過瘤胃蛋白質飼料保護技術研究進展
- 2016-10-12 16:49:00
- administrator 原創
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隨著養殖結構的不斷調整，我國肉牛和奶牛的飼養規模逐漸由農戶散養向工廠規?；B殖轉軌。由于飼養管理水平和種質資源的限制，我國肉牛和奶牛的生理健康狀況和生產性能普遍低于國外同期水平。其中，就飼養管理水平而言，日糧的蛋白質營養在很大程度上限制了肉牛和奶牛的高生產性能的發揮。國內外的研究表明，生產性能較好的反芻動物和幼齡及青年反芻動物的生產性能受日糧中的過瘤胃蛋白含量水平限制最為明顯。
1 過瘤胃蛋白的概述
過瘤胃蛋白的模糊概念在20世紀60年代就已提出，直到1989年NRC首次明確提出過瘤胃蛋白質的概念，將反芻動物對蛋白質的需要量分為可降解攝入蛋白（DIP，degraded intake protein）和非降解攝入蛋白（UIP，undegraded intake protein）。在英國的新蛋白質中將蛋白質分為降解蛋白質（RDP）和非降解蛋白質（RUP或UDP）。瘤胃降解蛋白質（RDP）和瘤胃非降解蛋白質（RUP）是飼料粗蛋白中兩個功能截然不同的組分。飼料粗蛋白質在瘤胃中可降解部分即瘤胃降解蛋白質（RDP），為微生物的生長和微生物蛋白質的合成提供了所需的肽、游離氨基酸和氨。飼料粗蛋白中瘤胃非降解部分可直接進入小腸被吸收。
1.1 過瘤胃蛋白的定義
所謂過瘤胃蛋白（Rumen escape protein）也稱為瘤胃非降解蛋白質（RUP，Ruminally undegraded protein）是指蛋白質飼料中在瘤胃中未被微生物降解而直接進入腸道后消化道的部分。過瘤胃蛋白質調控的主要目的是減少蛋白質在瘤胃的降解，提高進入小腸的氨基酸數量和質量。
1.2 過瘤胃蛋白的作用
飼料粗蛋白（CP）在瘤胃中的降解是影響反芻動物瘤胃發酵和氨基酸供應的一個重要因素。反芻動物的氨基酸需要來源于飼料蛋白質中過瘤胃部分和在瘤胃發酵過程中合成的微生物菌體蛋白以及少量的內源蛋白質，其中瘤胃非降解的蛋白質是動物吸收氨基酸的重要來源。此外，瘤胃中飼料蛋白質降解的動力學知識，是科學配置飼糧使瘤胃微生物獲得充足RDP和宿主動物本身獲得充足RUP的基礎。
對于維持飼養和生產水平不高的反芻動物而言，日糧中蛋白質飼料在瘤胃中降解所合成的微生物菌體蛋白和非降解蛋白部分所提供的氨基酸就可以滿足畜體生長和生產需要。但是，快速生長犢牛和高產奶牛（尤其是泌乳初期）對氨基酸需要量很大，當能量一定，氮源充足的情況時，微生物菌體蛋白的產量相對穩定，要滿足畜體的氨基酸需要，達到理想生產性能，只能通過增加過瘤胃蛋白水平解決小腸氨基酸供應量不足的矛盾。
1.3 提高優質蛋白質飼料過瘤胃率的意義
許多研究表明，提高優質蛋白質飼料瘤胃通過率可以提高反芻動物的生產性能（Chen等，1993；Clark等，1992；Huber等，1992；Schwab，1994；A.Can，2002等）。他們的研究表明提高非降解蛋白的數量能夠提高動物的生產性能，非降解蛋白所提供的氨基酸可以補充蛋白質保護后由于瘤胃發酵不足所損失的那部分微生物菌體蛋白的氨基酸。通過瘤胃灌注試驗表明，在產奶過程中，產奶量和乳蛋白合成的第一、第二限制氨基酸分別為賴氨酸和蛋氨酸（King等，1991；Schwab等，1992）。因此，豆粕作為過瘤胃蛋白的供應源在提高產奶量上更具優勢。
大多數試驗研究表明，飼喂過瘤胃保護蛋白含量高的日糧的瘤胃微生物蛋白的流出量明顯降低，進入小腸的飼料蛋白量會明顯增加，流出的總蛋白量即微生物菌體蛋白流量和飼料蛋白流量之和不受影響。
此外，通過合適的保護方法避免優質蛋白質飼料在瘤胃中降解速度過快，可增加過瘤胃蛋白的數量，改善氮的利用率，增加氮的沉積（趙國琦，2003），提高生產力，提高蛋白質飼料的利用率，減少環境污染。
2 常見的蛋白質過瘤胃保護技術及其效果評價
目前常用的保護過瘤胃蛋白質的方法有：甲醛保護、單寧保護、氫氧化鈉保護、丙酸保護、乙醇保護等化學保護方法；干熱、熱壓、膨化、培炒等熱處理方法；蛋白質包被、化合物包被、聚合物包被等物理方法，以及現今認為最環保、保護效果最好的糖加熱復合保護處理，現分述如下。
2.1 化學方法
化學保護方法所采用的化學藥品很廣泛：甲醛、單寧、乙醇、戍二醛、乙二醛、氯化鈉、氫氧化鈉和苯甲叉四胺等。其作用原理是利用它們與蛋白質分子間的甲叉反應，在酸性環境是可逆的特性。目前常用的化學藥品，主要有甲醛、氫氧化鈉、鋅鹽和單寧，且主要用于蛋白質過瘤胃保護。
2.1.1 甲醛處理 甲醛保護蛋白質的理論基礎是甲醛與蛋白質可發生化合反應，形成酸性溶液中可逆的橋鍵，使得處理后的蛋白質在瘤胃弱酸環境中處于不溶解狀態，因而微生物難以對其降解利用。而在到達真胃酸性較強的環境時橋鍵斷裂，在小腸中被水解、消化、吸收。
大多數研究表明利用甲醛處理蛋白質飼料能顯著降低蛋白質在瘤胃內的降解率。Phillips研究認為，反芻家畜較大限度地利用氮的適宜甲醛用量為0.35～0.58ｇ/100ｇCP。任莉（1999）報道，甲醛處理降低了蛋白質的快速降解部分，減慢了蛋白質的降解速度，蛋白質的慢速降解部分呈現增加的趨勢。甲醛保護效果最好的是豆粕、花生餅，棉籽餅和菜籽餅，甲醛處理對它們快速、慢速降解部分的影響也最明顯。李琦華（1999）報道，用2g/kg DM甲醛處理可大幅度降低豆餅干物質和粗蛋白在瘤胃中的降解率，而基本上不影響其在真胃和小腸中的消化，如果甲醛用量超過2g/kg DM可能會造成過保護。
由于甲醛具有毒性，且容易在畜體內殘留，對泌乳牛來講還會提高奶中的甲醛濃度，影響乳的品質，目前在國內外基本已不再使用。
2.1.2 單寧處理 單寧是多羥基酚類化合物，有很強的極性，與蛋白質發生兩種類型的反應，一類為水解反應，在真胃酸性條件下可逆，易為家畜消化利用；另一類為不可逆的縮合反應，降低了飼料的適口性，抑制酶和微生物活性，與蛋白質形成了不良復合物，消化率降低。張曉寧（2005）研究表明水解單寧可降低豆粕干物質和粗蛋白的降解率；單寧酸用量為5%時有明顯作用，10～15%時變化幅度最大。飼糧中的單寧含量對干物質、有機物及磷的消化吸收沒有顯著(P＞0.05)影響；但日糧中中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維及鈣的消化率呈下降趨勢。
2.1.3 氫氧化鈉處理 Mir（1984）等進行了氫氧化鈉處理豆餅和菜籽餅對保護蛋白質避免在瘤胃中降解的研究。當50%的NaOH溶液用量占干物質的2%時，可顯著降低蛋白質的瘤胃降解率，蛋白質的瘤胃降解率最低時堿液的添加量為3%，當添加量增加為4%時，保護效果不佳。Waltz等（1989）用5%的NaOH保護豆粕時，無明顯作用。
2.1.4 乙醇處理 Vander等和Lyrch等研究表明，用70%乙醇處理豆餅，其蛋白質在瘤胃內的降解率顯著低于未處理豆餅。Corley等（1999）研究了用30%、50%、70%、90%的乙醇浸泡處理豆粕，研究結果表明用70%的乙醇浸泡豆粕36h可以提高蛋白質的瘤胃非降解率，降低瘤胃內氮的消失率，而其他濃度的乙醇浸泡處理對豆粕的瘤胃降解率影響不大。
除以上方法外，還有許多學者研究了戍二醛、乙二醛、氯化鈉、丙酸和苯甲義－四胺等化學物質對優質蛋白質飼料的過瘤胃保護作用。Britton（1986）證實，用1～2%鋅鹽（氯化鋅或硫酸鋅）處理豆餅，可減少蛋白質降解，改善犢牛的氮利用狀況。
2.2 加熱處理
加熱處理是在降低飼料中一些抗營養因子作用的一種最常用的方法，也被許多學者證明加熱處理可明顯降低優質蛋白質飼料的過瘤胃率。王學榮等(1989)研究表明，用熱噴處理豆粕喂綿羊可降低12ｈ干物質消失率，提高了進入小腸內氨基酸總量和賴氨酸數量，增加了氮沉積，顯著提高了日增重和羊毛長度。Chalemera等研究表明，加熱處理蛋白質補充料可明顯地降低瘤胃中氨的產生速度。Sahul等用熱處理豆餅飼喂奶牛時，奶牛的產奶量提高。王加啟（1999）認為熱處理蛋白質使其在瘤胃內氮的產量下降、降解率下降等是美拉德反應的結果，它使糖醛基與游離的氨基酸基團發生了不可逆反應。通過加熱處理來保護蛋白質會使半胱氨酸、酪氨酸和賴氨酸等氨基酸受到破壞，同時氨基酸的小腸消化率也會降低。
2.3 物理包被
Brskov等觀察到血粉在瘤胃內完全不降解，并用全血撒到蛋白質補充料上在100℃下干燥，發現在瘤胃內氮的消失率顯著下降，并隨著全血用量的增加氮的消失率極顯著下降。Ｍir等（1995）也證實了以上觀點，他用牛血處理豆餅和菜籽餅的結果表明，各自最佳處理量為1.5Ｌ/kgＤＭ和2.0Ｌ/kgＤＭ。李愛科（1991）研究了蒸煮條件下10%、20%、30%、40%和50%鮮血水平對豆餅蛋白質降解率的影響，結果表明，30%的鮮血水平比較合適。
2.4 復合保護處理
有大量研究表明, 用戊糖保護豆粕成功的降低了豆粕蛋白的瘤胃降解率。戊糖含有多個醛或酮，加熱后可以和蛋白質的氨基酸殘基發生美拉德反應（Non-enzymic browning）。所謂美拉德反應，是廣泛存在于食品、飼料加工中的一種非酶褐變反應，是如胺、氨基酸、蛋白質等氨基化合物和羰基化合物（如還原糖、脂質以及由此而來的醛、酮、多酚、抗壞血酸、類固醇等）之間發生的非酶反應，也稱為羰氨反應(Amino-carbonyl reaction)。美拉德反應機理十分復雜。
影響美拉德反應的重要因素，除了氨基酸種類及還原糖的種類外，還與反應溫度、反應時間、保護劑添加濃度、水分、pH值等有關。如何控制美拉德反應達到最適當加熱程度，是成功保護大豆粕蛋白質的關鍵。理想的保護效果應該是降低保護豆粕蛋白的瘤胃降解率， 而在小腸中的消化、吸收不受影響。國春艷（2007）采用瘤胃尼龍袋法和兩步法分別評定經不同加熱溫度，不同戊糖添加濃度復合處理后豆粕樣品的瘤胃蛋白降解率。結果表明：戊糖濃度、加熱溫度和加熱時間長度都影響豆粕蛋白保護的效果，蛋白瘤胃降解率隨著戊糖濃度的增加、加熱時間的延長、加熱溫度的升高而逐漸降低。楊威（2007）采用瘤胃尼龍袋法和三步法分別評定經戊糖加熱復合處理后豆粕樣品的瘤胃蛋白降解率和小腸消化率，研究表明：利用美拉德反應在糖濃度3%、140℃加熱90min的條件下大豆粕可以獲得最低的瘤胃蛋白降解率及較高的小腸可吸收蛋白，具有較好的保護作用。
楊威（2007）研究4種不同的糖（戊糖、己酮糖、己醛糖、蔗糖）濃度3%、140℃加熱90min條件下對大豆粕、棉籽粕、菜籽粕、棉籽粕蛋白質保護效果。采用半體內法和三步法分別評定各處理組產品的瘤胃蛋白降解率和小腸消化率。結果表明：在此試驗條件下，甲醛、戊糖、己醛糖、蔗糖、己酮糖加熱保護處理對大豆粕、棉籽粕、菜籽粕、花生粕都具有一定的保護作用，其中戊糖的保護效果最為理想，優于甲醛處理組，其他各保護劑的效果均低于甲醛。經過戊糖處理的蛋白質飼料的小腸可吸收蛋白IADP最高；大豆粕對不同保護劑處理較為敏感，其他蛋白質飼料依次為菜粕、棉籽粕和花生粕。
楊威（2008）研究保護大豆粕對奶牛生產的消化性能的影響，結果表明：與飼喂未保護大豆粕組相比，飼喂保護豆粕組顯著提高了奶牛的產奶量（P＜0.05）；與試驗前比較，添加保護豆粕比對照組有利于緩解乳脂、乳蛋白、乳固形物含量的下降，提高了乳中蛋白總量、脂肪總量；日糧中添加保護大豆粕對DM、OM、CP的全消化道消化率沒有影響（P＞0.05），但提高了ADF、NDF的全消化道消化率（P＜0.05）。
因此，采用美拉德反應原理對粕類蛋白保護是一種全新的方法，糖類是一種新型的綠色蛋白保護劑，無殘留、無污染, 符合人們對綠色添加劑的需要。
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