低蛋白质日粮在猪生产中的应用及优化策略

于树龙，陈雪雪，张巧霞，徐永杰*

(1. 信阳师范学院，河南 信阳 464000； 2. 光山县农业农村局动物疫病预防中心，河南 信阳 464000)

养猪业的可持续发展关乎国计民生，而蛋白质饲料资源的缺乏以及猪粪尿氮排放导致的环境污染制约了养猪业的可持续发展。低蛋白质日粮是通过调整配方中原料组成及比例降低日粮中粗蛋白质水平，通常是指低于NRC推荐的粗蛋白质水平，同时根据NRC的标准适当调整氨基酸的比例满足畜禽对氨基酸的需求。低蛋白质日粮的应用不仅可以缓解蛋白质饲料资源的紧缺问题，还能从源头上缓解养猪业集约化发展带来的氮排放污染问题，使养猪业能够可持续发展。因此，低蛋白质日粮是猪饲料发展的趋势，具有广阔的应用前景。本文综述了近几年低蛋白质日粮对猪生产性能的影响以及优化改进措施。

1 低蛋白质日粮在猪生产中的应用

随着人工合成氨基酸生产工艺的不断优化，晶体氨基酸被广泛添加到动物日粮配方中，从而促使了低蛋白质日粮在畜牧业中的广泛推广与应用。低蛋白质日粮可以有效缓解蛋白质饲料原料的缺乏，同时对环境保护、动物生长性能和胴体肉质性状以及肠道健康等产生积极的影响。

1.1 低蛋白质日粮对猪生长性能的影响

研究表明，在平衡赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)和色氨酸(Trp)4种必需氨基酸前提下日粮粗蛋白质水平较NRC(1998)规定标准降低1～3个百分点不会影响猪的生长性能[1-3]；但是日粮粗蛋白质水平降低超过3个百分点时对生产性能影响的结果报道不一。

Yu等[4]研究发现，在平衡Lys、Met、Thr和Trp 4种必需氨基酸基础上，日粮粗蛋白质水平降低3～4个百分点对42～120日龄的断奶或生长猪的生长性能不会产生负面影响。Zhao等[5]研究发现，日粮粗蛋白质水平降低4个百分点时仅通过补充Lys、Met、Thr和Trp 4种必需氨基酸就能满足育肥猪的生长需要。但是，有些研究发现断奶仔猪、生长猪和育肥猪3个阶段日粮的粗蛋白质水平降低3～6个百分点时会对猪的生长性能产生负面影响[6-8]。

为了探寻低蛋白质日粮对猪生长性能研究结果不一致的原因，我们对平衡Lys、Met、Thr和Trp 4种必需氨基酸且粗蛋白质水平降低超过3个百分点的日粮中标准回肠可消化(SID)氨基酸含量进行了比较分析(表1)。结果显示，日粮中缬氨酸(Val)和异亮氨酸(Ile)同时缺乏对猪生产性能会产生负面影响，而单独缺乏Val或Ile中的一种可能不会造成生产性能降低。因此，当日粮粗蛋白质水平降低3个百分点以上时还应当平衡Val和Ile等其他必需氨基酸才能满足猪的生长需要。

表1 日粮粗蛋白质水平降低超过3%时SID氨基酸组成分析

1.2 低蛋白质日粮对猪胴体性状和肉质的影响

Li等[8]研究发现，低蛋白质日粮可以通过调节肌肉中肌内脂肪含量、脂肪酸组成、纤维特性以及游离氨基酸的含量来改善生长育肥猪的肉质。Fang等[10]研究发现，生长育肥猪日粮粗蛋白质水平降低1～2个百分点对背最长肌的脂肪酸组成、pH值、色度、蒸煮损失、剪切力等无不良影响。段佳琪等[11]研究发现，日粮蛋白质水平降低至 14% 和 12% 对育肥猪生长性能和胴体品质无显著影响，但背膘厚度有增加的趋势。Ruiz-Ascacibar等[12-13]研究发现，饲喂低蛋白日粮的生长育肥猪胴体的脂肪含量显著高于正常日粮饲喂组，而蛋白质和氨基酸的沉积率较低，并且低蛋白质日粮对去势公猪的胴体性状影响大于母猪和公猪。Fraga等[14]研究发现，高能低蛋白质日粮可以提高生长育肥猪的生长性能，同时增加了胴体的脂肪含量和背膘厚度。这些研究表明，低蛋白质日粮可以改变肉质，造成机体脂肪过度沉积。我们对相关研究的日粮氨基酸组成及能量体系进行深入分析(表2)发现，根据净能体系并平衡必需氨基酸配制的低蛋白质日粮能够保障机体正常的胴体性状，但以消化能为标准且未平衡氨基酸的低蛋白质日粮往往会对胴体性状产生不利影响。

表2 低蛋白日粮对胴体性状影响分析

胴体性状差异的可能原因是氨基酸不平衡和能量不合理。净能是由代谢能减去体增热得到的，由于动物在采食时经常伴有体增热现象，所以净能可以更好的反映饲料的能值。因此，为保证良好的胴体性状在配制低蛋白质日粮平衡氨基酸的同时最好采用净能体系。

1.3 低蛋白质日粮对猪肠道健康的影响

由于断奶仔猪肠道发育不完全，日粮粗蛋白质水平过高可能导致肠道应激从而造成腹泻，而低蛋白质日粮可以有效改善肠道系统功能，降低仔猪腹泻的发生，保障肠道健康。Zhou等[17-18]研究表明，平衡氨基酸的低蛋白质日粮可以减轻肠道应激以及血清内毒素的水平，从而避免肠道屏障受损，降低仔猪腹泻的发生。Wang等[19]研究表明，日粮粗蛋白质水平降低3个百分点可降低结肠中消化液的pH值以及潜在致病菌(链球菌、大肠杆菌等)的丰度，并通过下调NF-κB、TNF-α、IL-1β和上调GPR43、IL-10、TGF-β等结肠黏膜免疫和屏障功能的相关基因表达水平降低肠道炎症的风险。Li等[20]对断奶、生长和育肥3个阶段的猪研究发现，在平衡Lys、Met、Thr和Trp 4种必需氨基酸日粮粗蛋白质水平降低3个百分点不会影响猪的肠道形态和肠道屏障完整性，并且能提高氨基酸和葡萄糖转运蛋白的表达，维持猪对氨基酸和葡萄糖的吸收能力。Che等[15]研究表明，生长猪日粮粗蛋白质水平降低2个百分点对于肠道免疫相关基因表达没有影响，但日粮蛋白质水平降低4个百分点时肠道免疫系统出现异常反应。Wan等[21]研究表明，低蛋白质日粮可通过调节肠道菌群(增加乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌，减少大肠杆菌、链球菌等有害菌)和肠道免疫功能来改善肠道健康，但日粮粗蛋白水平降低4.5个百分点会导致小肠长度及重量降低。Yu等[6]研究表明，日粮蛋白质水平降低3个百分点时对肠道影响不明显，但当日粮粗蛋白质水平降低6个百分点时会损害肠道形态、抑制肠道激素分泌、改变肠道微生物群落和发酵代谢产物。这些研究均表明低蛋白质日粮对动物肠道健康的影响与动物生长性能密切相关。因此，肠道健康是保证动物生长性能的重要因素，通过添加有益于肠道健康的原料是优化低蛋白质日粮的一个重要研究方向。

1.4 低蛋白质日粮对猪氮排放的影响

近年来环保压力使养猪业的可持续发展受到较大冲击，大规模、集约化生产造成的环境问题尤为突出。粪、尿氮污染是养猪业主要环境污染源，目前规模猪场处理污染主要采用粪尿池和污水处理设备，但这些措施治标不治本，而低蛋白日粮可以减少氮的摄入与排放从源头上降低粪、尿氮污染。Fang等[10]研究发现，仔猪日粮粗蛋白质水平降低时，粗蛋白消化率呈线性增加，而血清尿素氮(BUN)的含量随日粮粗蛋白质水平的降低而降低。Lykke等[22]和Worsoe等[23]研究证明，降低日粮粗蛋白质水平并优化氨基酸组成对断奶仔猪无不利影响，同时可以提高蛋白质利用效率减少BUN水平。Zhou等[17]证实仔猪日粮粗蛋白质水平由20%降低到18.5%时，粪氮、尿氮的排放显著降低。Wu等[24]研究发现，与18%粗蛋白质水平日粮相比，15%粗蛋白质水平日粮使生长猪尿氮、粪氮和总氮排放量分别降低了14.2%、19.7%和16.2%，而13.5%粗蛋白质水平日粮使生长猪尿氮、粪氮和总氮排放量分别降低了21.5%、29.3%和24.7%。Zhao等[5]研究表明，生长育肥猪饲喂低蛋白质日粮可以显著降低BUN、NH3-N的含量，减少氮的摄入与排放以及NH3的挥发，并且提高了氮的表观生物学价值；而使用添加合成氨基酸的低蛋白质日粮饲喂哺乳期母猪比使用高蛋白质日粮减少了氮的摄入量，提高了氮的利用率，降低了尿氮的排放并且不影响母猪的泌乳性能[25-26]。方桂友等[27]研究发现，日粮粗蛋白质水平从15%降低至 13%时，不影响妊娠后期母猪产仔性能，且粪氮排泄量显著减少。

以上研究表明，平衡必需氨基酸的低蛋白质日粮可通过减少氮的摄入、提高氮的利用效率来减少氮的排放。因此，低蛋白质日粮是真正意义上从源头解决养殖业造成的氮污染问题，对于养殖业可持续发展具有重要意义。在保证生长性能的前提下日粮粗蛋白质水平降低越多对于环境越有利，这也要求研究者们对猪利用氮营养素机制及营养调控有更深的了解，科学制定猪的氮营养素需要模式，进而提高氮营养素利用效率，优化日粮粗蛋白质水平及氨基酸组成。

2 优化低蛋白质日粮的策略

虽然有关低蛋白质日粮的研究较多，对养猪业的可持续发展也起到积极作用，但在实际生产中日粮蛋白水平降低的程度仍存在很大的争议，同时低蛋白质日粮也容易对猪的胴体性状、肠道健康等带来不利影响。因此，优化和改进低蛋白质日粮的配制，消除低蛋白质日粮带来的不良影响具有重要的意义。目前优化低蛋白质日粮有多种举措(如图1)，我们对这些优化措施进行了总结分析。

图1 优化、改善低蛋白质日粮的主要因素

2.1 通过氨基酸添加优化低蛋白质日粮

已有大量的研究表明低蛋白质日粮中添加Lys、Met、Thr、Trp 4种必需氨基酸可以改善猪的生长性能。但是对于其他必需氨基酸以及非必需氨基酸的研究较少，这些氨基酸在猪生长过程中也起着重要的作用。例如，在粗蛋白质水平降低2～4个百分点的日粮中添加Ile或Ile、Val可以不同程度降低进入猪后肠的N含量并提高N的利用率[28]。此外，在生长猪低蛋白质日粮中添加Val可以提高生长速度，育肥阶段低蛋白质日粮中添加Ile可显著降低料重比[5]；低蛋白质日粮中添加支链氨基酸(亮氨酸、组氨酸、异亮氨酸)可降低瘦素水平，并通过调节脂肪相关基因而改善体脂状况，提高生长性能[9,28]。日粮中添加精氨酸可通过提高精氨酸利用率、促进胰岛素分泌、提高抗氧化能力、减轻氧化应激等来改善猪的生长性能及肠道健康[30]。日粮中添加谷氨酸则可以降低背膘厚度以及背最长肌和背部脂肪中饱和脂肪酸的比例，增加背最长肌、股二头肌的肌内脂肪含量，改善胴体性状与肉质[31]。此外，谷氨酸也是肠黏膜的一种重要底物，低蛋白日粮中添加谷氨酸可以有效平衡肠道中氨基酸的分布，提高氨基酸利用率[24]。因此，低蛋白质日粮中添加Lys、Met、Thr、Trp 4种必需氨基以外的合成氨基酸也能起到优化日粮的作用，提高猪的生长性能。

2.2 添加氨基酸替代物来优化低蛋白质日粮

由于受氨基酸加工工艺的限制，某些合成氨基酸价格过高而不利于降低饲料成本，所以寻找氨基酸替代物来优化低蛋白质日粮也是一个研究方向。α-酮戊二酸(AKG)是一种无毒，具有良好水溶性的谷氨酸衍生物最佳替代品，可以作为运动营养饮料的功能成分，在低蛋白日粮中添加AKG可以提高肠道吸收蛋白的能力，促进组织中氨基酸的合成，增加蛋白的沉积，改善骨骼肌中蛋白质的代谢，从而提高猪的生长性能，并降低氮的排放[32-34]。低蛋白质日粮中添加氨基甲酰谷氨酸盐(NCG)可以增加内源性精氨酸合成而提高猪的生长性能，同时通过提高肌肉亮氨酸浓度来激活mTOR通路，从而增加肌肉蛋白质合成能力，使眼肌面积增加，改善肉质[35-36]。低蛋白质日粮中添加酪蛋白或其水解物可以提高生长猪采食量、氮沉积和日增重[37]，并且可以通过改善肠道菌群黏膜免疫和屏障功能恢复低蛋白日粮造成的一些代谢和免疫负面影响[15,19]。低蛋白质日粮中添加丙酮酸钙可以消除低蛋白质日粮对仔猪生长发育及肠道发育的不良影响[21]。因此，使用氨基酸替代物来优化低蛋白质日粮也能改善和提高猪的生长性能，消除低蛋白日粮带来的不良影响。

2.3 调整日粮原料组成优化低蛋白质日粮

通过调整低蛋白质日粮的原料组成可以提高猪的生长性能及肠道健康。断奶仔猪低蛋白质日粮中同时添加鱼油与玉米油比只添加一种油的低蛋白质日粮生长性能更好，并且降低日粮中ω-6与ω-3脂肪酸的比值可以提高断奶后免疫反应和饲料效率[38]。低蛋白质日粮中用浓缩脱酚棉籽蛋白(CDCP)、酶处理豆粕蛋白(S50)或哈姆雷特蛋白(HP300)替代鱼粉能够增加肠道有益菌减少有害菌，并且可以通过上调闭合蛋白表达来增加中酸性混合黏蛋白含量，使肠道通透性降低，从而增强结肠屏障功能，比鱼粉在维持结肠完整性方面更有优势，并且不影响生长性能及营养物质消化率[39-40]。育肥猪阶段，低蛋白质日粮中用棉粕和玉米胚芽粕替代部分豆粕比单一使用豆粕具有更高的氮表观消化率及氮沉积率，使小肠内的蛋白质在时间和空间上能够平稳降解和吸收，提高氨基酸的利用率[41]。因此，调整日粮中蛋白质、能量源等原料的组成对于提高猪的性能具有积极的影响，是优化低蛋白质日粮的重要措施。

总之，通过添加合成氨基酸或氨基酸替代物、调整日粮原料组成等都可以在一定成度上提高或改善低蛋白质日粮使用过程中造成的不良影响。此外，优化能量体系，使日粮能量水平更为合理避免浪费与不足也是优化低蛋白质日粮的重要研究方向。

3 小结

低蛋白质日粮对于养猪业的可持续发展具有重要意义，如何在保证猪生长性能、健康和胴体肉质的前提下把日粮粗蛋白质水平降低是低蛋白质日粮推广的关键问题。目前通过改善氨基酸加工工艺使合成氨基酸能够更高效的地应用于日粮，为低蛋白质日粮发展的提供了前提保障。在当前水平下，依据净能体系平衡满足猪Lys、Met、Thr、Trp、Val和Ile需要量的日粮粗蛋白质水平降低3～4个百分点可以保障正常生长性能，但每个阶段猪的生理变化与营养需求不同，配制低蛋白质日粮还应考虑到猪生理阶段特点，如仔猪的肠道健康、生长猪的蛋白沉积、育肥猪的脂肪沉积等，根据生理阶段特点优化日粮结构，争取做到精准配制、精准饲养，这才能最大限度发挥低蛋白质日粮的优势与价值。