过瘤胃蛋白质饲料保护技术研究进展

2016-10-12 16:49:00
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摘要:过瘤胃蛋白是反刍动物吸收氨基酸的重要来源,降低蛋白质在瘤胃内的降解率能提高动物的生产性能,改善氮的利用,增加氮的沉积,从而提高优质蛋白质饲料的利用率。国内外对过瘤胃蛋白做了大量的研究,包括各种化学方法、热处理方法和物理包被,以及最有推广应用价值的戊糖加热复合保护处理法。


 随着养殖结构的不断调整,我国肉牛和奶牛的饲养规模逐渐由农户散养向工厂规模化养殖转轨。由于饲养管理水平和种质资源的限制,我国肉牛和奶牛的生理健康状况和生产性能普遍低于国外同期水平。其中,就饲养管理水平而言,日粮的蛋白质营养在很大程度上限制了肉牛和奶牛的高生产性能的发挥。国内外的研究表明,生产性能较好的反刍动物和幼龄及青年反刍动物的生产性能受日粮中的过瘤胃蛋白含量水平限制最为明显。

1  过瘤胃蛋白的概述

过瘤胃蛋白的模糊概念在20世纪60年代就已提出,直到1989NRC首次明确提出过瘤胃蛋白质的概念,将反刍动物对蛋白质的需要量分为可降解摄入蛋白(DIPdegraded intake protein)和非降解摄入蛋白(UIPundegraded intake protein)。在英国的新蛋白质中将蛋白质分为降解蛋白质(RDP)和非降解蛋白质(RUPUDP)。瘤胃降解蛋白质RDP和瘤胃非降解蛋白质RUP是饲料粗蛋白中两个功能截然不同的组分。饲料粗蛋白质在瘤胃中可降解部分即瘤胃降解蛋白质RDP,为微生物的生长和微生物蛋白质的合成提供了所需的肽、游离氨基酸和氨。饲料粗蛋白中瘤胃非降解部分可直接进入小肠被吸收。

1.1 过瘤胃蛋白的定义

所谓过瘤胃蛋白(Rumen escape protein)也称为瘤胃非降解蛋白质RUPRuminally undegraded protein是指蛋白质饲料中在瘤胃中未被微生物降解而直接进入肠道后消化道的部分。过瘤胃蛋白质调控的主要目的是减少蛋白质在瘤胃的降解,提高进入小肠的氨基酸数量和质量。

1.2 过瘤胃蛋白的作用

饲料粗蛋白CP在瘤胃中的降解是影响反刍动物瘤胃发酵和氨基酸供应的一个重要因素。反刍动物的氨基酸需要来源于饲料蛋白质中过瘤胃部分和在瘤胃发酵过程中合成的微生物菌体蛋白以及少量的内源蛋白质,其中瘤胃非降解的蛋白质是动物吸收氨基酸的重要来源。此外,瘤胃中饲料蛋白质降解的动力学知识,是科学配置饲粮使瘤胃微生物获得充足RDP和宿主动物本身获得充足RUP的基础。

对于维持饲养和生产水平不高的反刍动物而言,日粮中蛋白质饲料在瘤胃中降解所合成的微生物菌体蛋白和非降解蛋白部分所提供的氨基酸就可以满足畜体生长和生产需要。但是,快速生长犊牛和高产奶牛(尤其是泌乳初期)对氨基酸需要量很大,当能量一定,氮源充足的情况时,微生物菌体蛋白的产量相对稳定,要满足畜体的氨基酸需要,达到理想生产性能,只能通过增加过瘤胃蛋白水平解决小肠氨基酸供应量不足的矛盾。

1.3 提高优质蛋白质饲料过瘤胃率的意义

许多研究表明,提高优质蛋白质饲料瘤胃通过率可以提高反刍动物的生产性能(Chen等,1993Clark等,1992Huber等,1992Schwab1994A.Can2002等)。他们的研究表明提高非降解蛋白的数量能够提高动物的生产性能,非降解蛋白所提供的氨基酸可以补充蛋白质保护后由于瘤胃发酵不足所损失的那部分微生物菌体蛋白的氨基酸。通过瘤胃灌注试验表明,在产奶过程中,产奶量和乳蛋白合成的第一、第二限制氨基酸分别为赖氨酸和蛋氨酸(King等,1991Schwab等,1992)。因此,豆粕作为过瘤胃蛋白的供应源在提高产奶量上更具优势。

大多数试验研究表明,饲喂过瘤胃保护蛋白含量高的日粮的瘤胃微生物蛋白的流出量明显降低,进入小肠的饲料蛋白量会明显增加,流出的总蛋白量即微生物菌体蛋白流量和饲料蛋白流量之和不受影响。

此外,通过合适的保护方法避免优质蛋白质饲料在瘤胃中降解速度过快,可增加过瘤胃蛋白的数量,改善氮的利用率,增加氮的沉积(赵国琦,2003),提高生产力,提高蛋白质饲料的利用率,减少环境污染。

2  常见的蛋白质过瘤胃保护技术及其效果评价

目前常用的保护过瘤胃蛋白质的方法有:甲醛保护、单宁保护、氢氧化钠保护、丙酸保护、乙醇保护等化学保护方法;干热、热压、膨化、培炒等热处理方法;蛋白质包被、化合物包被、聚合物包被等物理方法,以及现今认为最环保、保护效果最好的糖加热复合保护处理,现分述如下。

2.1 化学方法

化学保护方法所采用的化学药品很广泛:甲醛、单宁、乙醇、戍二醛、乙二醛、氯化钠、氢氧化钠和苯甲叉四胺等。其作用原理是利用它们与蛋白质分子间的甲叉反应在酸性环境是可逆的特性。目前常用的化学药品,主要有甲醛、氢氧化钠、锌盐和单宁,且主要用于蛋白质过瘤胃保护。

2.1.1 甲醛处理  甲醛保护蛋白质的理论基础是甲醛与蛋白质可发生化合反应,形成酸性溶液中可逆的桥键,使得处理后的蛋白质在瘤胃弱酸环境中处于不溶解状态,因而微生物难以对其降解利用。而在到达真胃酸性较强的环境时桥键断裂,在小肠中被水解、消化、吸收。

大多数研究表明利用甲醛处理蛋白质饲料能显著降低蛋白质在瘤胃内的降解率。Phillips研究认为,反刍家畜较大限度地利用氮的适宜甲醛用量为0.350.58/100CP。任莉(1999)报道,甲醛处理降低了蛋白质的快速降解部分,减慢了蛋白质的降解速度,蛋白质的慢速降解部分呈现增加的趋势。甲醛保护效果最好的是豆粕、花生饼,棉籽饼和菜籽饼,甲醛处理对它们快速、慢速降解部分的影响也最明显。李琦华(1999)报道,用2g/kg DM甲醛处理可大幅度降低豆饼干物质和粗蛋白在瘤胃中的降解率,而基本上不影响其在真胃和小肠中的消化如果甲醛用量超过2g/kg DM可能会造成过保护。

由于甲醛具有毒性,且容易在畜体内残留,对泌乳牛来讲还会提高奶中的甲醛浓度,影响乳的品质,目前在国内外基本已不再使用。

2.1.2 单宁处理  单宁是多羟基酚类化合物,有很强的极性,与蛋白质发生两种类型的反应,一类为水解反应,在真胃酸性条件下可逆,易为家畜消化利用;另一类为不可逆的缩合反应,降低了饲料的适口性,抑制酶和微生物活性,与蛋白质形成了不良复合物,消化率降低。张晓宁(2005)研究表明水解单宁可降低豆粕干物质和粗蛋白的降解率;单宁酸用量为5%时有明显作用,1015%时变化幅度最大。饲粮中的单宁含量对干物质、有机物及磷的消化吸收没有显著(P0.05)影响;但日粮中中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维及钙的消化率呈下降趋势。

2.1.3 氢氧化钠处理  Mir1984)等进行了氢氧化钠处理豆饼和菜籽饼对保护蛋白质避免在瘤胃中降解的研究。当50%NaOH溶液用量占干物质的2%时,可显著降低蛋白质的瘤胃降解率,蛋白质的瘤胃降解率最低时碱液的添加量为3%,当添加量增加为4%时,保护效果不佳。Waltz等(1989)用5%NaOH保护豆粕时,无明显作用。

2.1.4 乙醇处理  Vander等和Lyrch等研究表明,用70%乙醇处理豆饼,其蛋白质在瘤胃内的降解率显著低于未处理豆饼。Corley等(1999)研究了用30%50%70%90%的乙醇浸泡处理豆粕,研究结果表明用70%的乙醇浸泡豆粕36h可以提高蛋白质的瘤胃非降解率,降低瘤胃内氮的消失率,而其他浓度的乙醇浸泡处理对豆粕的瘤胃降解率影响不大。

除以上方法外,还有许多学者研究了戍二醛、乙二醛、氯化钠、丙酸和苯甲义四胺等化学物质对优质蛋白质饲料的过瘤胃保护作用。Britton1986证实,用12%锌盐氯化锌或硫酸锌处理豆饼,可减少蛋白质降解,改善犊牛的氮利用状况。

2.2 加热处理

加热处理是在降低饲料中一些抗营养因子作用的一种最常用的方法,也被许多学者证明加热处理可明显降低优质蛋白质饲料的过瘤胃率。王学荣等(1989)研究表明,用热喷处理豆粕喂绵羊可降低12h干物质消失率,提高了进入小肠内氨基酸总量和赖氨酸数量,增加了氮沉积,显著提高了日增重和羊毛长度。Chalemera等研究表明,加热处理蛋白质补充料可明显地降低瘤胃中氨的产生速度。Sahul等用热处理豆饼饲喂奶牛时奶牛的产奶量提高。王加启(1999)认为热处理蛋白质使其在瘤胃内氮的产量下降、降解率下降等是美拉德反应的结果,它使糖醛基与游离的氨基酸基团发生了不可逆反应。通过加热处理来保护蛋白质会使半胱氨酸、酪氨酸和赖氨酸等氨基酸受到破坏,同时氨基酸的小肠消化率也会降低。

2.3 物理包被

Brskov等观察到血粉在瘤胃内完全不降解,并用全血撒到蛋白质补充料上在100下干燥,发现在瘤胃内氮的消失率显著下降,并随着全血用量的增加氮的消失率极显著下降。Mir等(1995)也证实了以上观点,他用牛血处理豆饼和菜籽饼的结果表明,各自最佳处理量为1.5/kgDM和2.0/kgDM。李爱科(1991)研究了蒸煮条件下10%20%30%40%50%鲜血水平对豆饼蛋白质降解率的影响,结果表明,30%的鲜血水平比较合适。

2.4 复合保护处理

有大量研究表明, 用戊糖保护豆粕成功的降低了豆粕蛋白的瘤胃降解率。戊糖含有多个醛或酮,加热后可以和蛋白质的氨基酸残基发生美拉德反应Non-enzymic browning。所谓美拉德反应是广泛存在于食品、饲料加工中的一种非酶褐变反应是如胺、氨基酸、蛋白质等氨基化合物和羰基化合物如还原糖、脂质以及由此而来的醛、酮、多酚、抗坏血酸、类固醇等之间发生的非酶反应也称为羰氨反应(Amino-carbonyl reaction)。美拉德反应机理十分复杂。

影响美拉德反应的重要因素除了氨基酸种类及还原糖的种类外还与反应温度、反应时间、保护剂添加浓度、水分、pH值等有关。如何控制美拉德反应达到最适当加热程度是成功保护大豆粕蛋白质的关键。理想的保护效果应该是降低保护豆粕蛋白的瘤胃降解率 而在小肠中的消化、吸收不受影响。国春艳2007采用瘤胃尼龙袋法和两步法分别评定经不同加热温度,不同戊糖添加浓度复合处理后豆粕样品的瘤胃蛋白降解率。结果表明:戊糖浓度、加热温度和加热时间长度都影响豆粕蛋白保护的效果,蛋白瘤胃降解率随着戊糖浓度的增加、加热时间的延长、加热温度的升高而逐渐降低。杨威2007采用瘤胃尼龙袋法和三步法分别评定经戊糖加热复合处理后豆粕样品的瘤胃蛋白降解率和小肠消化率,研究表明:利用美拉德反应在糖浓度3%140加热90min的条件下大豆粕可以获得最低的瘤胃蛋白降解率及较高的小肠可吸收蛋白,具有较好的保护作用。

杨威(2007)研究4种不同的糖(戊糖、己酮糖、己醛糖、蔗糖)浓度3%140加热90min条件下对大豆粕、棉籽粕、菜籽粕、棉籽粕蛋白质保护效果。采用半体内法和三步法分别评定各处理组产品的瘤胃蛋白降解率和小肠消化率。结果表明:在此试验条件下,甲醛、戊糖、己醛糖、蔗糖、己酮糖加热保护处理对大豆粕、棉籽粕、菜籽粕、花生粕都具有一定的保护作用,其中戊糖的保护效果最为理想,优于甲醛处理组,其他各保护剂的效果均低于甲醛。经过戊糖处理的蛋白质饲料的小肠可吸收蛋白IADP最高;大豆粕对不同保护剂处理较为敏感,其他蛋白质饲料依次为菜粕、棉籽粕和花生粕。

杨威(2008)研究保护大豆粕对奶牛生产的消化性能的影响,结果表明:与饲喂未保护大豆粕组相比,饲喂保护豆粕组显著提高了奶牛的产奶量(P0.05);与试验前比较,添加保护豆粕比对照组有利于缓解乳脂、乳蛋白、乳固形物含量的下降,提高了乳中蛋白总量、脂肪总量;日粮中添加保护大豆粕对DMOMCP的全消化道消化率没有影响(P0.05),但提高了ADFNDF的全消化道消化率(P0.05)。

因此,采用美拉德反应原理对粕类蛋白保护是一种全新的方法,糖类是一种新型的绿色蛋白保护剂无残留、无污染, 符合人们对绿色添加剂的需要。


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