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1、1第二章 氨基酸和 NPN 添加剂（4 学时）要求通过本章学习，使学生进一步认识家畜蛋白质营养的实质，掌握氨基酸饲料添加剂的作用和科学使用氨基酸添加剂，了解氨基酸饲料添加剂的应用现状及生产方法，了解寡肽营养，了解反刍动物对 NPN 的利用。第一节 家畜蛋白质与氨基酸营养一蛋白质的营养生理作用“蛋白质”一词来源于希腊语“Proteios” ，意思是构成一切生命的第一要素。蛋白质是生命的物质基础，机体所有细胞都含有蛋白质（体重 60kg 的人体中，有 10kg 是蛋白质） 。动物各组织器官的生长和更新都必须从饲料中不断摄取蛋白质等含氮物质。蛋白质营养一直是动物营养研究的核心问题之一，也是影响动物生
2、产效益和效率的主要因素。（一）蛋白质的营养生理作用包括：1构成体组织：蛋白质是构成体组织细胞的主要原料，动物的肌肉、神经、腺体、精液、皮肤、血液、毛发、角、喙等都以蛋白质为主要成分，起着传导、运输、支持、保护、连接、运动等多种功能。2形成生物活性物质：蛋白质是机体内功能物质的主要成分，在动物生命活动中起重要作用的各种酶、激素、抗体等都以蛋白质为主要成分。3修补体组织：蛋白质是组织更新、修补的主要原料，新称代谢中组织和器官的蛋白质更新、损伤组织的修补都需要蛋白质，动物全身蛋白质约 6-7 个月更新一次。4供能：动物体能量供应不足时，摄入的蛋白质过多或氨基酸不平衡时，蛋白质可分解功能或转化为糖、脂
3、肪等，正常条件下，水生动物需要蛋白质氧化功能，5产蛋、产奶、产毛皮等。（二）蛋白质缺乏对动物的影响1消化机能减退：日粮蛋白质缺乏会影响胃肠黏膜及其分泌消化液的腺体组织的发育和蛋白质的更新，从而影响消化液的正常分泌，导致消化机能紊乱；对于反刍动物还会导致微生物发酵作用减缓、瘤胃消化功能降低。2生长或生产性能降低、体重减轻：日粮蛋白质缺乏会使体内蛋白质合成代谢发生障碍，体蛋白质沉积减少、停滞，甚至发生氮的负平衡；各种畜产品如乳、肉和蛋等的基本成分都是蛋白质，日粮蛋白质缺乏将严重影响动物生产性能的发挥，产品产量减少、品质降低。3繁殖功能紊乱：日粮缺乏蛋白质会影响脑垂体的作用，抑制其促性腺激素的分泌，
4、导致公畜精液生成异常、精子数量和品质降低，母畜发情、排卵、受精和妊娠过程异常，引起屡配不孕、流产、弱胎、死胎等。4抗病力降低：蛋白质是免疫功能的物质基础，抗体是蛋白质，日粮缺乏蛋白质可降低动物免疫器官的发挥和功能发挥，健康状况恶化，抗病力降低，容易发生传染性疾病或代谢性疾病。5组织器官结构和功能异常：缺乏蛋白质可使动物肝脏结构和功能异常、肾脏功能降低等。二家畜氨基酸营养组成蛋白质的基本单位是氨基酸，或者说蛋白质是氨基酸的聚合物，自然界中有180 多种氨基酸，但构成动物体蛋白质的氨基酸只有 20 种，这 20 种氨基酸，由于数量、种类和排列顺序的不同而形成了各种各样的蛋白质。植物能合成自己所需的
5、全部氨基酸，2动物不能全部合成，部分氨基酸需要从饲料中获得。氨基酸通常可表示为一个短链羧酸的 -碳原子上结合一个氨基。氨基在 碳原子上的位置，除甘氨酸，其它氨基酸都有 D-型和 L-型两种构型，甘氨酸无不对称碳原子，因此无构型变化；除蛋氨酸外，L-型氨基酸的生物学效价比 D-型高，大多数 D-型氨基酸不能被动物利用或利用率很低。-氨基酸的结构如下：R-CH-COOHNH2（一）必需氨基酸（EAA）和非必需氨基酸（NEAA）1EAA 与 NEAA 的概念EAA：动物自身不能合成或合成的数量不能满足动物的需要，必须由饲粮供给的氨基酸，叫 EAA。NEAA：指动物体内能够合成并可以满足需要，可不由饲
6、粮提供的氨基酸，NEAA 并不是动物在生长和维持生命的过程中不需要这些氨基酸。实际上，非 EAA 绝大部分由日粮提供，不足部分才由体内合成。2EAA 的种类动物（猪、狗、猫、人、大鼠等）的 EAA 相似，但因各种动物遗传特性的不同，以及生长阶段、生理状态的不同，EAA 的种类也有一行的差异。如成年猪需要 8 中必需氨基酸，即赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、笨丙氨酸、苏氨酸和缬氨酸。Arg 对成年猪是 NEAA，可全部合成，但幼畜不足，是EAA，生长猪可合成需要量的 60-70%，另外，幼猪还需要组氨酸。对禽 EAA 有 11 种，上述 10 种+甘，幼禽还需要胱氨酸和酪氨酸。Glu、
7、Ser、Pro 是半必需 AA。EAA 可能转化为非 EAA，如 MetCys、PheTyr、GlySer，因而增加这些非 EAA的供应量可减少 EAA 需要量，如对猪禽，胱可满足 50%的 Met 需要，Tyr 可满足 30%的Phe 的需要量。非 EAAEAA=6040 或 5545（二）限制性氨基酸（LAA）1概念指一定饲料或饲粮所含 EAA 的量与动物所需蛋白质的 EAA 的量相比，比值偏低的氨基酸。比值最低的称为第一限制性氨基酸，以后依次叫第二、三限制性氨基酸。2限制性 AA 确定法：与参比蛋白比较，求出化学比分（如奶蛋白、肉蛋白、蛋蛋白、毛蛋白等） 。3与需要量比较求出满足需要的程
8、度。3常用饲料 LAA 顺序常见的禾谷类及其他植物性饲料，对于猪而言，赖氨酸为第一限制性氨基酸，蛋氨酸为第二限制性氨基酸；对于家禽，蛋氨酸为第一限制性氨基酸，赖氨酸为第二限制性氨基酸。（三）AA 的颉颃化学结构相似的氨基酸之间会发生颉颃作用，即在结构相似的氨基酸之间，如果有一种氨基酸过量，动物生长就会受到不良影响。在这种情况下，补充一种在结构上与过量氨基酸类似的氨基酸，可以消除过量氨基酸所产生的不良作用。氨基酸的颉颃作用主要有以下两种情况：1赖氨酸和精氨酸之间的颉颃：这两种氨基酸在体内共用转运系统，血液中赖氨酸浓度升高，会降低精氨酸在肾小管的重吸收，由尿中排出的精氨酸便增多。另外，赖氨酸过剩可
9、使肾脏的精氨酸酶活性增加几倍，从而造成精氨酸的分解增多，这种情况下分解的精氨酸数量可达到其摄入量的 30%40%。2支链氨基酸之间的颉颃：包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。这三种氨基酸化学结构相似，在体内共用转运系统，从而相互竞争转运系统，影响吸收。另外，由于支链氨基酸在转氨基作用和氧化脱羧作用中分别由相同的酶催化，因此，一种氨基酸引起酶活性升高后，将导致所有支链氨基酸的分解增加。（四）氨基酸中毒指某种或几种氨基酸大大超过需要量而造成的不良作用不能被补充另一种氨基酸所消除的现象。氨基酸中毒常由于添加工业氨基酸数量出现错误引起，一般情况下不易发生氨基酸中毒。（五）氨基酸缺乏指饲粮中一种或几种氨基酸不
10、能满足动物需要。在配合饲料中，常通过添加工业氨基酸来解决。氨基酸缺乏不完全等于蛋白质缺乏，例如玉米蛋白粉、棉籽粕、菜籽粕等作为猪的主要蛋白质饲料时，可能造成蛋白质水平达到饲养标准，而可利用赖氨酸不足的现象。（六）AA 的互补作用（效应）将多种饲料混合使用可使各种饲料中的 AA 取长补短，从而提高饲料的营养价值，取得 1+12 的效果，这一效应叫 AA 的互补作用。对反刍动物，互补作用尤为突出。（七）日粮氨基酸平衡及“板桶理论”动物的蛋白质营养在很大程度上是氨基酸的营养。为实现动物蛋白质生产的效率和效益，必须保证合理的蛋白质营养。所谓合理的蛋白质营养，一方面要提供足够数量的必需和非必需氨基酸，另
11、一方面必须注意各种必需氨基酸之间以及必需氨基酸和非必需氨基酸之间的比例。氨基酸平衡，指饲粮中各种氨基酸的数量和比例与动物维持、生长、繁殖、泌乳等的需要相符合。因此氨基酸平衡包括数量和比例两方面的含义，通常仅只氨基酸之间的比例关系。动物蛋白质营养的实质是氨基酸营养，而氨基酸营养的实质是各种氨基酸的数量及它们之间的比例关系即氨基酸平衡。氨基酸营养的“板桶理论”：板桶有一块块儿的木板组成，板桶盛水量不取决于最长的木板，而是取决于最短的木板。由于动物机体没有储存游离氨基酸的能力，饲粮中某一种必需氨基酸不足将影响动物对其它足量氨基酸的利用，这一法则被称为氨基酸营养的“板桶理论” 。它将蛋白质比喻为由 2
12、0 块木板组成的板桶，每块木板代表一种氨基酸。当每种氨基酸的数量（板桶高度）都恰好达到板桶的上沿时，这个桶就是一个完整的蛋4白质，这种情况下各种氨基酸之间的比例是最佳的，即氨基酸是平衡的。由于饲粮中氨基酸通常是不平衡的，必然会有些木板超过桶的上沿，有些则达不到上沿，用这个桶装水，水的深度只能达到最低的那块木板那么高，这块最低的木板就是第一限制性氨基酸，它决定了整个蛋白质的质量。（八）理想蛋白（Ideal Protein，简称 IP）的概念IP 的概念由 Howard（1958）最早提出，又叫完全蛋白。Mifchell（1964）将 IP 正式定义为：可以被完全消化和代谢的蛋白质，其 AA 组成
13、与动物维持和生产的 AA 需要完全一致。目前的定义是：AA 间平衡最佳的蛋白质，包括 EAA 之间的平衡以及 EAA 与NEAA 之间的平衡。由于与动物的需要完全一致，因而能被动物完全利用。三传统蛋白质营养技术应用：1通过多种蛋白原料的搭配，提高蛋白质利用率；2通过人工合成氨基酸，降低日粮蛋白质水平，减少 N 的排出；3纯合日粮，用于动物营养的研究；4建立了不同动物理想蛋白模型。5第二节 氨基酸添加剂目前应用最多的氨基酸添加剂是限制性氨基酸，人工合成作为添加剂使用的主要是赖氨酸和蛋氨酸，近年来，苏氨酸和色氨酸也逐步受到重视。一氨基酸添加剂的作用1改善饲粮氨基酸平衡、提高蛋白质利用效率，促进动物
14、生产，节约蛋白质资源。用氨基酸添加剂来平衡或补充饲粮限制性氨基酸的不足，避免发生蛋白质过剩，既提高饲粮蛋白质利用效率，又可以降低饲粮的蛋白质水平，从而减少排泄物对环境的污染（表 1） 。污染的严重性（一个万头猪场）年排污量：34 万 t 排出氮：108t ；排出磷：30t还有大量重金属、病原微生物、有味、有害物质每天排向大气氨：35.3 kg；硫化氢：32 kg；粉尘：57.5 kg大量细菌、污染土壤、水体及 5km 内的空气表 1 饲料粗蛋白质水平、饮水和氮平衡状况粗蛋白质% 22.4 20.4 18.4 16.9净能（MJ/kg） 10.3 10.3 10.5 10.5标准可消化赖氨酸（g
15、/MJ kg）1.01 1.01 1.01 1.01饮水量 1941 1887 1867 1645（15%）不同类型粪便比例，%硬粪便 81.9 82.0 95.4 89.0软粪便 14.7 14.5 4.1 9.0腹泻 3.4 3.5 0.5 2.0尿量 g/d 757 643 625 481（35%）降低 1%粗蛋白质，总氮排放可减少 10%；粪便中氨含量可减少 11%，释放到空气中的氨气可减少 13%，饮水量可减少 3%，粪便体积减少 5%2改善畜产品品质饲料中添加赖氨酸能改善屠体品质，提高瘦肉率。欧洲市场 20%-30%的赖氨酸用于提高瘦肉率。其它氨基酸缺乏，采食量下降，而赖氨酸缺乏，
16、采食量上升，说明赖氨酸可能是促进细胞中蛋白质的转录和翻译水平。3改善和提高动物的消化机能，防止消化道疾病。饲粮粗蛋白质含量较多时，容易发生腹泻等疾病。过量的蛋白质超出了动物的消化吸收能力，进入后段肠道成为微生物的培养基，导致有害微生物大量增殖。在保持饲粮氨基酸平衡的前提下适当降低粗蛋白质水平，有助于预防消化不良性腹泻的发生。仔猪低蛋白氨基酸平衡日粮的成功应用即说明了这个问题。另外，降低粗蛋白质水平减少了饲粮抗营养因子含量。4减轻动物应激和作为调味剂色氨酸作为 5-羟色氨的前提，促进动物的采食，减少猪因断奶、密度应激发生的咬尾；蛋氨酸缺乏，家禽发生啄肛、啄羽等，甘氨酸对鱼具有诱食作用，谷氨酸钠具有调味作用等5提高其它养分的吸收率6钙结合蛋白 CaBP 含有大量赖氨酸，当赖氨酸不足时，CaBP 合成下降，钙吸收减少；氨基酸螯合微量元素提高了微量元素的吸收率。二氨基酸的生产方法1820年Braconnot首次发现了甘氨酸和亮氨酸。以后Bopp等又从
