基于理想蛋白氨基酸模式评定蜜蜂蛋白质饲料

郗学鹏 王红芳 胥保华

（1 山东农业大学动物科技学院，泰安271018）

基于理想蛋白氨基酸模式评定蜜蜂蛋白质饲料

郗学鹏 王红芳 胥保华

（1 山东农业大学动物科技学院，泰安271018）

随着养蜂业的发展以及养蜂生产水平的提高，蜜蜂饲料的使用在我国已经越来越普遍，但大多数饲料为蜂农粗略自制，导致其质量与饲喂效果千差万别。深入研究蜜蜂营养需要和蜜蜂饲料的营养价值评定显得尤为迫切。借鉴理想蛋白氨基酸模式（ideal protein amino acid pattern,IPAAP）能够客观的评定饲料蛋白质的营养价值。本文综述了理想蛋白氨基酸模式的原理及其研究方法，并对通过IPAAP评定蜜蜂蛋白质饲料营养价值的可行性进行了分析。

蜜蜂饲料；蛋白饲料营养价值评定；理想蛋白氨基酸模式

饲料蛋白质的营养价值指的是单位饲料蛋白质满足动物需要的一种程度或度量。饲料蛋白质营养价值包含相对营养价值、绝对营养价值和潜在营养价值三个方面的内容[1]。绝对营养价值是以饲料蛋白质转化为畜产品蛋白质的利用情况作为评定“满足动物需要程度”的度量标准，一般通过氮平衡试验法和生长试验法予以测定；相对营养价值是以饲料蛋白质的某些化学分析指标或生物学测定指标或根据某些参数所获得的估计指标作为评定“满足动物需要程度”的度量标准；潜在营养价值则是在假定饲料氨基酸间比例关系完全符合畜禽“理想蛋白质”氨基酸平衡模式，即畜禽对其利用率为100%的前提下，根据化学分析方法或生物学试验方法所获得的某些参数，通过特定方法所获得的估计指标作为评定“满足动物需要程度”的度量标准。蛋白质饲料营养价值的评定方法有许多，包括蛋白质效率比（PER）、总蛋白质价值（GPV）、蛋白质置换值（PRV）等[2]，但大多数方法是针对于家禽、家畜提出的，由于蜜蜂饲料起步晚，相较于畜禽饲料落后，目前缺少蜜蜂饲料的国家标准和行业标准，而蜜蜂的蛋白质营养对其生长、发育、繁殖、产浆意义重大。因此，寻求一种蜜蜂蛋白质饲料的营养价值评定方法迫在眉睫。

1 不同来源蜜蜂蛋白质饲料的营养价值

目前，蜜蜂上利用较广泛的蛋白质饲料主要来自植物性蛋白，包括花粉、豆粕、玉米蛋白粉、酵母粉等。

花粉是蜜蜂的天然蛋白质营养来源。蜂花粉因种类、产地、年份等的不同蛋白质含量变化幅度较大，一般为8～40%，平均含量为20%左右，《蜂花粉》国家标准制定编制说明中分析了蜂花粉的营养成份，结果表明花粉的年份、种类和产地都会影响花粉的蛋白、总糖、总脂、灰分以及维生素的含量。根据花粉对蜜蜂寿命、咽下腺、卵巢和脂肪体的发育影响，将花粉分为四个等级。第一等级为高营养价值花粉，包括各种果树的花粉，柳树、谷物和白三叶草的花粉；第二等级为营养较少的花粉，如榆树、木棉和蒲公英的花粉；第三等级的花粉只能提供某种营养成分；第四等营养价值最低，如各种松树花粉[3]。Human H[4]等研究了花粉蛋白质含量差异与工蜂卵巢发育之间的关系，结果表明：高蛋白的蜂粮会促进工蜂的卵巢的发育。Jean-Noel T asei等[5]测定了15种单一花粉和混合花粉对雄蜂幼虫的营养价值，研究表明，栗属、罂粟属和悬钩子属植物的花粉可以使幼虫长到110～150 mg，然而向日葵和蔷薇花粉只能使幼虫长到20～50 mg，饲喂芸苔属花粉可以让幼虫长到240 mg，效果最好。

豆粕是大豆为原料取油后的副产物，也是主要的蛋白质饲料原料。豆粕的粗蛋白含量较高，一般在40～50%之间，必需氨基酸的含量也较高，且比例合理。豆粕中赖氨酸、异亮氨酸、色氨酸、苏氨酸含量均较高，但蛋氨酸含量相对不足，在很多动物饲料中需要额外补充。一般豆粕的粗纤维含量较低，主要来自大豆皮。大豆在加工过程中先经去皮而加工获得的粕称为去皮大豆粕，与未去皮豆粕相比，粗纤维含量较低，一般在3.3.%以下，粗蛋白含量平均为48～50%，营养价值较高。在蜜蜂饲料中可以使用的豆粕产品包括脲酶活性检验合格的普通豆粕、膨化豆粕、发酵豆粕。膨化豆粕是在大豆粉碎后加了一道膨化工艺，主要目的是提高油脂的浸提量，同时进一步降低了脲酶活性，提高营养物质消化率，提高了豆粕的质量，而且味道比较香，适口性更好。

玉米蛋白粉也叫玉米麸质粉，是玉米籽粒经湿磨法工艺制得的玉米粗淀粉乳，经过水解、分离、浓缩、发酵烘干制成，是玉米加工的主要副产物。玉米蛋白粉的粗蛋白含量通常在40～60%以上，有的能达到70%，玉米蛋白粉作为一种蛋白质饲料，其营养价值主要取决于氨基酸组成，但是玉米蛋白粉的氨基酸组成并不十分理想，蛋氨酸、精氨酸以及亮氨酸、异亮氨酸等疏水性氨基酸含量高，赖氨酸和色氨酸严重不足，赖氨酸与精氨酸之比达1∶2～2.5，与理想值相差甚远[6,7]。

2 理想蛋白氨基酸模式评定蜜蜂蛋白质饲料的原理与可行性

2.1 理想蛋白质的起源及概念

理想蛋白（ideal protein，IP） 起源于 1946年Mitchell and Block通过化学比分法将蛋白质的氨基酸组成和其营养价值联系起来以寻求它们之间的内在规律的研究。Howard等[8]首次提出了理想蛋白质的概念，是指能在动物体内实现最大氮沉积率的蛋白质。ARC[9]首次将猪的氨基酸需要与理想蛋白氨基酸模式联系起来，并定义理想蛋白为氨基酸组成及相互之间的平衡正好与动物某种生理状态下需要一致的蛋白质，其中任何一种氨基酸相对于动物特定的需要都处于同等的限制性，动物可以100%利用这种蛋白质。Wang等[10]通过对生猪的理想蛋白氨基酸模式进一步研究，将定义延伸为每种必需氨基酸和非必需氨基酸都处于相同限制性地位的饲料蛋白质。目前，在动物营养界广为接受的理想蛋白质是指这种蛋白质的氨基酸在组成和比例上与动物所需蛋白质的氨基酸的组成和比例一致，包括必需氨基酸之间以及必需氨基酸和非必需氨基酸之间的组成和比例，动物对该种蛋白质的利用率应为100%[11]。尽管各个学者对理想蛋白质的定义有所不同，但是其实质上是没有很大差异的。

2.2 理想蛋白氨基酸模式评定蜜蜂蛋白质饲料的原理和可行性探究

利用理想蛋白氨基酸模式评定蛋白质饲料的方法早在猪、禽上提出，但对于蜜蜂饲料至今仍未使用。王永军等[12]根据“理想蛋白质”的概念，定义了理想蛋白质的数量概念，并且提出了表示猪、禽理想蛋白氨基酸平衡模式的通用数学表达式：

其中，IPsample为样品的理想蛋白水平，ai、Ai分别表示12种必需氨基酸及非必需氨基酸占样品重的百分数及理想蛋白质所推荐的营养需要量，Ki=Ai/A1，K1=1，在Illinois大学推荐的模式中R=15，为评定蛋白质营养价值奠定理论基础。田秀娥等[13]按照王永军等[12]建立的饲料理想蛋白质水平方法进行估计，通过对肉仔鸡两次饲养结果，对以饲料氨基酸含量为基础和以可利用氨基酸为基础评定饲料蛋白质营养价值的准确性和灵敏性进行了全面比较分析。结果表明，以可利用氨基酸含量为基础评定饲料蛋白质营养价值的准确性和灵敏性，明显优于以氨基酸含量为基础的评定结果，进一步完善了利用理想蛋白氨基酸模式评定饲料蛋白质的方法。

蜜蜂的发育属于完全变态发育，相较于猪、禽，存在生理的特殊性，其自身发育的各个阶段需要的营养物质也有较大的差异。Paoli等[14,15]研究表明，采集蜂需要的必需氨基酸的量仅为幼虫需要量的1/250，哺育蜂对必需氨基酸的需要量则为采集蜂的5倍。但是，蜜蜂与猪、禽的营养也存在其相似之处，De Groot等[16]以酪蛋白作为参照，设计氨基酸混合营养液，对新出房两天的幼蜂进行饲喂试验，通过测定其第七天和第十四天的体增重和体氮沉积得出蜜蜂成蜂的十种必需氨基酸为精氨酸、组氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，与猪、禽的必需氨基酸大致相同。

利用王永军等[12]提出的公式所估计饲料的蛋白质水平，不但反映了饲料实际氨基酸含量水平，而且充分体现了各种必需氨基酸及其必需氨基酸与非必需氨基酸之间的平衡情况。理论上，将该方法应用到蜜蜂蛋白质饲料的评定上也是具有指导意义的。

3 理想蛋白氨基酸模式研究的方法

在农业部已公布的《饲料添加剂品种目录》中，缺少蜜蜂饲料的国家标准和行业标准[17]。因此，市场不但缺乏规范、标准、营养全面的蜜蜂饲料，也缺乏完善的蜜蜂饲料评价体系。参照畜禽类理想蛋白氨基酸模式的研究方法，研究蜜蜂的理想蛋白氨基酸模式，并开发蜜蜂饲料将促进我国蜜蜂饲料企业标准化建设，提高蜜蜂饲料质量安全水平，增强蜂农使用饲料产品信心。

总结单胃动物理想蛋白氨基酸模式的研究历史，不难看出，所谓理想蛋白氨基酸模式就是饲粮蛋白质中的氨基酸既能满足动物的生长发育和生产的需要，又不会因为含量不均衡或者过多而造成蛋白质浪费，其研究方法的实质就是从动态平衡的角度做到日粮供给与动物需求高度一致。从其60多年的研究历史来看，可以将常用的研究方法大致分为以下几种。

3.1 分析生长动物机体组织的氨基酸组成

该方法的依据是动物胴体的氨基酸组成与动物氨基酸需要量之间存在高度相关性[18]。上世纪50年代，Mitchell等[19]发现生长鼠的氨基酸需要模式与肌肉蛋白质的氨基酸组成模式有很高的相关性（r=0.974），并指出生长鼠的氨基酸需要和模式可以由它沉积的蛋白质数量和模式来推算，因此推断生猪的氨基酸需要模式也可以由此法来确定。Fuller等[18,20-21]1979年报道，生猪的氨基酸需要模式和其整体粗蛋白的氨基酸组成模式颇为相似；1989年,使用部分氨基酸扣除法得出生猪的氨基酸需要结果与其机体的氨基酸组成也有很高的相似性。ARC（1981）[9]就通过分析猪体蛋白的组成，确定了各种氨基酸相对于赖氨酸的比率，并首次提出了猪“理想蛋白质”模式。

但是，该方法虽然简单易行，但结果并不是完全准确的，因为没有考虑动物的维持需要部分，并且忽视了氮沉积过程中不同氨基酸周转率的差异对动物氨基酸需要及模式的影响。比如，在动物体内，赖氨酸的周转率是低于蛋氨酸和苏氨酸等维持需要较高的氨基酸的[22],即使是同一种氨基酸，在体内不同的组织中的周转率也可能不同[23]。因此，用该法确定的动物的氨基酸需要量和理想蛋白氨基酸模式会过高或者过低的估计某些氨基酸的需要和比例。

3.2 综合法

该方法就是查阅、总结以往测定的各种氨基酸的需要量，并建立其比例关系。利用综合法确定动物理想蛋白氨基酸模式是目前比较常用的方法，ARC（1981）[9]首次推荐生猪的理想蛋白氨基酸模式时，除了考虑母猪乳和仔猪机体氨基酸组成模式之外，还从其他方面进行了工作。首先，汇总了生长猪的单个氨基酸的需要量，并建立其比例关系，发现猪（集中于20~50 kg的生长猪）对赖氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸等必需氨基酸的需要量表示为占饲粮的百分比时差异较大；然后，当蛋白质的生物学效价达到最大时，估计出饲粮蛋白质中的赖氨酸的最适浓度为6~8 g/16g氮，因而推荐猪的理想蛋白氨基酸模式中赖氨酸的浓度为7g/16g氮。

该法看似简单，只需总结前人的试验结果并对未测定的氨基酸进行测定即可，但是由于不同研究者研究条件存在差异，如日粮因素、饲养水平等，其次考察指标也不相同，就蜜蜂而言，用化蛹率、羽化率得出的最适水平和以基因表达为指标得出的最适水平可能并不完全相同。因此，利用综合法得出的理想蛋白氨基酸模式与实际的生理需要可能存在一定的偏差，其准确性还有待进一步探究。

3.3 氮平衡试验

氮平衡实验分为氨基酸扣除法和氨基酸添加法。氨基酸扣除法又称为耗竭法或简单线性模型法，该法由Wang等[24]创立，是目前公认的比较理想的方法。它从动物体对某种氨基酸缺乏或过量反应的敏感性出发，有较高的可行性。其基本原理是，动物的体氮沉积量取决于第一限制性氨基酸的摄入量，而去除非限制性氨基酸则对氮沉积无影响，在一定范围内，氮沉积与第一限制性氨基酸的摄入量成正比。对于理想蛋白质而言，其必需氨基酸和非必需氨基酸都处于相等的限制性地位，减少任何一种氨基酸都会引起氮沉积的下降。从给定的氨基酸模式中，扣除一定比例的必需氨基酸，其反应模式有三种，如图所示：①如果扣除一部分该种氨基酸之后，对氮沉积无影响，则扣除的那部分氨基酸相对于第一限制性氨基酸则是过量的，如图一中A所示；②如果扣除的氨基酸正好为第一限制性氨基酸，则氮沉积下降最多，如图一中C所示；③若扣除该氨基酸后，氮沉积的下降介于AC之间，如图一中B所示，那么扣除的氨基酸中有一部分相对于第一限制性氨基酸是过量的。方法是利用氮代谢实验得出摄入的氨基酸含量（X）与氮沉积（Y）的回归关系，建立回归方程Y=kX+b，回归系数的倒数（1/k）表示每沉积1g氮所需摄入的氨基酸的量，当氮沉积为零时，常数项与回归系数的比值就是维持氮平衡所需要的氨基酸的量，以此建立数学模型，测定不同生产性能下各可消化必需氨基酸的需要量。尽管该数学模型还有待进一步改进，但在适宜的氮摄入量变化范围内（0.25～2.0 g/kgM0.75/ d），氮沉积与摄入量的关系不会明显的偏离线性[23]。陈正玲[25]通过对比不同方法确定的肉鸭理想蛋白氨基酸模式，表明氨基酸扣除法得出确定的模式与肉实际的理想蛋白氨基酸模式更为接近。

图1 氨基酸部分扣除法中氮沉积对氨基酸摄入量的反应模式

3.4 其他

除了以上列出的几种方法之外，还有传统的饲养实验法和氨基酸指示剂氧化法（the indicator amino acid oxidation,IAAO）。传统的饲养实验是根据动物的生产性能和基础日粮中氨基酸的关系，探索最佳生产性能下氨基酸的需要量，但这种方法每次只能测定一种氨基酸，不能反映其他需求量大的氨基酸的之间的供求关系。IAAO依据缺乏某种必需氨基酸将会限制蛋白质的合成，那么其他必需氨基酸将相对过剩并被氧化。原理是，除了被测氨基酸之外，其他氨基酸都能满足需要的日粮中，随着被测氨基酸含量增加，其他必需氨基酸的氧化将降低，且蛋白质的合成量增多。如果被测氨基酸的量增加到超过需要量时，氨基酸指示剂的氧化将维持一个恒态，这一转折点就是被测氨基酸的需要量。但该方法中，氨基酸指示剂和被测氨基酸必须有不同的氧化途经，以保证日粮被测氨基酸浓度的改变不会影响氨基酸指示剂。

4 小结

参照畜禽理想蛋白氨基酸模式的研究方法，寻找适合于蜜蜂的方法来确定蜜蜂的理想蛋白氨基酸模式，并以该模式为指导开发蜜蜂蛋白质饲料，然后利用理想蛋白氨基酸平衡模式评定饲料蛋白质的营养价值，并对饲料进行进一步优化，以生产优质、高效的蛋白质饲料为目标，促进蜜蜂饲料产业的发展，保证蜜蜂的生产性能和健康生长。

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Based on the ideal protein amino acid model to assess the bee protein feed

Xi Xuepeng，Wang Hongfang，Xu Baohua
(Shandong Agricultural University,College of Animal Science and Technology,Taian 271018)

With the development of apiculture and the improvement of beekeeping production level,the use of the bees feed in our country are becoming more common.Butmost of the feedthat were made cursorily by beekeeperswhich leaded toenormously different quality and feeding effect.Further studying of bees nutritional needs andevaluationof bees forage nutritional value were particularly urgent.Feed protein nutritional value can be evaluated objectively by drawing lesson from the ideal protein amino acid pattern (IPAAP).In this paper,the principle and the research methods of IPAAP were summarized and the feasibility ofassessing the honeybee feed protein nutritional value byIPAAP was analyzed.

bees feed,protein feed nutritional value evaluation,ideal protein amino acid pattern

国家蜂产业技术体系建设专项资金（CARS-45）、山东省农业良种工程项目“优质高产蜜蜂及蚕桑新品种培育”（2014-2016）

郗学鹏，男，山东泰安人，硕士，E-mail：xixuepeng@126.com。

胥保华（1965-），男，教授，博士，研究方向为蜜蜂科学，E-mail：bhxu@sdau.edu。