過瘤胃蛋氨酸應用研究進展

李莉，凌浩，雷坤，李鑫垚，張佩華

(湖南農業大學動物科學技術學院/湖南畜禽安全生產協同創新中心，長沙 410128）

改革開放以來，我國養殖業得到迅速發展，但也面臨飼料資源日趨緊張的問題，特別是蛋白質飼料缺乏已經成為限制我國養殖業發展的重要因素[1]。在反芻動物養殖中，蛋白質類飼料的缺乏和利用率偏低成為制約反芻動物生產的主要因素[2]，致使養殖經濟效益大大降低。而過瘤胃蛋氨酸作為一種蛋白質添加劑，對減緩蛋白質飼料緊張、促進反芻動物生產發展則起到了積極作用。

1 蛋氨酸理化性質和過瘤胃蛋氨酸的功能

氨基酸營養是反芻動物蛋白質營養的實質和核心。蛋氨酸因其分子中含有S-甲基，又稱甲硫氨酸，是動物的必需氨基酸，同時也是反芻動物的限制性氨基酸，在動物體內可參與多種轉甲基的反應，生成多種含甲基的生理活性物質[3]。蛋氨酸(Met)與細胞信號轉導、核酸和蛋白質合成等許多生理生化過程密切相關，是維持動物生長發育和各項生理活動的必需氨基酸，也是機體重要的甲基供體，在肝臟一碳單位循環及相關代謝過程中發揮重要作用[4]。蛋氨酸可作為營養增補劑，改善氨基酸平衡，在肝臟保護、心肌保護、防霉袪毒等方面發揮重大功能。缺乏蛋氨酸會引起動物發育不良、體重減輕、肝腎機能減弱、肌肉萎縮、皮毛變質、乳品質下降等。但蛋氨酸在所有氨基酸中也是毒性最強的，過量添加會打破動物自身平衡而損傷機體組織器官[5]。

由于反芻動物瘤胃內存在厭氧真菌、細菌等各種大量復雜、多樣、非致病的微生物[6]，可以降解攝入的蛋白質，所以在日糧中直接添加蛋氨酸會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到40%～80%[7]，最終到達小腸可被吸收利用的蛋氨酸很少。Patterson等研究發現，DL-蛋氨酸在瘤胃內只能維持穩定3～4h，能夠進入小腸的蛋氨酸很少，無法滿足動物的需要[8]。蛋氨酸作為反芻動物的第一或第二限制性氨基酸，對其生產性能具有重大影響，生產中一般利用過瘤胃技術補飼氨基酸的方式來緩解蛋氨酸不足的問題。

2 過瘤胃蛋氨酸的分類

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

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

物理保護法主要包括：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）化學保護法：通過化學生產過程將蛋氨酸轉化為相關的衍生物、聚合物或螯合物，使其因為化學結構不同而不被瘤胃微生物所利用，從而直接通過瘤胃，在瓣胃和小腸中被機體吸收利用，在肝臟中經過酶的轉化再次轉變為蛋氨酸[12]。

化學保護法的制品主要有：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在反芻動物瘤胃中易被降解[14]，HMBi是用異丙醇與HMB發生酯化反應后生成的，在反芻動物體內先被瘤胃壁快速吸收，之后分解為HMB，然后經轉氨基反應生成蛋氨酸，可以彌補HMB易被瘤胃微生物降解的缺點[15]。②氨基酸金屬螯合物。微量元素在動物體內不可缺少，其與氨基酸制成螯合物具有使用方便、化學性質穩定、適口性好、能顯著提升吸收利用率等優點。養殖生產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 國內外過瘤胃蛋氨酸在反芻動物上的研究應用

3.1 過瘤胃蛋氨酸在牛上的應用

Ayala等試驗研究得出在日糧中添加過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（日產奶量30kg以上）飼喂過瘤胃蛋氨酸（每次25g/頭），提高了日均產奶量、乳蛋白率。韓兆玉等[19]在熱應激奶牛日糧中添加16g過瘤胃蛋氨酸，結果提升了平均日產奶量、乳脂率、乳糖含量和非脂固形物含量，同時谷胱甘肽過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，添加過瘤胃蛋氨酸能提高奶牛的產奶量和乳脂率；Noftsger等[21]亦得出了奶牛日均產奶量和乳蛋白含量增加的結論。Misciattelli等試驗得出，奶牛日糧添加12g瘤胃保護性蛋氨酸，可以顯著提高乳脂率水平[22]。Pruekvimolphan等向奶牛日糧中添加過瘤胃蛋氨酸，發現能提高奶產量[23]。Waggoner等研究指出，給安格斯雜交閹牛每天添加14g過瘤胃蛋氨酸可以提升血漿尿素氮和血清胰島素樣生長因子含量，降低血漿纈氨酸含量[24]。Archibeque等在安格斯育肥牛代謝試驗上的研究表明，日糧添加過瘤胃蛋氨酸可以提升氮的存留量和氮的表觀生物學價值，降低尿氮含量[25]。Williams等得出日糧中添加過瘤胃蛋氨酸可以提升安格斯雜交閹牛日增重結論[26]。Liker等報道，日糧添加過瘤胃蛋氨酸能夠降低夏洛來肉牛血漿總蛋白、白蛋白、尿素氮含量，提高總膽固醇、血漿血糖、谷丙轉氨酶、肌酐含量[27]。Berthiaume等對初產牛進行試驗，發現添加過瘤胃蛋氨酸后乳中真蛋白含量提高[28]。Misciateellit 等試驗得出，在泌乳早期奶牛日糧中添加過瘤胃蛋氨酸，乳脂肪和乳蛋白含量提高，并認為這可能是因為過瘤胃蛋氨酸影響了體液代謝造成的[29]。王永康等通過試驗得出，給奶牛補飼過瘤胃蛋氨酸15g/d，奶牛的生產性能能夠提升，特別是可增加產奶量[30]。Pisulewski在奶牛日糧中添加過瘤胃蛋氨酸提升了乳脂率，認為這可能與Met影響乳腺中短鏈和中鏈脂肪酸合成有關[31]，但認為此機理還需要進一步的研究。

3.2 過瘤胃蛋氨酸在羊上的應用

斯欽等試驗研究表明，在內蒙古細毛羯羊日糧中添加過瘤胃蛋氨酸能夠提升平均日增重、羊毛增長量和單位面積羊毛重量[32]。Wright等[33]的研究結果表明，按照基礎日糧干物質量的0、0.03%、0.06%、0.09%和0.12%分別添加過瘤胃蛋氨酸，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，說明給羔羊飼喂過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過瘤胃蛋氨酸，結論表明添加3g/d組日增重和體增重最佳[34]。陳東等發現在山羊飼糧中添加過瘤胃蛋氨酸能顯著升高血清總氨基酸含量和生長激素水平[35]。燕磊等在小尾寒羊日糧中添加0.485%過瘤胃蛋氨酸，結果尿氮排出量、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，國內外關于過瘤胃蛋氨酸對泌乳期奶牛的產奶性能和血液指標影響的研究較多，對泌乳期奶山羊的產奶性能、血液指標的影響研究較少。

4 過瘤胃蛋氨酸有效性的檢測與評定

最終進入十二指腸中的蛋氨酸含量與過瘤胃蛋氨酸在瘤胃內的降解率及其在小腸內的釋放率有關，所以可通過測定這兩個指標來檢測和評定過瘤胃蛋氨酸的有效性[37]。

現今，主要有4種方法測定過瘤胃蛋氨酸的有效性：①體內法，計算出動物基礎日糧與被測過瘤胃蛋氨酸在各個時間點瘤胃中的總游離蛋氨酸量，它們的差值即蛋氨酸在瘤胃內的動態釋放率。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期人工瘤胃法，長期人工瘤胃法與短期人工瘤胃法相比，能更準確地模擬瘤胃環境，動態觀察實驗情況[38]。黃金果等應用瘤胃尼龍袋法和雙外流連續培養系統檢驗過瘤胃蛋氨酸在瘤胃中的穩定性，得出不同形式保護性蛋氨酸在雙外流連續培養系統中的降解趨勢與在瘤胃中的降解趨勢相似，且應用雙外流連續培養系統測定不同時間段過瘤胃蛋氨酸的釋放率比較簡單、穩定，與瘤胃尼龍袋法相比不同時間段的釋放率均存在強相關[39]，因此連續培養法更適合做篩選氨基酸保護方法的研究。③半體內法，也就是利用尼龍袋技術測定蛋氨酸釋放率的方法。該方法能夠較準確地反映動物對過瘤胃蛋氨酸的真實降解率，是最為常用的一種方法，但結果容易受試驗動物個體生理條件、過瘤胃蛋氨酸產品的溶解性等外在因素的影響[40]。④血液反應法，即通過測定血液中蛋氨酸含量的高低來評價過瘤胃蛋氨酸產品的有效性。原理是日糧中的蛋氨酸到達小腸后會被其吸收利用，血清中的游離蛋氨酸濃度會隨之增加[41]。血清游離氨基酸含量與抵達小腸的氨基酸量呈正相關，因此，檢測血清游離氨基酸水平能夠獲知動物機體氨基酸吸收利用狀況[42]。

5 結語

綜上所述，過瘤胃蛋氨酸具有較好的生物學效價，對反芻動物營養調控、減緩蛋白質飼料資源緊張有著積極的作用，在實際生產應用中有著廣闊的前景。但目前過瘤胃蛋氨酸的應用也存在一些問題，例如反芻動物的適宜添加量尚無統一標準，添加量與不同的日糧粗蛋白水平之間還需要找到一個平衡點；過瘤胃蛋氨酸存在過度保護或保護不夠等應用現狀；過瘤胃蛋氨酸在動物體內的作用機理、代謝途徑等方面還需進一步研究等，對此還需大力加強相關產品研發和生產應用方面的研究。