過瘤胃蛋白質(zhì)的概念及在反芻動(dòng)物飼料中的應(yīng)用
1 過瘤胃蛋白的概述
過瘤胃蛋白的模糊概念在20世紀(jì)60年代就已提出，直到1989年NRC首次明確提出過瘤胃蛋白質(zhì)的概念，將反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的需要量分為可降解攝入蛋白(DIP，degraded intake protein)和非降解攝入蛋白(UIP，undegraded intake protein)。在英國(guó)的新蛋白質(zhì)中將蛋白質(zhì)分為降解蛋白質(zhì)(RDP)和非降解蛋白質(zhì)(RUP或UDP)。瘤胃降解蛋白質(zhì)(RDP)和瘤胃非降解蛋白質(zhì)(RUP)是飼料粗蛋白中兩個(gè)功能截然不同的組分。飼料粗蛋白質(zhì)在瘤胃中可降解部分即瘤胃降解蛋白質(zhì)(RDP)，為微生物的生長(zhǎng)和微生物蛋白質(zhì)的合成提供了所需的肽、游離氨基酸和氨。飼料粗蛋白中瘤胃非降解部分可直接進(jìn)入小腸被吸收。
1.1 過瘤胃蛋白的定義
所謂過瘤胃蛋白(Rumen escape protein)也稱為瘤胃非降解蛋白質(zhì)(RUP，Ruminally undegraded protein)，是指蛋白質(zhì)飼料在瘤胃中未被微生物降解而直接進(jìn)入腸道后段的部分。過瘤胃蛋白質(zhì)調(diào)控的主要目的是減少蛋白質(zhì)在瘤胃的降解，提高進(jìn)入小腸的氨基酸數(shù)量和質(zhì)量。
1.2 過瘤胃蛋白的作用
飼料粗蛋白(CP)在瘤胃中的降解是影響反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵和氨基酸供應(yīng)的一個(gè)重要因素。反芻動(dòng)物的氨基酸需要來源于飼料蛋白質(zhì)中過瘤胃部分和在瘤胃發(fā)酵過程中合成的微生物菌體蛋白以及少量的內(nèi)源蛋白質(zhì)，其中瘤胃非降解的蛋白質(zhì)是動(dòng)物吸收氨基酸的重要來源。此外，瘤胃中飼料蛋白質(zhì)降解的動(dòng)力學(xué)知識(shí)，是科學(xué)配置飼糧使瘤胃微生物獲得充足RDP和宿主動(dòng)物本身獲得充足RUP的基礎(chǔ)。
對(duì)于維持飼養(yǎng)和生產(chǎn)水平不高的反芻動(dòng)物而言，日糧中蛋白質(zhì)飼料在瘤胃中降解所合成的微生物菌體蛋白和非降解蛋白部分所提供的氨基酸就可以滿足畜體生長(zhǎng)和生產(chǎn)需要。但是，快速生長(zhǎng)犢牛和高產(chǎn)奶牛(尤其是泌乳初期)對(duì)氨基酸需要量很大，當(dāng)能量一定，氮源充足的情況時(shí)，微生物菌體蛋白的產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定，要滿足畜體的氨基酸需要，達(dá)到理想生產(chǎn)性能，只能通過增加過瘤胃蛋白水平來解決小腸氨基酸供應(yīng)量不足的矛盾。
1.3 提高優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料過瘤胃率的意義
許多研究表明，提高優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料瘤胃通過率可以提高反芻動(dòng)物的生產(chǎn)性能(Chen等，1993；Clark等，1992；Huber等，1992；Schwab，1994；A.Can，2002等)，非降解蛋白所提供的氨基酸可以補(bǔ)充蛋白質(zhì)保護(hù)后由于瘤胃發(fā)酵不足所損失的那部分微生物菌體蛋白的氨基酸。通過瘤胃灌注試驗(yàn)表明，在產(chǎn)奶過程中，產(chǎn)奶量和乳蛋白合成的第一、第二限制氨基酸分別為賴氨酸和蛋氨酸(King等，1991；Schwab等，1992)。因此，豆粕作為過瘤胃蛋白的供應(yīng)源在提高產(chǎn)奶量上更具優(yōu)勢(shì)。
大多數(shù)試驗(yàn)研究表明，飼喂過瘤胃保護(hù)蛋白含量高的日糧的瘤胃微生物蛋白的流出量明顯降低，進(jìn)入小腸的飼料蛋白量會(huì)明顯增加，流出的總蛋白量即微生物菌體蛋白流量和飼料蛋白流量之和不受影響。
此外，通過合適的保護(hù)方法避免優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料在瘤胃中降解速度過快，可增加過瘤胃蛋白的數(shù)量，改善氮的利用率，增加氮的沉積(趙國(guó)琦，2003)，提高生產(chǎn)力，提高蛋白質(zhì)飼料的利用率，減少環(huán)境污染。
2 常見的蛋白質(zhì)過瘤胃保護(hù)技術(shù)及其效果評(píng)價(jià)
目前常用的保護(hù)過瘤胃蛋白質(zhì)的方法有：甲醛保護(hù)、單寧保護(hù)、氫氧化鈉保護(hù)、丙酸保護(hù)、乙醇保護(hù)等化學(xué)保護(hù)方法；干熱、熱壓、膨化、焙炒等熱處理方法；蛋白質(zhì)包被、化合物包被、聚合物包被等物理方法，以及現(xiàn)今認(rèn)為最環(huán)保、保護(hù)效果最好的戊糖加熱復(fù)合保護(hù)處理，現(xiàn)分述如下。
2.1 化學(xué)方法
化學(xué)保護(hù)方法所采用的化學(xué)藥品很廣泛：甲醛、單寧、乙醇、戊二醛、乙二醛、氯化鈉、氫氧化鈉和苯甲叉四胺等。其作用原理是利用它們與蛋白質(zhì)分子間的甲叉反應(yīng)，在酸性環(huán)境下是可逆的特性。本文主要介紹甲醛、單寧、氫氧化鈉、乙醇四種方法。
2.1.1 甲醛處理 甲醛保護(hù)蛋白質(zhì)的理論基礎(chǔ)是甲醛與蛋白質(zhì)可發(fā)生化合反應(yīng)，形成酸性溶液中可逆的橋鍵，使得處理后的蛋白質(zhì)在瘤胃弱酸環(huán)境中處于不溶解狀態(tài)，因而微生物難以對(duì)其降解利用。而在到達(dá)真胃酸性較強(qiáng)的環(huán)境時(shí)橋鍵斷裂，在小腸中被水解、消化、吸收。
大多數(shù)研究表明利用甲醛處理蛋白質(zhì)飼料能顯著降低蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)的降解率。Phillips研究認(rèn)為，反芻家畜最大限度地利用氮的適宜甲醛用量為0.35～0.58g/100gCP。任莉(1999)報(bào)道，甲醛處理降低了蛋白質(zhì)的快速降解部分，減慢了蛋白質(zhì)的降解速度，蛋白質(zhì)的慢速降解部分呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。甲醛保護(hù)效果最好的是豆粕、花生餅、棉籽餅和菜籽餅，甲醛處理對(duì)它們快速、慢速降解部分的影響也最明顯。李琦華(1999)報(bào)道，用2g/kgDM甲醛處理可大幅度降低豆餅干物質(zhì)和粗蛋白在瘤胃中的降解率，而基本上不影響其在真胃和小腸中的消化，如果甲醛用量超過2g/kgDM可能會(huì)造成過保護(hù)。
由于甲醛具有毒性，且容易在畜體內(nèi)殘留，對(duì)泌乳牛來講還會(huì)提高奶中的甲醛濃度，影響乳的品質(zhì)，目前在國(guó)內(nèi)外基本已不再使用。
2.1.2 單寧處理 單寧是多羥基酚類化合物，有很強(qiáng)的極性，與蛋白質(zhì)發(fā)生兩種類型的反應(yīng)，一類為水解反應(yīng)，在真胃酸性條件下可逆，易為家畜消化利用；另一類為不可逆的縮合反應(yīng)，降低了飼料的適口性，抑制酶和微生物活性，與蛋白質(zhì)形成了不良復(fù)合物，消化率降低。張曉寧(2005)研究表明水解單寧可降低豆粕干物質(zhì)和粗蛋白的降解率；單寧酸用量為5%時(shí)有明顯作用，10～15%時(shí)變化幅度最大。飼糧中的單寧含量對(duì)干物質(zhì)、有機(jī)物及磷的消化吸收沒有顯著(P>0.05)影響；但日糧中中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維及鈣的消化率呈下降趨勢(shì)。
2.1.3 氫氧化鈉處理 Mir(1984)等進(jìn)行了氫氧化鈉處理豆餅和菜籽餅對(duì)保護(hù)蛋白質(zhì)避免在瘤胃中降解的研究。當(dāng)50%的NaOH溶液用量占干物質(zhì)的2%時(shí)，可顯著降低蛋白質(zhì)的瘤胃降解率，蛋白質(zhì)的瘤胃降解率最低時(shí)堿液的添加量為3%，當(dāng)添加量增加為4%時(shí)，保護(hù)效果不佳。Waltz等(1989)用5%的NaOH保護(hù)豆粕時(shí)，無明顯作用。
2.1.4 乙醇處理 Vander 等和Lyrch 等研究表明，用70% 乙醇處理豆餅，其蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)的降解率顯著低于未處理豆餅。Corley等(1999)研究了用30%、50%、70%、90%的乙醇浸泡處理豆粕，研究結(jié)果表明用70%的乙醇浸泡豆粕36h可以提高蛋白質(zhì)的瘤胃非降解率，降低瘤胃內(nèi)氮的消失率，而其他濃度的乙醇浸泡處理對(duì)豆粕的瘤胃降解率影響不大。除以上方法外，還有許多學(xué)者研究了戊二醛、乙二醛、氯化鈉、丙酸和苯甲叉四胺等化學(xué)物質(zhì)對(duì)優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料的過瘤胃保護(hù)作用。Britton(1986)證實(shí)，用1～2%鋅鹽(氯化鋅或硫酸鋅)處理豆餅，可減少蛋白質(zhì)降解，改善犢牛的氮利用狀況。