豬理想蛋白質(zhì)理念及應(yīng)用

Jaap van Milgen， Jean-Yves Dourmad

（1.INRA，UMR1348 Pegase，35590 Saint-Gilles，F(xiàn)rance；2.Agrocampus Ouest，UMR1348 Pegase，35590 Saint-Gilles，F(xiàn)rance）

理想蛋白質(zhì)是指飼糧蛋白質(zhì)中的各種氨基酸含量與動物用于特定功能所需要的氨基酸量相一致，也就是說當(dāng)動物對飼料中的氨基酸達到最大利用率時，不能再用任何量的一種氨基酸來替代另一種氨基酸。賴氨酸為第一限制性氨基酸，因此，理想氨基酸模式通常以賴氨酸作為相對值來表述（例如賴氨酸=100%）。雖然理想蛋白質(zhì)模型相對于某生產(chǎn)階段經(jīng)常被設(shè)定為不變的，但實際上，理想蛋白模型會發(fā)生一些小的改變。這是由于在動物的生產(chǎn)過程中，各機體組成部分對氨基酸的需求會有變化，從而也改變了對理想蛋白質(zhì)模型的相對貢獻率。

通常，豬對日糧蛋白質(zhì)的利用效率取決于日糧蛋白質(zhì)的消化率、氨基酸組成以及日糧氨基酸的平衡和動物的需要量。過量的氨基酸在體內(nèi)會脫氨形成尿素，通過尿液排出。因此，維持氨基酸供給量和需要量之間的平衡是非常重要的。蛋白質(zhì)是價格相對較高的飼料原料，并且許多國家依賴進口。同時，日糧蛋白質(zhì)利用效率低，造成世界各地豬養(yǎng)殖過程中氮排泄過多，產(chǎn)生環(huán)境污染。隨著晶體氨基酸 （如 L-Lys、DL-Met、L-Thr、L-Trp、L-Val）使用量的增加，配制氨基酸平衡的低蛋白質(zhì)日糧成為可能。而且，只要對動物氨基酸的需要量有精確的認(rèn)識，減少日糧中蛋白的量并保持最佳的動物生產(chǎn)性能是可行的。本文就近年來蛋白質(zhì)和氨基酸營養(yǎng)實際應(yīng)用方面的技術(shù)發(fā)展水平和最新進展作一綜述。

1 氨基酸的結(jié)構(gòu)和作用

動物產(chǎn)品的主要作用是為人類提供優(yōu)質(zhì)的動物源蛋白質(zhì)。氨基酸是蛋白質(zhì)構(gòu)成的基本單元，每個氨基酸都是由氨基（-NH2）、羧基（-COOH）以及不同的側(cè)鏈構(gòu)成，蛋白質(zhì)是由許多氨基酸通過氨基與羧基脫水縮合而形成的以肽鍵相連的高分子含氮化合物。賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸是必需氨基酸，因為豬不能通過自身的代謝合成氨基酸。絲氨酸、甘氨酸、精氨酸、丙氨酸、脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺可以在動物體內(nèi)合成，因此叫非必需氨基酸。盡管豬可以自己合成這些氨基酸，但并不意味著自身的合成能力能夠滿足自身的需要。精氨酸通常被認(rèn)為是非必需氨基酸，但小豬的合成能力不足（Wu，2014）。酪氨酸和半胱氨酸是半必需氨基酸。酪氨酸可以通過苯丙氨酸的苯基羥基化合成。半胱氨酸是含硫氨基酸，可以通過蛋氨酸和絲氨酸胱巰醚而合成。除了合成蛋白質(zhì)的20種氨基酸，特殊的氨基酸也與新陳代謝有關(guān)（如鳥氨酸、瓜氨酸參與鳥氨酸循環(huán)，高半胱氨酸參與蛋氨酸循環(huán)）或者來源于其他物質(zhì)的衍生（如羥基脯氨酸或1，3甲基組氨酸）。然而，日糧供給的蛋白必需能提供足夠的氮源滿足非必需或半必需氨基酸的合成代謝。

由于氨基酸在蛋白質(zhì)合成中具有重要的作用，因此氨基酸的需求很大程度上取決于機體在生長過程中的蛋白質(zhì)的沉積。有研究表明，豬不同身體部位氨基酸組成也不同。豬體不同部位提供的蛋白質(zhì)的量不同，而胴體蛋白是體蛋白最大的一部分（Mahan 和 Shields，1998）。 研究表明，隨著豬體重的增加，不同部位所提供的蛋白質(zhì)的量也會變化，胴體或血液部分所提供的蛋白質(zhì)的量會逐漸增加，而內(nèi)臟等部位所提供的蛋白質(zhì)的量則會減少。盡管毛發(fā)蛋白僅占機體總蛋白質(zhì)的一小部分，但其含有較高的半胱氨酸，毛發(fā)里含有整個機體15%以上的半胱氨酸。對于泌乳母豬，泌乳過程中需要合成大量的蛋白質(zhì)，占機體總蛋白合成量的大部分，所以泌乳母豬的氨基酸需要量受乳蛋白氨基酸組成的影響較大（Dourmad等，1998）。

2 理想蛋白質(zhì)

理想蛋白質(zhì)的理念是早在50多年前提出，目前仍然非常有效。理想蛋白質(zhì)的理念說明，對于動物的生長性能而言，所有的必需氨基酸都是限制性氨基酸，因此氨基酸的供給一定要和氨基酸的需要匹配。氨基酸供給不能不足也不能過量。理想蛋白質(zhì)的氨基酸組成模式一般用各種必需氨基酸相對于賴氨酸的比例表示。賴氨酸在豬日糧中是第一限制氨基酸，因此關(guān)于賴氨酸在豬生長、懷孕、哺乳期的需求變化研究較多。如果其他氨基酸的需求主要是為了合成機體蛋白質(zhì)，那么這些氨基酸需要量的比例相對與賴氨酸是不變的。這使理想蛋白質(zhì)模式在實際應(yīng)用中難度大大簡化，因為只要知道賴氨酸在不同階段的需求量，結(jié)合其他氨基酸需求量和賴氨酸需求量相對穩(wěn)定的比例，就能在實際中應(yīng)用理想蛋白質(zhì)理念。ARC（1981）首先將理想蛋白的理念用于豬的實踐，從此，理想氨基酸模式成為表述氨基酸需求的一個常用模式而廣泛應(yīng)用于研究和實踐。

3 使用正確的通用方式表述動物的氨基酸需要量和飼料氨基酸的價值

如前所述，氨基酸需要可以定量，和動物沉積體蛋白的潛在能力和乳蛋白的合成能力相關(guān)。這意味著氨基酸的實際需要由機體各部分對氨基酸需求決定。由日糧供給的氨基酸必需經(jīng)過消化、吸收并且運送到目標(biāo)組織才起作用，然而，部分氨基酸可能在到達目標(biāo)組織前已經(jīng)分解代謝了。因此在實際供給量（飼料中氨基酸含量）和需要量（蛋白質(zhì)沉積所需要的氨基酸）之間有一個潛在的差值。目前習(xí)慣做法是用標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率（SID）來表達飼料中氨基酸的價值和動物實際的需要量 （Stein等，2007）。因為只有在回腸前被消化吸收的氨基酸，才能被動物作為氨基酸來利用。沒有在回腸前被消化吸收的氨基酸會受腸道微生物發(fā)酵的影響，出現(xiàn)在盲腸和結(jié)腸里的氨基酸不能被動物自身吸收利用。所謂標(biāo)準(zhǔn)化是指校準(zhǔn)了動物自身回腸表觀消化率的內(nèi)源氮的損失（例如腸道脫落的上皮細(xì)胞和內(nèi)源性分泌物）。當(dāng)豬飼喂正常日糧時，流動到回腸末端的殘留氨基酸，一部分來源于未消化的日糧，另一部分來源于內(nèi)源性氨基酸的損失。當(dāng)不校正內(nèi)源性損失的氨基酸時可獲得表觀回腸消化率（AID）。基礎(chǔ)內(nèi)源性損失假定只和動物干物質(zhì)的攝入量有關(guān)，而和日糧的組成無關(guān)。動物內(nèi)源性氨基酸損失可以通過無蛋日糧來測定，通過對測定的表觀回腸氨基酸消化率進行內(nèi)源性氨基酸損失校正，可獲得標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸消化率。

目前有許多相關(guān)飼料原料的SID值的文獻資料。很有參考價值的，因為“飼料的氨基酸值”和“動物的氨基酸需要量”應(yīng)該相互匹配。利用上述提到的SID和AID值就很容易證明這個觀點?；A(chǔ)內(nèi)源性損失是受動物本身影響，在SID系統(tǒng)中是屬于“需要量”的一部分，而在AID系統(tǒng)中，它屬于“飼料值”的一部分。因此，無論是氨基酸值和氨基酸需要量在SID系統(tǒng)中都比AID系統(tǒng)中的要高。

4 氨基酸需要量的確定

目前有兩種方法可以建立氨基酸的需要量，即析因法和傳統(tǒng)的試驗方法。析因法是基于計算機體各部分的營養(yǎng)需要，如下所示：

體重50 kg，采食量2 kg/d，蛋白沉積150 g/d，體蛋白中賴氨酸含量為6.96%，賴氨酸最大利用效率為72%，維持賴氨酸需要量為0.0284 g/kg BW0.75/d，基礎(chǔ)內(nèi)源損失為0.313 g/kg干物質(zhì)。計算：蛋白沉積賴氨酸的需求量為150×0.0696/0.72=14.5 g/d，維持賴氨酸的需要量為0.0284×500.75=0.534 g/d，基礎(chǔ)內(nèi)源性賴氨酸損失的量為0.313×2=0.626 g/d，標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化賴氨酸的需要量為14.5+0.534+0.626=15.66 g/d（或日糧中0.78%SID Lys）（van Milgen 等，2008）。

上述例子表明，相對于沉積蛋白質(zhì)的賴氨酸需要量，維持賴氨酸需要量和基礎(chǔ)內(nèi)源性損失較小，只占總SID賴氨酸需要量的7.4%。

5 評估氨基酸需要和理想蛋白質(zhì)模型的實驗室方法

NRC（2012）建議以下列準(zhǔn)則研究氨基酸需要：（1）基礎(chǔ)日糧中待測氨基酸不足；（2）基礎(chǔ)日糧中其他氨基酸充足；（3）待測氨基酸至少有四個梯度；（4）足夠長的試驗期，以使試驗指標(biāo)能夠反映需要量；（5）一個適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計模型來描述動物對氨基酸反應(yīng)和氨基酸需要。

隨著待測氨基酸供給的增加，測試指標(biāo)（如日增重）也會逐漸增加到頂點，這時此氨基酸對動物生長來說不是限制因素，進一步的增加待測氨基酸水平也不會提高生長性能（圖1）。這個點對應(yīng)的就是動物的需要量。如果營養(yǎng)值不再會制約動物的生長性能，很可能動物的生長潛能也已經(jīng)極限了。如果需要量剛好與供給量平衡，那么氨基酸的供給量和動物的生長潛力都是生長性能提高的制約因素，此時需要量為在特定生長潛力下的需要量。也可以設(shè)計一個試驗研究直接評估理想氨基酸∶賴氨酸。在這種情況下，在這個研究中賴氨酸的供給是第二限制因素，僅次于生長潛力（Boisen，2003）。賴氨酸的需要量在整個研究中稍微低于動物的需要量。在達到需要水平時，被測氨基酸和賴氨酸都是生長性能的限定因素，這時被測氨基酸的需要量就可表示為其與賴氨酸的比例。氨基酸需要研究主要是在基礎(chǔ)日糧中添加不同水平的合成氨基酸。對于這種方法目前尚存在一些爭議，因為添加合成氨基酸不僅改變了被測氨基酸的量，也改變了被測氨基酸與其他氨基酸的比例。這將會打破氨基酸的平衡，使對需要量的評估有偏差。

圖1 日糧SID纈氨酸∶賴氨酸對生長豬生長的影響

選擇一個合適的試驗期，才能夠充分反映指標(biāo)的變化。檢測指標(biāo)通常是一些生長性能指標(biāo)，如生長豬體增重和飼料效率、懷孕母豬的氮存留、哺乳母豬的窩增重。但是也有用新陳代謝相關(guān)數(shù)據(jù)如血漿尿素氮（Coma等，1995）為指標(biāo)，或者使用標(biāo)記氨基酸氧化技術(shù)。在實際應(yīng)用中，最常用的就是日增重。但是只有在試驗持續(xù)足夠長的時間，才能精確評估日增重。然而生長豬、懷孕豬、哺乳豬在生產(chǎn)期間變化很快，氨基酸的需要量也是如此。因此需要在盡量短的試驗時間（防止需要量發(fā)生變化）和盡量長的試驗時間（以獲得更準(zhǔn)確的評估需要量）之間進行平衡。

現(xiàn)有多種模型預(yù)測動物在不同氨基酸水平下的生長表現(xiàn)。線性-平臺（或折線）和曲線-平臺模型是經(jīng)常使用的模型（Robbins等，2006）。趨勢線和拋物線模型也會用到。但是這些模型都有一個缺點，趨勢線模型下動物指標(biāo)永遠(yuǎn)也達不到最大值，拋物線模型中高氨基酸水平下動物生長性能反而會低。這兩種模型的主要區(qū)別在于，當(dāng)氨基酸水平低于需要量時，線性模型中氨基酸水平與指標(biāo)之間的邊際效應(yīng)是一個常數(shù)，而在曲線模型中邊際效應(yīng)還是一個線性函數(shù)。這種不同會造成預(yù)測的氨基酸需要量會有很大的區(qū)別，曲線-平臺模型預(yù)測的需要量要大大高于折線模型（圖1）。因此在解釋或應(yīng)用已發(fā)表的需要量數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)與所用的預(yù)測模型聯(lián)系起來非常重要。通過飼料和投資回報的額外成本比較，用curvilinearplateau model（曲線-平臺）模型可測定得到最佳經(jīng)濟效益下的需要量。

關(guān)于第一限制氨基酸（如 Lys、Met、Met+Cys、Thr、Trp）對生長豬的影響已有相當(dāng)多的研究報道，而有關(guān)其他氨基酸（如Ile）的研究較少（如Val、Leu、Phe、Phe+Tyr、His、Arg）。 關(guān)于懷孕和哺乳豬對一些氨基酸的響應(yīng)信息不多或根本沒有。NRC（2012）列出了一些豬不同生長階段氨基酸需要量的參考資料。

實用可行的氨基酸需要量不可能通過一個試驗就能得到。動物的生理階段、日糧、環(huán)境都會影響動物利用限制性營養(yǎng)物質(zhì)的方式，最終影響到理想蛋白質(zhì)模型。因此，需要在不同條件下開展多個試驗以消除其他因素對氨基酸需要量的影響。系統(tǒng)的綜合分析是實現(xiàn)這個目標(biāo)的有效方法（Simongiovanni等，2012；Van Milgen 等，2012）。

6 評估氨基酸需要量和理想蛋白質(zhì)組成的模型

由于氨基酸需要量隨著畜禽生長和生殖期的改變而改變，因此需要用建模的方法用來測定。析因法是 InraPorc（Dourmad 等，2008）和 NRC（2012）軟件模型預(yù)測需要量的基礎(chǔ)。這些模型中已經(jīng)錄入一些特定指標(biāo)，但是還需要用戶輸入蛋白質(zhì)沉積量和采食量等相關(guān)信息。利用提供的各種信息，模型可以動態(tài)的顯示氨基酸的需要量曲線。

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