评估生长猪中生物精炼饲草作物蛋白质消化率：植物种类与沉淀方法的影响

本研究针对单胃动物饲料中替代蛋白源的需求，探讨了生物精炼技术从饲草作物中提取蛋白质的消化率问题。研究人员通过比较红三叶草、杂交羊茅和紫花苜蓿在不同沉淀方法（85°C加热、两步加热、发酵等）下制备的蛋白质浓缩物，采用回肠瘘管猪模型评估标准化回肠消化率(SID)。结果表明紫花苜蓿和杂交羊茅蛋白质具有更高的氨基酸消化率，其中85°C热沉淀法效果最优。该研究为开发可持续的本地化蛋白饲料提供了重要数据支持，对减少畜牧业对进口大豆的依赖具有重要意义。

　　

随着全球人口增长和饮食结构变化，畜牧业正面临前所未有的挑战。传统养殖业高度依赖进口大豆作为蛋白质饲料来源，这不仅导致碳足迹增加，还面临供应链不稳定的风险。更严峻的是，畜牧业对气候和环境造成的负面影响日益凸显——根据多项研究显示，畜禽养殖业贡献了相当比例的温室气体排放。与此同时，消费者对食品生产可持续性和降低气候影响的要求越来越高，推动着寻找本地化、可持续的替代蛋白源。

在这样的大背景下，绿色生物精炼技术应运而生。这种技术能够从多年生饲草作物中提取高质量蛋白质，不仅能够利用适合当地气候的高产作物，还兼具环境效益：减少养分淋溶、增加碳封存、降低农药使用。特别是像紫花苜蓿、红三叶草和杂交羊茅这样的饲草作物，在温带气候条件下生长良好，通过生物精炼过程可将其中的蛋白质转化为单胃动物可利用的形式。

然而，尽管生物精炼技术前景广阔，但仍存在诸多科学问题亟待解决。不同植物种类和加工参数如何影响提取蛋白质的质量？哪种沉淀方法能够获得最佳消化率的蛋白质？这些问题的答案对于推进该技术的实际应用至关重要。此前的研究多集中于化学成分分析或大鼠的粪便消化率试验，缺乏在单胃动物模型上的系统评估，特别是标准化回肠消化率(SID)数据的缺乏限制了饲料配方的精确设计。

为了回答这些问题，来自丹麦奥胡斯大学的研究团队开展了一项精心设计的实验研究。他们比较了三种有潜力的饲草作物：紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、杂交羊茅(Festulolium pabulare)和红三叶草(Trifolium pratense)，并系统评估了不同沉淀方法对蛋白质质量的影响。研究假设紫花苜蓿蛋白质的消化率会高于红三叶草和杂交羊茅，因为其多酚氧化酶活性较低；同时还假设虽然通过额外加工可以增加粗蛋白(CP)含量，但这种提高可能会降低消化率。

研究团队采用的主要技术方法包括：使用中试规模的生物精炼平台进行蛋白质提取，采用不同沉淀方法（85°C加热、60°C加热、两步加热法、发酵法和澄清离心法）处理绿色汁液，通过配备T型瘘管的生长猪模型（初始体重30.7kg，n=8）采用不完全拉丁方设计评估标准化回肠消化率，使用无氮日粮测定内源性损失，并通过先进的化学分析技术（包括近红外光谱、氨基酸分析、脂肪酸组成分析、矿物质含量测定等）对样品进行全面表征。

研究结果从多个维度揭示了植物种类和加工方法对蛋白质质量的影响：

化学成分分析结果显示，通过生物精炼从饲草作物中提取的蛋白质浓缩物其粗蛋白含量在488-628g/kg DM之间，组成显著受植物种类和生产方法选择的影响。杂交羊茅通过85°C热沉淀获得的蛋白质浓缩物粗蛋白含量最高(618g/kg DM)，而紫花苜蓿通过澄清离心后热沉淀的方法获得的蛋白质浓缩物粗蛋白含量也达到628g/kg DM。氨基酸组成方面，所有样品中氨基酸占粗蛋白的748-830g/kg，不同热沉淀蛋白质样品间的氨基酸组成差异较小。赖氨酸含量在51.9-63.2g/kg CP之间变化，其中LUC-cleared样品含量最高。

在消化率评估方面，标准化回肠消化率数据揭示了显著差异。红三叶草提取的蛋白质其CP SID显著低于紫花苜蓿和杂交羊茅（69.3% vs 79.6%和77.0%，P=0.0013）。85°C热沉淀的紫花苜蓿蛋白质表现出数值最高的CP SID，而替代沉淀方法未能改善CP和AA的SID。对于所有必需氨基酸，LUC-85C的SID均高于LUC-Ferm，发酵使猪粮中第一限制性氨基酸赖氨酸的SID降低至75.1%。

关于不同加工方法的影响，研究发现虽然通过引入离心步骤或两步加热沉淀可以增加CP含量，但这种更精细的加工是以牺牲消化率为代价的。简单热沉淀在85°C下获得了最佳的消化率结果。沉淀在60°C或通过自发发酵导致CP含量降低，且这些样品的氨基酸比例较低，SID值也较低。

在营养价值方面，研究计算了可消化必需氨基酸含量。尽管杂交羊茅的整体CP SID较低，但通过85°C热沉淀从紫花苜蓿和杂交羊茅提取的蛋白质具有高含量的可消化必需氨基酸。特别是经过澄清离心后热沉淀的紫花苜蓿蛋白质，其大多数氨基酸的可消化含量值高于豆粕和蚕豆中的相应值，可消化赖氨酸含量比豆粕高10%，比蚕豆高99%。

讨论部分深入分析了这些发现的意义。研究表明，生物精炼技术能够从饲草作物生产高蛋白浓缩物，其中杂交羊茅和紫花苜蓿显示出作为输入生物质的潜力。蛋白质产品的含量和组成受生产方法影响，不同的工艺配置和沉淀方法导致宏量营养素、维生素和矿物质的变异。

虽然通过引入额外的加工步骤可以增加CP和AA含量，但广泛加工是以牺牲质量为代价的。简单的85°C热沉淀产生了最高的消化率。由于AA含量高，热沉淀前通过离心澄清或两步热处理不应被排除在未来的商业生产之外，因为这些方法产生了高可消化AA含量的产品。然而，引入额外的加工步骤预计会降低产量，如果侧流未被增值化，这可能会挑战产品的经济潜力。

多酚氧化酶活性被认为是影响蛋白质消化率的关键因素。红三叶草中较高的多酚氧化酶活性可能导致蛋白质与不可消化复合物的结合，这解释了其低CP SID。相比之下，紫花苜蓿的多酚氧化酶活性较低，杂交羊茅的非蛋白氮含量较低且结合在酸不溶部分(AIF)中的氮比例较小，这可能是其较高消化率的原因。

研究结论强调，生物精炼饲草作物能够生产高蛋白浓缩物，其中杂交羊茅和紫花苜蓿特别具有潜力。蛋白质质量和组成显著受所选沉淀方法的影响，85°C热沉淀在消化率方面显示最佳结果。由于可消化氨基酸含量高，杂交羊茅和紫花苜蓿成为有前途的蛋白质替代品。这些发现支持了开发可持续、植物基蛋白质配料用于畜牧业生产系统的努力，为减少对进口大豆的依赖和降低畜牧业的环境影响提供了科学依据。

该研究的创新之处在于首次系统比较了不同饲草作物和多种沉淀方法对蛋白质消化率的综合影响，提供了宝贵的标准化回肠消化率数据，为未来生物精炼工艺的优化和饲料配方设计提供了坚实的数据基础。研究结果对推动绿色生物精炼技术的商业化应用，促进畜牧业可持续发展具有重要意义。