饲料氨基酸释放动态对猪氮素利用影响的研究进展

王 斌，赵 元，秦贵信

（吉林农业大学动物科学技术学院，动物生产及产品质量安全教育部重点实验室，动物营养与饲料科学吉林省重点实验室，吉林长春 130022）

现行的动物营养标准对于动物日粮蛋白营养的要求都是基于氨基酸比例均衡以及一定的全肠道或回肠末端可消化氨基酸含量。NRC（2012）取消了对蛋白质需要量的建议，改为总氮需要量，却依然局限于仅规定了动物对营养的静态需要。然而大量研究发现，相同条件下，不同蛋白源的食品或日粮在人或动物氮沉积和肌肉蛋白合成等多方面表现出显著性差异。由此可见，不同来源的蛋白质在动物体内消化、吸收、分解和排出的动态过程差异较大，进而影响动物的生长发育，只满足于营养的静态需要量似乎不是最佳的饲料蛋白评判标准。

为了满足氨基酸平衡，在配制猪的饲粮时常会补充一些单体氨基酸以提高蛋白质的利用效率和降低氮的排放量。但研究发现，过量添加单体氨基酸也会影响动物的正常生长。单体氨基酸在动物体内不经消化便可被吸收，相比饲料蛋白中的氨基酸可以更快进入血液。因此，饲料的蛋白来源（即氨基酸来源）构成会造成其氨基酸释放动态的差异，进而影响动物对蛋白质的消化吸收和利用。本文综述了不同蛋白源日粮对猪氮素利用的影响，为动物生产提供更加科学的饲料配制方式，以期达到提高蛋白利用效率和减少氮排放的目的。

1 饲料氨基酸释放动态对猪蛋白质消化的影响

猪对饲料蛋白质的消化是一个复杂的过程，蛋白质本身的理化性质与分子构象（如颗粒度、溶解度和二级结构中螺旋、折叠及无规卷曲的含量等）都会影响体内的酶活性及分解作用。不同来源的蛋白质在机体内的消化情况不同，主要体现在小肠内氨基酸释放的部位以及消化效率等方面。Zhong 等研究发现，酪蛋白、玉米酒精糟及可溶物（Distillers Dried Grains With Solubles，DDGS）和豆粕作为3 种不同蛋白源在断奶仔猪小肠内氨基酸释放的部位不同，酪蛋白的高溶解和易消化性使其在十二指肠处就已达到氨基酸释放顶峰，豆粕组释放的氨基酸量在十二指肠至空肠后段缓慢上升达到峰值，而DDGS 组则一直到空肠后段才开始大量释放。这是由于植物蛋白的二级结构中含有大量的-折叠，但-螺旋较少，比动物蛋白难消化，因此在动物肠道中需要更长的时间才能被分解并释放氨基酸。然而有研究发现，在肠道中延长氨基酸释放的时间对机体是有益的。不同蛋白源的氨基酸释放时间需要辩证看待，过早过晚都会影响机体对蛋白质的利用，应以符合动物消化道规律的释放时间为宜。

在了解不同蛋白源氨基酸组成及释放规律的基础上，根据已知饲料蛋白中的可消化氨基酸含量，通过补充单体氨基酸的方式来满足动物氨基酸营养需要成为当前配制饲料的主要方法。Morales 等配制了高低蛋白水平（28.1%和19.2%）日粮来饲喂仔猪，并观察其胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的活性，结果表明添加了大量单体氨基酸的低蛋白日粮中的酶活性显著降低。单体氨基酸在机体内可迅速释放，并提供游离氨基酸。大量游离氨基酸的出现抑制了胰酶的活性，这影响了机体对后续饲料完整蛋白的消化，进而降低了对整个日粮的消化利用。也有研究表明，在摄入非完整蛋白后机体内胰岛素浓度升高，可抑制蛋白水解。动物在摄取日粮后，单体氨基酸的释放会使消化速率慢的蛋白质在体内的分解时间进一步延长，从而造成氨基酸在小肠内的释放部位更加滞后。因此，释放时间较早以匹配单体氨基酸快速吸收的蛋白质，能够满足日粮氨基酸释放的平衡，保证动物的饲喂效果。

2 饲料氨基酸释放动态对猪氨基酸吸收的影响

游离氨基酸在小肠内的转运方式主要是经上皮细胞中的氨基酸转运载体运输后进入细胞和血液。不同氨基酸转运载体所属的系统不同，见表1。y+系统是细胞内极少数的单向转运系统，其中包括阳离子氨基酸转运1 蛋白（The Cationic Amino Acid Transporter-1，CAT-1）。CAT-1 主要对赖氨酸、精氨酸和鸟氨酸等阳离子氨基酸进行转运，赖氨酸是猪营养中的第一限制性氨基酸，因此猪体内的阳离子氨基酸系统（the Cationic Amino Acids Systems，CAA-T）最为关键，对CAT-1 的研究也有重要意义。Averous 等发现，氨基酸的缺乏会引起不带电荷的转运核糖核酸（Transfer Ribonucleic Acid，tRNA）在细胞内积累，进而使一般控制非抑制蛋白2（General Control Non-Derepressible-2，GCN2）激酶激活，GCN2 激酶的激活也使转录因子4（Transcription Factor 4）开始翻译包括氨基酸转运蛋白等的重要蛋白质，进而使CAT-1的表达增加。这也符合自适应调节理论，当氨基酸充足时，氨基酸转运载体的活性降低（适应性抑制）；当氨基酸缺乏时，氨基酸转运载体的活性升高（自适应解抑制）。当单体氨基酸大量存在于小肠内时，在一定程度上会降低氨基酸转运载体活性，从而影响后续蛋白结合氨基酸的吸收。

表1 不同氨基酸的转运载体及所属系统[27]

不同种类的氨基酸对转运载体存在竞争与协同关系。精氨酸和赖氨酸具有相同的转运载体，在一定程度上存在竞争关系；而亮氨酸可刺激小肠上皮细胞对赖氨酸的吸收，存在着促进作用。也有研究发现，亮氨酸可作为一种信号营养素刺激细胞内与mRNA 翻译相关的细胞信号通路，进而促进蛋白质合成。但亮氨酸主要存在于动物蛋白中，在植物蛋白中含量较少，因此当以植物蛋白为日粮唯一蛋白源时，可能会因亮氨酸含量低而造成机体赖氨酸缺乏，通过添加单体氨基酸可以减弱该效应，但单体亮氨酸势必会加速机体对游离赖氨酸的吸收，同时大量的游离氨基酸也会降低氨基酸转运载体的活性，从而造成氨基酸释放的更加不平衡。并且有研究发现，游离亮氨酸快速吸收后，会造成肌肉亮氨酸相关蛋白代谢通路的刺激与氨基酸作为底物的延迟可用性之间的非同步性，这使得机体吸收的氨基酸并不能转化为肌肉沉积。精氨酸在典型的玉米-豆粕型猪饲粮中存在较多，在小肠吸收过程中，会与赖氨酸争夺CAT-1，这可能会影响赖氨酸用于蛋白合成的有效性。精氨酸在成年动物体内为非必需氨基酸，当其大量使用CAT-1 进行转运时，阻碍了赖氨酸吸收入血的过程。赖氨酸作为第一限制性氨基酸，对于机体蛋白质合成不可或缺，此时蛋白质合成位点上其余氨基酸因缺乏赖氨酸的参与，而面临被机体分解排出的风险。

血插管技术是当前检测门静脉血中成分的主要手段。体内的游离氨基酸被吸收后能在门静脉血中直接体现。采食消化快的蛋白源能更早地在门静脉血中检测出大量游离氨基酸，而消化慢的蛋白源释放的氨基酸出现的时间较晚。当日粮被动物摄取后，添加的单体氨基酸先被吸收入血，而饲料蛋白质中的氨基酸则要待消化之后才能被吸收，因此与单体氨基酸的吸收存在时间差距，使得该日粮中氨基酸的释放在时间上不够同步。但有研究表明，氨基酸释放速率较为缓慢的蛋白质在机体内的首过效应似乎会减弱，在吸收入血的过程中能保留更多的氨基酸，这或许可以解释尽管日粮蛋白源不同时，动物的生产性能差异依然较小。综合考虑，为尽量减少氨基酸释放不平衡带来的负面影响以及利用缓慢释放蛋白减弱首过效应的优势，混合植物蛋白以减少单体氨基酸添加量或许是一个可靠的选择。缺乏赖氨酸的谷物类蛋白和缺乏硫氨基酸的豆类蛋白，二者在氨基酸结构上存在着互补关系。因此，不同植物蛋白混合使用来保证氨基酸释放的平衡性是可行的，这既满足了日粮氨基酸组成要求，也符合氨基酸在机体内释放的同步，甚至可能比添加游离氨基酸更加有效。

3 饲料氨基酸释放动态对猪氮平衡的影响

不同蛋白源的氨基酸释放动态会影响体内蛋白质的合成，从而调节机体生长。相比蛋白结合氨基酸，单体氨基酸的快速吸收会导致蛋白质合成位点上的氨基酸暂时不平衡，这会引起部分单体氨基酸过度氧化而排出体外。体内蛋白质的合成需要各种氨基酸的共同参与，当合成位点上的氨基酸不平衡时，因氨基酸在机体内无法存留，所以此时位点上无法进行合成的氨基酸被迅速分解为氮和碳，蛋白质合成将无法正常进行，其中氮以尿素的形式排出，而碳则以脂肪的形式沉积在体内。相对于动物蛋白，植物蛋白中的必需氨基酸含量较少，因此在配制以植物蛋白为蛋白源的日粮时，需要补充更多的单体氨基酸，由此造成了该日粮氨基酸释放的不均衡，进而增加了动物的脂肪沉积，这证实了饲喂必需氨基酸含量高的食物会使动物的瘦肉增加更多，而脂肪增加较少的观点，也可能是低蛋白日粮造成动物胴体变肥的原因。大量的研究还发现，植物蛋白中的氨基酸更容易降解为尿素，用于体内蛋白质合成的量就会受到限制，因此动物在摄入植物蛋白后氨基酸外周可用性显著降低，进而增加氮的损失。

有报道称，饲料中的完整蛋白可以激活消化酶的分泌，进而提高蛋白消化率。因此，氨基酸释放动态的不平衡还会弱化机体对蛋白质的消化分解能力，进而表现为体内氨基酸利用率降低，这或许可以解释低蛋白日粮在降低蛋白水平超过一定范围时，即便补充再多的单体氨基酸仍然无法满足动物正常生长的需要。当大量的单体氨基酸出现在体内时，缺乏足够的完整蛋白用于激活消化酶，导致蛋白分解速率降低，进一步拉大了单体氨基酸与蛋白结合氨基酸进入血液的时间差，更多的单体氨基酸被分解，使得该日粮中大部分氨基酸未能参与机体蛋白质合成，造成了动物生产性能下降。Nyachoti 等配制了回肠末端可消化氨基酸含量一致的4 种蛋白水平日粮来饲喂仔猪，单体氨基酸添加量分别为0.63%、1.06%、1.53% 和2.21%，结果发现随着单体氨基酸添加量增加，仔猪在饲喂期的0～7、7～14、14～21 d 的平均日增重均呈下降趋势。传统观念认为蛋白质营养即是氨基酸营养，因此在可消化氨基酸含量一致的情况下，动物摄取的营养应是相同的。然而Nyachoti 等试验结果并非如此，单体氨基酸的添加剂量对动物的生长产生了显著影响。Gloaguen 等按照可消化氨基酸含量一致而添加不同剂量单体氨基酸配制日粮，发现饲喂高单体氨基酸添加量日粮的仔猪生产性能有所下降，且自由采食条件下仔猪的氮沉积量随单体氨基酸添加量减少而降低的程度有较大缓解。

平衡好饲料完整蛋白含量以及单体氨基酸的添加量，即氨基酸释放的平衡性是饲料配制的关键，减少甚至消除氨基酸释放不平衡带来的负面作用尤为重要。Carcò 等研究发现，日粮中氨基酸含量及饲喂次数对猪的生长性能和氮沉积等方面均有显著性影响，在人为控制猪采食量的情况下，猪的生长性能会有所下降；相比定时定量饲喂的猪，自由采食会减少因氨基酸释放不均衡而造成的不良影响；在猪首次进食后，可能会浪费一部分单体氨基酸，而饲料中的完整蛋白会在猪肠道内停留许久，在其排出前，猪已经开始下一次进食，此次的单体氨基酸同上次的蛋白结合氨基酸同步吸收并参与体内蛋白质合成，从而在一定情况下保证了氨基酸释放的均衡性。当单体氨基酸添加量超过一定程度时，即便是在自由采食的饲喂条件下，仔猪的日增重也会出现急剧下降。因此，仅依靠改变饲喂方式还不能完全弥补氨基酸释放不均衡带来的消极影响，需要进一步研究来寻找更为有效的途径和方法。但就猪育肥期来说，采用自由采食的方式时可以使用品质低的蛋白源并补充单体氨基酸，在保证猪正常生长的情况下达到降低成本的目的。

4 小结

动物对于营养的要求不仅需满足于数量一致，还包括时间上的均衡，因此在配伍日粮时更应考虑不同理化性质的饲料原料在动物体内的动态变化，保证饲料总体氨基酸在机体内释放的均衡性以及不同种氨基酸释放的同步性，进而优选出真正的理想蛋白质，为动物生产提供精准营养。针对不同阶段猪的消化道规律来设计饲料氨基酸的释放时间以及延缓单体氨基酸释放的包被缓释技术等诸多问题还需要更深入和全面的研究，从而突破传统营养学的局限性，推动饲料行业的发展。