基于理想蛋白氨基酸模式評定蜜蜂蛋白質飼料

郗學鵬 王紅芳 胥保華

（1 山東農業大學動物科技學院，泰安271018）

基于理想蛋白氨基酸模式評定蜜蜂蛋白質飼料

郗學鵬 王紅芳 胥保華

（1 山東農業大學動物科技學院，泰安271018）

隨著養蜂業的發展以及養蜂生產水平的提高，蜜蜂飼料的使用在我國已經越來越普遍，但大多數飼料為蜂農粗略自制，導致其質量與飼喂效果千差萬別。深入研究蜜蜂營養需要和蜜蜂飼料的營養價值評定顯得尤為迫切。借鑒理想蛋白氨基酸模式（ideal protein amino acid pattern,IPAAP）能夠客觀的評定飼料蛋白質的營養價值。本文綜述了理想蛋白氨基酸模式的原理及其研究方法，并對通過IPAAP評定蜜蜂蛋白質飼料營養價值的可行性進行了分析。

蜜蜂飼料；蛋白飼料營養價值評定；理想蛋白氨基酸模式

飼料蛋白質的營養價值指的是單位飼料蛋白質滿足動物需要的一種程度或度量。飼料蛋白質營養價值包含相對營養價值、絕對營養價值和潛在營養價值三個方面的內容[1]。絕對營養價值是以飼料蛋白質轉化為畜產品蛋白質的利用情況作為評定“滿足動物需要程度”的度量標準，一般通過氮平衡試驗法和生長試驗法予以測定；相對營養價值是以飼料蛋白質的某些化學分析指標或生物學測定指標或根據某些參數所獲得的估計指標作為評定“滿足動物需要程度”的度量標準；潛在營養價值則是在假定飼料氨基酸間比例關系完全符合畜禽“理想蛋白質”氨基酸平衡模式，即畜禽對其利用率為100%的前提下，根據化學分析方法或生物學試驗方法所獲得的某些參數，通過特定方法所獲得的估計指標作為評定“滿足動物需要程度”的度量標準。蛋白質飼料營養價值的評定方法有許多，包括蛋白質效率比（PER）、總蛋白質價值（GPV）、蛋白質置換值（PRV）等[2]，但大多數方法是針對于家禽、家畜提出的，由于蜜蜂飼料起步晚，相較于畜禽飼料落后，目前缺少蜜蜂飼料的國家標準和行業標準，而蜜蜂的蛋白質營養對其生長、發育、繁殖、產漿意義重大。因此，尋求一種蜜蜂蛋白質飼料的營養價值評定方法迫在眉睫。

1 不同來源蜜蜂蛋白質飼料的營養價值

目前，蜜蜂上利用較廣泛的蛋白質飼料主要來自植物性蛋白，包括花粉、豆粕、玉米蛋白粉、酵母粉等。

花粉是蜜蜂的天然蛋白質營養來源。蜂花粉因種類、產地、年份等的不同蛋白質含量變化幅度較大，一般為8～40%，平均含量為20%左右，《蜂花粉》國家標準制定編制說明中分析了蜂花粉的營養成份，結果表明花粉的年份、種類和產地都會影響花粉的蛋白、總糖、總脂、灰分以及維生素的含量。根據花粉對蜜蜂壽命、咽下腺、卵巢和脂肪體的發育影響，將花粉分為四個等級。第一等級為高營養價值花粉，包括各種果樹的花粉，柳樹、谷物和白三葉草的花粉；第二等級為營養較少的花粉，如榆樹、木棉和蒲公英的花粉；第三等級的花粉只能提供某種營養成分；第四等營養價值最低，如各種松樹花粉[3]。Human H[4]等研究了花粉蛋白質含量差異與工蜂卵巢發育之間的關系，結果表明：高蛋白的蜂糧會促進工蜂的卵巢的發育。Jean-Noel T asei等[5]測定了15種單一花粉和混合花粉對雄蜂幼蟲的營養價值，研究表明，栗屬、罌粟屬和懸鉤子屬植物的花粉可以使幼蟲長到110～150 mg，然而向日葵和薔薇花粉只能使幼蟲長到20～50 mg，飼喂蕓苔屬花粉可以讓幼蟲長到240 mg，效果最好。

豆粕是大豆為原料取油后的副產物，也是主要的蛋白質飼料原料。豆粕的粗蛋白含量較高，一般在40～50%之間，必需氨基酸的含量也較高，且比例合理。豆粕中賴氨酸、異亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸含量均較高，但蛋氨酸含量相對不足，在很多動物飼料中需要額外補充。一般豆粕的粗纖維含量較低，主要來自大豆皮。大豆在加工過程中先經去皮而加工獲得的粕稱為去皮大豆粕，與未去皮豆粕相比，粗纖維含量較低，一般在3.3.%以下，粗蛋白含量平均為48～50%，營養價值較高。在蜜蜂飼料中可以使用的豆粕產品包括脲酶活性檢驗合格的普通豆粕、膨化豆粕、發酵豆粕。膨化豆粕是在大豆粉碎后加了一道膨化工藝，主要目的是提高油脂的浸提量，同時進一步降低了脲酶活性，提高營養物質消化率，提高了豆粕的質量，而且味道比較香，適口性更好。

玉米蛋白粉也叫玉米麩質粉，是玉米籽粒經濕磨法工藝制得的玉米粗淀粉乳，經過水解、分離、濃縮、發酵烘干制成，是玉米加工的主要副產物。玉米蛋白粉的粗蛋白含量通常在40～60%以上，有的能達到70%，玉米蛋白粉作為一種蛋白質飼料，其營養價值主要取決于氨基酸組成，但是玉米蛋白粉的氨基酸組成并不十分理想，蛋氨酸、精氨酸以及亮氨酸、異亮氨酸等疏水性氨基酸含量高，賴氨酸和色氨酸嚴重不足，賴氨酸與精氨酸之比達1∶2～2.5，與理想值相差甚遠[6,7]。

2 理想蛋白氨基酸模式評定蜜蜂蛋白質飼料的原理與可行性

2.1 理想蛋白質的起源及概念

理想蛋白（ideal protein，IP） 起源于 1946年Mitchell and Block通過化學比分法將蛋白質的氨基酸組成和其營養價值聯系起來以尋求它們之間的內在規律的研究。Howard等[8]首次提出了理想蛋白質的概念，是指能在動物體內實現最大氮沉積率的蛋白質。ARC[9]首次將豬的氨基酸需要與理想蛋白氨基酸模式聯系起來，并定義理想蛋白為氨基酸組成及相互之間的平衡正好與動物某種生理狀態下需要一致的蛋白質，其中任何一種氨基酸相對于動物特定的需要都處于同等的限制性，動物可以100%利用這種蛋白質。Wang等[10]通過對生豬的理想蛋白氨基酸模式進一步研究，將定義延伸為每種必需氨基酸和非必需氨基酸都處于相同限制性地位的飼料蛋白質。目前，在動物營養界廣為接受的理想蛋白質是指這種蛋白質的氨基酸在組成和比例上與動物所需蛋白質的氨基酸的組成和比例一致，包括必需氨基酸之間以及必需氨基酸和非必需氨基酸之間的組成和比例，動物對該種蛋白質的利用率應為100%[11]。盡管各個學者對理想蛋白質的定義有所不同，但是其實質上是沒有很大差異的。

2.2 理想蛋白氨基酸模式評定蜜蜂蛋白質飼料的原理和可行性探究

利用理想蛋白氨基酸模式評定蛋白質飼料的方法早在豬、禽上提出，但對于蜜蜂飼料至今仍未使用。王永軍等[12]根據“理想蛋白質”的概念，定義了理想蛋白質的數量概念，并且提出了表示豬、禽理想蛋白氨基酸平衡模式的通用數學表達式：

其中，IPsample為樣品的理想蛋白水平，ai、Ai分別表示12種必需氨基酸及非必需氨基酸占樣品重的百分數及理想蛋白質所推薦的營養需要量，Ki=Ai/A1，K1=1，在Illinois大學推薦的模式中R=15，為評定蛋白質營養價值奠定理論基礎。田秀娥等[13]按照王永軍等[12]建立的飼料理想蛋白質水平方法進行估計，通過對肉仔雞兩次飼養結果，對以飼料氨基酸含量為基礎和以可利用氨基酸為基礎評定飼料蛋白質營養價值的準確性和靈敏性進行了全面比較分析。結果表明，以可利用氨基酸含量為基礎評定飼料蛋白質營養價值的準確性和靈敏性，明顯優于以氨基酸含量為基礎的評定結果，進一步完善了利用理想蛋白氨基酸模式評定飼料蛋白質的方法。

蜜蜂的發育屬于完全變態發育，相較于豬、禽，存在生理的特殊性，其自身發育的各個階段需要的營養物質也有較大的差異。Paoli等[14,15]研究表明，采集蜂需要的必需氨基酸的量僅為幼蟲需要量的1/250，哺育蜂對必需氨基酸的需要量則為采集蜂的5倍。但是，蜜蜂與豬、禽的營養也存在其相似之處，De Groot等[16]以酪蛋白作為參照，設計氨基酸混合營養液，對新出房兩天的幼蜂進行飼喂試驗，通過測定其第七天和第十四天的體增重和體氮沉積得出蜜蜂成蜂的十種必需氨基酸為精氨酸、組氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸，與豬、禽的必需氨基酸大致相同。

利用王永軍等[12]提出的公式所估計飼料的蛋白質水平，不但反映了飼料實際氨基酸含量水平，而且充分體現了各種必需氨基酸及其必需氨基酸與非必需氨基酸之間的平衡情況。理論上，將該方法應用到蜜蜂蛋白質飼料的評定上也是具有指導意義的。

3 理想蛋白氨基酸模式研究的方法

在農業部已公布的《飼料添加劑品種目錄》中，缺少蜜蜂飼料的國家標準和行業標準[17]。因此，市場不但缺乏規范、標準、營養全面的蜜蜂飼料，也缺乏完善的蜜蜂飼料評價體系。參照畜禽類理想蛋白氨基酸模式的研究方法，研究蜜蜂的理想蛋白氨基酸模式，并開發蜜蜂飼料將促進我國蜜蜂飼料企業標準化建設，提高蜜蜂飼料質量安全水平，增強蜂農使用飼料產品信心。

總結單胃動物理想蛋白氨基酸模式的研究歷史，不難看出，所謂理想蛋白氨基酸模式就是飼糧蛋白質中的氨基酸既能滿足動物的生長發育和生產的需要，又不會因為含量不均衡或者過多而造成蛋白質浪費，其研究方法的實質就是從動態平衡的角度做到日糧供給與動物需求高度一致。從其60多年的研究歷史來看，可以將常用的研究方法大致分為以下幾種。

3.1 分析生長動物機體組織的氨基酸組成

該方法的依據是動物胴體的氨基酸組成與動物氨基酸需要量之間存在高度相關性[18]。上世紀50年代，Mitchell等[19]發現生長鼠的氨基酸需要模式與肌肉蛋白質的氨基酸組成模式有很高的相關性（r=0.974），并指出生長鼠的氨基酸需要和模式可以由它沉積的蛋白質數量和模式來推算，因此推斷生豬的氨基酸需要模式也可以由此法來確定。Fuller等[18,20-21]1979年報道，生豬的氨基酸需要模式和其整體粗蛋白的氨基酸組成模式頗為相似；1989年,使用部分氨基酸扣除法得出生豬的氨基酸需要結果與其機體的氨基酸組成也有很高的相似性。ARC（1981）[9]就通過分析豬體蛋白的組成，確定了各種氨基酸相對于賴氨酸的比率，并首次提出了豬“理想蛋白質”模式。

但是，該方法雖然簡單易行，但結果并不是完全準確的，因為沒有考慮動物的維持需要部分，并且忽視了氮沉積過程中不同氨基酸周轉率的差異對動物氨基酸需要及模式的影響。比如，在動物體內，賴氨酸的周轉率是低于蛋氨酸和蘇氨酸等維持需要較高的氨基酸的[22],即使是同一種氨基酸，在體內不同的組織中的周轉率也可能不同[23]。因此，用該法確定的動物的氨基酸需要量和理想蛋白氨基酸模式會過高或者過低的估計某些氨基酸的需要和比例。

3.2 綜合法

該方法就是查閱、總結以往測定的各種氨基酸的需要量，并建立其比例關系。利用綜合法確定動物理想蛋白氨基酸模式是目前比較常用的方法，ARC（1981）[9]首次推薦生豬的理想蛋白氨基酸模式時，除了考慮母豬乳和仔豬機體氨基酸組成模式之外，還從其他方面進行了工作。首先，匯總了生長豬的單個氨基酸的需要量，并建立其比例關系，發現豬（集中于20~50 kg的生長豬）對賴氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸等必需氨基酸的需要量表示為占飼糧的百分比時差異較大；然后，當蛋白質的生物學效價達到最大時，估計出飼糧蛋白質中的賴氨酸的最適濃度為6~8 g/16g氮，因而推薦豬的理想蛋白氨基酸模式中賴氨酸的濃度為7g/16g氮。

該法看似簡單，只需總結前人的試驗結果并對未測定的氨基酸進行測定即可，但是由于不同研究者研究條件存在差異，如日糧因素、飼養水平等，其次考察指標也不相同，就蜜蜂而言，用化蛹率、羽化率得出的最適水平和以基因表達為指標得出的最適水平可能并不完全相同。因此，利用綜合法得出的理想蛋白氨基酸模式與實際的生理需要可能存在一定的偏差，其準確性還有待進一步探究。

3.3 氮平衡試驗

氮平衡實驗分為氨基酸扣除法和氨基酸添加法。氨基酸扣除法又稱為耗竭法或簡單線性模型法，該法由Wang等[24]創立，是目前公認的比較理想的方法。它從動物體對某種氨基酸缺乏或過量反應的敏感性出發，有較高的可行性。其基本原理是，動物的體氮沉積量取決于第一限制性氨基酸的攝入量，而去除非限制性氨基酸則對氮沉積無影響，在一定范圍內，氮沉積與第一限制性氨基酸的攝入量成正比。對于理想蛋白質而言，其必需氨基酸和非必需氨基酸都處于相等的限制性地位，減少任何一種氨基酸都會引起氮沉積的下降。從給定的氨基酸模式中，扣除一定比例的必需氨基酸，其反應模式有三種，如圖所示：①如果扣除一部分該種氨基酸之后，對氮沉積無影響，則扣除的那部分氨基酸相對于第一限制性氨基酸則是過量的，如圖一中A所示；②如果扣除的氨基酸正好為第一限制性氨基酸，則氮沉積下降最多，如圖一中C所示；③若扣除該氨基酸后，氮沉積的下降介于AC之間，如圖一中B所示，那么扣除的氨基酸中有一部分相對于第一限制性氨基酸是過量的。方法是利用氮代謝實驗得出攝入的氨基酸含量（X）與氮沉積（Y）的回歸關系，建立回歸方程Y=kX+b，回歸系數的倒數（1/k）表示每沉積1g氮所需攝入的氨基酸的量，當氮沉積為零時，常數項與回歸系數的比值就是維持氮平衡所需要的氨基酸的量，以此建立數學模型，測定不同生產性能下各可消化必需氨基酸的需要量。盡管該數學模型還有待進一步改進，但在適宜的氮攝入量變化范圍內（0.25～2.0 g/kgM0.75/ d），氮沉積與攝入量的關系不會明顯的偏離線性[23]。陳正玲[25]通過對比不同方法確定的肉鴨理想蛋白氨基酸模式，表明氨基酸扣除法得出確定的模式與肉實際的理想蛋白氨基酸模式更為接近。

圖1 氨基酸部分扣除法中氮沉積對氨基酸攝入量的反應模式

3.4 其他

除了以上列出的幾種方法之外，還有傳統的飼養實驗法和氨基酸指示劑氧化法（the indicator amino acid oxidation,IAAO）。傳統的飼養實驗是根據動物的生產性能和基礎日糧中氨基酸的關系，探索最佳生產性能下氨基酸的需要量，但這種方法每次只能測定一種氨基酸，不能反映其他需求量大的氨基酸的之間的供求關系。IAAO依據缺乏某種必需氨基酸將會限制蛋白質的合成，那么其他必需氨基酸將相對過剩并被氧化。原理是，除了被測氨基酸之外，其他氨基酸都能滿足需要的日糧中，隨著被測氨基酸含量增加，其他必需氨基酸的氧化將降低，且蛋白質的合成量增多。如果被測氨基酸的量增加到超過需要量時，氨基酸指示劑的氧化將維持一個恒態，這一轉折點就是被測氨基酸的需要量。但該方法中，氨基酸指示劑和被測氨基酸必須有不同的氧化途經，以保證日糧被測氨基酸濃度的改變不會影響氨基酸指示劑。

4 小結

參照畜禽理想蛋白氨基酸模式的研究方法，尋找適合于蜜蜂的方法來確定蜜蜂的理想蛋白氨基酸模式，并以該模式為指導開發蜜蜂蛋白質飼料，然后利用理想蛋白氨基酸平衡模式評定飼料蛋白質的營養價值，并對飼料進行進一步優化，以生產優質、高效的蛋白質飼料為目標，促進蜜蜂飼料產業的發展，保證蜜蜂的生產性能和健康生長。

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Based on the ideal protein amino acid model to assess the bee protein feed

Xi Xuepeng，Wang Hongfang，Xu Baohua
(Shandong Agricultural University,College of Animal Science and Technology,Taian 271018)

With the development of apiculture and the improvement of beekeeping production level,the use of the bees feed in our country are becoming more common.Butmost of the feedthat were made cursorily by beekeeperswhich leaded toenormously different quality and feeding effect.Further studying of bees nutritional needs andevaluationof bees forage nutritional value were particularly urgent.Feed protein nutritional value can be evaluated objectively by drawing lesson from the ideal protein amino acid pattern (IPAAP).In this paper,the principle and the research methods of IPAAP were summarized and the feasibility ofassessing the honeybee feed protein nutritional value byIPAAP was analyzed.

bees feed,protein feed nutritional value evaluation,ideal protein amino acid pattern

國家蜂產業技術體系建設專項資金（CARS-45）、山東省農業良種工程項目“優質高產蜜蜂及蠶桑新品種培育”（2014-2016）

郗學鵬，男，山東泰安人，碩士，E-mail：xixuepeng@126.com。

胥保華（1965-），男，教授，博士，研究方向為蜜蜂科學，E-mail：bhxu@sdau.edu。