将缓释尿素封装在硬脂酸微球中：对羔羊养分消化率、氮利用效率及生长性能的影响

《Animal Feed Science and Technology》：Encapsulation of slow-release urea in stearic acid microspheres: effects on nutrient digestibility, nitrogen utilization, and performance in lambs

尿素包膜微球对羔羊性能及氮代谢的影响研究。采用2:1硬脂酸与尿素比例，通过冷冻干燥和 oven干燥两种方法制备含硫和不含硫的尿素包膜微球，评估其热稳定性、包封效率及在羔羊饲料中的应用效果。研究表明，冷冻干燥制备的未加硫微球（LYO）具有最佳热稳定性和表面结构完整性，添加4.5% LYO显著提高氮利用率，改善采食行为和生长性能，降低氨氮中毒风险。

　　本研究旨在开发一种以硬脂酸为包覆材料的缓释尿素（SRU）微球，并对其性能进行评估，同时将其与未包覆尿素（U）及市售的瘤胃保护尿素进行比较。通过这一研究，希望找到一种更安全、更高效的尿素形式，以提高反刍动物对氮元素的利用效率，同时减少尿素中毒的风险。尿素作为非蛋白氮（NPN）的重要来源，常用于反刍动物饲料中，以部分替代真蛋白。然而，尿素在瘤胃中迅速被微生物水解为氨（NH?），进而参与微生物蛋白的合成。当氨的生成速度超过微生物的吸收能力时，可能会导致氨在瘤胃和血液中积累，引发中毒现象。因此，控制尿素的释放速率，使其能够与瘤胃微生物的代谢活动同步，是提高氮利用效率、优化饲料配方的关键。

为了实现这一目标，研究团队采用了一种2:1的硬脂酸与尿素的比例，通过两种不同的干燥方法——冷冻干燥（LYO）和烘箱干燥（OD）——进行微球的制备。同时，还考虑了是否添加硫源（如硫酸镁七水合物）的影响。最终形成了四种不同的处理组：不加硫的烘箱干燥微球（OD）、加硫的烘箱干燥微球（ODS）、不加硫的冷冻干燥微球（LYO）以及加硫的冷冻干燥微球（LYOS）。通过热重分析（TG）评估这些微球的保护性能，发现硫源的添加会降低尿素的保护能力，不论采用哪种干燥方法。这表明，硫源可能在微球的结构中起到了一定的作用，但其效果并不理想。

扫描电子显微镜（SEM）的观察结果显示，冷冻干燥处理的微球（LYO）具有更为完整的表面结构，这可能是由于冷冻干燥过程能够更好地保持微球的物理形态，减少因高温或湿度变化导致的结构破坏。此外，研究还发现干燥方法与硫源的存在之间存在显著的相互作用，影响了总氮含量、粗蛋白含量以及水分活度等指标。尽管所有处理组的产率和包覆效率均相近，分别为88.6-89.4%和99.7-101%，但硫源的添加导致了微球含水量的显著增加（P < 0.05），而烘箱干燥处理则降低了水分活度（P = 0.043）。

基于热稳定性和尿素保留能力的综合考量，研究团队最终选择了不加硫的冷冻干燥微球（LYO）作为进一步测试的对象。在第二阶段的饲养试验中，研究人员将30只约6个月大、平均体重为23.2 ± 1.0 kg的未去势杂交羊（Santa Ines × Dorper）随机分配至三个不同的饲料处理组：对照组（含1.5%自由尿素U）、市售缓释尿素组（含1.5%市售SRU）以及含4.5% LYOS微球的处理组。试验期间，研究人员对羊只的采食行为、营养物质消化率、氮平衡以及血尿素氮（BUN）水平进行了系统评估。

结果显示，喂食SRU-LYO和市售SRU的羊只在营养摄入、采食时间、咀嚼次数、氮摄入量和氮消化率方面均优于自由尿素组。相比之下，SRU-LYO处理组的羊只表现出较低的空闲时间、咀嚼活动、尿氮排泄量以及氨氮浓度。这表明，SRU-LYO不仅能够有效控制尿素的释放速率，还能减少尿素在瘤胃中的快速水解，从而降低氨的生成量，减少对动物的潜在毒性风险。此外，SRU-LYO组的羊只在反刍时间、总氮排泄量、最终体重、总增重以及平均日增重（ADG）方面均优于自由尿素和市售SRU组。这进一步验证了SRU-LYO在提高动物生产性能方面的优势。

值得注意的是，自由尿素和SRU-LYO组在采食效率方面均优于市售SRU组。这可能与SRU-LYO的缓释特性有关，使其能够更有效地满足瘤胃微生物对氮的需求，从而提高饲料的利用效率。同时，SRU-LYO的使用也降低了氨氮在血液中的浓度，这对维持动物健康和提高生产性能具有重要意义。相比之下，市售SRU虽然具有一定的缓释效果，但在实际应用中可能未能完全满足动物对氮的需求，导致其在某些指标上表现不佳。

在实际应用中，尿素的缓释技术不仅能够提高氮的利用效率，还能减少尿素中毒的风险。这在反刍动物饲养中尤为重要，因为尿素的过量摄入可能导致严重的健康问题，如瘤胃鼓胀、中毒甚至死亡。因此，选择合适的包覆材料和干燥方法，对于确保尿素在瘤胃中的缓慢释放、减少氨的快速生成、提高氮的利用效率至关重要。本研究中，硬脂酸作为包覆材料表现出良好的性能，其高疏水性、优异的热稳定性和形成晶体结构的能力，使其成为一种理想的缓释材料。

此外，研究还指出，冷冻干燥方法在微球的制备过程中能够更好地保持其物理结构的完整性，减少因高温或湿度变化导致的结构破坏。这一特性使得冷冻干燥处理的微球在实际应用中更具优势，尤其是在需要保持微球物理特性的情况下。相比之下，烘箱干燥虽然成本较低，但在某些情况下可能无法提供足够的保护，导致尿素的释放速率过快，进而增加氨的生成量和中毒风险。

本研究的结论表明，使用硬脂酸包覆的微球（SRU-LYO）在反刍动物饲料中具有显著的优势。与自由尿素和市售缓释尿素相比，SRU-LYO不仅能够提高氮的利用效率，还能改善动物的生产性能，使其使用更加安全和经济。因此，建议在反刍动物饲料中将SRU-LYO的添加比例设定为4.5%（以干物质为基础），以充分发挥其缓释效果和对动物健康及生产性能的积极影响。

本研究还强调了在选择包覆材料时，应综合考虑其热稳定性、溶水性、熔点以及对瘤胃微生物的潜在毒性。硬脂酸作为一种长链饱和脂肪酸，具有较高的熔点（约70°C）和良好的热稳定性，能够有效防止尿素在高温环境下的快速降解。同时，其高疏水性有助于减少尿素在瘤胃中的溶解速率，从而实现更缓慢的释放。此外，硬脂酸在动物和植物油脂中广泛存在，这可能有助于调节尿素的释放速率，使其更符合瘤胃微生物的代谢需求。

在实际应用中，缓释尿素的开发和使用对于提高反刍动物饲料的营养价值和经济性具有重要意义。通过控制尿素的释放速率，不仅可以提高氮的利用效率，还能减少氨的快速生成，降低对动物的潜在毒性风险。此外，缓释尿素的使用还能改善动物的采食行为和反刍活动，从而提高整体的生产性能。因此，进一步研究和优化缓释尿素的包覆材料和制备方法，对于推动反刍动物饲料技术的发展具有重要的现实意义。

研究团队在试验过程中严格遵守了伦理标准，所有实验均获得了巴西国家动物实验控制委员会（CONCEA）的批准，具体批准编号为59/2022。这一做法确保了实验的科学性和动物福利的保障。此外，研究还得到了巴西国家科技发展委员会（CNPq）的部分资金支持，这为研究的顺利进行提供了重要的保障。

总的来说，本研究为缓释尿素在反刍动物饲料中的应用提供了新的思路和方法。通过选择合适的包覆材料和干燥方法，可以有效提高尿素的保护性能，使其在瘤胃中缓慢释放，从而优化氮的利用效率，提高动物的生产性能，同时减少尿素中毒的风险。未来的研究可以进一步探讨不同包覆材料对尿素释放速率的影响，以及在不同饲养条件下缓释尿素的适用性，以期为反刍动物饲料的配方优化提供更加全面的理论依据和技术支持。