过瘤胃蛋白质保护技术在反刍动物饲料中的应用

文/王国艮 葛旭升

〔内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司〕

关键字：过瘤胃蛋白质；反刍动物；瘤胃降解率；保护技术

1 过瘤胃蛋白质简介

1.1 过瘤胃蛋白质定义及作用

早在20世纪70年代，欧美等发达国家就针对反刍动物饲料蛋白质的品质和需要量，提出了新的概念体系。1989年美国国家科学研究委员会（NRC）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质（DIP） 和非降解摄入蛋白质（UIP）。而英国的新蛋白质体系中（ARC，1980；AFRC修订，1992），则将蛋白质分为瘤胃降解蛋白质（RDP）和瘤胃非降解蛋白质（UDP）。瘤胃降解蛋白质（RDP)是能被瘤胃微生物所降解的蛋白质，80%～100%可合成菌体蛋白。瘤胃非降解蛋白质（UDP）是不能被瘤胃微生物降解的蛋白质，即过瘤胃蛋白质，可直接进入肠道，被消化吸收[1]。

过瘤胃蛋白质调控的主要作用是降低饲料蛋白质在瘤胃内的降解率，保护部分优质饲料蛋白质，避免其在瘤胃中被降解为低品质的菌体蛋白质，提高小肠内各类氨基酸质量和数量，同时可满足部分反刍动物对蛋白质的需要量，提高其生产性能。例如，快速生长的犊牛和高产奶牛（尤其是泌乳初期）对氨基酸需要量很大，当能量一定，氮源充足时，微生物菌体蛋白质的产量相对稳定[2]。要满足反刍动物的氨基酸需要，达到理想生产性能，只能通过增加过瘤胃蛋白质水平来解决小肠氨基酸供应量不足的矛盾。

1.2 提高过瘤胃蛋白质的意义

研究表明，利用有效的技术提高优质蛋白质饲料，通过反刍动物的瘤胃可以明显提高反刍动物的生产性能[3]。因为非降解蛋白质所提供的氨基酸，可以补充蛋白质保护后由于瘤胃发酵不足所损失的部分微生物菌体蛋白质的氨基酸[4]。左瑞华等[5]在试验中用过瘤胃蛋白质替代豆粕饲料饲喂奶牛，结果发现其试验组的产奶量、乳蛋白比对照组均有显著提高。黄虎平等[6]的试验结果也表明这一点。当今社会，环境问题受到越来越多的人关注，由于饲料中蛋白质的瘤胃降解率过高，导致反刍动物的氮排放不断增加，易造成环境污染。赵国琦等[7]用过瘤胃技术处理的大豆粕饲喂萨福克绵羊，试验结果表明，提高过瘤胃蛋白质能使瘤胃内氨浓度显著下降（P＜0.05），从而提高氮利用率，减少环境污染。

2 过瘤胃蛋白质保护技术和效果评价

2.1 化学处理方法

2.1.1 甲醛处理

由于甲醛具有强还原性，与蛋白质分子的氨基、羧基、巯基能发生烷基化反应，使其溶解度降低，并在酸性条件下使甲醛与蛋白质发生可逆性反应，这样饲料蛋白质在瘤胃中的降解率就会降低，而当饲料蛋白质到达奶牛皱胃（真胃）后，由于真胃中的强酸性，环境pH值逐渐降低，蛋白质与甲醛逐渐分离，并被消化道中蛋白酶等降解，供反刍动物体内所利用，进而增加了优质蛋白质的过瘤胃率[8]。虽然利用甲醛处理饲料可以降低蛋白质在反刍动物瘤胃内的降解率，但是甲醛具有一定毒性，所以利用甲醛进行化学处理时，使用量一定要非常慎重。徐淑倩等[9]用甲醛处理的生豆饼饲喂生长羯羊，结果表明，甲醛水平为0.6% 时具有积极的保护效果，可提高进入十二指肠食糜非氨态氮、过瘤胃蛋白氮产量及氮的沉积率，而对微生物氮产量及氮在瘤胃后的消化率均无显著影响（P＞0.05）。当使用1.2%的甲醛处理的生豆饼饲喂羯羊时，其微生物氮产量和日粮氮在瘤胃后消化率显著降低（P＜0.05）。任莉等[10]研究了不同水平甲醛对豆粕和棉粕蛋白质的保护效果，结果发现甲醛处理可以大幅度降低饲料蛋白质在瘤胃中的降解率，其中0.7%甲醛处理可使豆粕和棉籽粕过瘤胃蛋白质分别提51.9%和26.3%，0.5%甲醛处理可使豆粕和棉籽粕过瘤胃蛋白质分别提高44.7%和10.4%。

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，易被反刍动物消化利用；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，降低消化率[11]。张晓庆等[12]将豆粕用不同浓度的水解单宁处理后饲喂羯羊，结果表明水解单宁可降低豆粕中干物质和蛋白质在反刍动物瘤胃中的降解率，用量为5%时有明显作用，10%～15%时变化幅度最大。浓缩单宁是结合蛋白质和抑制瘤胃降解的天然植物补充复合物。Corté等[13]利用从朱樱花、大叶千斤拔和银合欢中提纯的缩合单宁处理大豆粕，测定对瘤胃液中和过瘤胃后盐酸胃蛋白酶溶液中降解的影响，结果发现添加缩合单宁后瘤胃液中干物质和粗蛋白降解率极显著降低（P＜0.001）。DeyA等[14]将波叶榕中提取的缩合单宁处理蛋白质补充剂，再饲喂杂交泌乳牛，发现奶牛的产奶量和牛奶中尿素氮浓度明显增加（P＜0.05）。

2.2 热处理

热处理主要是利用蛋白质高温易变性的原理，在高温条件下，蛋白质分子的疏水基暴露在分子表面，降低了蛋白质的溶解度，从而使蛋白质在瘤胃中的降解率有所降低。蒋林树等[15]利用尼龙袋法分别比较研究了大豆粕、膨化全脂大豆对瘤胃干物质、蛋白质降解率及瘤胃动态降解参数的影响，与大豆粕相比，膨化全脂大豆干物质及蛋白质的快速降解组分比例显著下降（P＜0.0001）。Kumar等[16]研究也发现，随着烘焙温度的不断增加，大豆饼粕的有效蛋白质降解率逐渐减低，并且将大豆饼粕在160 ℃条件下烘焙30 min，大豆饼粕蛋白质在瘤胃中降解率达到最低。膨化能够显著降低大豆蛋白质的瘤胃降解率，进而提高蛋白质的过瘤胃比例。但在用加热方式处理饼粕类饲料时要注意加热时间和温度等，根据饲料本身的特点做出相应调整，尽量减少热处理对饲料中氨基酸的破坏程度。

2.3 物理包被

用全血、白蛋白、乳清蛋白、蛋清对饲料蛋白质进行包被可以起到保护蛋白质免受降解的作用[4]。李福昌[17]将全血撒到蛋白补充料上，然后在100 ℃下干燥，用尼龙袋法测得蛋白质消失率显著下降。Mir等[18]用全血处理豆饼时发现，氮进食量和沉积率显著增加。

2.4 美拉德反应保护

美拉德反应是利用饲料中羰基化合物（还原糖类）和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）间的反应。影响美拉德反应的重要因素，除氨基酸种类及还原糖的种类外，还与温度、时间、保护剂添加浓度、水分、pH值等有关[1]。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质的瘤胃降解率，而在小肠中的消化、吸收不受影响。国春艳[2]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质降解率。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质保护的效果，蛋白质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[4]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质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90 min的条件下大豆粕可以获得最低的瘤胃蛋白质降解率及较高的小肠可吸收蛋白质，具有较好的保护作用。

3 小结

由于甲醛具有毒副作用，利用甲醛处理的化学方法，正被行业所逐渐地淘汰。单宁又具有抗营养性，使用也受到限制。相比而言，热处理是一个比较理想的处理方法，它既没有毒性，也没有抗营养性，但是需要掌握好反应温度、反应时间和反应压力等各种因素，才能达到最好的过瘤胃效果。物理包被法目前使用较少，需要进一步的研究论证。最后，美拉德反应法是采用美拉德反应原理对粕类蛋白质进行保护的一种全新方法，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，所以这是一个值得深入研究的技术。总之，随着这些过瘤胃蛋白质保护技术的不断发展，反刍动物对蛋白质的利用率也会越来越高，饲料的利用率也越来越高效。C