反芻動(dòng)物過瘤胃氨基酸的研究進(jìn)展

反芻動(dòng)物過瘤胃氨基酸的研究進(jìn)展

蛋白質(zhì)是表面活性劑中最重要的限制營(yíng)養(yǎng)成分之一。在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中，每天的糧食蛋白在腫瘤胃中分解是一種低效的營(yíng)養(yǎng)過程。在有些條件下僅靠飼喂高蛋白日糧也不一定能提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能。為了減少瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)的降解損失,人們采取各種措施以提高日糧中蛋白質(zhì)的過瘤胃值。研究發(fā)現(xiàn),單靠增大過瘤胃蛋白的量,并不一定能保證家畜增產(chǎn),蛋白質(zhì)對(duì)反芻動(dòng)物的最終生物學(xué)效價(jià)取決于小腸內(nèi)出現(xiàn)的可供吸收的氨基酸的數(shù)量和種類。因?yàn)檫^瘤胃蛋白的增加可引起瘤胃內(nèi)菌體蛋白合成減少或過瘤胃氨基酸的配比不平衡。本文從氨基酸過瘤胃技術(shù)、過瘤胃氨基酸瘤胃穩(wěn)定性的檢測(cè)與評(píng)價(jià)及影響過瘤胃氨基酸飼用效果的因素等方面對(duì)過瘤胃氨基酸的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。1氨基酸類似物氨基酸過瘤胃技術(shù)即氨基酸的瘤胃保護(hù)技術(shù),就是將氨基酸經(jīng)過技術(shù)處理使其保護(hù)起來,避免在瘤胃內(nèi)被發(fā)酵、降解而直接進(jìn)入小腸后再被消化吸收,從而達(dá)到提高氨基酸利用率的目的。過瘤胃氨基酸,又稱瘤胃保護(hù)氨基酸(RPAA),是平衡小腸氨基酸的最簡(jiǎn)便而又直接的方法。根據(jù)其作用機(jī)理一般分為三大類:第一類包括氨基酸類似物、衍生物和金屬氨基酸螯合物(如蛋氨酸鋅、賴氨酸鋅)等。目前應(yīng)用較多的氨基酸類似物,主要是蛋氨酸羥基類似物(MHA)、N-羥甲基蛋氨酸鈣鹽、1,2-N-羥甲基賴氨酸鈣鹽、DL-2-羥-4-甲硫基-丁酸。其保護(hù)原理是,在瘤胃內(nèi)蛋氨酸羥基類似物可以為氨基酸的合成提供碳鏈,瘤胃微生物可以使其羥基轉(zhuǎn)化為氨基,完成從類似物到氨基酸的轉(zhuǎn)化,從而達(dá)到過瘤胃保護(hù)的效果。第二類利用聚合物包被,如采用變性蛋白質(zhì)、脂肪、脂肪酸和碳酸鈣混合物、脂蛋白和長(zhǎng)鏈脂肪酸鈣鹽等包被材料對(duì)氨基酸進(jìn)行物理包被。其主要原理是根據(jù)瘤胃與皺胃液pH值的不同,所選包被物要耐受瘤胃內(nèi)的pH值變化,而且不會(huì)被微生物分解;但在比瘤胃pH值低的真胃內(nèi)被分解,將氨基酸釋放出來,進(jìn)入小腸被吸收,以達(dá)到保護(hù)的目的。對(duì)包被材料的基本要求是耐熱、無毒、無異味,具有吸濕性,與被包被物不發(fā)生反應(yīng)且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。第三類為氨基酸真胃灌注。即通過真胃瘺管將氨基酸一次或連續(xù)灌入反芻動(dòng)物真胃(十二指腸)中的方法,也稱之為完全過瘤胃方法,目的是使氨基酸完全避開瘤胃微生物的作用而直接到達(dá)后腸段消化道。但這種方法只適應(yīng)于研究,不能進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用。2通過保護(hù)氨基酸增加反液壓的性外包自20世紀(jì)90年代開始,反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向小腸吸收氨基酸之間的配比及其平衡關(guān)系上。VonKeyserlingk等用美國(guó)康奈爾大學(xué)設(shè)計(jì)的CNCPS模型配制低粗蛋白日糧,飼喂泌乳期荷斯坦牛,結(jié)果表明:在小腸可吸收氨基酸數(shù)量和平衡關(guān)系較好時(shí),低粗蛋白組動(dòng)物能維持正常的產(chǎn)奶量和奶成分含量,而血尿氮(BCN)水平降低,這表明機(jī)體氮的利用率提高。Dinn等研究認(rèn)為,低蛋白奶牛日糧中通過添加瘤胃保護(hù)氨基酸[瘤胃保護(hù)賴氨酸(RP-Lys)和瘤胃保護(hù)蛋氨酸(RP-Met)]可以提高氮的利用率,從而降低反芻動(dòng)物排泄物中氮的含量,減少環(huán)境污染。國(guó)內(nèi)外的大量研究表明,賴氨酸和蛋氨酸是泌乳奶牛飼喂玉米為基礎(chǔ)日糧合成蛋白質(zhì)時(shí)的第一或第二限制性氨基酸。因此,當(dāng)前對(duì)過瘤胃氨基酸的研究大都集中在這兩種氨基酸上。在確定日糧配方時(shí),尤其對(duì)高產(chǎn)反芻動(dòng)物需要更高的到達(dá)小腸的必需氨基酸量(EAA)的日糧時(shí)(考慮到技術(shù)和成本的因素),只能通過過瘤胃氨基酸添加物來滿足現(xiàn)代高產(chǎn)家畜的營(yíng)養(yǎng)需要。而且試驗(yàn)表明,在反芻動(dòng)物日糧中添加過瘤胃氨基酸,不僅能夠提高反芻家畜的生產(chǎn)性能,而且提高畜產(chǎn)品(奶、肉、毛等)的質(zhì)量,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用價(jià)值。多數(shù)研究認(rèn)為,飼喂瘤胃保護(hù)氨基酸能提高總產(chǎn)奶量和乳蛋白含量且可以減少奶牛日糧中非降解蛋白的供給量。Harrison等報(bào)道,奶牛飼喂過瘤胃氨基酸(RP-Lys和RP-Met),在泌乳前8周,試驗(yàn)組與對(duì)照組相比在產(chǎn)奶量、乳蛋白含量和乳脂率等方面提高顯著;王運(yùn)亨等研究發(fā)現(xiàn),奶牛日糧中添加瘤胃保護(hù)蛋氨酸15g,產(chǎn)奶量提高5.7%,頭日增產(chǎn)牛奶1.34kg,并有改善牛奶質(zhì)量的作用,乳蛋白含量提高5.4%,頭日增加乳蛋白產(chǎn)量66g。Schingoethe等比較了大豆餅、熱處理大豆餅和浸提的大豆粕日糧添加RP-Met的效果,結(jié)果可使產(chǎn)奶量增加7%,提高乳蛋白含量,說明蛋氨酸是乳蛋白合成及泌乳的第一限制性氨基酸。較多的可利用蛋氨酸有助于增加乳腺中蛋白質(zhì)的合成,增加飼喂瘤胃保護(hù)性蛋氨酸和賴氨酸可增加乳蛋白合成所需的氨基酸,特別是當(dāng)以玉米作為基礎(chǔ)日糧時(shí)更是這樣。Armentano等在泌乳早期的荷斯坦牛飼料中添加RP-Met和RP-Lys可提高乳蛋白濃度1g/kg和產(chǎn)奶量37g/d。研究發(fā)現(xiàn),在綿羊日糧中添加動(dòng)物油脂包被的蛋氨酸,可提高血漿游離蛋氨酸和胱氨酸的含量,可明顯提高綿羊的日增重、羊毛生長(zhǎng)速度及經(jīng)濟(jì)效益。也有學(xué)者報(bào)道在綿羊日糧中添加瘤胃保護(hù)含硫氨基酸,特別是瘤胃保護(hù)蛋氨酸可顯著促進(jìn)羊毛生長(zhǎng)。在肥育牛中進(jìn)行的蛋氨酸鋅和氧化鋅的比較研究發(fā)現(xiàn),日糧中添加360mg/kg兩種不同形式的鋅源后,蛋氨酸鋅組肉的質(zhì)量等級(jí)、大理石紋評(píng)分和腎百分比、骨盆脂肪含量,均比對(duì)照組和氧化鋅組要高。3氨基酸源的添加目前,市場(chǎng)上有一種新的奶牛營(yíng)養(yǎng)軟件(CPM),可根據(jù)不同非降解蛋白質(zhì),估測(cè)進(jìn)入十二指腸的蛋白質(zhì)、肽和氨基酸的成本。有研究人員利用CPM以不同非降解蛋白源日糧為體重650kg的泌乳早期奶牛配制日糧,其中利用MHA取代作為氨基酸源的魚粉,這一取代沒有降低產(chǎn)奶量,但卻降低了飼料成本和日糧中非降解蛋白質(zhì)及粗蛋白質(zhì)水平,也突出了在低蛋白日糧中添加單一氨基酸(用過瘤胃氨基酸代替非降解蛋白質(zhì))的優(yōu)點(diǎn)。在肉牛日糧中添加過瘤胃氨基酸,不僅飼料利用率得到改善,生產(chǎn)成本降低,而且還增強(qiáng)了試驗(yàn)動(dòng)物的免疫功能。據(jù)報(bào)道,在綿羊日糧中添加蛋氨酸螯合鋅比添加氧化鋅提高飼料利用率6.8%。另外,微量元素氨基酸螯合物可維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,改善畜禽的生產(chǎn)性能,提高動(dòng)物的抗應(yīng)激能力。蛋氨酸鋅、賴氨酸鋅作為過瘤胃氨基酸的來源,可以提高奶牛的產(chǎn)奶量、免疫機(jī)能和降低體細(xì)胞數(shù),但添加氨基酸鰲合物鋅會(huì)引起日糧高鋅,一般會(huì)使鋅高出正常水平10～20倍。4腫瘤胃氨基酸穩(wěn)定性的測(cè)定和評(píng)價(jià)4.1氨基酸釋放率測(cè)定檢測(cè)過瘤胃氨基酸的過瘤胃效果,一般是測(cè)定過瘤胃氨基酸的瘤胃釋放率。目前,國(guó)際上比較理想的氨基酸釋放率測(cè)定方法主要有:a.體內(nèi)法(InVivo),該方法是用基礎(chǔ)日糧與被測(cè)飼料在不同時(shí)間段內(nèi)瘤胃樣中總游離氨基酸的相差來計(jì)算氨基酸在瘤胃中的動(dòng)態(tài)釋放率;b.體外法(InVitro),包括溶解度、酶解法、人工瘤胃法;c.半體內(nèi)法(InSacco),即運(yùn)用尼龍袋測(cè)定氨基酸釋放率。瘤胃尼龍袋法準(zhǔn)確性和可靠性較好,但其缺點(diǎn)是測(cè)定結(jié)果易受試驗(yàn)動(dòng)物個(gè)體生理?xiàng)l件的影響,且操作比較復(fù)雜。有學(xué)者采用體外發(fā)酵法對(duì)6種自制過瘤胃氨基酸樣品進(jìn)行降解率的測(cè)定,所得結(jié)果有較好的準(zhǔn)確性和可靠性,并且簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、適宜用作大規(guī)模篩選氨基酸保護(hù)材料的研究方法。4.2小球藻氨基酸在小鼠體內(nèi)的釋放反應(yīng)血清游離氨基酸(BFAA)測(cè)定法是評(píng)價(jià)過瘤胃氨基酸功效的一種輔助方法。這種方法既可以反應(yīng)出樣品的抗瘤胃微生物降解能力,又可以反應(yīng)出樣品在小腸中的釋放氨基酸的能力。其原理是,當(dāng)飼料中的氨基酸到達(dá)小腸后,就會(huì)被小腸所吸收,血清中的游離氨基酸濃度就會(huì)上升,血清中的游離氨基酸溫度與到達(dá)小腸的氨基酸量有正相關(guān)性。1981年明尼蘇達(dá)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院報(bào)道,每天在飼料中添加80g普通蛋氨酸,血清中游離蛋氨酸濃度未見上升,這與普通氨基酸會(huì)被瘤胃微生物所降解的結(jié)論完全一致。5影響腫瘤胃氨基酸攝入效果的因素5.1發(fā)酵劑包中氨基酸的降解包被處理過瘤胃氨基酸時(shí),其包被材料的種類、包被的方法等因素都會(huì)不同程度地影響產(chǎn)品品質(zhì)。例如,有些氨基酸包被產(chǎn)品溶解度很低,也有的在制粒、膨化、混合等加工過程中包膜易受到破壞,使氨基酸在瘤胃內(nèi)就被降解,從而影響了其飼用效果。當(dāng)然,也有的過瘤胃氨基酸存在過度保護(hù)問題,以致到達(dá)小腸后不能被有效降解。因此,必須注意氨基酸包被材料及包被方法的選擇,同時(shí)兼顧氨基酸的生物利用率。5.2乳中和乳中乳蛋白的含量在不同的基礎(chǔ)日糧條件下,過瘤胃氨基酸的飼用效果可能不同。在以豆粕為基礎(chǔ)日糧的條件下添加過瘤胃蛋氨酸提高了荷斯坦牛的產(chǎn)奶量、標(biāo)準(zhǔn)乳中的固形物含量和采食量,且動(dòng)靜脈血清中的蛋氨酸濃度也略有提高;而在以大麥為基礎(chǔ)日糧的條件下添加過瘤胃蛋氨酸并沒有提高荷斯坦牛的產(chǎn)奶量和乳中乳蛋白的含量。此外,在以青貯料為基礎(chǔ)的混合日糧中,青貯料的pH值過低(低于3.6)會(huì)使過瘤胃氨基酸的穩(wěn)定性下降而在瘤胃內(nèi)就被降解,影響過瘤胃氨基酸的實(shí)際飼用效果。因此,日糧的pH值也是值得注意的因素。5.3對(duì)乳飲質(zhì)構(gòu)的影響過瘤胃氨基酸的添加具有量的限制性。過瘤胃氨基酸的添加量不僅由日糧中該種氨基酸缺乏程度和反芻動(dòng)物十二指腸可吸收氨基酸模式中限制性氨基酸的相對(duì)限制程度和次序來確定,而且還要兼顧其成本和其它蛋白質(zhì)資源的可利用性來確定。值得注意的是,高水平的添加會(huì)降低飼料適口性從而影響動(dòng)物的采食,還會(huì)引起氨基酸的中毒(尤其是蛋氨酸),而且也會(huì)造成氨基酸的浪費(fèi)。Rode等認(rèn)為,在泌乳期奶牛的日糧中,蛋氨酸的添加量一般為3～15g/d,在這一范圍內(nèi),對(duì)泌乳期奶牛干物質(zhì)采食沒有任何影響;在添加高達(dá)50g/dMHA(相當(dāng)于補(bǔ)蛋氨酸18g/d)的情況下,在泌乳早期也不會(huì)影響奶牛對(duì)日糧干物質(zhì)的進(jìn)食量。5.4過瘤胃氨基酸的用量及用量因?yàn)椴煌a(chǎn)水平、不同生理階段的動(dòng)物對(duì)氨基酸的需要量不同,所以適宜的添加時(shí)間能夠使過瘤胃氨基酸達(dá)到最佳的利用效果。研究結(jié)果表明,添加過瘤胃氨基酸的最好時(shí)期是從分娩前2～3周開始至泌乳后大約150d。因?yàn)榉置淝?～3周供給過瘤胃氨基酸可能:a.形成蛋白質(zhì)儲(chǔ)藏,有利于泌乳前5周動(dòng)物蛋白質(zhì)和氮負(fù)平衡期間的蛋白質(zhì)合成,從而使產(chǎn)奶量增加;b.使奶牛逐漸適應(yīng)這種氨基酸的適口性,有利于克服泌乳早期的采食抑郁癥。5.5瘤胃氨基酸對(duì)乳蛋白的影響Christensen等在泌乳期荷斯坦牛日糧中添加過瘤胃氨基酸,使補(bǔ)充高脂肪飼料而引起的乳蛋白含量降低的問題得到緩解;但在對(duì)娟姍奶牛的