畜牧人 › 首頁(yè) ›飼料› 飼料科技› 飼料資源 › 查看內(nèi)容

尿素飼料添加劑及控釋緩釋技術(shù)研究進(jìn)展

nety 2007-7-1 18:34

1074

    蛋白質(zhì)飼料資源短缺是世界各國(guó)飼料工業(yè)發(fā)展中一個(gè)突出的難題。以不威脅人類生存的糧食資源為前提，各國(guó)都在積極研究和開發(fā)蛋白質(zhì)飼料資源。在這種情況下一些非蛋白氮飼料備受重視，并試圖將高氮含量的尿素作為動(dòng)物飼料來應(yīng)用，這種想法源自Waesk 等在1897年提出的反芻動(dòng)物能將非蛋白氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白的啟示。在隨后的研究中也證明了尿素可以作為反芻動(dòng)物的飼料利用。
    1  尿素的理化特性
    尿素結(jié)構(gòu)式為NH2–CO–NH2，是由氨和二氧化碳在高溫下和高壓下化合而成的，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是一種優(yōu)質(zhì)的氮化學(xué)肥料。為白色粉狀或顆粒結(jié)晶，純尿素含氮46%以上，蛋白質(zhì)當(dāng)量292%，飼用尿素蛋白質(zhì)當(dāng)量為262%～281%。尿素晶體本身有一定的咸味和苦味，易溶于極性溶液，因此遇水既溶解，溶解后的尿素迅速釋放出NH3和CO2。
    2  尿素在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用
    自從人們發(fā)現(xiàn)反芻動(dòng)物瘤胃中存在的微生物可將非蛋白性的氮作為氮源而合成菌體蛋白質(zhì)后，尿素用于反芻動(dòng)物飼養(yǎng)的試驗(yàn)隨之增加。1949年C J Watson等人將N15標(biāo)記的尿素膠囊喂給綿羊，并在4天后的試驗(yàn)動(dòng)物血液、肝臟及腎臟中發(fā)現(xiàn)了有N15參與合成的蛋白質(zhì)。這一結(jié)果證實(shí)了反芻動(dòng)物可以利用非蛋白氮的事實(shí)。同年J K Looli等用尿素作為唯一氮源喂給綿羊，發(fā)現(xiàn)綿羊處于正氮平衡，而且通過實(shí)驗(yàn)分析表明，微生物可利用尿素合成綿羊生長(zhǎng)所需的10種必需的氨基酸。但是在隨后的研究中人們發(fā)現(xiàn)尿素并不能完全代替蛋白質(zhì)飼料，甚至對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)成分以及動(dòng)物的要求非?？量蘙1]，這一結(jié)果讓人們明白要將尿素作為反芻動(dòng)物的常規(guī)蛋白質(zhì)飼料來利用，尚存在諸多的難題。這突出表現(xiàn)在尿素在瘤胃中的分解速度上，事實(shí)上瘤胃微生物是有限的，其利用氮合成蛋白質(zhì)的速度是比較緩慢的，只相當(dāng)于尿素分解的0.25倍。多余的氨會(huì)有2個(gè)去處：一是進(jìn)入肝臟合成尿素，隨腎臟排除；其余部分進(jìn)入血液與二氧化碳結(jié)合形成氨基甲酸，氨基甲酸隨血液進(jìn)入組織而引起中毒[2]。因此如何減緩尿素在瘤胃中的分解速度，提高其生物學(xué)利用率成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。
    3  尿素緩釋技術(shù)的發(fā)展
    尿素緩釋技術(shù)是一個(gè)相對(duì)籠統(tǒng)的概念，就是將尿素經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砘蛱砑幽撤N物質(zhì)來減緩尿素在瘤胃中的分解速度。從近幾年的研究來看，尿素緩釋技術(shù)主要包括以下幾種。
    3.1  制作尿素青貯  將尿素按一定比例，均勻噴灑在用于青貯的青綠飼料上，經(jīng)過一段時(shí)間的微生物作用后，制得尿素青貯料。這種飼料的好處是在青貯的過程中微生物已經(jīng)利用尿素合成了部分菌體蛋白質(zhì)，每千克青貯飼料中可增加可消化蛋白質(zhì)8～11 g另外一般青貯后的飼料pH較低，不利于動(dòng)物采食，而添加尿素后，產(chǎn)生的氨可中和部分酸根離子，降低青貯料的酸性，提高適口性。但是，青貯過程中的微生物同樣對(duì)尿素的利用是有限的，而且大多微生物是喜歡酸性環(huán)境的，因此制作這種飼料時(shí)，控制好尿素的用量是非常重要的，目前研究認(rèn)為，一般尿素添加量按青貯料鮮重的0.5%。
    3.2  制作氨化秸稈  秸稈飼料中一般蛋白質(zhì)含量較低，粗纖維含量卻高達(dá)35%–40%，對(duì)于反芻動(dòng)物來說有機(jī)物消化率只有35%左右。尿素在秸稈上的脲酶和水的作用下分解成NH4+和OH–，OH–可使秸稈中的木質(zhì)素和纖維素之間的酯鍵斷裂，從而打破木質(zhì)素和纖維素的鑲嵌結(jié)構(gòu)，溶解出半纖維素和纖維素，提高消化率10%～20%[3]。產(chǎn)生的NH4+吸附在秸稈表面和斷裂層，并和游離出的N形成 NH4+—N化合物，隨秸稈進(jìn)入瘤胃用于合成微生物蛋白。這種氮雖然吸附在秸稈表面，但具有很大的游離性，且影響動(dòng)物適口性，因此，制作氨化秸稈時(shí)同樣要注意尿素的加入量，一般添加量3%左右為宜。
    3.3尿素化合物
    3.3.1  磷酸脲（Usea phosphate）  磷酸脲又稱尿素磷酸鹽，是一種由磷酸和尿素在一定條件下生成的一種磷酸鹽復(fù)合物。為無色透明晶體，分子式為H3PO4·CO（NH2）2，分子量158.06。磷酸脲由德國(guó)BASF公司于1914年首先合成并申請(qǐng)專利，隨后美國(guó)、德國(guó)及波蘭等國(guó)都對(duì)磷酸脲進(jìn)行了研究工作，并在70年代將磷酸脲作為I類飼料添加劑應(yīng)用。我國(guó)對(duì)磷酸脲的研究始于80年代，目前我國(guó)磷酸脲產(chǎn)量已達(dá)到較高水平，并有大量出口泰國(guó)等東南亞國(guó)家。
    磷酸脲與尿素相比釋放氨的速度得到很好的控制，中國(guó)農(nóng)科院飼料所對(duì)磷酸脲中氨釋放速度測(cè)定表明，磷酸脲的釋放速度從培養(yǎng)1 h到20h始終低于尿素，氨的釋放速度是尿素的75%。另外磷酸脲進(jìn)入瘤胃后，可分解出PO43–，能中和動(dòng)物血液和胃中過剩的氨，減緩氨在血液中傳遞速度。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)育成雜交奶山羊血液中非蛋白氮釋放量測(cè)定發(fā)現(xiàn)，相同添加下尿素組全血非蛋白氮釋放高峰比磷酸脲組早15 min，釋放的最大量也比磷酸脲組高22.6mg/100mL。同時(shí)磷酸脲可為動(dòng)物提供一定量的無機(jī)磷。磷酸脲毒性極小，LD50=（3.9±0.67）g/kg，無致畸和致突變作用，動(dòng)物易于吸收和利用，作為氮源已被世界各國(guó)認(rèn)可和批準(zhǔn)使用。
    3.3.2 縮二脲（Biuret）  縮二脲是由兩分子尿素通過熱縮合脫氨的產(chǎn)物。是一種既帶酸性有帶堿性的物化合物?；瘜W(xué)名稱氨基甲酰脲，結(jié)構(gòu)式為H2NCONH-CONH2，分子量103.13。純品縮二脲為白色長(zhǎng)單斜晶體，有一定的吸濕性，結(jié)晶水合物為5C2H5O2N3-4H2O，室溫下易失去結(jié)晶水。飼料用的縮二脲一般多為非純品，美國(guó)FDA規(guī)定飼料級(jí)縮二脲添加劑含縮二脲>55%，而我國(guó)的產(chǎn)品含量普遍≥55%。在理想條件下1kg縮二脲相當(dāng)于5kg豆粕，也有報(bào)道認(rèn)為[4]，飼喂1t縮二脲相當(dāng)于5-6噸的豆粕和豆餅的效果。呂景旭等（1992）[5]用奶牛實(shí)驗(yàn)認(rèn)為縮二脲替代飼料蛋白38%、28%時(shí)，對(duì)產(chǎn)奶量和乳脂率無影響。劉海江（1997）[6]用肉牛作實(shí)驗(yàn)認(rèn)為縮二脲替代日糧蛋白質(zhì)15%-20%時(shí)為合適。對(duì)于縮二脲替代飼料蛋白質(zhì)目前國(guó)內(nèi)外均認(rèn)為是可行的，只是對(duì)于不同的動(dòng)物添加量存在一定的差異。另外，縮二脲以尿素為原料，來源豐富，價(jià)格相對(duì)低廉。與尿素相比縮二脲的水解速度慢，25℃時(shí)，溶解度為2.01g/100mL水，37℃的溶解度2.2g/100mL，只相當(dāng)于尿素溶解度的1/100倍。這一釋放速度在瘤胃中和飼料中碳水化合物的分解速度相似，便于瘤胃微生物的繁殖和合成微生物蛋白。
    3.3.3羥甲基尿素（Polymethyld casbamide FDU）  羥甲基尿素是有尿素和甲醛在一定條件下通過縮合反應(yīng)生成的化合物。陳偉華等（1990）[7]將尿素和甲醛分不同的比例制成羥甲基尿素，通過體外人工瘤胃法測(cè)定氨釋放速度。結(jié)果表明，羥甲基尿素能被微生物分解產(chǎn)生氨，釋放氨的速度比尿素緩慢，甲醛與尿素的比值越大，氨釋放速度越低，并認(rèn)為甲醛/尿素值以0.33-0.50為合適。然而，朱麗華等（1995）[8]對(duì)羥甲基尿素的研究認(rèn)為，羥甲基尿素氨釋放速度太慢，容易造成部分尿素沒有降解而排除體外，從而造成浪費(fèi)，因此不是理想的非蛋白氮供應(yīng)體。事實(shí)上通過飼喂動(dòng)物羥甲基尿素的實(shí)驗(yàn)證明結(jié)果并不糟糕，余品良等（1990）[9]用自制的羥甲基尿素或尿素分別替代30%飼料蛋白質(zhì)，喂給4頭湖羊。結(jié)果表明，羥甲基尿素與尿素相比，使瘤胃氨氮濃度和pH值顯著降低（P<0.01），微生物氮增加16.84%，微生物蛋白合成率提高28.78%。孫鎮(zhèn)平等（1996）[10]在稻草中添加80g/d的羥甲基尿素飼喂水牛，可顯著提高水牛微生物蛋白的合成量和血清尿素氮的濃度，改善瘤胃氮代謝。
    3.3.4 異丁叉二脲（IBDU）  隨著我過對(duì)非蛋白氮和食品安全的重視，異丁叉二脲的研究受到重視。異丁叉二脲又名二脲異丁烷或異丁基二脲，是由異丁醛和尿素為原料合成，分子式為C6H12N4O2，分子量為174.20，是一種干性白色粉末或顆粒（粒度小于0.7 mm），總含氮量32.18%，容重0.7，與尿素相似。其吸濕性和溶解度均低于尿素，室溫下溶解度為0.01-0.1g/100mL水。作為飼料級(jí)的異丁叉二脲純度為93%，尿素含量低于3%，一般在配合飼料中的添加量不超過1.5%。作為飼料添加劑日本是最大的異丁叉二脲生產(chǎn)國(guó)，我國(guó)80年代曾進(jìn)行產(chǎn)品研究和飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，目前有多家研究單位從事異丁叉二脲的研究，但至今尚沒有產(chǎn)品面市。
    3.4     糊化淀粉尿素（Starea）  糊化淀粉尿素是利用谷物（玉米、高粱等）淀粉與尿素在適合的溫度及壓力下而生成的淀粉與尿素的均勻混合物。是國(guó)內(nèi)畜牧工作者根據(jù)近幾年的經(jīng)驗(yàn)和國(guó)外的一些成果自行研制的一種反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)替代料。糊化淀粉尿素對(duì)尿素有不同程度的控釋能力，而這種控釋能力的大小取決于選用的淀粉種類、溫度和壓力以及水分的多少等。1999年，應(yīng)如海等將玉米粉與尿素按4：1的比例混合，于160℃高溫膨化下制得糊化淀粉尿素，并通過水中尿素釋放認(rèn)為糊化淀粉尿素對(duì)尿素具有很好的緩釋能力[11]。糊化淀粉尿素不但減緩了尿素在瘤胃中的釋放速度，同時(shí)，淀粉與尿素的均勻混合，使得淀粉和尿素被微生物分解的時(shí)期幾乎是同步的，從而提高了反芻動(dòng)物對(duì)尿素氮的代謝率，同時(shí)提高了微生物蛋白產(chǎn)量和粗飼料的消化率。張崇玉等（1998）[12]分別用糊化淀粉尿素、尿素、棉籽餅粕為蛋白質(zhì)飼料飼喂肉牛，結(jié)果表明，糊化淀粉尿素在日增重和飼料利用率上均顯著優(yōu)于后兩者（P<0.05）。在奶牛的實(shí)驗(yàn)中表明糊化淀粉尿素具有與餅粕類蛋白質(zhì)飼料相似的營(yíng)養(yǎng)作用[13]。顧炳龍等（1996）[14]在山羊飼養(yǎng)中用糊化淀粉尿素替代豆粕，具有提高山羊采食量和粗纖維的消化率的作用。糊化淀粉尿素的生產(chǎn)具有工藝簡(jiǎn)單、原料來源廣泛、產(chǎn)品適口性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在今后的生產(chǎn)過程將成為重要的蛋白質(zhì)替代品而應(yīng)用。
    3.5           包衣尿素  包衣尿素在生產(chǎn)中也稱為包被尿素，是用特殊的材料將尿素顆?；蚓Х蹏?yán)密包裹而成。包衣尿素技術(shù)來源于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的包衣技術(shù)（也叫微囊化技術(shù)），這項(xiàng)技術(shù)始于50年代的美國(guó)，主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品、紡織和國(guó)防等領(lǐng)域，80年代，隨著飼料工業(yè)的發(fā)展，包衣技術(shù)開始在飼料和飼料添加劑中應(yīng)用，如水產(chǎn)飼料、活菌制劑、維生素、氨基酸、硫酸亞鐵、酶制劑等。包衣技術(shù)的應(yīng)用改善了以往產(chǎn)品的缺陷，表現(xiàn)在不光控制了尿素的分解速度，達(dá)到提高尿素氮的利用率和防止中毒的作用，而且改善了以往產(chǎn)品的適口性差、氨味重、易吸濕、性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)?？梢哉f包衣技術(shù)的應(yīng)用完善了尿素添加劑產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的不足，為合理、安全應(yīng)用尿素提供了保障。但是，包衣技術(shù)生產(chǎn)過程相對(duì)復(fù)雜、技術(shù)參數(shù)要求苛刻，產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高。
    3.6           添加脲酶抑制劑  尿素之所以在瘤胃中能夠快速分解，很大部分是因?yàn)轱暳虾土鑫钢写嬖诘碾迕?，在脲酶和水的存在下尿素被快速分解成氨和二氧化碳。因此人們開始著手研究能夠克服這種酶的物質(zhì)，脲酶抑制劑便應(yīng)運(yùn)而生。脲酶抑制劑是一個(gè)泛泛的定義，指凡是能夠抑制脲酶活性的物質(zhì)的總稱。目前研究認(rèn)為能夠起到抑制脲酶活性的物質(zhì)主要包括以下幾種：（1）重金屬鹽類，包括Co2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、Ba2+等。重金屬離子能夠抑制脲酶的機(jī)理是這些金屬離子能夠與酶的活性中心結(jié)合，從而抑制其活性中心。（2）天然植物提取物，絲蘭植物提取物（Yucca shidigero extract,YSE）是目前認(rèn)可的用于預(yù)防尿素中毒的物質(zhì)，但研究認(rèn)為[15],YSE并不是真正意義上的脲酶抑制劑。在瘤胃中能夠降低尿素釋放氨速度的原因是,YSE結(jié)構(gòu)中含有活性苷鍵和糖基。一方面皂角苷可抑制瘤胃纖毛蟲和革蘭氏陽(yáng)性菌的繁殖,另一方面糖基可與釋放出的氨結(jié)合,YSE的這一作用特點(diǎn),既降低了瘤胃蛋白質(zhì)的降解速度,又減少了氨向血液中的擴(kuò)散，因此一直以來將YSE作為脲酶抑制劑應(yīng)用。另外有研究認(rèn)為[16]，金合歡屬、桉樹屬、桑椹、日本扇尾柳等植物中可提取出脲酶抑制物。（3）常用合成品，這些產(chǎn)品目前在生產(chǎn)中應(yīng)用量較大，效果也比較好。包括乙酰氧肟酸(Acetohydroxamic acid,AHA)、二氨基磷酸苯酯(Phenyl phosphorodiamidate,PPDA)、N-丁基硫代磷酰三胺（N-（n-batyl）thiophosphotiC tiamide,NBPT）及氫醌等。 AHA是一種高效特異性脲酶抑制劑,能夠與脲酶的特異活性中心牢固結(jié)合,降低脲酶活性。齊德生等（2003）[17]研究了AHA對(duì)牛瘤胃液脲酶和大豆脲酶的抑制作用，結(jié)果表明AHA對(duì)脲酶活性有明顯抑制作用。AHA添加量為150mg/kg精料時(shí)，對(duì)瘤胃液脲酶平均抑制率42.6％，AHA添加量在125mg/L時(shí)，使大豆脲酶活性降低80％以上。PPDA和NBPT的研究主要集中在國(guó)外，PPDA和NBPT首先應(yīng)用于肥料工業(yè)，2000年P(guān).A.Ludden[18]在一次綿羊瘤胃液模擬實(shí)驗(yàn)中將NBPT作為脲酶抑制劑，證實(shí)了NBPT具有降低尿素分解速度的功效。PPDA作為脲酶抑制劑要早于NBPT，早在1991年，Whitelam研究認(rèn)為，PPDA能夠抑制綿羊瘤胃脲酶活性，平衡血液中氮水平。但無論是PPDA或者NBPT對(duì)瘤胃微生物都一定的適應(yīng)性，這對(duì)于動(dòng)物保健來說，也許是個(gè)考驗(yàn)。氫醌在土壤學(xué)研究和應(yīng)用中屢見報(bào)道，是一種土壤脲酶抑制劑，其抑制效果在一定程度上優(yōu)于PPDA和NBPT[19 20]。我國(guó)目前將氫醌用于反芻動(dòng)物瘤胃脲酶抑制劑的研究較多[21 22 23]，并取得了較好的效果。
    4 小結(jié)
    蛋白質(zhì)飼料資源的缺乏并不是一個(gè)短期內(nèi)能夠解決的問題，飼料及營(yíng)養(yǎng)工作者也將為克服蛋白質(zhì)資源的缺乏作不懈的努力。研制開發(fā)尿素飼料蛋白質(zhì)替代品值得重視，并應(yīng)將如何開發(fā)安全、高效、穩(wěn)定、無副作用、綠色、價(jià)格低廉的尿素產(chǎn)品及提高尿素利用率的物質(zhì)作為這個(gè)領(lǐng)域的重點(diǎn)。

版權(quán)聲明：本文內(nèi)容來源互聯(lián)網(wǎng)，僅供畜牧人網(wǎng)友學(xué)習(xí)，文章及圖片版權(quán)歸原作者所有，如果有侵犯到您的權(quán)利，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們刪除（010-82893169-805）。