朱亞如，秦貴信，趙 元

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點實驗室，動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)吉林省重點實驗室，吉林長春 130118）

隨著我國生豬產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，生豬承載量急劇上升，養(yǎng)豬帶來的環(huán)境污染問題日益突出，排泄物中氮素污染尤為嚴(yán)重。且隨著飼料資源的緊缺，飼料價格不斷上漲，飼料成本不斷上升。因此，如何有效提高豬飼料蛋白的消化利用率，對于控制和減少氮素排放、提高環(huán)境質(zhì)量、加快現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展建設(shè)有重大意義。

近年來人們在豬飼料蛋白消化率的影響因素上開展了大量研究。起初專家認(rèn)為不同飼料蛋白消化率的差異與其飼料原料氨基酸的組成及比例、飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子及飼料成熟度等有關(guān)[1]。但是隨著研究的深入，大量研究發(fā)現(xiàn)飼料蛋白在畜禽消化道內(nèi)的釋放規(guī)律對其消化率也有較大影響[2-3]。明確不同蛋白來源日糧在畜禽消化道內(nèi)氨基酸的釋放規(guī)律，通過改善日糧氨基酸釋放模式來促進(jìn)日糧養(yǎng)分釋放吸收，可以有效提高飼料蛋白的利用率。而飼料的蛋白結(jié)構(gòu)、溶解度及飼料粒徑大小等是決定飼料氨基酸釋放動態(tài)的重要因素[4-5]。因此，本文就蛋白飼料的溶解度、粒徑大小、蛋白分子結(jié)構(gòu)及其與豬飼料蛋白消化率的關(guān)系做一綜述，旨在為動物營養(yǎng)學(xué)理論及飼料工業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 飼料蛋白來源

飼料蛋白是指飼料中的蛋白質(zhì)，其主要來自于蛋白源類飼料，能量源飼料中蛋白質(zhì)含量較低。蛋白源飼料種類眾多、來源廣泛，目前應(yīng)用較多的主要有動物類蛋白源（魚粉、肉骨粉、血漿蛋白粉、水解羽毛粉等）、植物類蛋白源（豆粕、棉籽粕、玉米蛋白粉、干酒糟及其可溶物等）、乳制品蛋白源（乳清粉、酪蛋白、脫脂奶粉等）3 類。由于不同來源飼料蛋白的氨基酸種類、數(shù)量、排列方式以及空間結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致其蛋白質(zhì)性質(zhì)具有較大差異，而飼料蛋白性質(zhì)的不同造成豬對其利用率也存在著較大差異。如魚粉中氨基酸含量較為平衡，玉米蛋白粉中嚴(yán)重缺乏賴氨酸，羽毛粉中富含半胱氨酸，其在豬體內(nèi)的利用效率存在顯著差異[6]。

2 飼料蛋白在豬體內(nèi)的釋放動態(tài)及消化率評定

2.1 飼料蛋白在豬體內(nèi)的釋放動態(tài) 飼料中的蛋白質(zhì)進(jìn)入豬胃腸道后，先經(jīng)過短暫且有效的胃消化期，在胃蛋白酶及胃酸的作用下蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)破壞，徹底分解，氫鍵暴露，水解成多肽，而后連同胃液一起進(jìn)入小腸。在飼料中的氨基酸刺激下，十二指腸分泌相應(yīng)的消化酶進(jìn)一步將多肽大分子分解成能夠被機(jī)體所吸收利用的游離氨基酸和寡肽[7]。氨基酸在腸道內(nèi)先是參與氨基酸的轉(zhuǎn)化以及蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而選擇性地進(jìn)入門靜脈，而后被輸送至肝臟供機(jī)體生長代謝利用[8]。

飼料中的蛋白質(zhì)主要在小腸中進(jìn)行消化吸收[9]，不同來源蛋白質(zhì)飼料氨基酸在各個腸段消化釋放速率有所不同[10]，因此造成氨基酸在豬十二指腸、空腸、回腸等的分布不規(guī)律，引起短時間內(nèi)氨基酸釋放過多，氮素?zé)o法得到充分的利用，從而生成尿素氮及糞氮，造成氮排放量增加，引起環(huán)境污染及氮素的浪費。夏繼橋[11]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂酪蛋白、干酒糟及其可溶物（DDGS）、玉米-豆粕3 種蛋白日糧給斷奶仔豬，酪蛋白組游離氨基酸消化釋放最快，主要在胃腸道前段（十二指腸處游離氨基酸含量最高），玉米-豆粕組和DDGS 組游離氨基酸釋放較為平緩（在空腸后段游離氨基酸含量最高），由此可見酪蛋白中的氨基酸更易于被消化吸收。白曉鷺[12]用棉籽粕和玉米胚芽粕取代玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧中50%（SCCM11）及100%（CCM11）豆粕，研究不同蛋白源組合低蛋白日糧對肥育豬生長性能及氮排放影響，發(fā)現(xiàn)SCCM 組不僅可以維持肥育豬正常的生長性能，而且提高了蛋白質(zhì)的利用率。王進(jìn)[13]以豆粕為基礎(chǔ)日糧，分別添加玉米蛋白粉、發(fā)酵豆粕、魚粉等不同蛋白源，研究不同蛋白源的氨基酸釋放規(guī)律及其對生長豬門靜脈氨基酸吸收動態(tài)的影響，結(jié)果表明，調(diào)節(jié)日糧蛋白源結(jié)構(gòu)可以有效地控制畜禽消化道內(nèi)氨基酸的釋放模式，從而利于生長豬對蛋白質(zhì)的消化吸收。由此可見，配伍適宜比例的蛋白源組合可均衡飼料中氨基酸的釋放速率，使氨基酸的釋放具有同步性和均勻性，是有效減少氮排放和提高飼料蛋白利用率的重要策略之一。

2.2 飼料蛋白消化率的評定 糞分析法是最初測定豬飼料蛋白消化率的方法，主要通過食物攝入蛋白質(zhì)與糞尿中排出的蛋白質(zhì)的差異計算得到[14]。這種方法操作簡單，曾在此后的二三十年間廣泛用于豬營養(yǎng)學(xué)研究。但后來的研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)在大腸中主要是被微生物分解利用[15]，后腸道本身幾乎不吸收利用氨基酸，于是提出用回腸末端取樣法來測定蛋白消化率[16]。目前豬回腸末端食糜的收集方法主要有瘺管法、屠宰法和回直腸吻合術(shù)3 種。但在實際應(yīng)用中，不管是瘺管法還是屠宰法等過程都十分繁瑣且耗資巨大，結(jié)果誤差性也較大，準(zhǔn)確度不高。因此，Boisen 等[17]提出了體外消化試驗法即用胃胰蛋白酶、豬小腸消化液等估測蛋白質(zhì)氨基酸的消化率。經(jīng)過不斷嘗試和改進(jìn)，這種方法已被證明與體內(nèi)法測定值有密切的相關(guān)關(guān)系，但是由于豬體內(nèi)環(huán)境是一個復(fù)雜多變的系統(tǒng)，胃腸道體外模擬比較簡單，因此這種方法目前仍在探索之中。

3 飼料蛋白理化特性對豬體內(nèi)蛋白消化率的影響

3.1 蛋白的溶解性 蛋白的溶解度是指飼料中可溶于水溶液或鹽溶液的蛋白質(zhì)含量占總蛋白質(zhì)含量的百分比[18]。Dale 等[19]提出的0.2%KOH 溶液定氮法是目前測定蛋白溶解度的常用方法。

蛋白質(zhì)溶解性是反映蛋白消化率高低的一個重要指標(biāo)，它也影響蛋白質(zhì)的乳化、起泡和凝膠等能力[20-21]。L'Hocine 等[22]認(rèn)為溶解性好的蛋白質(zhì)必然具有良好的凝膠性、乳化性、發(fā)泡性。大量研究表明，飼料蛋白質(zhì)溶解度與豬的生長性能呈現(xiàn)顯著的相關(guān)性，溶解度過高或過低，都會使飼料的營養(yǎng)價值遭到破壞，從而導(dǎo)致豬的生長性能出現(xiàn)一定程度的降低[23]。白明昧等[24]就5種豬常用且消化差異較大的蛋白飼料原料蛋白分子結(jié)構(gòu)、溶解度、蛋白消化率的相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)果顯示，在相同粒度下，蛋白溶解度、蛋白體外消化率均為豆粕＞魚粉＞DDGS＞玉米蛋白粉＞羽毛粉，這表明飼料原料的蛋白溶解度與其體外消化率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。張吉鹍等[25]以豆粕及其發(fā)酵產(chǎn)物為原料研究其蛋白質(zhì)溶解度和蛋白體外消化率的關(guān)系，結(jié)果表明經(jīng)多菌種組合固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的功能大豆寡肽蛋白飼料的蛋白質(zhì)溶解度較發(fā)酵前提高了4.72%，其體外消化率提高了5.79%。由此可見，隨著加工處理后豆粕溶解度的提高，其蛋白消化率得到了相應(yīng)提高。蛋白質(zhì)溶解度能夠影響飼料蛋白消化率，其原因可能是蛋白飼料在進(jìn)入豬胃腸道后首先要溶解于胃腸道所分泌的消化液中，然后才被消化酶水解利用所致[24]。

3.2 蛋白分子結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)，目前測定方法主要有X-射線晶體衍射法、核磁共振光譜法、圓二色光譜法、紫外光譜法、紅外及拉曼光譜法等。這些方法各有其優(yōu)缺點，目前接近90%的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是用X-射線晶體衍生法測得，但X-射線衍生需要高純度的晶體材料，對儀器的要求較為嚴(yán)格且分析數(shù)據(jù)比較繁瑣。傅里葉紅外光譜屬于分子振動光譜，既適用于結(jié)晶質(zhì)物質(zhì)，也適用于非晶質(zhì)物質(zhì)；它主要對像N-H、C-O 和O-H 等極性鍵伸縮振動靈敏，是目前計算蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征的重要方法[26]。

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)主要化學(xué)鍵是氫鍵，而紅外光譜中酰胺I 帶的振動頻率對與肽鍵有關(guān)的氫鍵非常敏感，且具有較高的光譜強(qiáng)度。大量研究表明，飼料蛋白質(zhì)的酰胺區(qū)特征是評價飼料營養(yǎng)價值的重要信息和依據(jù)[27-28]。龍國徽等[29]研究大豆蛋白的結(jié)構(gòu)特征與營養(yǎng)價值的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，不同大豆加工產(chǎn)物酰胺Ⅰ帶與酰胺Ⅱ帶峰高及峰面積的比值與其蛋白質(zhì)含量及體外消化率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。進(jìn)一步對不同大豆產(chǎn)品進(jìn)行酰胺Ⅰ帶二級結(jié)構(gòu)擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白主要剛性結(jié)構(gòu)β-折疊與蛋白消化率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。由此可見，β-折疊可能阻礙了消化酶對大豆及其加工產(chǎn)物蛋白質(zhì)的消化作用，從而影響其蛋白消化率。白明昧等[30]在研究熱處理對全脂大豆蛋白質(zhì)性質(zhì)的影響時，分別對全脂大豆進(jìn)行濕熱處理、干熱處理和膨化處理，結(jié)果表明熱處理后全脂大豆的酰胺區(qū)及二級結(jié)構(gòu)特征得到了有效提升，且其與蛋白質(zhì)溶解度和體外消化率呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，與Dyson等[31]試驗結(jié)果類似。Yu 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，飼料蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中β-折疊水平與小腸蛋白消化率呈顯著的負(fù)相關(guān)性，可以用來預(yù)測飼料在小腸的蛋白消化率。由上可以看出，蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特征對豬蛋白消化率有一定影響，β-折疊大量存在限制了豬飼料蛋白消化，對飼料原料進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砜梢哉T導(dǎo)蛋白質(zhì)變性，使其分子結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象發(fā)生改變，進(jìn)而影響其蛋白質(zhì)品質(zhì)和消化特性[33]。

3.3 飼料顆粒大小 飼料顆粒大小主要是指飼料粒徑及飼料粉碎粒度。目前常用的粒度分析儀是激光粒度分析儀、超聲粒度分析儀、消光法光學(xué)沉積儀及X-射線沉積儀等。

大量研究表明，粉碎粒度較大的飼料會對豬的胃腸道產(chǎn)生損傷作用，影響胃腸道對物質(zhì)的消化吸收，從而降低豬的生產(chǎn)性能及其飼料利用率。粒度過小同樣會影響豬的生長性能。適當(dāng)減小飼料原料粒徑可以增加飼料的表面積，使混合均勻度更高，從而使飼料與消化酶更充分地接觸，進(jìn)而提高飼料的消化率[34]。因此，根據(jù)豬的生長階段及飼料原料特征制作最佳粒度大小的飼料，可以有效提高豬的生產(chǎn)性能及其飼料利用率。王衛(wèi)國等[35]在不同孔徑下粉碎豆粕、去皮豆粕等7 種蛋白質(zhì)飼料，并利用胃蛋白酶-胰蛋白酶兩步體外消化法測定不同粉碎飼料的蛋白消化率，研究結(jié)果表明適當(dāng)?shù)慕档偷鞍踪|(zhì)原料的粉碎粒度能夠顯著提高其蛋白質(zhì)的體外消化率。Guang 等[36]研究表明，隨著消化時間的進(jìn)行，豆奶的蛋白消化率逐漸提高，此時其粒度大小呈減小趨勢。因此，飼喂顆粒徑度適宜的飼料有助于提高蛋白利用率，其原因可能是適宜顆粒徑度的飼料在豬胃腸消化液中分布更均勻，單位體積內(nèi)飼料養(yǎng)分的含量更高，單位時間內(nèi)擴(kuò)散更快，且其具有良好的適口性，從而提高了采食量，促進(jìn)豬只生長[37]。

4 小 結(jié)

飼料蛋白消化率是評定飼料原料營養(yǎng)價值和可利用性的一項重要指標(biāo)，一直是動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)學(xué)科的研究主題。綜上可知，飼料氨基酸的消化釋放是個動態(tài)過程，而動物對氨基酸營養(yǎng)的需求也具有一定的時空特性，利用不同飼料氨基酸釋放特征的差異性和互補(bǔ)性進(jìn)行日糧配制使氨基酸的釋放動態(tài)與動物所需求的動態(tài)具有同步性、協(xié)調(diào)性以及一致性，是提高飼料蛋白消化率的有效措施。而飼料蛋白的理化特性是影響飼料氨基酸釋放動態(tài)的重要因素，對飼料蛋白進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚?，如發(fā)酵、膨化、熱處理等，可以改變其分子結(jié)構(gòu)及溶解度，從而提高其利用率。目前國內(nèi)關(guān)于氨基酸釋放動態(tài)的研究較少，深入開展該領(lǐng)域的工作，可以為今后蛋白質(zhì)資源的科學(xué)利用提供理論依據(jù)。