過(guò)瘤胃蛋氨酸應(yīng)用研究進(jìn)展

李莉，凌浩，雷坤，李鑫垚，張佩華

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院/湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128）

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)得到迅速發(fā)展，但也面臨飼料資源日趨緊張的問(wèn)題，特別是蛋白質(zhì)飼料缺乏已經(jīng)成為限制我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要因素[1]。在反芻動(dòng)物養(yǎng)殖中，蛋白質(zhì)類飼料的缺乏和利用率偏低成為制約反芻動(dòng)物生產(chǎn)的主要因素[2]，致使養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益大大降低。而過(guò)瘤胃蛋氨酸作為一種蛋白質(zhì)添加劑，對(duì)減緩蛋白質(zhì)飼料緊張、促進(jìn)反芻動(dòng)物生產(chǎn)發(fā)展則起到了積極作用。

1 蛋氨酸理化性質(zhì)和過(guò)瘤胃蛋氨酸的功能

氨基酸營(yíng)養(yǎng)是反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的實(shí)質(zhì)和核心。蛋氨酸因其分子中含有S-甲基，又稱甲硫氨酸，是動(dòng)物的必需氨基酸，同時(shí)也是反芻動(dòng)物的限制性氨基酸，在動(dòng)物體內(nèi)可參與多種轉(zhuǎn)甲基的反應(yīng)，生成多種含甲基的生理活性物質(zhì)[3]。蛋氨酸(Met)與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、核酸和蛋白質(zhì)合成等許多生理生化過(guò)程密切相關(guān)，是維持動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和各項(xiàng)生理活動(dòng)的必需氨基酸，也是機(jī)體重要的甲基供體，在肝臟一碳單位循環(huán)及相關(guān)代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用[4]。蛋氨酸可作為營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，改善氨基酸平衡，在肝臟保護(hù)、心肌保護(hù)、防霉袪毒等方面發(fā)揮重大功能。缺乏蛋氨酸會(huì)引起動(dòng)物發(fā)育不良、體重減輕、肝腎機(jī)能減弱、肌肉萎縮、皮毛變質(zhì)、乳品質(zhì)下降等。但蛋氨酸在所有氨基酸中也是毒性最強(qiáng)的，過(guò)量添加會(huì)打破動(dòng)物自身平衡而損傷機(jī)體組織器官[5]。

由于反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)存在厭氧真菌、細(xì)菌等各種大量復(fù)雜、多樣、非致病的微生物[6]，可以降解攝入的蛋白質(zhì)，所以在日糧中直接添加蛋氨酸會(huì)被瘤胃微生物部分或完全降解，致使蛋氨酸的利用率只能達(dá)到40%～80%[7]，最終到達(dá)小腸可被吸收利用的蛋氨酸很少。Patterson等研究發(fā)現(xiàn)，DL-蛋氨酸在瘤胃內(nèi)只能維持穩(wěn)定3～4h，能夠進(jìn)入小腸的蛋氨酸很少，無(wú)法滿足動(dòng)物的需要[8]。蛋氨酸作為反芻動(dòng)物的第一或第二限制性氨基酸，對(duì)其生產(chǎn)性能具有重大影響，生產(chǎn)中一般利用過(guò)瘤胃技術(shù)補(bǔ)飼氨基酸的方式來(lái)緩解蛋氨酸不足的問(wèn)題。

2 過(guò)瘤胃蛋氨酸的分類

過(guò)瘤胃蛋氨酸又稱為瘤胃保護(hù)性蛋氨酸，即運(yùn)用過(guò)瘤胃技術(shù)將蛋氨酸以某種方式修飾或保護(hù)起來(lái)，避免被瘤胃微生物分解，從而通過(guò)瘤胃被小腸吸收利用。為防止蛋氨酸在瘤胃中降解，在添加前要進(jìn)行物理或化學(xué)方法修飾等保護(hù)性處理[9]。

（1）物理保護(hù)法：對(duì)蛋氨酸進(jìn)行包埋處理，選擇例如油脂、纖維素等pH敏感型的壁材將蛋氨酸進(jìn)行包被處理或制成微膠囊，使蛋氨酸在瘤胃內(nèi)不被降解而在瓣胃（或十二指腸）里面能夠被分解游離出來(lái)，被小腸吸收利用，進(jìn)而供機(jī)體利用[10]。

物理保護(hù)法主要包括：①利用聚合物包被蛋氨酸；②利用脂肪包被蛋氨酸；③利用殼聚糖包被蛋氨酸；④其他方法，如熱處理以及酵母富集氨基酸[11]。

（2）化學(xué)保護(hù)法：通過(guò)化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程將蛋氨酸轉(zhuǎn)化為相關(guān)的衍生物、聚合物或螯合物，使其因?yàn)榛瘜W(xué)結(jié)構(gòu)不同而不被瘤胃微生物所利用，從而直接通過(guò)瘤胃，在瓣胃和小腸中被機(jī)體吸收利用，在肝臟中經(jīng)過(guò)酶的轉(zhuǎn)化再次轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍彼醄12]。

化學(xué)保護(hù)法的制品主要有：①蛋氨酸羥基類似物，主要有羥基蛋氨酸鈣（MHA-Ca）、2-羥基-4-甲硫基丁酸（HMB）和2-羥基-4-甲硫基丁酸異丙酯[HMBi][13]。HMB在反芻動(dòng)物瘤胃中易被降解[14]，HMBi是用異丙醇與HMB發(fā)生酯化反應(yīng)后生成的，在反芻動(dòng)物體內(nèi)先被瘤胃壁快速吸收，之后分解為HMB，然后經(jīng)轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)生成蛋氨酸，可以彌補(bǔ)HMB易被瘤胃微生物降解的缺點(diǎn)[15]。②氨基酸金屬螯合物。微量元素在動(dòng)物體內(nèi)不可缺少，其與氨基酸制成螯合物具有使用方便、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、適口性好、能顯著提升吸收利用率等優(yōu)點(diǎn)。養(yǎng)殖生產(chǎn)中常用的氨基酸金屬螯合物主要包括蛋氨酸鋅、蛋氨酸硒、蛋氨酸銅等[16]。

3 國(guó)內(nèi)外過(guò)瘤胃蛋氨酸在反芻動(dòng)物上的研究應(yīng)用

3.1 過(guò)瘤胃蛋氨酸在牛上的應(yīng)用

Ayala等試驗(yàn)研究得出在日糧中添加過(guò)瘤胃蛋氨酸能夠提升奶牛血漿中總膽固醇與葡萄糖濃度，降低血漿尿素氮含量[17]。孫華等[18]于早、中、晚分別給處于泌乳高峰期荷斯坦牛（日產(chǎn)奶量30kg以上）飼喂過(guò)瘤胃蛋氨酸（每次25g/頭），提高了日均產(chǎn)奶量、乳蛋白率。韓兆玉等[19]在熱應(yīng)激奶牛日糧中添加16g過(guò)瘤胃蛋氨酸，結(jié)果提升了平均日產(chǎn)奶量、乳脂率、乳糖含量和非脂固形物含量，同時(shí)谷胱甘肽過(guò)氧化酶和超氧化物歧化酶活力也得以提高。熊春梅等[20]的研究得出，添加過(guò)瘤胃蛋氨酸能提高奶牛的產(chǎn)奶量和乳脂率；Noftsger等[21]亦得出了奶牛日均產(chǎn)奶量和乳蛋白含量增加的結(jié)論。Misciattelli等試驗(yàn)得出，奶牛日糧添加12g瘤胃保護(hù)性蛋氨酸，可以顯著提高乳脂率水平[22]。Pruekvimolphan等向奶牛日糧中添加過(guò)瘤胃蛋氨酸，發(fā)現(xiàn)能提高奶產(chǎn)量[23]。Waggoner等研究指出，給安格斯雜交閹牛每天添加14g過(guò)瘤胃蛋氨酸可以提升血漿尿素氮和血清胰島素樣生長(zhǎng)因子含量，降低血漿纈氨酸含量[24]。Archibeque等在安格斯育肥牛代謝試驗(yàn)上的研究表明，日糧添加過(guò)瘤胃蛋氨酸可以提升氮的存留量和氮的表觀生物學(xué)價(jià)值，降低尿氮含量[25]。Williams等得出日糧中添加過(guò)瘤胃蛋氨酸可以提升安格斯雜交閹牛日增重結(jié)論[26]。Liker等報(bào)道，日糧添加過(guò)瘤胃蛋氨酸能夠降低夏洛來(lái)肉牛血漿總蛋白、白蛋白、尿素氮含量，提高總膽固醇、血漿血糖、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、肌酐含量[27]。Berthiaume等對(duì)初產(chǎn)牛進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)添加過(guò)瘤胃蛋氨酸后乳中真蛋白含量提高[28]。Misciateellit 等試驗(yàn)得出，在泌乳早期奶牛日糧中添加過(guò)瘤胃蛋氨酸，乳脂肪和乳蛋白含量提高，并認(rèn)為這可能是因?yàn)檫^(guò)瘤胃蛋氨酸影響了體液代謝造成的[29]。王永康等通過(guò)試驗(yàn)得出，給奶牛補(bǔ)飼過(guò)瘤胃蛋氨酸15g/d，奶牛的生產(chǎn)性能能夠提升，特別是可增加產(chǎn)奶量[30]。Pisulewski在奶牛日糧中添加過(guò)瘤胃蛋氨酸提升了乳脂率，認(rèn)為這可能與Met影響乳腺中短鏈和中鏈脂肪酸合成有關(guān)[31]，但認(rèn)為此機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究。

3.2 過(guò)瘤胃蛋氨酸在羊上的應(yīng)用

斯欽等試驗(yàn)研究表明，在內(nèi)蒙古細(xì)毛羯羊日糧中添加過(guò)瘤胃蛋氨酸能夠提升平均日增重、羊毛增長(zhǎng)量和單位面積羊毛重量[32]。Wright等[33]的研究結(jié)果表明，按照基礎(chǔ)日糧干物質(zhì)量的0、0.03%、0.06%、0.09%和0.12%分別添加過(guò)瘤胃蛋氨酸，羔羊血漿中的Met含量分別為3.34、4.01、4.12、4.05和4.32μmol/dL；血漿中的Lys（賴氮酸）含量分別為12.26、14.57、14.85、13.87和13.71μmol/dL，說(shuō)明給羔羊飼喂過(guò)瘤胃蛋氨酸可以提高血漿Met和Lys的含量。王慧媛等在雜交羊日糧中分別添加0、3、6、9g/d過(guò)瘤胃蛋氨酸，結(jié)論表明添加3g/d組日增重和體增重最佳[34]。陳東等發(fā)現(xiàn)在山羊飼糧中添加過(guò)瘤胃蛋氨酸能顯著升高血清總氨基酸含量和生長(zhǎng)激素水平[35]。燕磊等在小尾寒羊日糧中添加0.485%過(guò)瘤胃蛋氨酸，結(jié)果尿氮排出量、尿中尿素氮含量及其占食入氮比值顯著降低（P＜0.05），極顯著提高了氮的沉積（P＜0.01）[36]。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于過(guò)瘤胃蛋氨酸對(duì)泌乳期奶牛的產(chǎn)奶性能和血液指標(biāo)影響的研究較多，對(duì)泌乳期奶山羊的產(chǎn)奶性能、血液指標(biāo)的影響研究較少。

4 過(guò)瘤胃蛋氨酸有效性的檢測(cè)與評(píng)定

最終進(jìn)入十二指腸中的蛋氨酸含量與過(guò)瘤胃蛋氨酸在瘤胃內(nèi)的降解率及其在小腸內(nèi)的釋放率有關(guān)，所以可通過(guò)測(cè)定這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)檢測(cè)和評(píng)定過(guò)瘤胃蛋氨酸的有效性[37]。

現(xiàn)今，主要有4種方法測(cè)定過(guò)瘤胃蛋氨酸的有效性：①體內(nèi)法，計(jì)算出動(dòng)物基礎(chǔ)日糧與被測(cè)過(guò)瘤胃蛋氨酸在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)瘤胃中的總游離蛋氨酸量，它們的差值即蛋氨酸在瘤胃內(nèi)的動(dòng)態(tài)釋放率。②體外法，包括溶解度法、酶解法和人工瘤胃法。人工瘤胃法主要分為短期人工瘤胃法和長(zhǎng)期人工瘤胃法，長(zhǎng)期人工瘤胃法與短期人工瘤胃法相比，能更準(zhǔn)確地模擬瘤胃環(huán)境，動(dòng)態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)情況[38]。黃金果等應(yīng)用瘤胃尼龍袋法和雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)檢驗(yàn)過(guò)瘤胃蛋氨酸在瘤胃中的穩(wěn)定性，得出不同形式保護(hù)性蛋氨酸在雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中的降解趨勢(shì)與在瘤胃中的降解趨勢(shì)相似，且應(yīng)用雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)測(cè)定不同時(shí)間段過(guò)瘤胃蛋氨酸的釋放率比較簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，與瘤胃尼龍袋法相比不同時(shí)間段的釋放率均存在強(qiáng)相關(guān)[39]，因此連續(xù)培養(yǎng)法更適合做篩選氨基酸保護(hù)方法的研究。③半體內(nèi)法，也就是利用尼龍袋技術(shù)測(cè)定蛋氨酸釋放率的方法。該方法能夠較準(zhǔn)確地反映動(dòng)物對(duì)過(guò)瘤胃蛋氨酸的真實(shí)降解率，是最為常用的一種方法，但結(jié)果容易受試驗(yàn)動(dòng)物個(gè)體生理?xiàng)l件、過(guò)瘤胃蛋氨酸產(chǎn)品的溶解性等外在因素的影響[40]。④血液反應(yīng)法，即通過(guò)測(cè)定血液中蛋氨酸含量的高低來(lái)評(píng)價(jià)過(guò)瘤胃蛋氨酸產(chǎn)品的有效性。原理是日糧中的蛋氨酸到達(dá)小腸后會(huì)被其吸收利用，血清中的游離蛋氨酸濃度會(huì)隨之增加[41]。血清游離氨基酸含量與抵達(dá)小腸的氨基酸量呈正相關(guān)，因此，檢測(cè)血清游離氨基酸水平能夠獲知?jiǎng)游餀C(jī)體氨基酸吸收利用狀況[42]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，過(guò)瘤胃蛋氨酸具有較好的生物學(xué)效價(jià)，對(duì)反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、減緩蛋白質(zhì)飼料資源緊張有著積極的作用，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中有著廣闊的前景。但目前過(guò)瘤胃蛋氨酸的應(yīng)用也存在一些問(wèn)題，例如反芻動(dòng)物的適宜添加量尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，添加量與不同的日糧粗蛋白水平之間還需要找到一個(gè)平衡點(diǎn)；過(guò)瘤胃蛋氨酸存在過(guò)度保護(hù)或保護(hù)不夠等應(yīng)用現(xiàn)狀；過(guò)瘤胃蛋氨酸在動(dòng)物體內(nèi)的作用機(jī)理、代謝途徑等方面還需進(jìn)一步研究等，對(duì)此還需大力加強(qiáng)相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用方面的研究。