纈氨酸在豬營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

湯文杰，何 鵬，李書(shū)偉，刁 慧，晏家友，鄺聲耀*

（1.四川省畜牧科學(xué)研究院動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所，畜禽生物制品四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，動(dòng)物遺傳育種四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066；2.四川省畜科飼料有限公司，四川省飼料科技研發(fā)中心，四川成都 610066）

隨著現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，養(yǎng)殖模式向集約化轉(zhuǎn)變，對(duì)豬的生長(zhǎng)性能和免疫功能提出了更高要求。隨著母豬產(chǎn)仔數(shù)提高，泌乳能力成為影響仔豬斷奶窩重的關(guān)鍵因素。纈氨酸是豬的必需氨基酸之一，能有效提升仔豬生長(zhǎng)性能和免疫功能，并在提高泌乳母豬的泌乳能力方面發(fā)揮著重要的作用。免疫細(xì)胞和免疫球蛋白活性是評(píng)價(jià)動(dòng)物免疫功能的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，纈氨酸對(duì)動(dòng)物T 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成熟T 細(xì)胞的過(guò)程有促進(jìn)作用，且纈氨酸能提高仔豬腸道免疫球蛋白M（IgM）含量，從而提高仔豬免疫功能。泌乳母豬乳腺發(fā)育水平是影響母豬泌乳能力的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，纈氨酸可以通過(guò)激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)豬乳腺上皮細(xì)胞的增殖和蛋白質(zhì)合成，從而提高母豬泌乳能力。本文主要綜述了纈氨酸對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能、免疫功能和母豬泌乳能力的影響及可能機(jī)制和需要量，旨在為纈氨酸在豬營(yíng)養(yǎng)中的合理應(yīng)用提供理論支持。

1 纈氨酸的發(fā)現(xiàn)與合成

Von Besanez 于1856 年從胰臟浸提液中分離出來(lái)纈氨酸，在1906 年由Fisher 分析出化學(xué)結(jié)構(gòu)并為其命名。纈氨酸化學(xué)名稱(chēng)為-氨基-3-甲基丁酸，含有5 個(gè)碳原子，屬于支鏈非極性氨基酸，分子式為CHNO（圖1），相對(duì)分子量為117.15，無(wú)臭、味苦，白色單斜晶系晶體或結(jié)晶性粉末狀，用乙醇水溶液重結(jié)晶者為無(wú)色板狀或鱗片狀結(jié)晶。纈氨酸消旋體狀態(tài)下熔點(diǎn)為298℃，左旋體狀態(tài)下熔點(diǎn)為293℃，右旋體狀態(tài)下熔點(diǎn)為315℃。纈氨酸是中性氨基酸，其水溶液呈弱酸性。

圖1 纈氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)

纈氨酸在畜禽飼料中以-纈氨酸的形式添加。-纈氨酸的生產(chǎn)方法包括化學(xué)合成法、水解提取法和發(fā)酵法?；瘜W(xué)合成即通過(guò)利用含有纈氨酸相關(guān)基團(tuán)的其他化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行合成，如用氰化氫和異丁醛合成羥基異丁腈，再與氨反應(yīng)得到氨基異丁腈，最后水解獲得-纈氨酸。化學(xué)合成法工藝流程復(fù)雜，副產(chǎn)物多，重新分離純化后產(chǎn)出率低，無(wú)法滿足規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。水解提取法是將血粉或毛發(fā)蛋白質(zhì)水解成氨基酸后，用離子交換法分離提取其中的纈氨酸，此方法雖然操作便捷，但受限于不理想的離子交換樹(shù)脂分離效果，且生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)環(huán)境差。微生物發(fā)酵法是通過(guò)篩選高產(chǎn)菌株進(jìn)發(fā)酵，提取分離發(fā)酵液中的纈氨酸，高產(chǎn)菌株可通過(guò)誘變育種或?qū)胫亟M質(zhì)粒產(chǎn)生。此方法因其成本相對(duì)較低，反應(yīng)條件溫和，也是國(guó)內(nèi)外氨基酸規(guī)?；a(chǎn)的主流方法。

2 纈氨酸的營(yíng)養(yǎng)代謝

纈氨酸和與其結(jié)構(gòu)類(lèi)似的亮氨酸和異亮氨酸同屬于支鏈氨基酸（BCAA），是一種必需氨基酸。纈氨酸作為生糖氨基酸，通過(guò)糖異生優(yōu)先參與乳腺等組織中葡萄糖的合成。BCAA 不僅能在肝臟中參與代謝，也能在肌肉中參與蛋白質(zhì)的合成與分解。在代謝過(guò)程中纈氨酸與亮氨酸和異亮氨酸具有相同的代謝途徑，共用一套轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。纈氨酸首先通過(guò)支鏈氨基轉(zhuǎn)移酶的轉(zhuǎn)氨基作用形成-酮異戊酸，再通過(guò)氧化脫羧反應(yīng)并在輔酶A 的參與下氧化為琥珀酰輔酶A，參與機(jī)體供能和蛋白質(zhì)合成。纈氨酸代謝過(guò)程中產(chǎn)生的谷氨酰胺和丙氨酸可進(jìn)入丙氨酸-葡萄糖循環(huán)，維持血糖平衡。由于BCAA 之間存在相似支鏈結(jié)構(gòu)，共用轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，所以在吸收入體內(nèi)和分解代謝中會(huì)競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)載體和反應(yīng)酶，出現(xiàn)拮抗現(xiàn)象。因此，日糧中纈氨酸含量過(guò)高時(shí)，會(huì)阻礙亮氨酸和異亮氨酸的吸收和代謝。

圖2 BCAA 的分解代謝[18]

3 纈氨酸對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能、免疫功能及母豬泌乳能力的作用

3.1 纈氨酸可提高仔豬生長(zhǎng)性能 仔豬的斷奶窩重和斷奶窩增重是反映哺乳仔豬生長(zhǎng)性能的要指標(biāo)。Richert等和黃紅英等研究結(jié)果顯示，在母豬日糧中添加纈氨酸可提高仔豬的斷奶窩重、斷奶窩增重和存活率。以上研究表明，纈氨酸可通過(guò)母體效應(yīng)提高哺乳仔豬生長(zhǎng)性能。Barea 等研究發(fā)現(xiàn)，將斷奶仔豬（10～25 kg）的將纈氨酸供應(yīng)量從58%增加到66%標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化纈氨酸與賴氨酸的比率（SID Val:Lys）導(dǎo)致采食量和日增重分別線性增加24%和30%。Meyer 等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)日料中可消化纈氨酸濃度為4.8～11.9 g/kg 時(shí)大白×長(zhǎng)白斷奶仔豬日增重、飼料轉(zhuǎn)化效率和胴體蛋白質(zhì)隨日料中可消化纈氨酸含量的增加而增加。以上研究表明，纈氨酸可提高斷奶仔豬生長(zhǎng)性能。

3.2 纈氨酸可提高仔豬免疫功能 免疫細(xì)胞和免疫球蛋白活性是評(píng)價(jià)動(dòng)物機(jī)體免疫的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，纈氨酸對(duì)動(dòng)物T 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成熟T 細(xì)胞的過(guò)程有促進(jìn)作用，同時(shí)提高IgM、溶菌酶、補(bǔ)體C3 和C4 濃度并增強(qiáng)機(jī)體的免疫機(jī)能。還有研究報(bào)道，纈氨酸能促進(jìn)胸腺和外周淋巴組織的生長(zhǎng)，提高運(yùn)鐵蛋白、免疫球蛋白的水平，促進(jìn)中性粒細(xì)胞的增生，增強(qiáng)機(jī)體的特異性免疫能力。黃紅英等研究發(fā)現(xiàn)，添加BCAA 組泌乳母豬可極顯著提高仔豬血清中IgG 濃度，表明支鏈氨基酸可通過(guò)母體效應(yīng)提高仔豬的免疫功能。防御素是生物免疫系統(tǒng)中的重要調(diào)節(jié)分子，也具有直接的殺菌功能，是一類(lèi)重要的抗菌肽。任曼研究發(fā)現(xiàn)，BCAA 能提高仔豬小腸中免疫球蛋白水平和腸上皮淋巴數(shù)目，上調(diào)空腸和回腸中防御素基因轉(zhuǎn)錄水平。在進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)，纈氨酸能通過(guò)Sirt/ERK/90RSK 通路促進(jìn)豬腸上皮細(xì)胞防御素的表達(dá)，同時(shí)提高腸道免疫防御功能，抵御微生物的入侵?？梢?jiàn)，纈氨酸可以通過(guò)促進(jìn)免疫器官的發(fā)育，促進(jìn)免疫細(xì)胞的成熟，提高免疫球蛋白水平、補(bǔ)體濃度、防御素水平，從而提高豬機(jī)體特異性和非特異性免疫功能，增強(qiáng)豬機(jī)體健康。

3.3 纈氨酸可提高母豬泌乳能力 在3 種支鏈氨基酸中，纈氨酸對(duì)泌乳母豬生產(chǎn)性的影響最顯著，在特殊生理階段分解為糖異生提供能量。母豬泌乳期能量及各種營(yíng)養(yǎng)需求增加，供應(yīng)不足會(huì)降低背膘厚度，減少體重，降低其生產(chǎn)性能，進(jìn)而影響斷奶后發(fā)情和繁殖周期。早期研究發(fā)現(xiàn)，飼糧賴氨酸水平為0.9%時(shí)，提高纈氨酸水平可顯著改善母豬生產(chǎn)性能。Kim 等研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同范圍（0～8 kg 和10～72 kg）體重?fù)p失的泌乳母豬飼糧中賴氨酸均為第一限制性氨基酸，纈氨酸分別為第二和第三限制性氨基酸。Dunshea 等研究發(fā)現(xiàn)，纈氨酸可通過(guò)提高泌乳母豬產(chǎn)奶量和奶品質(zhì)來(lái)提高仔豬生長(zhǎng)性能。李方方等研究發(fā)現(xiàn)，纈氨酸不僅提高了乳汁中乳脂、乳蛋白和非脂固形物的含量，也提高了血清中血清總蛋白含量和日均采食量。在青年母豬上的研究表明，纈氨酸通過(guò) AKT/mTOR/SREBP1 信號(hào)通路增強(qiáng)了豬乳腺中初乳的乳脂合成。泌乳母豬乳腺發(fā)育水平是影響母豬泌乳能力的主要因素。Richert等研究發(fā)現(xiàn)，母豬乳腺吸收的纈氨酸含量較母豬乳汁中纈氨酸含量高1 倍，可見(jiàn)纈氨酸對(duì)母豬乳腺發(fā)育極其重要。催乳素能刺激動(dòng)物乳腺發(fā)育生長(zhǎng)，刺激并維持泌乳。研究發(fā)現(xiàn)，纈氨酸能顯著提高母豬血清催乳素濃度。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，纈氨酸可以通過(guò)激活mTOR 信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)豬乳腺上皮細(xì)胞的增殖和蛋白質(zhì)合成，從而提升母豬泌乳能力。因此，纈氨酸可通過(guò)提高采食量，增加血清總蛋白含量和催乳素濃度，從而提高機(jī)體蛋白質(zhì)合成利用，促進(jìn)乳腺的生長(zhǎng)發(fā)育，從而提高母豬泌乳量和乳品質(zhì)等相關(guān)生產(chǎn)性能。

4 豬對(duì)纈氨酸的營(yíng)養(yǎng)需要量

4.1 仔豬對(duì)纈氨酸的需要量 仔豬生長(zhǎng)速度快，器官處于發(fā)育階段，營(yíng)養(yǎng)需求高，飼料中纈氨酸含量往往都不足，需要額外添加。纈氨酸需要量多采用標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化纈氨酸（SID Val）和標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化纈氨酸與賴氨酸的比率（SID Val:Lys）2 種方式表示。Gaines 等發(fā)現(xiàn)，SID Val 達(dá)到0.92% 時(shí)仔豬（8～20 kg）達(dá)到最佳生長(zhǎng)性能。但Barea 等的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SID Val為0.53% 時(shí)仔豬（12～25 kg）生長(zhǎng)性能最佳。其他研究顯示需要量范圍多在0.60%～0.72%。以上差異與試驗(yàn)初重與末重存在一定相關(guān)性，由于機(jī)體器官生長(zhǎng)發(fā)育的需求，初重和末重較小的仔豬較初重和末重較大的仔豬表現(xiàn)出對(duì)纈氨酸的更高需要量。當(dāng)以SID Val:Lys為考察指標(biāo)時(shí)，由于不同試驗(yàn)中基礎(chǔ)飼糧SID Lys 不同，因此SID Val:Lys 的變化范圍也較大。研究顯示，仔豬對(duì)纈氨酸的需要量SID Val:Lys 在55%～70%。Nemechek 等研究發(fā)現(xiàn)，仔豬（6.8～11.3 kg）飼料中賴氨酸的含量為1.3%，纈氨酸與賴氨酸比值為64%時(shí)，仔豬的生長(zhǎng)性能達(dá)到最佳。易孟霞等研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬（8～25 kg）上，飼糧SID Val:Lys 為0.63～0.645較為適合。這一結(jié)果與NRC（2012）的63% 和NSNG（2010）的64%接近。研究表明，添加1.2%纈氨酸可顯著提高仔豬的斷奶窩重。Lordelo 等研究表明，日糧粗蛋白質(zhì)水平降低3～5 個(gè)百分點(diǎn)，添加0.15%纈氨酸（日糧纈氨酸含量0.86%）對(duì)仔豬（7～23 kg）生產(chǎn)性能無(wú)不良影響的同時(shí)降低了腹瀉率和氮排泄量。

4.2 生長(zhǎng)育肥豬對(duì)纈氨酸的需要量 Gaines 等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飼糧中SID Lys 水平為1.10%時(shí)，生長(zhǎng)豬（21～33 kg）階段的SID Val:Lys 為65%時(shí)達(dá)到最佳生產(chǎn)性能，SID Val為0.72%。Waguespack 等研究結(jié)果顯示，20～45 kg生長(zhǎng)豬飼糧中SID Lys 水平為0.83% 時(shí)SID Val:Lys 為67%～70%，SID Val 為0.56%。兩者SID Val 相差較大，可能是由于品種養(yǎng)殖條件改善，豬生產(chǎn)性能提高，導(dǎo)致生長(zhǎng)育肥豬對(duì)賴氨酸和纈氨酸需求量增加，但Waguespack 等SID Lys 參考NRC（1998）的0.83%導(dǎo)致SID Val 偏低。易孟霞等研究發(fā)現(xiàn)，按照NRC（2012）的SID Lys 為0.98%設(shè)置飼糧賴氨酸水平，得出SID Val:Lys 為65%，SID Val 為0.65% 就能滿足生長(zhǎng)豬的營(yíng)養(yǎng)需求，當(dāng)SID Val:Lys 為69%，SID Val為0.68%時(shí)能達(dá)到最佳日增重。綜合考慮，生長(zhǎng)豬SID Val 以0.68%為宜。

關(guān)于豬育肥階段纈氨酸的研究相對(duì)較少。Lewis 等研究顯示，飼糧中SID Lys 為0.64% 時(shí)，育肥豬前期（67～80 kg）纈氨酸需要量為0.38%。Liu 等研究發(fā)現(xiàn)，育肥豬前期（初重59.8 kg）飼糧中SID Lys 為0.70%時(shí)，SID Val 為0.37%。然 而，育肥豬前期（50～75 kg）NRC（2012）的SID Val 推薦量為0.55%，相較于以上2 個(gè)研究以及NRC（1998）的0.45%更高。易孟霞等的研究采用玉米-豆粕型飼糧得出育肥豬前期（50～80 kg）SID Val 需要量為0.65%，與NSNG（2010）對(duì)25～120 kg 高生長(zhǎng)速度瘦肉型豬SID Val 的推薦量[0.60%（公豬）和0.63%（母豬）] 相近。對(duì)于育肥豬后期的75～100 kg 和100～135 kg 階段NRC（2012）的SID Val 推薦量分別為0.48%和0.41%。可見(jiàn)，隨著對(duì)育肥豬生產(chǎn)性能尤其是生長(zhǎng)速度要求更高，對(duì)飼糧中SID Val 的需要量也隨之增加。

4.3 母豬對(duì)纈氨酸的需要量 泌乳母豬NRC（2012）推薦SID Val:Lys 為85%。但一些研究得出更高的纈氨酸與賴氨酸比例。在早期的報(bào)道中，楊育才等研究表明，飼糧SID Val 應(yīng)達(dá)到1.15%才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)泌乳母豬的最佳生產(chǎn)性能。陳熠等研究發(fā)現(xiàn)，在日糧SID Lys 水平為1.09%時(shí)，額外添加0.25%纈氨酸，即SID Val:Lys 為117%，達(dá)到最高泌乳量和仔豬斷奶窩重。黃紅英等報(bào)道，當(dāng)飼糧SID Lys 為0.85%～0.90% 時(shí)，推薦飼糧SID Val 范圍為1.00%～1.15%，SID Val:Lys范圍為100%～120%。在以上研究中，泌乳母豬對(duì)纈氨酸的需要量差異較大，可能與母豬品種、飼糧蛋白水平和賴氨酸水平等因素有關(guān)。

5 小結(jié)和展望

纈氨酸可通過(guò)提高母豬泌乳量和乳質(zhì)量，提高仔豬斷奶重；通過(guò)提高豬機(jī)體免疫能力，增強(qiáng)抗病能力，降低死淘率，提高經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，通過(guò)優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)方案與提高技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)降本增效將成為企業(yè)提升自身競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。深入研究纈氨酸是完善“氨基酸平衡理論”優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)方案的重要途徑。此外，在低蛋白水平日糧中，通過(guò)額外添加纈氨酸滿足豬對(duì)纈氨酸的需要，可節(jié)約蛋白資源、減少氮排放利于環(huán)境保護(hù)。現(xiàn)有的研究中關(guān)于纈氨酸在仔豬的免疫功能與母豬泌乳能力上研究較多，但其對(duì)豬血清中免疫球蛋白的影響機(jī)制和乳汁中乳糖的調(diào)節(jié)機(jī)制等還有待進(jìn)一步研究。在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其是在日糧蛋白質(zhì)降低、賴氨酸等必需氨基酸添加量提高的條件下，豬對(duì)纈氨酸的需要量還有待做更多研究。