氨基酸行业背景
「学习笔记」卜登攀研究员：过瘤胃氨基酸生物利用率评价与利用
奶牛消化系统Cow digestive system
2021年12月25日，由中国畜牧兽医学会动物营养学分会系统动物营养专业委员会主办，河南农业大学、河南省家畜营养调控与生态养殖国际联合实验室、内蒙古神州动物营养发展战略研究所、畜牧人网站协办的“第十四届全国系统动物营养学发展论坛”顺利开展。中国农业科学院北京畜牧兽医研究所卜登攀研究员受邀分享了“过瘤胃氨基酸生物利用率评价与利用”的主旨报告。
【讲师简介】卜登攀：博士，博士研究生导师，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所研究员，科技部“中青年科技创新领军人才”。主要从事反刍动物营养代谢与调控、牛奶品质改善和瘤胃微生态研究与应用方面的研究工作。获北京市科学技术奖一等奖1项，主持制定农业行业标准1项，申请国家发明专利4项，出版著作1部，发表学术论文100余篇。
卜博士的报告内容包括研究背景、奶牛对蛋白质利用特征、过瘤胃氨基酸包被类型、过瘤胃氨基酸的生物利用率测定方法和过瘤胃氨基酸添加效果不稳定的原因几部分。以下是畜牧人 米粒 整理的报告内容。
1、研究背景
蛋白质营养是奶牛营养学中一个重要内容。日粮蛋白质的供给可影响奶牛的生产水平、健康、乳产品质量、饲养成本及养殖环境等。研究发现，泌乳奶牛对日粮蛋白质的利用率很低，一般不超过25%。如何提高奶牛蛋白质利用率，一直是奶牛营养学中的一个热点和难题。目前已证实，可代谢氨基酸的精准提供是降低日粮蛋白质含量、减少粪氮损失的有效途径。
美国的《奶牛营养需要》自1945年第一版起，目前已出现了2021年的第8版（现称为NASEM）。新版NASEM在第7版NRC（2001）的基础上，吸收、总结了2001年后关于奶牛营养研究的最新数据，在奶牛蛋白质营养方面的修改比较大。卜博士列举了以下几点：
- MP（可代谢蛋白）来源不同。NRC（2001）中MP包括MCP（微生物蛋白）、RUP（过瘤胃蛋白）和内源蛋白，而NASEM（2021）中MP只包括MCP和RUP。
- MCP预测公式不同。NASEM（2021）将MCP与RDP（瘤胃可降解蛋白）、RDNDF（瘤胃可降解中性洗涤纤维）、RDSt（瘤胃可降解淀粉）含量相联系起来。
- MCP利用率不同。MCP中真蛋白比例由过去的80%调整为现在的82.4%， MCP的利用率也由过去的64%调整为现在的65.9%。
- RUP预测公式不同。NASEM（2021）中将粗饲料、精饲料的过瘤胃速率kp分别调整为4.87、5.28。
- 必需氨基酸需要量、MP需要量不同。NASEM（2021）列出了不同产奶量下奶牛的9种必需氨基酸、MP的需要量，MP低与NRC（2001）推荐值，且赖氨酸、蛋氨酸的需求量变化较大。
2、奶牛对蛋白质利用特征
2.1 氨基酸评分
奶牛各种蛋白质类原料的氨基酸评分发现，微生物蛋白质的评分最高。因此，在实际设置日粮可代谢氨基酸水平时，应优先保证奶牛MCP合成对氨基酸的需求量，再考虑RUP需求量。现在也可通过添加不同饲料来源的RUP来提供可代谢氨基酸，但需要注意成本。如用含高RUP原料替代高RDP豆粕，可提高奶牛小肠内可代谢氨基酸含量。
2.2 乳腺组织对9种必需氨基酸的利用效率
根据乳腺组织对各种必需氨基酸的摄取量与分泌量的比值，可将9种必需氨基酸分为两类。一类是摄取量接近分泌量，包含组氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和苏氨酸。另一类是摄取量大于分泌量，包含亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸和缬氨酸。
2.3 氨基酸在瘤胃内的降解率
氨基酸在瘤胃内的降解率非常高，如赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸。从下表中的数据可以看出，可通过提高日粮氨基酸含量，来适当降低氨基酸在瘤胃内的降解率，提高RUP含量；或者直接添加过瘤胃保护的氨基酸。研究发现，当日粮中氨基酸水平过高时，一是饲料成本大大增加，二是奶牛的乳汁、粪便产生了异味。所以，一般还是建议添加过瘤胃保护的氨基酸来提高RUP含量。
3、过瘤胃氨基酸包被类型
常用的瘤胃保护方法有脂类、脂类+pH敏感聚合物、脂类+纤维、长链脂肪酸钙盐及氨基酸类似物等。目前已有的商品化过瘤胃氨基酸产品有蛋氨酸和赖氨酸，科研中使用的过瘤胃氨基酸产品（定制）的组氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。
4、体外法测定过瘤胃氨基酸的生物利用率
体外法也称为三步法，通过体外模拟瘤胃、皱胃和小肠环境对过瘤胃氨基酸生物利用率进行评价。体外法的优点是快速、成本较低（不需要使用动物和其他饲料原料），缺点是测定结果准确度不高。因为体外法中过瘤胃氨基酸没有经过饲料加工、动物采食咀嚼等过程，测定中所使用的酶、缓冲剂种类不同对测定结果也有影响。
5、半体内法测定过瘤胃氨基酸的生物利用率
半体内法也称为两步法，也是使用最广泛的方法。第一步，装有待评估产品的尼龙袋在瘤胃孵化一定时间后取出；第二步，将取出的尼龙袋通过小肠瘘管投入十二指肠，最后在粪便或回肠端回收尼龙袋；或者将第一步中取出的尼龙袋，置于体外模拟的小肠消化液环境，检测其在模拟环境中的消化率。考虑到成本和操作性，一般都采用第二种，即第二步采取体外模拟环境消化。
6、体内法测定过瘤胃氨基酸的生物利用率
6.1 产奶量和乳蛋白剂量效应法
该方法的原理是认为乳蛋白浓度、产量及奶产量随着日粮氨基酸（血液或牛奶中氨基酸浓度）的增加呈线性增加。该方法的局限性在于氨基酸的摄入量与乳蛋白之间的关系并不总是线性关系。随着氨基酸摄入量的提高，其利用率反而会降低，特别是蛋氨酸。因此，该方法仅适用于评估的氨基酸摄入量不足的情况下使用。
6.2 牛奶硒元素稀释法
该方法的原理是假定牛奶中硒元素的含量一致，根据牛奶中硒/蛋氨酸的比值来计算日粮蛋氨酸的利用率。故该方法仅适用于蛋氨酸。验证试验表明，当蛋氨酸摄入量增加时，牛奶中硒/蛋氨酸比值下降。
6.3 曲线下面积法
第一步，通过日粮饲喂或瘤胃灌注过瘤胃氨基酸产品，随后监测其17-18小时内血液中该种氨基酸的水平，绘制曲线。第二步，通过皱胃瘘管在皱胃灌注等量未保护的同种氨基酸，随后监测其17-18小时内血液中该种氨基酸的水平，绘制曲线。最后，根据两线曲线下面积计算过瘤胃氨基酸的生物利用率。该种方法也需要使用瘘管动物，且需要多次采血。
6.4 游离氨基酸剂量效应法
该方法的原理是血液中氨基酸（蛋氨酸则按含硫氨基酸计）占总氨基酸的比例与氨基酸的饲喂量或皱胃灌注纯品氨基酸（参照氨基酸）的量呈线性关系，两者斜率比值即代表瘤胃保护氨基酸的生物利用率。此方法得到的利用率为相对利用率，即相对于参考氨基酸的生物利用率。研究发现，饲喂4天后奶牛血液中氨基酸浓度开始稳定，且2-8小时与2-24小时血液样品计算的生物利用率最接近。因此建议，使用该方法时只需检测饲喂后2-8小时的血液样品即可。与曲线下面积法相比，采血次数和时长明显减少。
卜博士介绍他们的实验室也对该方法进行了评估。实践证明，该方法的可操作性、重复性均较高。
6.5 稳定同位素示踪法
考虑氨基酸在血液内的总的动态代谢过程，检测血液同位素标记氨基酸与非同位素标记氨基酸比值的动态变化，再通过线性回归分析计算氨基酸的生物利用率。此方法需要安装两个血管瘘，下端的血管瘘用于灌注同位素标记的氨基酸，上端则用于灌注后血液样品的采集。该方法不仅适用于过瘤胃氨基酸，也适用于普通氨基酸。
卜博士团队的实验室也对该方法进行了评估。实践证明，该方法很灵敏，操作也较简单，但需检测同位素标记氨基酸的水平。
7、过瘤胃氨基酸添加效果不稳定的原因
影响奶牛乳蛋白产量的是单一必需氨基酸，而不是可代谢蛋白。当提供的氨基酸不足而影响乳蛋白合成时，但如果日粮能够满足所有单一必需氨基酸需要量时，则无需考虑平衡可代谢蛋白。这与传统限制性氨基酸的“水桶理论”并不一样。当然，这也是过瘤胃氨基酸添加效果不稳定的原因之一。
过瘤胃氨基酸在生产中已经得到广泛使用。当日粮粗蛋白含量低于15%时，同时添加过瘤胃的蛋氨酸和赖氨酸，可显著提高奶牛的乳蛋白产量，且效果优于单一添加。研究发现，可代谢蛋氨酸每增加1g，可增加2.3g乳蛋白和1.9g乳脂。
（文/畜牧人 米粒）
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