反芻動(dòng)物對(duì)瘤胃非降解蛋白質(zhì)利用的研究

■吳 甜 趙欽君 劉大森

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

1 反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的消化代謝過(guò)程

目前，蛋白質(zhì)在反芻動(dòng)物體內(nèi)的吸收代謝過(guò)程已基本了解，由于反芻動(dòng)物消化道的特殊性，造成其對(duì)飼料中蛋白質(zhì)的吸收代謝明顯不同于單胃動(dòng)物[1]。當(dāng)飼料蛋白質(zhì)進(jìn)入瘤胃時(shí)，在瘤胃微生物的作用下，一部分被分解為肽、氨基酸及氨氮類，作為瘤胃微生物的氮源，從而合成微生物蛋白（MCP），即為瘤胃降解蛋白（RDP）。余下沒(méi)有被降解的飼料蛋白質(zhì)與微生物蛋白則同時(shí)進(jìn)入小腸，在消化酶的作用下被消化，然后被吸收，用于畜產(chǎn)品生產(chǎn)蛋白質(zhì)或者自身的組織修復(fù)。而這一未被瘤胃所分解的蛋白質(zhì)即為瘤胃非降解蛋白（RUP）或者過(guò)瘤胃蛋白（UDP）。小部分即不被消化也不被分解的飼料蛋白質(zhì)則直接從糞便中排出[2]。

MCP、RDP（包括小肽）和動(dòng)物內(nèi)源分泌的蛋白質(zhì)為反芻動(dòng)物吸收所必需氨基酸的來(lái)源，其中瘤胃微生物蛋白質(zhì)為主要來(lái)源。高產(chǎn)動(dòng)物日糧中必需氨基酸的供應(yīng)主要由微生物蛋白和瘤胃非降解蛋白決定[3]，因此瘤胃非降解蛋白質(zhì)的研究對(duì)畜牧業(yè)具有重大意義。

2 瘤胃非降解蛋白質(zhì)的作用、意義

日糧蛋白質(zhì)在反芻動(dòng)物瘤胃中的降解程度對(duì)其瘤胃發(fā)酵及氨基酸供應(yīng)均有重要影響。奶牛蛋白質(zhì)需要量的60%由日糧中RDP供給，而另外的40%則必須由RUP來(lái)提供。RDP可為瘤胃微生物合成微生物蛋白質(zhì)提供氨基酸、小肽和氨等物質(zhì)。通常情況下，對(duì)于中、低生產(chǎn)水平的反芻動(dòng)物而言，微生物蛋白合成量相對(duì)穩(wěn)定，能夠滿足動(dòng)物體對(duì)生長(zhǎng)和生產(chǎn)需要；但對(duì)泌乳期等高產(chǎn)反芻動(dòng)物來(lái)說(shuō)，只依靠瘤胃微生物合成微生物蛋白很難滿足其對(duì)蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的大量需求，只有增加瘤胃非降解蛋白的數(shù)量才能滿足其生長(zhǎng)需求[4]。馬慧等通過(guò)對(duì)荷斯坦奶牛飼喂BIOPASS優(yōu)質(zhì)過(guò)瘤胃蛋白日糧，研究結(jié)果表明其產(chǎn)奶量、乳蛋白量、乳脂率以及乳糖含量等均明顯增加，說(shuō)明高含量過(guò)瘤胃蛋白日糧可改善奶牛小腸氨基酸平衡、提高乳品質(zhì)[5]。瘤胃RUP既受日糧原料的影響，也受處理方法的影響。黃虎平等用10.0%的甲醛處理豆粕（0.5 ml甲醛/kg豆粕），研究結(jié)果表明，與未處理蛋白質(zhì)相比，處理組的瘤胃非降解蛋白質(zhì)中的瘤胃慢速降解部分降解速率顯著升高，快速降解部分降解速率降低[6]。

研究表明，對(duì)飼料蛋白質(zhì)過(guò)瘤胃保護(hù)不可避免會(huì)損失一些必需氨基酸，而瘤胃非降解蛋白中所提供的氨基酸可彌補(bǔ)這部分損失，因此提高飼料過(guò)瘤胃蛋白可提高反芻動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。并且，對(duì)瘤胃非降解蛋白進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，可使蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)的降解率降低，且小腸內(nèi)氨基酸質(zhì)量和數(shù)量均有所提高，可避免高品質(zhì)蛋白被降解為低品質(zhì)微生物蛋白，提高飼料過(guò)瘤胃蛋白率，減少氮對(duì)環(huán)境的污染，與此同時(shí)滿足泌乳期等高生產(chǎn)水平反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的大量需求，并提高其生長(zhǎng)性能[7]。

3 影響飼料蛋白質(zhì)過(guò)瘤胃率的因素

李建國(guó)等認(rèn)為，影響飼料蛋白質(zhì)過(guò)瘤胃率的因素有：飼料蛋白質(zhì)溶解性越大，在瘤胃中的降解速率就越快；隨采食量的提高，日糧蛋白質(zhì)在瘤胃的降解率顯著降低；蛋白質(zhì)飼料在瘤胃內(nèi)的停留時(shí)間與飼料蛋白質(zhì)的降解率成正比關(guān)系，飼料在瘤胃內(nèi)停留時(shí)間越短，蛋白質(zhì)被瘤胃微生物降解的速率越低；且飼料的加工與儲(chǔ)存方式、飼喂頻率、瘤胃內(nèi)pH值、環(huán)境溫度等都會(huì)影響其在瘤胃中的降解速率[8]。王玲等認(rèn)為，瘤胃氨濃度、游離脂肪酸、瘤胃內(nèi)容物外流速度均能對(duì)飼料蛋白質(zhì)過(guò)瘤胃率造成影響，其中瘤胃內(nèi)氨濃度與谷蛋白的降解率呈正比，游離脂肪酸通過(guò)抑制蛋白質(zhì)的水解而影響其降解率；但液態(tài)和固態(tài)食糜的瘤胃液外流速度對(duì)瘤胃非降解蛋白降解率的影響程度目前尚不明確[7]。

4 瘤胃非降解蛋白測(cè)定方法

瘤胃非降解蛋白的測(cè)定主要有4種方法，體內(nèi)法、試驗(yàn)動(dòng)物模擬法、移動(dòng)尼龍袋法和體外法。

體內(nèi)法是直接測(cè)定瘤胃非降解蛋白消化率的一種方法，其原理為分別測(cè)定試驗(yàn)動(dòng)物采食的飼料蛋白質(zhì)與真胃、十二指腸食糜中未被消化飼料蛋白質(zhì)，之后用兩者之差來(lái)計(jì)算飼料蛋白質(zhì)的消化率，可作為其他測(cè)量方法的參考標(biāo)準(zhǔn)，具體操作方法包括梯度日糧法和差異法[9]。但是體內(nèi)法需要考慮動(dòng)物自身狀況，飼養(yǎng)成本以及時(shí)間精力等問(wèn)題，所以并不提倡。

試驗(yàn)動(dòng)物模擬方法是采用小鼠、去盲腸雞等較小的試驗(yàn)動(dòng)物來(lái)測(cè)定瘤胃微生物蛋白和瘤胃非降解蛋白的消化率。但反芻動(dòng)物與單胃動(dòng)物在消化代謝、吸收能力上均存在明顯差異，試驗(yàn)不可避免會(huì)受到較大影響。因此，尋找更適合的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是完善該方法的主要任務(wù)[10]。

移動(dòng)尼龍袋法（MBT）相對(duì)簡(jiǎn)易，并且成本較低，具有很好的重復(fù)性，Hvelplund等人研究發(fā)現(xiàn)，雖然移動(dòng)尼龍袋法與體內(nèi)法相關(guān)性良好R2=0.81，但移動(dòng)尼龍袋法仍然十分依賴于裝有瘤胃瘺管或十二指腸瘺管的試驗(yàn)動(dòng)物[11]。

近年來(lái)，隨著酶學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體外法也漸漸被更多的采用，體外法是模擬試驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)的消化過(guò)程，即在特定的pH值和溫度下用一種酶或酶的混合物來(lái)培養(yǎng)飼料樣品，其成本低，重復(fù)性好，且易操作，但不能完全模擬試驗(yàn)動(dòng)物的體內(nèi)環(huán)境。Calsamiglia等綜合移動(dòng)尼龍袋法和體外法的方法特點(diǎn)，建立了三步體外法。該方法首先使用移動(dòng)尼龍袋法獲得瘤胃未降解殘?jiān)?，之后分別用胃蛋白酶和胰酶制劑對(duì)其進(jìn)行酶解，直接測(cè)定過(guò)瘤胃蛋白消化率。該方法能較好地模擬試驗(yàn)動(dòng)物生理?xiàng)l件，易于標(biāo)準(zhǔn)化操作，省時(shí)省力[12]，且在試驗(yàn)條件相對(duì)簡(jiǎn)陋，缺乏裝有瘤胃瘺管的試驗(yàn)動(dòng)物時(shí)，也可直接用飼料原樣替代，從而測(cè)定其消化率。有些研究的結(jié)論是三步法與體內(nèi)法間相關(guān)性良好：Stern等研究表明，在測(cè)定蛋白質(zhì)小腸可消化率時(shí)，三步體外法與體內(nèi)法之間具有相對(duì)較高的相關(guān)性（R2=0.91）[13]；Antoniewicz等用移動(dòng)尼龍袋法和三步體外法分別測(cè)定4種不同來(lái)源的蛋白質(zhì)飼料，發(fā)現(xiàn)這兩種方法測(cè)定值之間的相關(guān)性良好（R2=0.810 0）[14]；Van Stralen等也報(bào)道了這兩種方法有很強(qiáng)的相關(guān)（R2=0.900 0）[15]；岳群等的研究也表明三步法和移動(dòng)尼龍袋法測(cè)定值之間相關(guān)性較好（R2=0.891 2）[8]。但原始三步體外法亦存在諸多弊端，例如試驗(yàn)所使用的胃蛋白酶（P-702）成本較高，采用的三氯乙酸會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，以及無(wú)法直接測(cè)定瘤胃非降解蛋白小腸可消化氨基酸等。

糾其弊端，Gargallo等對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，建立了新的三步體外法測(cè)定瘤胃非降解蛋白小腸可消化率[16]。王燕等通過(guò)用原始三步體外法和改進(jìn)的三步體外法兩種方法測(cè)定蛋白質(zhì)飼料、能量飼料以及其它所測(cè)飼料的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)移動(dòng)尼龍袋法與改進(jìn)的三步體外法的相關(guān)性測(cè)定值均高于原始三步體外法的測(cè)定值，因此說(shuō)明新的三步體外法能更準(zhǔn)確地測(cè)定瘤胃非降解蛋白小腸可消化率[17]。

5 提高飼料過(guò)瘤胃蛋白的方法

倪麗麗等研究結(jié)果表明，對(duì)飼料蛋白質(zhì)的適當(dāng)保護(hù)可使蛋白質(zhì)飼料在瘤胃中的降解速率下降，增加飼料瘤胃非降解蛋白的數(shù)量，增加氮的沉積，提高氮的利用率，減少氮的排泄而對(duì)環(huán)境造成的污染，提高對(duì)飼料蛋白質(zhì)的利用[18]。Kung等研究發(fā)現(xiàn)，增加奶牛日糧中過(guò)瘤胃蛋白比例，可使其產(chǎn)乳量提高[19]。王登峰等研究結(jié)果也表明，隨日糧RUP水平的提高，產(chǎn)奶量、乳脂量以及乳蛋白量均趨于顯著的增加趨勢(shì)[20]。因此可通過(guò)熱處理、化學(xué)處理和物理包被等方法處理飼料蛋白質(zhì)，使其物理特性、化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生一些不同程度的變化，從而達(dá)到保護(hù)瘤胃非降解蛋白的目的。

5.1 加熱處理

加熱處理即在加熱同時(shí)采用物理化學(xué)復(fù)合法進(jìn)行處理，包括焙炒、干熱、高壓加熱、蒸汽加熱等。加熱處理將蛋白質(zhì)分子的疏水基團(tuán)更多的暴露于表面，導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞且溶解度下降，從而使瘤胃對(duì)飼料蛋白質(zhì)降解速率下降[21]。陳萍等研究了生大豆、烘烤大豆以及膨化大豆不同加工類型的全脂大豆對(duì)奶牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的表觀消化率、產(chǎn)奶性能和乳脂肪酸等的影響；同時(shí)影響了瘤胃發(fā)酵，生大豆組日糧降低瘤胃液乙酸濃度及乙丙酸比例，烘烤大豆組和膨化大豆組日糧能夠降低瘤胃液中的氨氮濃度[22]。但是王加啟認(rèn)為，熱處理蛋白質(zhì)可使糖醛基與游離的氨基酸基團(tuán)之間發(fā)生不可逆反應(yīng)，且瘤胃內(nèi)氮產(chǎn)量及其降解率均下降[23]。因此，為提高餅粕類飼料蛋白質(zhì)過(guò)瘤胃率，加熱處理需要精確其溫度、濕度、時(shí)間、壓力等。

5.2 包被處理

5.2.1 血包被法

白蛋白可在蛋白質(zhì)飼料顆粒外層形成一層可減少瘤胃微生物與蛋白質(zhì)的相互作用的保護(hù)膜，在某種程度上避免其在瘤胃內(nèi)快速分解。目前應(yīng)用較廣的富含白蛋白的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有卵清蛋白、乳清蛋白和全血等。

5.2.2 化合物、聚合物包被法

由于反芻動(dòng)物瘤胃與皺胃的pH值存在一定差別，因此，此法即用一些在中性或弱酸性條件下不易溶解而在強(qiáng)酸條件下易溶解的物質(zhì)將飼料蛋白質(zhì)包被起來(lái)，保護(hù)飼料蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)不被降解。目前的包被材料主要有植物油、脂肪聚合物、膠囊等[24]。

5.3 化學(xué)處理

主要在日糧中添加甲醛、單寧等化學(xué)試劑或使其發(fā)生非酶促褐化反應(yīng)等。甲醛可與日糧中的蛋白質(zhì)發(fā)生甲叉反應(yīng)而形成一種特殊橋鍵，保護(hù)蛋白質(zhì)分子在瘤胃弱酸環(huán)境中不被降解，但這種反應(yīng)在強(qiáng)酸環(huán)境下屬于可逆反應(yīng)。在其到達(dá)真胃酸性較強(qiáng)的環(huán)境時(shí)該特殊橋鍵斷裂，在進(jìn)入小腸時(shí)，被蛋白酶所水解、消化、吸收[4]。對(duì)于甲醛的劑量要掌握恰當(dāng)，如果使用劑量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)在小腸內(nèi)分解能力減弱，增加糞氮排放量，降低蛋白質(zhì)利用率[25]；單寧則通過(guò)與瘤胃中膠體蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種不溶性復(fù)合物，而導(dǎo)致飼料中蛋白質(zhì)在瘤胃中很難被降解[26]。袁英良研究了縮合單寧的最適添加量以及對(duì)飼料瘤胃非降解蛋白質(zhì)的影響，并發(fā)現(xiàn)在日糧中添加3%縮合單寧對(duì)瘤胃發(fā)酵及微生物的影響均不顯著，但蛋白質(zhì)的利用率顯著提高[27]。非酶促褐化反應(yīng)則是利用還原糖處理蛋白質(zhì)飼料，使在加熱的情況下發(fā)生美拉德反應(yīng)，該方法可減少飼料蛋白質(zhì)在反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)的降解，使日糧中瘤胃非降解蛋白含量增加。除此之外還可添加鋅鹽、氫氧化鈉、乙醇、戊二醛、乙二醛、氯化鈉和苯甲叉四胺等均可對(duì)飼料瘤胃非降解蛋白質(zhì)起到保護(hù)作用。

5.4 生物學(xué)調(diào)控方法

利用生物學(xué)方法調(diào)控反芻動(dòng)物瘤胃微生物活性以及菌群的組成，不僅可以提高飼料蛋白質(zhì)的利用率，還可使反芻動(dòng)物的生產(chǎn)性能提高，適當(dāng)提高乳品質(zhì)。目前可通過(guò)添加植物精油、莫能菌素和海南霉素等抗生素降低微生物分解蛋白質(zhì)的活性，達(dá)到提高飼料蛋白質(zhì)過(guò)瘤胃率的目的[28]。

6 小結(jié)

目前的種種研究表明，反芻動(dòng)物以農(nóng)副產(chǎn)品為基礎(chǔ)日糧時(shí)，用過(guò)瘤胃蛋白質(zhì)飼料飼喂反芻動(dòng)物可以提高其生長(zhǎng)狀況及泌乳期間的飼料轉(zhuǎn)化率。通過(guò)對(duì)瘤胃非降解蛋白質(zhì)的研究，近而提高飼料過(guò)瘤胃蛋白率不僅有利于反芻動(dòng)物的生長(zhǎng)，提高其經(jīng)濟(jì)效益，且對(duì)養(yǎng)殖業(yè)及飼料產(chǎn)業(yè)均有重要意義。