蛋白质中含硫氨基酸营养价值评价

2020-02-05 19:45:44 金波绿泰 技术部 2


含硫氨基酸一般包括蛋氨酸(Methionine)、半胱氨酸(Cysteine)和胱氨酸(Cystine)。饲料中添加的含硫氨基酸(蛋氨酸)价格昂贵,饲料蛋白中含硫氨基酸的含量对评定蛋白原料的经济价值的重要因素之一。因为含硫氨基酸是生物氨基酸中氧化还原性最活跃的氨基酸,所以蛋白质原料的加工过程对蛋白质中含硫氨基酸的含量有显著影响。同时,含硫氨基酸也是天然氨基酸检测中最难准确定量测定的氨基酸。本文就蛋白原料在加工过程中含硫氨基酸所发生的变化、含硫氨基酸及其衍生物的定量测定、含硫氨基酸之间及其含硫氨基酸与其衍生物之间的相互转换、以及饲料中含硫氨基酸的营养价值综合评价等进行探讨。

 

近年来的动物实验表明,蛋氨酸、蛋氨酸的类似物、(半)胱氨酸(半)胱氨酸的类似物、以及一些含硫化合物之间可以通过生物体内的转硫过程(Transsulfuration)使含硫氨基酸之间相互转化。这一发现使(半)胱氨酸等含硫化合物替代部分L-蛋氨酸成为可能。

 

L-蛋氨酸替代(L-Met sparing

如果设定L-蛋氨酸的相对口服生物利用率(Relative oral bioavailabilityRBV)为100%,则动物的D-甲硫氨酸的RBV接近100%(人的D-蛋氨酸RBV 仅为30%),羟基蛋氨酸、酮式蛋氨酸及N-乙酰-蛋氨酸的RBV 也很高。L-高半胱氨酸L-蛋氨酸替代率可达到65%Rats and chicks),而D-高半胱氨酸L-homocysteine)的L-蛋氨酸的替代率很小。L-蛋氨酸硫原子的氧化显著降低蛋氨酸的利用率,例如,鼠类(rats and mice)对L-Met-sulfoxide的利用率分别为6%85%,而高度氧化的L-Met-sulfone的生物利用率为零。有趣的是,在生物体L-蛋氨酸缺乏的状态下,高度氧化的硫酸盐能少量被生物体利用以缓解蛋氨酸的缺乏。(Anderson GH, 1976)

 

L-半胱氨酸替代L-Cysteine sparing

在生物体内L-胱氨酸与L-半胱氨酸可以自由相互转换L-半胱氨酸的衍生物例如N-乙酰-半胱氨酸、谷胱甘肽、L-蛋氨酸、L-高半胱氨酸L-homocysteineL-半胱氨酸的RBV很高。L-2-Oxothiazolidine-4-carboxylateD-高半胱氨酸DL-羊毛硫氨酸对L-半胱氨酸替代率L-Cys precursors)分别为75%70%35%。但是,D-胱氨酸、酮式半胱氨酸及半胱氨酸的巯基高度氧化产物如磺基丙氨酸及牛黄酸则不能替代L-半胱氨酸。

 

L-蛋氨酸与L-(半)胱氨酸之间的相互转换

生物体内的转硫过程使含硫氨基酸之间可以相互转化。L-蛋氨酸对L-(半)胱氨酸的替代率可达100%,在生物体内L-半胱氨酸与L-胱氨酸之间可以自由相互转化。在幼年动物体,L-(半)胱氨酸可以满足50% 的含硫氨基酸需要, 而老年动物体,L-(半)胱氨酸可以满足大于50% 的含硫氨基酸需要。有人认为,L-胱氨酸可以提供猪日粮中含硫氨基酸需求量的40%-70%,有人认为是50%以上说明,L-(半)胱氨酸可以通过含硫氨基酸之间的相互转化替代部分L-蛋氨酸,把L-蛋氨酸的用量减少一半。同时,其他含硫有机物也可一定程度转化为L-蛋氨酸。L-手性分子及氧化程度较低的含硫化合物的生物利用率显著高于D-异构体及氧化程度高的含硫化合物

 

在食品和饲料中,含硫氨基酸无论在营养上还是在经济上都是很重要的氨基酸。因为含硫氨基酸是禽畜生长过程中所必需的基本氨基酸。含硫氨基酸含量与饲料中蛋白质量的评价、动物营养学研究、制定科学的饲料配方等密切相关。

 

试验已经证明,半(胱)氨酸可以替代部分L-蛋氨酸,L-半)胱氨酸可以使蛋氨酸的用量至少减少一半。同时,其他含硫有机物也可一定程度转化为甲硫氨酸。Robbins (1980) 等的研究表明,食物中部分的羊毛硫氨酸可以被动物体所利用。当喂食小鼠含有羊毛硫氨酸外消旋混合物的食物时,约有32%的羊毛硫氨酸被消化吸收;如果使用LD-羊毛硫氨酸的混合样品,小鼠的利用率可以提高到52%

 

含硫氨基酸是内源性氨基酸的限制性氨基酸就畜牧业来说,饲料主要针对的是年轻的动物,其代谢十分旺盛,所以内源性氨基酸的利用不可忽略。含硫氨基酸是内源性氨基酸利用的第一限制性氨基酸。就内源性氨基酸利用的含硫氨基酸而言,胱氨酸,而不是蛋氨酸,是内源性氨基酸利用的第一限制性氨基酸, 苏氨酸是第二限制性氨基酸。这也说明了含硫氨基酸中半(胱)氨酸在动物日粮种的重要性。

 

高含硫氨基酸蛋白原料的利用胱氨酸及其他含硫化合物可以替代蛋氨酸这一现象具有重大实用价值。一方面,由于蛋氨酸价格高昂,所以饲料日粮中的蛋氨酸含量通常较低。另一方面,含硫氨基酸高的蛋白原料(如羽毛、毛发、角、蹄、爪等)通常有与其消化吸收率低而以“屠宰副产物”或“废弃物”出现,价格低廉。如果能充分利用这些含硫氨基酸高的蛋白原料,仅从替代蛋氨酸的角度即具有重要商业价值。

 

羽毛的胱氨酸含量约8%,牛羊猪毛的胱氨酸含量约10%,人类毛发的胱氨酸含量可以高达14%。由于这些原料(硬蛋白)难以被动物直接消化吸收,这些原料的利用率仍然很低。如果能提高这些蛋白原料的生物利用率,仅以其中的胱氨酸以50%效率替代蛋氨酸需求计算(蛋氨酸价格以4万元/吨计算),羽毛中的胱氨酸价值约1400/吨,羊毛中的胱氨酸价值约2000/吨。如果加上其中的其他高价值氨基酸(如亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸、精氨酸等)以及其他氨基酸的能量效应等,则这些“屠宰副产物”或“废弃物”的营养价值将相当可观。

 

饲料的配方是根据饲料中已经有氨基酸为基础通过添加一定氨基酸使饲料的氨基酸达到平衡以满足特定动物的生长需求,所以氨基酸含量的准确测定及营养价值评估是关系到蛋白的质量评价、生理生化研究、动物营养研究、饲料配方研制以及饲料生产效益等方面,对饲料及食品行业具有重要的意义。可惜的是,国标方法GB/T 15399-94不能提供(半)胱氨酸含量的准确数据,也不能提供蛋白原料加工过程产生的含硫氨基酸衍生物含量的数据。

 

本文建议,在进行饲料配方过程中考虑国标方法GB/T 15399-94提供的含硫氨基酸数据的同时,也参照样品含硫量等数据对饲料含硫氨基酸的含量。由于基础研究等方面的滞后,目前还无法对饲料中含硫氨基酸及衍生物的种类及含量以及它们的生物利用率等作出精确评价,所以饲料配方中含硫氨基酸的平衡问题还需要配方师们的经验及智慧。

 


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