CN102077089B - 评估由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法和降低并且控制这种量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别地涉及用于评估由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法。其特征在于它包括测定具有16个或者更低碳原子的脂肪酸(被称为AG<C16)的量与奶的总脂肪酸的总和的比率，所述脂肪酸是存在于由所述反刍动物产生的奶中的那些，所述甲烷量通过以下方程式进行定义：CH4量=(AG<C16/总AG)*a*(产奶量)b，其中CH4量(以g/升奶表示)=产生的甲烷的量；AG<C16=具有16个或者更低碳原子的脂肪酸的量；总AG=脂肪酸的总量；比率(AG<C16)/(总AG)以总AG的%表示；产奶量=产生的奶的量，以kg奶/动物/年表示；a和b是数字参数，其中a为10至13，和b为-0.40至-0.45。
Description
技术领域
本发明属于动物饲料领域，更确切地属于用于产奶动物的饲料领域。
更特别地，其涉及评估由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法和用于控制由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法。
背景技术
反刍动物消化有机物质包括在瘤胃中的微生物发酵阶段。在该阶段期间，植物多糖(如纤维素、半纤维素、胶质和淀粉)通过在瘤胃中生活的厌氧细菌进行分解。
因此产生各种挥发性脂肪酸(AGV)(乙酸酯、丙酸酯和丁酸酯[按数量次序])，二氧化碳(CO2)和氢(H2)。
因为瘤胃是厌氧培养基，能量的产生(ATP)通过“氢转移”进行的。
氢通过不同机制抑制大多数细菌的活性。产生的氢因此应该从瘤胃被去除以促进优良的微生物消化。
甲烷生成，其导致甲烷(CH4)形成，是可以进行这种除去的主要路线。它可以通过以下反应表示：
[CO2+4H2]=CH4+2H2O 。
这种转化通过与原生动物(其形成瘤胃微动物区系)结合生活的甲烷生成细菌进行确保。
甲烷(CH4)，与二氧化碳(CO2)，一氧化二氮(N2O)和三种卤化烃(carbures halogénés)(氯氟烃CFC、氢氟烃HFC和全氟化烃PFC)一起，是主要的温室气体(GES)之一。
它对温室效应的贡献是非常相当大的。事实上，一个CH4分子等于21个CO2分子，根据官方等值表(tableaux d’équivalence officiels)。
这些GES被认为是气候变化特别地对全球变暖中的原因。自从在1992年在Rio的地球峰会(Sommet de la Terre)，对于这些改变的斗争已经变成国际约定，其表现为在1997年的在京都协议下采取的量化约定。
欧洲议会因此为自己设定了从现在至2020年降低GES排放20%的目标。在2003年，养畜业产生了47.7MteqCO2(百万公制吨当量CO2)，其中28.3 MteqCO2呈甲烷形式来自反刍动物的消化发酵(Leseur，2006；Martin等，2006)。
这些甲烷排放占农业部门的排放的26%和法国人GES排放的5% (Leseur，2006)。
因此显示出需要降低反刍动物的甲烷排放。
已经提出不同的解决方案以达到该目的。
第一种方案包括限制来自反刍动物的产品，特别地乳制品的消费，其效果将是降低这些产奶反刍动物的数目并由此逻辑上降低甲烷排放物。
然而，乳制品自从蒙昧时代时已经在人类的食物中存在。据已知人是在断奶之后唯一的消费乳制品的动物物种。并且，在营养方面上，这些乳制品包含钙、蛋白质和具有非常特殊营养性质的脂肪，其与生命的所有阶段的平衡膳食不可隔断。
另外，在地球上的人口增加看起来与用于为不断增加的人口提供食物的牲畜的数目减少难于相容。
另一解决方案包括通过引导反刍机理使得较少产生甲烷来改变产奶反刍动物(母牛、母羊、山羊等等)的饲料。
已经提出不同的技术以达到该目的。
第一种在于提高每只母牛生产的奶量(强化饲养)。
第二种考虑为母牛提供添加剂，该添加剂对于原生动物和/或甲烷生成细菌是有毒的使得可以在减少甲烷排放量的同时生产奶。
最后，第三种技术在于将高不饱和脂肪酸(优选地来自ω3类，或者以其它不饱和脂肪酸的形式，虽然它们对甲烷生成的影响是比ω3脂肪酸更低有效的)含量的植物脂肪源加入到产奶反刍动物的饲料中。这些脂肪酸对于甲烷生成细菌是有毒的，直接地或者通过对与甲烷生成细菌结合生活的原生动物的有毒影响。
然而，这些不同的技术可仅仅如果使用易于实施的评估由反刍动物产生的甲烷量的实践方法时具有现实的利益。
然而甲烷排放的测量目前仅仅在实验站是可能的，但是繁重昂贵的。
发明内容
本发明目的是克服这种缺点。
因此，根据第一方面，本发明涉及评估由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法，特征在于它包括测定具有16个或者更低碳原子的脂肪酸(被称为AG<C16)的量与奶的总脂肪酸的总和的比率，所述脂肪酸是存在于由所述反刍动物产生的奶中的那些，所述甲烷量通过以下关系式进行定义：
CH4量=(AG<C16/总AG)*a*(产奶量)b
其中
CH4量(以g/升奶表示)=产生的甲烷的量；
AG<C16=具有16个或者更低碳原子的脂肪酸的量；
总AG=脂肪酸的总量；
比率(AG<C16)/(总AG)以总AG的%表示；
产奶量=产生的奶的量，以kg奶/动物/年表示；
a和b是数字参数，其中a为10至13，和b为-0.40至-0.45。
这种方法容易实施，因为本申请人已经证明产生的甲烷量与在奶中脂肪酸的量直接有关的。并且，奶的脂肪酸的测定是目前非常广泛使用的操作，其不需要任何复杂或者昂贵的工具。
在一优选实施方案中，a和b分别是11.368和-0.4274。
本发明的另一方面涉及用于降低和控制由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法。
这种方法值得注意的是，它包括：
-向反刍动物提供满足至少一个以下标准的饲料配给量(ratio alimentaire)：
a)它不包含任何的动物来源的脂肪；
b)它将包含大于30%的呈饱和AG形式的总AG的原态的、氢化或者皂化的植物油的外部源摄取限制至最多15g/动物并每100kg活体重(elle limite l’apport exogène d’huile végétale contenant plus de 30% des AG totaux sous forme d’AG saturées, en létat, hydrogénée ou saponifiée, à au plus 15 grammes/ animal et par 100kg de poids vif)；
c)它包含至少一种富含ω3 α-亚麻酸(ALA)(即其大于总AG的30%是ω3 AG)的脂肪源；
和通过实施根据前述特征之一的方法来控制所述甲烷的量。
优选地，这种脂肪源呈放牧草料或者储藏草料(枯草、青贮草料、捆卷草包、脱水草料等等)形式或者富含ALA的含油种子(为原态的、生的或者熟的种子)形式和前述含油种子的油饼。
有利地，所述源包括亚麻。
具体实施方式
本发明的其它特征和优点将从以下详细说明中变得明显。
1- 挥发性脂肪酸(AGV)的产生和甲烷的产生(CH4)
许多年来已经了解并且研究了在瘤胃中的AGV的产生和甲烷的产生之间的联系。
因此，已经显示乙酸酯和丁酸酯的产生释放氢，并因此促进甲烷的产生，而丙酸酯的产生可以使用氢，并由此限制甲烷产生(Gworgwor等，2006)。
这可以通过以下方程式进行说明：
1葡萄糖(C6)得到2丙酮酸酯(C3)[+4H]
1丙酮酸酯(C3)+H2O=1乙酸酯+CO2[+2H]
和:
1丙酮酸酯=1丙酸酯(C3)[-4H]
因此，借助于在附图1中给出的曲线，已经开发了预测方程以预测来自AGV产生的CH4产生(Moss等，2000)。因此，通过在瘤胃中的发酵产生C2和C4越多，CH4产生越多。
相反地，通过在瘤胃中的发酵产生C3越多，CH4产生就减少越多。
其遵循的合成方程式如下所定义：[CH4]=0.45[乙酸酯]+0.40[丁酸酯]–0.275[丙酸酯]
其中[x]=x的量，以总AGV的%表示。
2- ω3α-亚麻酸(ALA)的源(在瘤胃中是可消化的)的摄取对AGV和CH4的产生的影响
ω3 α-亚麻酸或者C18:3n-3或者“ALA”是生长植物的物质组分之一。
它例如大量地存在在嫩草中和在藻类中，在其中它占这些植物的脂肪酸的主要部分(50-75%)。事实上，ALA是叶绿素膜的基本组分。
ALA还存在于一些含油种子中，如亚麻籽(45%-70%)，大麻(约15%)，油菜籽或者大豆(约10%).
在产奶反刍动物的配给量中的ALA供给改变存在于瘤胃中的微生物群体。ALA，直接地和间接地，有效地抑制甲烷生成细菌和显著地改变产生的AGV的比例(特别地通过降低产生的乙酸酯和丁酸酯的量)。
根据在科学文献中的许多来源，当ALA源被加入到反刍动物的配给量中时，丙酸(C3)的产量提高，乙酸(C2)和丁酸(C4)的比例降低。
因此显示出：
-比率[(C2+C4)/C3]是用于在瘤胃中甲烷产生的很好指标；
-在产奶反刍动物的饮食中的ALA的摄取对比率(C2+C4)/C3具有线性影响，其有规律地降低(当所有其它事物是相当的，而且由反刍动物摄取的ALA的量提高时)。
然而将注意的是，根据ALA消化的位置，ALA源可以具有不同的影响。
由此，生亚麻种子仅仅很弱地降低比率[(C2+C4)/C3)]，而压制的亚麻籽和亚麻籽油产生强烈的降低。
改变该比率[(C2+C4)/C3)]的能力因此与在动物饮食中的ALA的量有关，而且与这种ALA在瘤胃中的利用率有关。
3- 比率[(C2+C4)/C3)]对奶组成的影响
由瘤胃产生的AGV(C2，C3或者C4)扩散通过它的壁或者更远地通过肠屏障并进入循环流体。
丙酸(C3)用作“生成葡糖的源”并且作为乳糖前体有助于奶产生。
相反地，乙酸(C2)和丁酸(C4)通过全程合成机制用于产生奶的具有2-16碳原子的饱和脂肪酸。
事实上该合成，其在乳腺上皮细胞中进行，使用乙酰辅酶A(来自用于这些C14:0和C16:0合成的C2和/或C4的化合物)。
这2种脂肪酸这时被“缩短”(过氧化酶体的β-氧化)以产生奶的短和中链的脂肪酸。这些脂肪酸因此可以任选地在乳腺去饱和酶的作用下被去饱和成单不饱和脂肪酸。
4- 理论模型
每升奶产生的CH4的量因此考虑：
a)动物的年产奶量。
乳牛(例如)产奶越多，该甲烷产生/升奶降低得越多。因此，一些作者提出以下方程式：
产生的甲烷量(kg/母牛/年)=55.7+0.0098*(产奶量，以kg/年/动物表示)。
b)配给量组合物，特别地在瘤胃中可用的ALA的量。
c)在这些动物的瘤胃中的比率(C2+C4)/C3。
这种AGV比率将解读为与奶组成具有强烈的生物因果联系，以在以下之间的比率形式：
i)奶的具有16或者低于16碳原子的AG的总和，
和
ii)奶的所有AG的总和。
每头雌性奶牛产生的CH4的量因此可以作为产奶量(以kg奶/年/动物表示)和来自该动物的奶的AG组成的函数进行计算。
因此显示出本领域的技术人员可以使用精确工具以作为它们的生产水平(易于测量)和奶的组成(易于测量)的函数来评估由产奶动物的甲烷产生。
这种间接的但是精确的甲烷产量测量可以指导用于产奶反刍动物的定量配给体系，以便降低它们的对温室效应的影响和可以快速测量这些改变的影响。
5- 测试和结果分析
许多测试可在通常参考书目中获得，这些书目描述了ALA的饲料来源(最通常为亚麻形式)的摄取对由奶牛、山羊及其它雌性产奶反刍动物的甲烷产生的影响。
可使用描述前述的ALA来源(呈亚麻形式)对奶的脂肪酸(AG)的组成的其它测试。
已经进行了这些结果的近似(rapprochement)和综合以验证理论模型。这些结果在下面表1中给出.
在这里的感兴趣的是根据以下来测量CH4产生/升奶：
-产奶量(kg/动物/年)；
-奶的具有16个或者更低碳原子的AG与总AG之间的比率(以%表示)。
显然，我们可以选择其它AG或者其它总和或AG比率以说明在乳房中由在瘤胃中产生的C2(同时排放CH4)来全程合成饱和AG的影响。
然而，具有16个或者更低碳原子的饱和AG的总和特别地是这种从C2的全程合成的代表特征。然而C16脂肪酸或者具有12、14、16个碳原子的AG的总和，甚至C16与饱和AG的总和之间的比率的读数也将是恰当的标准。
结果的这种汇集尤其从这样的测试获得，该测试一方面显示奶的AG分布图，另一方面显示在所述测试中每升奶产生的甲烷的测量值，该测试使用压制亚麻籽作为ALA来源，使用具有不同的生产水平的奶牛。
表1
每升奶的甲烷产量在奶的AG分布图的给定范围内作为每只动物产奶量和相对于奶的AG分布图的函数
NB：奶的该AG分布图范围(plage)有意地被限制在其中具有16个或者更低碳原子的AG占奶的AG的70-42%的范围内。不是因为由其产生的生物学模型或者方程被限制在该范围，而是因为超过该范围的限值，如此产生的奶的组成一方面被考虑是在营养上可疑的和另一方面与上面定义的用于获得这些奶的方法不相容。
在该表中：PL(横向)=产奶量(kg/动物/年)和AG=[AG<C16/总AG]，(%)。
我们因此由产奶量数据和如此产生的这些奶的AG分布图建立了用于排放的CH4值的预测表：
表2
6-该模型的验证
我们整理了精确测量的几种测试的结果：
-在产奶母牛的配给量中的ALA量(在瘤胃中可获得的)；
-该ALA对比率(C2+C4)/C3的影响；
-这些配给量对奶的AG分布图的影响；
-最后为具有CH4产生量/升奶与在配给量中不同的ALA含量的测试。
下表比较测定值与来自上述表的“预测”值。
表3
本申请人已经从这些测试推测出甲烷量可以通过以下方程进行定义：
CH4量=(AG<C16/总AG)*a*(产奶量)b
其中：
CH4量(g/升奶)=产生的甲烷量；
AG<C16=具有16个或者更低碳原子的脂肪酸的量；
总AG=脂肪酸的总量；
产奶量=每只动物每年产生的奶量(kg)
a和b=数字参数，其中a为10至13，和b为-0.40至-0.45。
优选地，参数a和b分别地为11.368和-0.4274。
Claims (7)
1.评估由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法，特征在于它包括测定具有16个或者更低碳原子的称为AG<C16的脂肪酸的量与在奶中的总脂肪酸的总量的比率，所述脂肪酸是存在于由所述反刍动物产生的奶中的脂肪酸，所述甲烷量通过以下关系式进行定义：
CH4量=(AG<C16/总AG)*a*(产奶量)b
其中
以g/升奶表示的CH4量=产生的甲烷的量；
AG<C16=具有16个或者更低碳原子的脂肪酸的量；
总AG=在奶中的脂肪酸的总量；
比率(AG<C16)/(总AG)以总AG的%表示；
产奶量=产生的奶的量，以kg奶/动物/年表示；
a和b是数字参数，其中a为10至13，和b为-0.40至-0.45。
2.根据权利要求1的方法，特征在于a和b分别等于11.368和-0.4274。
3.用于降低和控制由产奶反刍动物产生的甲烷量的方法，特征在于它包括向该反刍动物提供满足以下标准的至少一个的饲料配给量：
a)它不包含任何的动物来源的脂肪物质；
b)它将包含大于30%的饱和AG的原态的、皂化或者氢化的植物油的外部源摄取限制至最多15g/100kg动物活体重；
c)它包含至少一种富含ω3 α-亚麻酸(ALA)，即其大于30%的总AG是ω3 AG形式；
和通过实施根据权利要求1或2之一的方法来控制所述甲烷的量。
4.根据权利要求3的方法，特征在于提供同时满足所述三个标准的配给量。
5.根据权利要求3或4之一的方法，特征在于使用呈放牧草料或者储藏草料形式或者含油种子形式或者前述含油种子的油饼形式的富含ALA的脂肪源。
6.根据权利要求5的方法，特征在于所述脂肪源包括亚麻。
7.根据权利要求5的方法，特征在于所述脂肪源为枯草、青贮草料、捆卷草包、脱水草料形式或者富含ALA的原态的、生的或者熟的含油种子形式的脂肪源。
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| Ellis J. et. al..Prediction of Methane Production from Dairy and Beef Cattle.《Journal of Dairy Science》.2007,第90卷(第7期),3456-3467. |
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