飼料氨基酸釋放動態(tài)對豬氮素利用影響的研究進展

王 斌，趙 元，秦貴信

（吉林農業(yè)大學動物科學技術學院，動物生產及產品質量安全教育部重點實驗室，動物營養(yǎng)與飼料科學吉林省重點實驗室，吉林長春 130022）

現(xiàn)行的動物營養(yǎng)標準對于動物日糧蛋白營養(yǎng)的要求都是基于氨基酸比例均衡以及一定的全腸道或回腸末端可消化氨基酸含量。NRC（2012）取消了對蛋白質需要量的建議，改為總氮需要量，卻依然局限于僅規(guī)定了動物對營養(yǎng)的靜態(tài)需要。然而大量研究發(fā)現(xiàn)，相同條件下，不同蛋白源的食品或日糧在人或動物氮沉積和肌肉蛋白合成等多方面表現(xiàn)出顯著性差異。由此可見，不同來源的蛋白質在動物體內消化、吸收、分解和排出的動態(tài)過程差異較大，進而影響動物的生長發(fā)育，只滿足于營養(yǎng)的靜態(tài)需要量似乎不是最佳的飼料蛋白評判標準。

為了滿足氨基酸平衡，在配制豬的飼糧時常會補充一些單體氨基酸以提高蛋白質的利用效率和降低氮的排放量。但研究發(fā)現(xiàn)，過量添加單體氨基酸也會影響動物的正常生長。單體氨基酸在動物體內不經消化便可被吸收，相比飼料蛋白中的氨基酸可以更快進入血液。因此，飼料的蛋白來源（即氨基酸來源）構成會造成其氨基酸釋放動態(tài)的差異，進而影響動物對蛋白質的消化吸收和利用。本文綜述了不同蛋白源日糧對豬氮素利用的影響，為動物生產提供更加科學的飼料配制方式，以期達到提高蛋白利用效率和減少氮排放的目的。

1 飼料氨基酸釋放動態(tài)對豬蛋白質消化的影響

豬對飼料蛋白質的消化是一個復雜的過程，蛋白質本身的理化性質與分子構象（如顆粒度、溶解度和二級結構中螺旋、折疊及無規(guī)卷曲的含量等）都會影響體內的酶活性及分解作用。不同來源的蛋白質在機體內的消化情況不同，主要體現(xiàn)在小腸內氨基酸釋放的部位以及消化效率等方面。Zhong 等研究發(fā)現(xiàn)，酪蛋白、玉米酒精糟及可溶物（Distillers Dried Grains With Solubles，DDGS）和豆粕作為3 種不同蛋白源在斷奶仔豬小腸內氨基酸釋放的部位不同，酪蛋白的高溶解和易消化性使其在十二指腸處就已達到氨基酸釋放頂峰，豆粕組釋放的氨基酸量在十二指腸至空腸后段緩慢上升達到峰值，而DDGS 組則一直到空腸后段才開始大量釋放。這是由于植物蛋白的二級結構中含有大量的-折疊，但-螺旋較少，比動物蛋白難消化，因此在動物腸道中需要更長的時間才能被分解并釋放氨基酸。然而有研究發(fā)現(xiàn)，在腸道中延長氨基酸釋放的時間對機體是有益的。不同蛋白源的氨基酸釋放時間需要辯證看待，過早過晚都會影響機體對蛋白質的利用，應以符合動物消化道規(guī)律的釋放時間為宜。

在了解不同蛋白源氨基酸組成及釋放規(guī)律的基礎上，根據(jù)已知飼料蛋白中的可消化氨基酸含量，通過補充單體氨基酸的方式來滿足動物氨基酸營養(yǎng)需要成為當前配制飼料的主要方法。Morales 等配制了高低蛋白水平（28.1%和19.2%）日糧來飼喂仔豬，并觀察其胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的活性，結果表明添加了大量單體氨基酸的低蛋白日糧中的酶活性顯著降低。單體氨基酸在機體內可迅速釋放，并提供游離氨基酸。大量游離氨基酸的出現(xiàn)抑制了胰酶的活性，這影響了機體對后續(xù)飼料完整蛋白的消化，進而降低了對整個日糧的消化利用。也有研究表明，在攝入非完整蛋白后機體內胰島素濃度升高，可抑制蛋白水解。動物在攝取日糧后，單體氨基酸的釋放會使消化速率慢的蛋白質在體內的分解時間進一步延長，從而造成氨基酸在小腸內的釋放部位更加滯后。因此，釋放時間較早以匹配單體氨基酸快速吸收的蛋白質，能夠滿足日糧氨基酸釋放的平衡，保證動物的飼喂效果。

2 飼料氨基酸釋放動態(tài)對豬氨基酸吸收的影響

游離氨基酸在小腸內的轉運方式主要是經上皮細胞中的氨基酸轉運載體運輸后進入細胞和血液。不同氨基酸轉運載體所屬的系統(tǒng)不同，見表1。y+系統(tǒng)是細胞內極少數(shù)的單向轉運系統(tǒng)，其中包括陽離子氨基酸轉運1 蛋白（The Cationic Amino Acid Transporter-1，CAT-1）。CAT-1 主要對賴氨酸、精氨酸和鳥氨酸等陽離子氨基酸進行轉運，賴氨酸是豬營養(yǎng)中的第一限制性氨基酸，因此豬體內的陽離子氨基酸系統(tǒng)（the Cationic Amino Acids Systems，CAA-T）最為關鍵，對CAT-1 的研究也有重要意義。Averous 等發(fā)現(xiàn)，氨基酸的缺乏會引起不帶電荷的轉運核糖核酸（Transfer Ribonucleic Acid，tRNA）在細胞內積累，進而使一般控制非抑制蛋白2（General Control Non-Derepressible-2，GCN2）激酶激活，GCN2 激酶的激活也使轉錄因子4（Transcription Factor 4）開始翻譯包括氨基酸轉運蛋白等的重要蛋白質，進而使CAT-1的表達增加。這也符合自適應調節(jié)理論，當氨基酸充足時，氨基酸轉運載體的活性降低（適應性抑制）；當氨基酸缺乏時，氨基酸轉運載體的活性升高（自適應解抑制）。當單體氨基酸大量存在于小腸內時，在一定程度上會降低氨基酸轉運載體活性，從而影響后續(xù)蛋白結合氨基酸的吸收。

表1 不同氨基酸的轉運載體及所屬系統(tǒng)[27]

不同種類的氨基酸對轉運載體存在競爭與協(xié)同關系。精氨酸和賴氨酸具有相同的轉運載體，在一定程度上存在競爭關系；而亮氨酸可刺激小腸上皮細胞對賴氨酸的吸收，存在著促進作用。也有研究發(fā)現(xiàn)，亮氨酸可作為一種信號營養(yǎng)素刺激細胞內與mRNA 翻譯相關的細胞信號通路，進而促進蛋白質合成。但亮氨酸主要存在于動物蛋白中，在植物蛋白中含量較少，因此當以植物蛋白為日糧唯一蛋白源時，可能會因亮氨酸含量低而造成機體賴氨酸缺乏，通過添加單體氨基酸可以減弱該效應，但單體亮氨酸勢必會加速機體對游離賴氨酸的吸收，同時大量的游離氨基酸也會降低氨基酸轉運載體的活性，從而造成氨基酸釋放的更加不平衡。并且有研究發(fā)現(xiàn)，游離亮氨酸快速吸收后，會造成肌肉亮氨酸相關蛋白代謝通路的刺激與氨基酸作為底物的延遲可用性之間的非同步性，這使得機體吸收的氨基酸并不能轉化為肌肉沉積。精氨酸在典型的玉米-豆粕型豬飼糧中存在較多，在小腸吸收過程中，會與賴氨酸爭奪CAT-1，這可能會影響賴氨酸用于蛋白合成的有效性。精氨酸在成年動物體內為非必需氨基酸，當其大量使用CAT-1 進行轉運時，阻礙了賴氨酸吸收入血的過程。賴氨酸作為第一限制性氨基酸，對于機體蛋白質合成不可或缺，此時蛋白質合成位點上其余氨基酸因缺乏賴氨酸的參與，而面臨被機體分解排出的風險。

血插管技術是當前檢測門靜脈血中成分的主要手段。體內的游離氨基酸被吸收后能在門靜脈血中直接體現(xiàn)。采食消化快的蛋白源能更早地在門靜脈血中檢測出大量游離氨基酸，而消化慢的蛋白源釋放的氨基酸出現(xiàn)的時間較晚。當日糧被動物攝取后，添加的單體氨基酸先被吸收入血，而飼料蛋白質中的氨基酸則要待消化之后才能被吸收，因此與單體氨基酸的吸收存在時間差距，使得該日糧中氨基酸的釋放在時間上不夠同步。但有研究表明，氨基酸釋放速率較為緩慢的蛋白質在機體內的首過效應似乎會減弱，在吸收入血的過程中能保留更多的氨基酸，這或許可以解釋盡管日糧蛋白源不同時，動物的生產性能差異依然較小。綜合考慮，為盡量減少氨基酸釋放不平衡帶來的負面影響以及利用緩慢釋放蛋白減弱首過效應的優(yōu)勢，混合植物蛋白以減少單體氨基酸添加量或許是一個可靠的選擇。缺乏賴氨酸的谷物類蛋白和缺乏硫氨基酸的豆類蛋白，二者在氨基酸結構上存在著互補關系。因此，不同植物蛋白混合使用來保證氨基酸釋放的平衡性是可行的，這既滿足了日糧氨基酸組成要求，也符合氨基酸在機體內釋放的同步，甚至可能比添加游離氨基酸更加有效。

3 飼料氨基酸釋放動態(tài)對豬氮平衡的影響

不同蛋白源的氨基酸釋放動態(tài)會影響體內蛋白質的合成，從而調節(jié)機體生長。相比蛋白結合氨基酸，單體氨基酸的快速吸收會導致蛋白質合成位點上的氨基酸暫時不平衡，這會引起部分單體氨基酸過度氧化而排出體外。體內蛋白質的合成需要各種氨基酸的共同參與，當合成位點上的氨基酸不平衡時，因氨基酸在機體內無法存留，所以此時位點上無法進行合成的氨基酸被迅速分解為氮和碳，蛋白質合成將無法正常進行，其中氮以尿素的形式排出，而碳則以脂肪的形式沉積在體內。相對于動物蛋白，植物蛋白中的必需氨基酸含量較少，因此在配制以植物蛋白為蛋白源的日糧時，需要補充更多的單體氨基酸，由此造成了該日糧氨基酸釋放的不均衡，進而增加了動物的脂肪沉積，這證實了飼喂必需氨基酸含量高的食物會使動物的瘦肉增加更多，而脂肪增加較少的觀點，也可能是低蛋白日糧造成動物胴體變肥的原因。大量的研究還發(fā)現(xiàn)，植物蛋白中的氨基酸更容易降解為尿素，用于體內蛋白質合成的量就會受到限制，因此動物在攝入植物蛋白后氨基酸外周可用性顯著降低，進而增加氮的損失。

有報道稱，飼料中的完整蛋白可以激活消化酶的分泌，進而提高蛋白消化率。因此，氨基酸釋放動態(tài)的不平衡還會弱化機體對蛋白質的消化分解能力，進而表現(xiàn)為體內氨基酸利用率降低，這或許可以解釋低蛋白日糧在降低蛋白水平超過一定范圍時，即便補充再多的單體氨基酸仍然無法滿足動物正常生長的需要。當大量的單體氨基酸出現(xiàn)在體內時，缺乏足夠的完整蛋白用于激活消化酶，導致蛋白分解速率降低，進一步拉大了單體氨基酸與蛋白結合氨基酸進入血液的時間差，更多的單體氨基酸被分解，使得該日糧中大部分氨基酸未能參與機體蛋白質合成，造成了動物生產性能下降。Nyachoti 等配制了回腸末端可消化氨基酸含量一致的4 種蛋白水平日糧來飼喂仔豬，單體氨基酸添加量分別為0.63%、1.06%、1.53% 和2.21%，結果發(fā)現(xiàn)隨著單體氨基酸添加量增加，仔豬在飼喂期的0～7、7～14、14～21 d 的平均日增重均呈下降趨勢。傳統(tǒng)觀念認為蛋白質營養(yǎng)即是氨基酸營養(yǎng)，因此在可消化氨基酸含量一致的情況下，動物攝取的營養(yǎng)應是相同的。然而Nyachoti 等試驗結果并非如此，單體氨基酸的添加劑量對動物的生長產生了顯著影響。Gloaguen 等按照可消化氨基酸含量一致而添加不同劑量單體氨基酸配制日糧，發(fā)現(xiàn)飼喂高單體氨基酸添加量日糧的仔豬生產性能有所下降，且自由采食條件下仔豬的氮沉積量隨單體氨基酸添加量減少而降低的程度有較大緩解。

平衡好飼料完整蛋白含量以及單體氨基酸的添加量，即氨基酸釋放的平衡性是飼料配制的關鍵，減少甚至消除氨基酸釋放不平衡帶來的負面作用尤為重要。Carcò 等研究發(fā)現(xiàn)，日糧中氨基酸含量及飼喂次數(shù)對豬的生長性能和氮沉積等方面均有顯著性影響，在人為控制豬采食量的情況下，豬的生長性能會有所下降；相比定時定量飼喂的豬，自由采食會減少因氨基酸釋放不均衡而造成的不良影響；在豬首次進食后，可能會浪費一部分單體氨基酸，而飼料中的完整蛋白會在豬腸道內停留許久，在其排出前，豬已經開始下一次進食，此次的單體氨基酸同上次的蛋白結合氨基酸同步吸收并參與體內蛋白質合成，從而在一定情況下保證了氨基酸釋放的均衡性。當單體氨基酸添加量超過一定程度時，即便是在自由采食的飼喂條件下，仔豬的日增重也會出現(xiàn)急劇下降。因此，僅依靠改變飼喂方式還不能完全彌補氨基酸釋放不均衡帶來的消極影響，需要進一步研究來尋找更為有效的途徑和方法。但就豬育肥期來說，采用自由采食的方式時可以使用品質低的蛋白源并補充單體氨基酸，在保證豬正常生長的情況下達到降低成本的目的。

4 小結

動物對于營養(yǎng)的要求不僅需滿足于數(shù)量一致，還包括時間上的均衡，因此在配伍日糧時更應考慮不同理化性質的飼料原料在動物體內的動態(tài)變化，保證飼料總體氨基酸在機體內釋放的均衡性以及不同種氨基酸釋放的同步性，進而優(yōu)選出真正的理想蛋白質，為動物生產提供精準營養(yǎng)。針對不同階段豬的消化道規(guī)律來設計飼料氨基酸的釋放時間以及延緩單體氨基酸釋放的包被緩釋技術等諸多問題還需要更深入和全面的研究，從而突破傳統(tǒng)營養(yǎng)學的局限性，推動飼料行業(yè)的發(fā)展。