科学研究

饲料成本占畜禽养殖成本的70%,饲料的优劣与畜禽养殖效益和畜产品质量安全密切相关。“工程中心”在畜禽养殖绿色安全投入品研究、饲料营养价值精准评定与畜禽动态营养需要、新型生物饲料资源开发、饲料与畜产品质量安全控制技术、畜禽健康养殖关键技术等方面开展了大量的研究工作。

研究成果

自成立以来,工程中心承担国家和省部级项目100余项,研究开发19个工程化技术。获教育部、农业部、北京市等鉴定成果30余项;授权国家发明专利170余件、美国专利5件,欧盟专利3件;集成转移各类技术31项。获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖5项,全国创新争先奖1项,省部级一等奖5项、二等奖6项。建立了微生态制剂、抗菌肽等饲用抗生素替代品的高效研发平台,培养了一批生物饲料及相关领域的工程化人才,利用中心技术孵化亚太兴牧(北京)科技有限公司、北京都润科技有限公司等高新技术企业10余个,实现了腺苷七肽、微生态制剂、饲用N-氨甲酰谷氨酸等高技术产品的研发与产业化。

主要典型成果如下:

一、新型饲用氨基酸与猪低蛋白质饲料创制技术

(1)独创雾化造粒、成型选别和流化包衣制备赖氨酸硫酸盐工艺,创制出赖氨酸硫酸盐系列新产品,发明了苏氨酸、色氨酸直接结晶新技术,实现了规模化生产,扭转了我国饲用氨基酸依赖进口的局面,为新型低蛋白质饲料的创制奠定了基础;(2)发明了氨基酸内源合成激活剂N-氨甲酰谷氨酸(NCG)制备新工艺,首创畜禽内源氨基酸合成与氮高效利用新技术,创制出国内外首个促进氨基酸内源合成的饲用产品。研制了运用NCG技术的妊娠母猪和种公猪专利饲料产品,创建了NCG在猪新型低蛋白质饲料中的配套应用技术;(3)揭示了低蛋白质饲料中关键氨基酸调节氮利用与骨骼肌蛋白质合成的分子机制,为提高氮利用效率和解决低蛋白质饲料使猪胴体品质下降的技术难题提供了理论依据;(4)创建了基于净能赖氨酸平衡和多种氨基酸相互平衡的猪新型低蛋白质饲料配制技术体系,创新了新型低蛋白质氨基酸平衡饲料技术与系列产品。有效缓解了大豆高度依赖进口和养猪业氮排放污染的问题。成果整体达到国际先进水平,部分研究达到国际领先水平,制修订国家标准4项,获2019年国家技术发明二等奖。

二、畜禽饲料中大豆蛋白源抗营养因子研究与应用

(1)首次系统揭示了饲料中主要大豆抗营养因子(ANFs)对畜禽的危害作用,解决了作用机理长期不明的难题,为大豆蛋白源在畜禽饲料中的技术研究和高效利用奠定了理论基础;(2)创建了ANFs检测技术体系,建立3种大豆寡糖的离子色谱同步检测技术、6种异黄酮的高效液相色谱同步检测技术,国内外首次研制出大豆球蛋白、β-伴球蛋白和胰蛋白酶抑制因子单克隆抗体ELISA检测试剂盒,解决了快速准确检测的关键技术难题,为饲料中大豆蛋白源的高效利用提供了技术依据;(3)创建了大豆ANFs钝化降解系列新技术和新方法,创建了完整的膨化全脂大豆、膨胀豆粕制备工艺参数,选育高效降解大豆抗营养因子微生物菌株,小分子大豆ANFs降低80%以上。解决了低抗营养性优质大豆产品的生产工艺关键技术难题,推动了功能性蛋白饲料的研究与发展;(4)确定了大豆ANFs对不同种属动物的抗营养阈值,建立了大豆蛋白源饲用价值数据库,构建了高效利用技术体系,实现了大豆蛋白源在畜禽饲料中的高效产业化利用。 成果整体达到国际先进水平,获2015年国家科技进步二等奖。

三、猪精准营养配方技术与饲料原料数据库构建

(1)研究建立了我国猪饲料原料营养价值评定的技术体系与标准。完成了我国猪饲料原料营养价值评定技术的方法学研究,确定了评定不同饲料原料营养价值时所适用的方法组合。建立了国内首套猪净能评价体系,自主研发了猪呼吸测热装置,为测定猪饲料原料的有效养分及净能值奠定了平台基础;探索完善了基于瘦肉生长指数和血浆代谢标记物的动态营养需要量估测模型,为实现猪营养需要量动态化与精准营养奠定了方法学基础;(2)创建了囊括112种饲料原料、涵盖品种、产地、加工工艺、储存条件等近10万个关键参数的猪饲料营养价值数据库,基于该数据库构建了我国猪饲料原料动态有效养分预测体系,包括基于化学分析值的有效能和标准回肠可消化氨基酸的动态预测模型体系以及基于血浆代谢标记物的有效能预测模型体系,建立了我国猪饲料实时测料配方体系。(3)修订完善了与新的原料营养价值体系相配套的不同阶段猪的营养需要量标准,构建了猪营养需要量的动态估测模型。基于以上技术体系,集成创建了基于互联网的中国猪饲料大数据平台FeedSaaS,修订形成了新版中国猪饲养标准《猪营养需要量》(GB/T 39235-2020),形成了饲料行业的大数据模型雏形,实现了猪精准营养配方。研究成果“猪健康养殖的营养调控技术研究与示范推广”获2008年国家科技进步二等奖和成果“猪精准营养配方技术体系的建立与应用”获2019年神农中华农业科技奖一等奖。

四、猪优质高效饲料产业化关键技术研究与推广

(1)探明了“理想蛋白质”促进猪体蛋白质沉积的机理,开发出理想蛋白质配制猪平衡日粮技术,建立可消化氨基酸平衡模式;(2)建立了测定猪饲料氨基酸生物学效价的标准化方法。在此基础上测定了7种猪典型饲粮组分,60种常用饲料的氨基酸回肠消化率,初步建立了中国猪饲料氨基酸回肠消化率数据库;(3)系统研究了3~8、8~20、20~50和50~90 kg体重阶段猪的消化能、回肠表观和真可消化氨基酸需要量,通过对华北、华南、东北、中南和西南五地区典型商品猪瘦肉生长指数的测定,建立了我国第一个猪营养需要动态模型,结合前期研究成果,修订了第一版《猪饲养标准》;(4)提出了泌乳母猪和仔猪抗应激营养调控技术。系统研究了原料粉碎粒度、混合均匀度、制粒工艺和膨化工艺对饲料产品质量的影响。确立了适合不同类型产品的加工工艺参数。成果总体技术达国际先进水平,发表表论文上百篇,获2002年国家科技进步二等奖。

五、抗生素替代技术与产品开发

2002年开始开展饲料抗生素替代品的研发,围绕性价比最高的饲料抗生素替代品抗菌肽和微生态制剂制备技术进行科技创新。(1)抗菌肽高效制备技术创新与产品创制。通过基因簇重构、前体物合成、合成酶高效表达等关键技术,破解了抗菌肽表达抑制底盘菌生长的难题,突破抗菌肽活性中心掩埋、代谢废物再利用等核心技术,实现了底盘菌对抗菌肽的高效持续表达。构建芽孢杆菌、乳酸杆菌和大肠杆菌3个抗菌肽高效表达系统,表达量3~10 g/L,目前国内外最高水平,研制了Sublancin、MccJ25、MccC7等4种抗菌肽新产品,实现了产业化生产;(2)创新益生菌作用机制和制备技术。发现了外源乳酸菌在母仔猪上的垂直传递新途径,为解决幼龄哺乳动物肠道脆弱、易感染、难防控提供了新的策略。发明植物提取物减少发酵过程中益生菌细胞膜减损新技术,活菌数提高100倍,研制出高活力罗伊氏乳杆菌、植物乳杆菌、酵母菌等5种母畜专用微生态制剂产品,构建了3500多株饲用益生菌菌种资源库,国内最大。

成果总体技术居国际先进,抗菌肽制备技术国际领先,获2017年神农中华农业科技奖优秀创新团队奖和2020年全国创新争先奖。