过瘤胃蛋氨酸应用研究进展

李莉，凌浩，雷坤，李鑫垚，张佩华

(湖南农业大学动物科学技术学院/湖南畜禽安全生产协同创新中心，长沙 410128）

改革开放以来，我国养殖业得到迅速发展，但也面临饲料资源日趋紧张的问题，特别是蛋白质饲料缺乏已经成为限制我国养殖业发展的重要因素[1]。在反刍动物养殖中，蛋白质类饲料的缺乏和利用率偏低成为制约反刍动物生产的主要因素[2]，致使养殖经济效益大大降低。而过瘤胃蛋氨酸作为一种蛋白质添加剂，对减缓蛋白质饲料紧张、促进反刍动物生产发展则起到了积极作用。

1 蛋氨酸理化性质和过瘤胃蛋氨酸的功能

氨基酸营养是反刍动物蛋白质营养的实质和核心。蛋氨酸因其分子中含有S-甲基，又称甲硫氨酸，是动物的必需氨基酸，同时也是反刍动物的限制性氨基酸，在动物体内可参与多种转甲基的反应，生成多种含甲基的生理活性物质[3]。蛋氨酸(Met)与细胞信号转导、核酸和蛋白质合成等许多生理生化过程密切相关，是维持动物生长发育和各项生理活动的必需氨基酸，也是机体重要的甲基供体，在肝脏一碳单位循环及相关代谢过程中发挥重要作用[4]。蛋氨酸可作为营养增补剂，改善氨基酸平衡，在肝脏保护、心肌保护、防霉袪毒等方面发挥重大功能。缺乏蛋氨酸会引起动物发育不良、体重减轻、肝肾机能减弱、肌肉萎缩、皮毛变质、乳品质下降等。但蛋氨酸在所有氨基酸中也是毒性最强的，过量添加会打破动物自身平衡而损伤机体组织器官[5]。

由于反刍动物瘤胃内存在厌氧真菌、细菌等各种大量复杂、多样、非致病的微生物[6]，可以降解摄入的蛋白质，所以在日粮中直接添加蛋氨酸会被瘤胃微生物部分或完全降解，致使蛋氨酸的利用率只能达到40%～80%[7]，最终到达小肠可被吸收利用的蛋氨酸很少。Patterson等研究发现，DL-蛋氨酸在瘤胃内只能维持稳定3～4h，能够进入小肠的蛋氨酸很少，无法满足动物的需要[8]。蛋氨酸作为反刍动物的第一或第二限制性氨基酸，对其生产性能具有重大影响，生产中一般利用过瘤胃技术补饲氨基酸的方式来缓解蛋氨酸不足的问题。

2 过瘤胃蛋氨酸的分类

过瘤胃蛋氨酸又称为瘤胃保护性蛋氨酸，即运用过瘤胃技术将蛋氨酸以某种方式修饰或保护起来，避免被瘤胃微生物分解，从而通过瘤胃被小肠吸收利用。为防止蛋氨酸在瘤胃中降解，在添加前要进行物理或化学方法修饰等保护性处理[9]。

（1）物理保护法：对蛋氨酸进行包埋处理，选择例如油脂、纤维素等pH敏感型的壁材将蛋氨酸进行包被处理或制成微胶囊，使蛋氨酸在瘤胃内不被降解而在瓣胃（或十二指肠）里面能够被分解游离出来，被小肠吸收利用，进而供机体利用[10]。

物理保护法主要包括：①利用聚合物包被蛋氨酸；②利用脂肪包被蛋氨酸；③利用壳聚糖包被蛋氨酸；④其他方法，如热处理以及酵母富集氨基酸[11]。

（2）化学保护法：通过化学生产过程将蛋氨酸转化为相关的衍生物、聚合物或螯合物，使其因为化学结构不同而不被瘤胃微生物所利用，从而直接通过瘤胃，在瓣胃和小肠中被机体吸收利用，在肝脏中经过酶的转化再次转变为蛋氨酸[12]。

化学保护法的制品主要有：①蛋氨酸羟基类似物，主要有羟基蛋氨酸钙（MHA-Ca）、2-羟基-4-甲硫基丁酸（HMB）和2-羟基-4-甲硫基丁酸异丙酯[HMBi][13]。HMB在反刍动物瘤胃中易被降解[14]，HMBi是用异丙醇与HMB发生酯化反应后生成的，在反刍动物体内先被瘤胃壁快速吸收，之后分解为HMB，然后经转氨基反应生成蛋氨酸，可以弥补HMB易被瘤胃微生物降解的缺点[15]。②氨基酸金属螯合物。微量元素在动物体内不可缺少，其与氨基酸制成螯合物具有使用方便、化学性质稳定、适口性好、能显著提升吸收利用率等优点。养殖生产中常用的氨基酸金属螯合物主要包括蛋氨酸锌、蛋氨酸硒、蛋氨酸铜等[16]。

3 国内外过瘤胃蛋氨酸在反刍动物上的研究应用

3.1 过瘤胃蛋氨酸在牛上的应用

Ayala等试验研究得出在日粮中添加过瘤胃蛋氨酸能够提升奶牛血浆中总胆固醇与葡萄糖浓度，降低血浆尿素氮含量[17]。孙华等[18]于早、中、晚分别给处于泌乳高峰期荷斯坦牛（日产奶量30kg以上）饲喂过瘤胃蛋氨酸（每次25g/头），提高了日均产奶量、乳蛋白率。韩兆玉等[19]在热应激奶牛日粮中添加16g过瘤胃蛋氨酸，结果提升了平均日产奶量、乳脂率、乳糖含量和非脂固形物含量，同时谷胱甘肽过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，添加过瘤胃蛋氨酸能提高奶牛的产奶量和乳脂率；Noftsger等[21]亦得出了奶牛日均产奶量和乳蛋白含量增加的结论。Misciattelli等试验得出，奶牛日粮添加12g瘤胃保护性蛋氨酸，可以显著提高乳脂率水平[22]。Pruekvimolphan等向奶牛日粮中添加过瘤胃蛋氨酸，发现能提高奶产量[23]。Waggoner等研究指出，给安格斯杂交阉牛每天添加14g过瘤胃蛋氨酸可以提升血浆尿素氮和血清胰岛素样生长因子含量，降低血浆缬氨酸含量[24]。Archibeque等在安格斯育肥牛代谢试验上的研究表明，日粮添加过瘤胃蛋氨酸可以提升氮的存留量和氮的表观生物学价值，降低尿氮含量[25]。Williams等得出日粮中添加过瘤胃蛋氨酸可以提升安格斯杂交阉牛日增重结论[26]。Liker等报道，日粮添加过瘤胃蛋氨酸能够降低夏洛来肉牛血浆总蛋白、白蛋白、尿素氮含量，提高总胆固醇、血浆血糖、谷丙转氨酶、肌酐含量[27]。Berthiaume等对初产牛进行试验，发现添加过瘤胃蛋氨酸后乳中真蛋白含量提高[28]。Misciateellit 等试验得出，在泌乳早期奶牛日粮中添加过瘤胃蛋氨酸，乳脂肪和乳蛋白含量提高，并认为这可能是因为过瘤胃蛋氨酸影响了体液代谢造成的[29]。王永康等通过试验得出，给奶牛补饲过瘤胃蛋氨酸15g/d，奶牛的生产性能能够提升，特别是可增加产奶量[30]。Pisulewski在奶牛日粮中添加过瘤胃蛋氨酸提升了乳脂率，认为这可能与Met影响乳腺中短链和中链脂肪酸合成有关[31]，但认为此机理还需要进一步的研究。

3.2 过瘤胃蛋氨酸在羊上的应用

斯钦等试验研究表明，在内蒙古细毛羯羊日粮中添加过瘤胃蛋氨酸能够提升平均日增重、羊毛增长量和单位面积羊毛重量[32]。Wright等[33]的研究结果表明，按照基础日粮干物质量的0、0.03%、0.06%、0.09%和0.12%分别添加过瘤胃蛋氨酸，羔羊血浆中的Met含量分别为3.34、4.01、4.12、4.05和4.32μmol/dL；血浆中的Lys（赖氮酸）含量分别为12.26、14.57、14.85、13.87和13.71μmol/dL，说明给羔羊饲喂过瘤胃蛋氨酸可以提高血浆Met和Lys的含量。王慧媛等在杂交羊日粮中分别添加0、3、6、9g/d过瘤胃蛋氨酸，结论表明添加3g/d组日增重和体增重最佳[34]。陈东等发现在山羊饲粮中添加过瘤胃蛋氨酸能显著升高血清总氨基酸含量和生长激素水平[35]。燕磊等在小尾寒羊日粮中添加0.485%过瘤胃蛋氨酸，结果尿氮排出量、尿中尿素氮含量及其占食入氮比值显著降低（P＜0.05），极显著提高了氮的沉积（P＜0.01）[36]。

目前，国内外关于过瘤胃蛋氨酸对泌乳期奶牛的产奶性能和血液指标影响的研究较多，对泌乳期奶山羊的产奶性能、血液指标的影响研究较少。

4 过瘤胃蛋氨酸有效性的检测与评定

最终进入十二指肠中的蛋氨酸含量与过瘤胃蛋氨酸在瘤胃内的降解率及其在小肠内的释放率有关，所以可通过测定这两个指标来检测和评定过瘤胃蛋氨酸的有效性[37]。

现今，主要有4种方法测定过瘤胃蛋氨酸的有效性：①体内法，计算出动物基础日粮与被测过瘤胃蛋氨酸在各个时间点瘤胃中的总游离蛋氨酸量，它们的差值即蛋氨酸在瘤胃内的动态释放率。②体外法，包括溶解度法、酶解法和人工瘤胃法。人工瘤胃法主要分为短期人工瘤胃法和长期人工瘤胃法，长期人工瘤胃法与短期人工瘤胃法相比，能更准确地模拟瘤胃环境，动态观察实验情况[38]。黄金果等应用瘤胃尼龙袋法和双外流连续培养系统检验过瘤胃蛋氨酸在瘤胃中的稳定性，得出不同形式保护性蛋氨酸在双外流连续培养系统中的降解趋势与在瘤胃中的降解趋势相似，且应用双外流连续培养系统测定不同时间段过瘤胃蛋氨酸的释放率比较简单、稳定，与瘤胃尼龙袋法相比不同时间段的释放率均存在强相关[39]，因此连续培养法更适合做筛选氨基酸保护方法的研究。③半体内法，也就是利用尼龙袋技术测定蛋氨酸释放率的方法。该方法能够较准确地反映动物对过瘤胃蛋氨酸的真实降解率，是最为常用的一种方法，但结果容易受试验动物个体生理条件、过瘤胃蛋氨酸产品的溶解性等外在因素的影响[40]。④血液反应法，即通过测定血液中蛋氨酸含量的高低来评价过瘤胃蛋氨酸产品的有效性。原理是日粮中的蛋氨酸到达小肠后会被其吸收利用，血清中的游离蛋氨酸浓度会随之增加[41]。血清游离氨基酸含量与抵达小肠的氨基酸量呈正相关，因此，检测血清游离氨基酸水平能够获知动物机体氨基酸吸收利用状况[42]。

5 结语

综上所述，过瘤胃蛋氨酸具有较好的生物学效价，对反刍动物营养调控、减缓蛋白质饲料资源紧张有着积极的作用，在实际生产应用中有着广阔的前景。但目前过瘤胃蛋氨酸的应用也存在一些问题，例如反刍动物的适宜添加量尚无统一标准，添加量与不同的日粮粗蛋白水平之间还需要找到一个平衡点；过瘤胃蛋氨酸存在过度保护或保护不够等应用现状；过瘤胃蛋氨酸在动物体内的作用机理、代谢途径等方面还需进一步研究等，对此还需大力加强相关产品研发和生产应用方面的研究。