用基于酒糟的单细胞蛋白替代豆粕对育肥西门塔尔公牛的生产性能、瘤胃发酵及氮排泄的影响

《Animal Feed Science and Technology》：Effects of replacing soybean meal with distiller's grains-based single cell protein on performance, rumen fermentation and nitrogen excretion of finishing Simmental bulls

　　

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  以6% DGSCP替代豆粕优化了公牛的生长性能和氮利用效率
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  DGSCP改善了瘤胃丙酸型发酵并减少了甲烷生成菌
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  6% DGSCP使总氮排泄量降低15%，同时日增重提高21.8%
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  共发酵酒糟提供了一种可持续的替代蛋白来源
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  最佳添加水平需在蛋白质量与纤维负荷之间取得平衡

引言

全球对动物蛋白需求的增长正加剧传统饲料蛋白资源的压力。豆粕仍然是畜牧业日粮中最主要的蛋白质补充料，但面临着供应波动、价格波动和环境方面的日益严峻的挑战（Ritala等，2017）。在中国，对进口大豆的高度依赖构成战略脆弱性，促使政府出台减少复合饲料中豆粕依赖的举措（MARA，2023；USDA，2024）。单细胞蛋白（SCP）是通过发酵生产的微生物生物量，因其高蛋白含量、均衡的氨基酸组成、快速的生产周期以及不占用耕地而受到广泛关注，被视为一种有前景的替代蛋白来源（Ritala等，2017；Gundupalli等，2024）。

中国白酒产业产生大量酒糟作为副产品，年产量超过1000万吨。尽管这些酒糟仍含有相当多的残余养分，但其高水分含量、酸度以及难降解的木质素-碳水化合物复合物严重限制了直接饲用价值（Liu等，2022）。将这种农业工业废弃物转化为高价值单细胞蛋白饲料具有双重效益：既能缓解蛋白饲料短缺，又能减轻环境污染。近期的共发酵策略已证明了将酒糟升级为功能性单细胞蛋白产品的可行性（Chen等，2025；Fan等，2025；Bai等，2025）。然而，这些研究主要集中于工艺优化，对于此类产品在实际反刍动物日粮中的应用效果仍存在关键空白。系统评估基于酒糟的单细胞蛋白（DGSCP）对肉牛生长性能和氮代谢的适宜添加水平及其剂量依赖性效应尚未得到充分探索。

据我们所知，尚无研究系统评估过通过毛壳霉（Trichoderma reesei）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）共发酵生产的基于酒糟的单细胞蛋白对育肥肉牛生长性能、瘤胃发酵和氮代谢的剂量依赖性效应。与来自甲醇或天然气等传统底物的单细胞蛋白不同，DGSCP集成了农业工业废弃物的资源化利用与增强功能特性，包括残留的外源酶和生物活性化合物。此外，现有的发酵酒糟研究主要侧重于工艺优化（Chen等，2025；Fan等，2025；Bai等，2025），对于此类产品在实际反刍动物日粮中的剂量-响应关系和最高添加限量仍存在关键空白。本研究通过系统评估DGSCP的适宜添加水平及其对氮利用和瘤胃微生物生态的剂量依赖性效应来填补这一空白。

用单细胞蛋白替代豆粕时，一个关键考量是蛋白源的瘤胃降解特性。在常规豆粕日粮下，快降解蛋白组分释放氨氮的速度快于可发酵能量的供应，导致氨过量积累和微生物蛋白合成亚优化（Bach等，2005；Bezerra等，2026）。由此导致的氮利用效率通常低至25-30%，意味着相当大比例的摄入氮被排泄，造成环境污染。单细胞蛋白通常表现出中等蛋白降解率，这有助于瘤胃可降解蛋白与可发酵能量的同步，从而促进微生物蛋白合成并提高氮利用效率（Bezerra等，2026）。然而，过高的添加水平可能导致过多纤维引入、降低日粮能量浓度或改变饲料适口性，从而削弱预期效益（Khan等，2024）。因此，确定这一最佳替代比例对于实际应用至关重要。

需要指出的是，虽然改善的氮-碳水化合物同步可能是氮利用效率提高的合理机制解释，但这一过程是根据观察到的瘤胃发酵和血清生化反应推断的，而非通过微生物蛋白合成或养分流动研究直接测量的。

本研究的主要目标是确定以DGSCP替代豆粕的最佳比例，以最大化育肥西门塔尔公牛的生长性能和氮利用效率。次要目标是通过表征瘤胃发酵模式、微生物酶活性和微生物群落在的变化来阐明潜在机制，从而为观察到的氮代谢改善提供机制洞察。

鉴于仅评估了四个添加水平（0%、3%、6%和9%），本研究的目的是在受试处理中确定最有效的替代水平，同时理解真正的最优值可能位于未进行实验评估的中间浓度。

章节摘要

材料与方法

所有实验程序均经山西农业大学动物护理和使用委员会批准（批准号：SXAU-AEC-2024-012）。

生长性能

日粮日采食量未受DGSCP替代影响（P > 0.05；表4）。各组初始体重无差异（P > 0.05）。最终体重呈二次递增（P = 0.032），在6%替代水平时达到最大值。基于二次方程估计的最优添加水平为5.8%（R² = 0.94）。日增重（ADG）呈相似的二次递增趋势（P = 0.015），在6%水平时达到最大值。与对照组相比，日增重分别提高5.9%、21.8%和11.8%，对应

DGSCP对生产性能、发酵和氮代谢作用的整合机制

以DGSCP替代豆粕在生长性能方面表现出明确的二次剂量-响应关系，6%替代水平取得最优效果。由于各组日采食量无差异，生长性能的改善必须归因于养分利用效率的提高，而非饲料消耗量的增加（表4）。这些性能改善与瘤胃发酵模式及微生物群落的同步变化在机制上相关联

结论

在所测试的替代水平中，以CP当量为基础，用DGSCP替代日粮中6%的豆粕，在育肥西门塔尔公牛中产生了最优的生长性能和氮利用效率。该添加水平使日增重提高21.8%（1.45 vs. 1.19 kg/d），料肉比降低16.9%（5.42 vs. 6.52），氮利用效率提高29.5%（44.3% vs. 34.2%），同时总氮排泄量降低15.0%。实际意义在于DGSCP

伦理声明

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经山西农业大学动物护理和使用委员会批准。（批准号：SXAU-AEC-2024-012）

未引用参考文献

(SAS Institute Inc. (2013))

资助

本工作由山西省重点研发计划（资助号：202402140601014）和山西省现代农业产业技术体系专项基金（资助号：2026CYJSTX13）资助。

写作过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在准备本工作期间，作者使用了Kim（Moonshot AI）来改善文本的语言、语法和可读性。使用该工具后，作者对内容进行了审核和编辑，并对已发表文章的內容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢山西农业大学西门塔尔公牛场的工作人员对动物的护理。

H.D. Zhang|Y.Y. Xie|J.X. Feng|G. Guo|Y. Zhao|Y.W. Zhang|Y.H. Wang|X.T. Ma|C. Wang|Q. Liu