì)有機(jī)物(OM)、NDF和淀粉的表觀消化率沒(méi)有顯著影響。Boyd等[25]在產(chǎn)后奶牛飼糧中添加高達(dá)400 g/d的甘油時(shí)，采食量或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率沒(méi)有發(fā)生顯著變化。Winterholler等[62]也報(bào)道，當(dāng)給妊娠后期肉牛母牛飼喂860 g/d甘油用于維持身體狀況評(píng)分(BCS)時(shí)，未發(fā)現(xiàn)對(duì)腸道纖維消化率產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，Wang等[30]觀察到每頭奶牛添加100、200和300 g/d的甘油可以提高DM、NDF和ADF的消化率，這意味著瘤胃微生物活性增強(qiáng)[37]。Hales等[51]報(bào)道稱，當(dāng)甘油作為育成期閹牛飼糧中粗飼料的替代原料使用時(shí)，觀察到有機(jī)物和淀粉的表觀消化率線性增加。此外，Paiva等[45]觀察到，當(dāng)飼糧DM中粗甘油水平為70、140或210 g/kg時(shí)可以顯著提高泌乳奶牛對(duì)DM、CP和粗脂肪的消化率。Schr?der等[63]的研究表明，甘油改善瘤胃環(huán)境的方式與玉米相似，可以極大地提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率。在水牛上，每天每頭飼喂150和300 mL甘油并不影響OM和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的消化率，但顯著提高了DM、CP和粗纖維的消化率[38]。此外，飼糧DM中高達(dá)18%的甘油可以促進(jìn)可溶性碳水化合物的利用[37]。有人提出假設(shè)，關(guān)于甘油能提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率所表現(xiàn)出的積極影響可能是由于甘油為瘤胃微生物提供了足夠的能量，為微生物蛋白質(zhì)的生物合成提供了足夠的氮源[64]。另外，Donkin等[65]試驗(yàn)表明，奶牛DM攝入量的5%、10%或15%用甘油代替玉米時(shí)，纖維消化率逐漸降低，其主要原因可能是由于甘油對(duì)瘤胃微生物區(qū)系和纖維素分解的負(fù)面影響造成的。飼糧中添加粗甘油降低了B.fibrisolvens的DNA濃度[34]。AbuGhazaleh等[66]觀察到在體外給予粗甘油可以降低黃化瘤胃球菌(Rumenococcusflavefaciens)和琥珀酸絲狀桿菌(Fibrobactersuccinogenes)的纖維素分解活性。這些問(wèn)題可能是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率降低的原因，尤其是纖維消化率。不同研究結(jié)果之間出現(xiàn)的差異可能與飼糧中甘油水平、飼糧以及試驗(yàn)條件(體外試驗(yàn)與體內(nèi)試驗(yàn))有關(guān)。

3.3 對(duì)生長(zhǎng)性能和泌乳性能的影響

在反芻動(dòng)物飼糧中添加甘油對(duì)體重和BCS的影響因試驗(yàn)而異，一些研究結(jié)果顯示沒(méi)有積極影響[18,38]，另一些研究的結(jié)果卻恰恰相反[26,67]，這取決于飼喂反芻動(dòng)物的甘油水平、甘油純度、基礎(chǔ)飼糧等。甘油和玉米具有相似的能量?jī)r(jià)值[68]，當(dāng)用甘油替代玉米作為唯一能源時(shí)，應(yīng)注意甘油不提供玉米本身所含有的蛋白質(zhì)或重要的礦物質(zhì)這一事實(shí)[69]，因此，在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)予以補(bǔ)充相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[70]。在高粗料飼糧中，甘油能取代一部分粗飼料和谷物，研究表明，在粗飼料比例為40%的育成期閹牛飼糧中，添加7.5%的甘油可以替代一部分苜?；蛘羝麎浩衩?，在采食量和生長(zhǎng)速率等方面沒(méi)有顯著差異[51]。Anderson等[71]報(bào)道稱，在小母牛育肥飼糧中添加18%的甘油替代玉米及其副產(chǎn)品時(shí)，雖然降低了采食量，但對(duì)小母牛的增重沒(méi)有負(fù)面影響。Parsons等[40]研究顯示，當(dāng)在小母牛育肥飼糧中添加2%的甘油時(shí)，采食量沒(méi)有顯著變化，但日增重和飼料轉(zhuǎn)化率有顯著的提高。Almeida等[72]研究表明，在反芻動(dòng)物飼糧中添加甘油會(huì)增加動(dòng)物體重，這主要是由于甘油對(duì)瘤胃發(fā)酵的刺激作用導(dǎo)致瘤胃中總VFA含量的增加，而瘤胃VFA促進(jìn)瘤胃腔的生長(zhǎng)和增殖，增加吸收面積，提高這些酸的去除能力，并為動(dòng)物提供更大的能量吸收。Gorka等[73]研究顯示，飼喂甘油對(duì)奶牛體重和BCS有積極影響，并表明提高采食量、VFA產(chǎn)量和能量供應(yīng)是改善體重和BCS的主要因素。此外，對(duì)運(yùn)輸過(guò)程中的瘤牛(Bosindicus)閹牛用甘油滲透劑進(jìn)行預(yù)防性處理后減少了24 h內(nèi)的體內(nèi)水分損失，但48 h后效果不明顯，但是與甘油相關(guān)聯(lián)的代謝活動(dòng)增強(qiáng)了糖異生狀態(tài)，并持續(xù)48 h；最終，飼糧中添加甘油導(dǎo)致血液中葡萄糖水平升高，隨后胰島素水平升高，進(jìn)而抑制肌肉蛋白質(zhì)的分解，同時(shí)抵消了皮質(zhì)醇水平增加所產(chǎn)生的氨基酸動(dòng)員效應(yīng)[56]。

在飼養(yǎng)場(chǎng)集中飼養(yǎng)犢牛的階段，甘油也被添加到肉牛犢牛飼糧中，目的是為了增加能量攝入和提高免疫功能[41]。盡管甘油對(duì)患有牛呼吸道疾病和鼻氣管炎的犢牛健康未起到顯著作用，但對(duì)飼料轉(zhuǎn)化率有一定的改善作用，進(jìn)而被視為一種可行的飼料成分，同時(shí)建議甘油的最佳添加劑量為5%[41]。

乳畜的生活主要有3個(gè)階段：生長(zhǎng)期、干乳期或非泌乳期和哺乳期。因此，甘油飼喂乳畜的效果取決于生命階段。在犢牛早期階段，腹瀉引起的脫水和能量缺乏是重要的死亡原因。口服補(bǔ)充液可以維持體液和電解質(zhì)的平衡。含有甘油的口服補(bǔ)充液可通過(guò)影響血糖水平在治療奶犢牛代謝紊亂中發(fā)揮重要作用[74]。Omazic等[74]比較了含有甘油的口服補(bǔ)充液和含有葡萄糖的口服補(bǔ)充液，發(fā)現(xiàn)與服用含葡萄糖的口服補(bǔ)充液的犢牛相比，服用含有甘油的口服補(bǔ)充液的犢牛的血糖水平更高。由于血糖水平是動(dòng)物能量狀態(tài)的一個(gè)衡量指標(biāo)，其結(jié)果表明甘油相對(duì)于葡萄糖增強(qiáng)了口服補(bǔ)充液中的能量供應(yīng)。此外，口服補(bǔ)充液中加入甘油不會(huì)影響腸道細(xì)菌和乳酸菌的數(shù)量，但會(huì)在犢牛糞便中檢測(cè)到利用甘油的羅伊氏乳桿菌(Lactobacillusreuteri)數(shù)量的增加。

圍產(chǎn)期包括胎兒最終生長(zhǎng)、產(chǎn)犢和開(kāi)始哺乳。在此期間，乳腺器官泌乳所需的能量會(huì)急劇增加，導(dǎo)致奶牛血液中葡萄糖和胰島素水平分別降低和升高，血液中非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acid，NEFA)和β-羥基丁酸(beta-hydroxybutyric acid，BHBA，衡量奶牛酮病程度的指標(biāo))水平升高[75]。甘油作為一種預(yù)防圍產(chǎn)期奶牛代謝疾病的方法，在許多試驗(yàn)中進(jìn)行了評(píng)估[76-77]。泌乳早期補(bǔ)充甘油可改善血液中葡萄糖水平，降低NEFA和BHBA水平，導(dǎo)致代謝狀態(tài)增強(qiáng)[78]。Johnson[79]曾報(bào)道可以使用甘油來(lái)預(yù)防酮病。在評(píng)估甘油治療酮病的潛在價(jià)值的試驗(yàn)中，Donkin[68]建議過(guò)渡奶牛的甘油飼喂量為飼糧DM的5%～8%，但Schr?der等[80]使用10%的甘油替代奶牛飼糧中50%的淀粉，沒(méi)有觀察到對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝入量和消化率或瘤胃微生物合成的負(fù)面影響。此外，Carvalho等[4]報(bào)道稱，當(dāng)在產(chǎn)前和產(chǎn)后奶牛飼糧中分別添加11.5%和10.8%的甘油時(shí)，發(fā)現(xiàn)血液葡萄糖水平有降低的趨勢(shì)，作者解釋稱，當(dāng)瘤胃中丁酸產(chǎn)量超過(guò)瘤胃上皮可吸收代謝的范圍時(shí)，供給到肝臟的丁酸含量可能會(huì)增加，從而會(huì)影響肝臟中丙酸的糖異生作用。

在哺乳期動(dòng)物飲食中增加能量攝入可以提高動(dòng)物的泌乳性能[81]，因?yàn)檫@會(huì)影響血液中胰島素和葡萄糖的水平。甘油在奶牛產(chǎn)業(yè)中也被認(rèn)為是一種重要的飼料原料，可以改善奶牛的能量平衡。此外，口服甘油可以有效減輕奶牛的酮病癥狀，并能提高其泌乳性能。有研究表明，當(dāng)奶牛產(chǎn)后5 d口服500 mL/d甘油時(shí)，血漿中NEFA的水平被降低，這表明甘油的糖異生特性改善了能量平衡[47]。據(jù)報(bào)道，干甘油(干粉，含有至少65%的食品級(jí)甘油)也被認(rèn)為是一種添加劑，當(dāng)以Top-dressing的方式給哺乳早期奶牛飼喂干甘油時(shí)，對(duì)奶牛體內(nèi)能量平衡起到了積極作用[82]。Paiva等[45]報(bào)道稱，泌乳中期奶牛飼糧中甘油添加量為21%時(shí)，DM消化率和瘤胃中丙酸含量得到提高，但會(huì)影響DM采食量和產(chǎn)奶量。因此，當(dāng)甘油添加量低于14%時(shí)，可部分取代飼糧中的淀粉源，而且不會(huì)對(duì)奶牛的生長(zhǎng)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。Boyd等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在荷斯坦奶牛全混合日糧(TMR)中添加1.57%的甘油時(shí)，對(duì)產(chǎn)奶量、乳成分以及瘤胃發(fā)酵參數(shù)都產(chǎn)生了一定的影響，尤其是甘油降低了瘤胃中乙酸比例，增加了丙酸和丁酸比例，這將增加糖異生前體的供應(yīng)，改善瘤胃上皮組織的生長(zhǎng)，并可能增加瘤胃對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。此外，Liu等[83]發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加甘油會(huì)緩解熱應(yīng)激給荷斯坦奶牛帶來(lái)的負(fù)面影響，且飼喂量為153 g/d時(shí)，對(duì)能量代謝有改善作用，主要表現(xiàn)為血液中葡萄糖水平增加、NEFA水平，體重下降率減少。Goff等[77]研究顯示，當(dāng)通過(guò)食道泵給母牛灌入1、2和3 L的甘油時(shí)，奶牛血液中葡萄糖水平分別提高了16%、20%和25%。通過(guò)以上這些研究結(jié)果可以看出，甘油的添加量和飼喂方式不同，對(duì)奶牛血液代謝產(chǎn)物和產(chǎn)奶性能的影響也會(huì)有所不同。DeFrain等[76]報(bào)道稱，飼喂高水平甘油(0.86 kg/d)的母牛產(chǎn)后第21天血漿葡萄糖水平急劇下降，但對(duì)DM采食量無(wú)明顯負(fù)作用，且飼喂低水平甘油(0.43 kg/d)的母牛在產(chǎn)后第21～70天時(shí)比飼喂高水平甘油的奶牛增加了更多的體重，且與對(duì)照組相比，飼喂高或低水平甘油奶牛牛奶中尿素氮含量降低，且瘤胃發(fā)酵參數(shù)中觀察到丙酸和丁酸含量增加，乙酸/丙酸的比例降低，以及血漿BHBA水平升高。雖然樣本數(shù)量有限且試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)為一種趨勢(shì)，但可以假設(shè)甘油改變了瘤胃發(fā)酵，使丁酸含量增加，促使血漿BHBA水平升高。表2詳細(xì)總結(jié)了甘油在反芻動(dòng)物乳畜飼養(yǎng)中對(duì)產(chǎn)奶量和乳成分的影響。

表2 甘油在反芻動(dòng)物乳畜飼養(yǎng)中對(duì)產(chǎn)奶量和乳成分的影響

續(xù)表2項(xiàng)目 Items數(shù)量Number體重BW/kg最高添加量Maximum supplement level添加方式Supplement method效果Effect文獻(xiàn)Reference水牛 Buffalo奶水牛 Dairy buffalo24552±11150 mL/d飲水中添加產(chǎn)奶量(+),乳成分(NS),血液葡萄糖、BHBA水平(NS)[38]羊 Sheep薩爾達(dá)母羊 Sarda dairy ewe3039.4±1.3400 mL/d飲水中添加乳脂率(NS),牛奶中乳糖和尿素含量(-),牛奶中蛋白質(zhì)含量(+)[18]

3.4 對(duì)肉牛胴體性狀和感官性狀的影響

由于甘油、氨基酸都是動(dòng)物肝臟和腎臟中糖異生的重要底物[87]，而且瘤胃中產(chǎn)生的丙酸也可作為糖原前體物，甘油供應(yīng)可通過(guò)糖異生途徑生成并增加肌肉中的糖原儲(chǔ)備。因此，源于甘油的葡萄糖可期待增加肌肉脂肪含量，從而改善肉的嫩度、風(fēng)味和多汁性等感官性狀，進(jìn)而提高肉品質(zhì)量。由于甘油具有以上可期待效果，有關(guān)甘油對(duì)胴體性狀和肉質(zhì)方面的研究也在持續(xù)開(kāi)展。Krueger等[32]認(rèn)為甘油在瘤胃內(nèi)可抑制脂肪分解菌的活性，從而可增加不飽和脂肪酸的過(guò)瘤胃率，并進(jìn)一步增強(qiáng)小腸的吸收率，使得飼糧中的單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸更多的被利用到肌肉合成中。Van Cleef等[88]報(bào)道稱，在Nellore公牛飼糧中添加甘油至30%時(shí)，可改善牛肉的風(fēng)味、多汁性和油脂強(qiáng)度，而添加15%甘油時(shí)牛肉嫩度最好。然而，有一些研究表明，在飼糧中添加甘油時(shí)，未觀察到屠宰率和胴體重的變化。Mach等[3]報(bào)道稱，在飼喂荷斯坦公牛飼糧中添加高達(dá)12%的甘油不會(huì)影響胴體重量、屠宰率、背膘厚度和眼肌面積。Buttrey等[89]也報(bào)道稱，在育肥期雜交閹牛飼糧中添加高達(dá)10%的甘油不會(huì)影響胴體重量、屠宰率、大理石紋評(píng)分以及眼肌面積。Egea等[52]研究顯示，在利木贊公牛飼糧中添加甘油至4%時(shí)，不會(huì)影響肉的香味和風(fēng)味、咀嚼強(qiáng)度，但增加了多汁性。Piao等[39]研究顯示，當(dāng)給30月齡左右的育肥期韓牛飼喂253 g/d的甘油時(shí)，背最長(zhǎng)肌中還原糖和糖原的含量未受影響，由于肌肉中還原糖含量與肌內(nèi)脂肪含量以及感官性狀之間有正相關(guān)關(guān)系，因此其肌內(nèi)脂肪含量無(wú)差異，可能是由于其還原糖和糖原含量相似所致，最終可能導(dǎo)致感官性狀無(wú)差異。通過(guò)這些報(bào)道可以看出，動(dòng)物品種和性別、年齡、飼糧或飼喂方式等因素的不同，甘油所產(chǎn)生的結(jié)果有可能不一致。但是從大多數(shù)文獻(xiàn)中可以看出，在不影響動(dòng)物生產(chǎn)力的情況下，甘油作為能量飼料原料能取代其他常規(guī)能量原料，使得可期待飼料成本減少。

4 小 結(jié)

通過(guò)以上文獻(xiàn)可以看出，甘油作為能量飼料原料在反芻動(dòng)物飼糧中的應(yīng)用比較廣泛，考慮到經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，甘油可以以同樣的效率取代傳統(tǒng)飼糧中價(jià)格較貴的能量原料，如玉米。在營(yíng)養(yǎng)成分方面，由于有些原料，如酒糟等，由于產(chǎn)地或加工方式的不同，有可能表現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)成分的差異，但純化的甘油具有一致的能量濃度。但是，在給反芻動(dòng)物飼糧中添加甘油之前，我們應(yīng)該重視一些問(wèn)題，比如粗甘油中是否去除甲醇、甘油的添加比例是否合理以及飼養(yǎng)環(huán)境等。此外，由于目前在反芻動(dòng)物飼糧中添加甘油的試驗(yàn)結(jié)果相互矛盾，因此，我們需要更多的研究來(lái)闡明其機(jī)理和原因，最大限度地將甘油應(yīng)用到反芻動(dòng)物飼糧中。

致謝：

感謝韓國(guó)首爾大學(xué)農(nóng)業(yè)生命科學(xué)學(xué)院Myunggi Baik教授對(duì)文稿所提的寶貴意見(jiàn)。