胺基酸的分析及其對飼料配方的影響
T. Kaufmann 博士
Degussa AG IC - ATAV
Ⅰ、緒 言
全面了解原料中的營養成分，對於配製滿足動物營養需要的日糧是必不可或缺的。準確的分析對於評定原料的價值以及發展各種組合的配方，有著極其重要的意義。採用相同的分析方法對於這兩者來說都是必需的。原料成分表與用量推薦表應當構成一體。
當然，大多數從事飼料工廠的人在某種程度上對原料都是很熟悉的。但是，他們對這些原料有足夠的了解嗎？家畜生產的總成本中 70%是飼料，而生產這些飼料的 75%的成本則屬於原料。因此，原料對於飼料工廠收益的重要性是顯而易見的。
大多數營養成分的評價是根據多年來建立起來的分析方法進行的。大多數胺基酸的分析是比較困難的，因為不同的胺基酸有不同的化學特性。為了分析胺基酸，必須將蛋白質通過水解作用分解成其基本成分––胺基酸。這種水解過程能破壞一些胺基酸，因胺基酸的穩定性和水解過程所採用條件而異。目前還沒有一種水解程序能夠保證在一個水解樣品中同時回收所有的胺基酸。
Ⅱ、胺基酸的分析方法
我不打算在化學方面詳細討論，但我想指出飼料生產者應當注意的一些重要的現象。若我們不詳細考慮所採用的方法，最關鍵的結果是蛋胺酸、胱胺酸和色胺酸。這三種胺基酸在一個聯合試驗中將表現出最大的變異。( 表一 )
表 1 實驗室的變異：七個實驗室分析結果的變異係數
| 樣 品 | 蛋胺酸 | 胱胺酸 | 賴胺酸 | 酪胺酸 | 色胺酸 |
| 變異係數 | 變異係數 | 變異係數 | 變異係數 | 變異係數 | |
酪蛋白 蛋白固體 碎牛肉 大豆蛋白 油菜子蛋白 豌豆粉 小麥粉 平均變異係數 |
3.1 9.5 9.7 11.2 11.1 15.0 13.4 11.0 |
17.0 12.6 10.3 10.9 16.7 14.0 13.5 13.8 |
4.3 4.2 5.9 3.0 5.7 4.8 8.3 5.4 |
5.4 7.7 4.7 7.7 8.1 4.8 10.8 7.3 |
14.2 22.4 19.4 23.6 15.6 15.6 22.6 19.4 |
取自 G. Savar 等，飼料科學雜誌，48，526 ( 1983 )
蛋白質的水解
非必需胺基酸幾乎沒有超過一種氮的來源的。必需胺基酸，尤其是那些在一般飼料條件下，可能成為限制蛋白質合成的胺基酸，在選擇分析方法時要特別慎重。
在層析之前的準備過程中，將飼料直接水解是一個理想的方法。賴胺酸以及其它大多數胺基酸都能得到好的結果，但蛋胺酸和胱胺酸由於它們在水解過程中的不穩定性而產生了特殊的問題。這種不穩定性引起蛋胺酸和胱胺酸的分解，從而導致飼料中蛋胺酸和胱胺酸含量估計值偏低。
在最近的 15 年中，我們一直在探求樣品前處理的方法。為了測定胱胺酸的含量，在水解蛋白質前，用過甲酸將胱胺酸氧化成磺基丙胺酸，現在已得到廣泛的接受。在這個處理中，蛋胺酸被轉變成𠖎。
許多測量動物胺基酸需要量的試驗一直沿用直接水解法，而使蛋胺酸和胱胺酸受到破壞。另一方面，目前大多原料分析都是採用在水解前進行過甲酸的氧化方法。這種方法常常導致蛋胺酸和胱胺酸估值偏高。
表 2、表 3所示的是採用直接水解法或先氧化後水解法分析蛋胺酸和胱胺酸的研究結果。值得一提的是，在酸解過程中，蛋胺酸和胱胺酸被破壞的百分率並不是特別穩定的。對於蛋胺酸來說，損失範圍為 2 ~ 22%，而對於胱胺酸來說，估值偏低可能會大於 60%，完全取決於所分析的樣品。
表 2 水解前不進行氧化分析產生的蛋胺酸損失量
| 飼 料 | n | 蛋胺酸的損失 X±S ( % ) ( 氧化回收率＝100% ) |
玉米 小麥 豆餅粉 玉米––豆餅粉混合料 肉骨粉 家禽副產品粉 羽毛粉 |
40 12 26 2 18 15 22 |
-15.3±3.8 -22.2±4.5 -13.4±5.3 -11.3 -1.9±9.9 -3.7±6.1 -12.0±10.0 |
表 3 水解前不進行氧化分析產生的胱胺酸損失量
| 飼 料 | n | 蛋胺酸的損失 X±S ( % ) ( 氧化回收率＝100% ) |
玉米 小麥 豆餅粉 肉骨粉 家禽副產品粉 羽毛粉 |
14 12 10 18 15 22 |
-64.1±4.0 -39.6±8.6 -46.6±19.4 -55.0±13.8 -31.6±18.2 -20.3±14.7 |
也許你們要問，Degussa 是蛋胺酸的生產公司，為什麼提倡過甲酸氧化法呢？多少年來，我們一直採用這個方法，且此法對業界有顯著貢獻。如果以回收率低的方法來測定含硫胺基酸的需要量來配製飼料，而飼料是採用過甲酸氧化法測定的，則會產生實際含硫胺基酸與測定值的偏差。因為過甲酸氧化法所測得的含硫胺基酸偏高。這些胺基酸值會使日糧中消旋蛋胺酸添加量偏低。
對於我們來說，採用過甲酸氧化法是可信的、準確的。如果改進的分析方法能提高飼料配方的可靠性，我們就應當應用這種方法。
前處理氧化後，蛋胺酸和胱胺酸測定的準確性定義為，在同一實驗室裏對一樣品完全氧化、水解以及離子交換分析法測定值的重複率，通常根據商品肉雞飼料樣品兩次測定值來估計。資料顯示，採用氧化法測定的肉雞料蛋胺酸量的標準差為 0.011，與平均含蛋胺酸量 0.535 相比，變異係數僅為 2.1%，肉雞料中胱胺酸測定值的標準差是 0.011，以同樣方法計算出的胱胺酸測定值的變異係數為 2.7%。
除了日常分析原料中和整個飼料中胺基酸的含量外，我們正花大量的時間來發展和改變胺基酸的分析技術。最新的進展是我們的分析色胺酸的方法––氫氧化鋰水解法 ( HP LC 法 )。
色胺酸的分析
採用不同方法測定的有機飼料中色胺酸含量的方法很多，但這些測定值差異很大。所採用的方法不同，可部份說明為什麼家畜所需要的色胺酸與飼料中色胺酸的含量相差很大。
色胺酸對氧化和酸性處理非常敏感，通過正常的過甲酸氧化和蛋白質的水解程序不能還原。已發展了一種鹼性水解法來測定飼料中色胺酸的含量。
分析的原理是：
1.採用 4.3 N的氫氧化鋰在 120℃的真空條件下鹼性水解 16 小時。
2.HPLC 分離。
3.217 mm 紫外線測定。
為了判定色胺酸分析程序的重複性和準確性，我們採用了二𠗟，甘胺酸色胺酸。與色胺酸相比，採用二𠗟的主要理由是，二𠗟在分析前需水解成𠗟鍵，而𠗟鍵則是形成自然蛋白質的物質。由表 4 可見回收率大於 94.4%，平均 98.78%，變異係數為 2.53%。
表 4 色胺酸回收率
| 分析樣本數 | 色胺酸回收率 |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均值 n 變異係數% 最小值 最大值 |
101.23 99.34 100.68 101.34 102.56 99.40 97.28 94.44 98.42 98.76 95.53 96.36 98.78 12 2.53 94.44 102.56 |
Ⅲ、主要飼料原料中胺基酸的變異
準確分析各種原料中胺基酸的含量對配置日糧是不可或缺的，以期發揮對家畜的最大生產性能，同時將飼料成本降到最低。胺基酸含量分析不準確，將會使飼料胺基酸含量不足而造成家畜營養不良，或是胺基酸含量過高，而使飼料成本過高。
已經知道，商品飼料中粗蛋白和胺基酸組成變異很大。這並不奇怪，因為有許多因素，諸如遺傳、施肥、土壤、加工方法、貯存條件等，都會影響到飼料中粗蛋白和胺基酸的含量。
原料的變異對飼料配合的重要性將在下部分中闡述。
肉 粉
我選擇肉粉在這裏代表動物性飼料原料，與植物相比，動物性原料在胺基酸組成方面變異相當大。下面有關肉粉的資料取自法國預混公司的一個合作研究。這些飼料包含了法國生產的大部分肉粉。粗蛋白質含量的變化範圍是 49 ~ 60%。必需胺基酸的變異範圍比粗蛋白還要來得大。這裏不打算詳細涉及有關分析內容，但胺基酸比，對於在家畜日糧中使用肉粉來說是特別感興趣的。
在含硫胺基酸中，蛋胺酸可代替胱胺酸，但胱胺酸不能代替蛋胺酸。圖一所示的是 14 個樣品中胱胺酸與蛋胺酸的比例，假設總含硫胺基酸的含量為 100%。
含硫胺基酸中平均 48%是蛋胺酸，但在一些樣品中，胱胺酸約含硫胺基酸的 66%，而在另一樣品中，蛋胺酸約含硫胺基酸的 66%，很明顯，這個變異與粗蛋白的含量並沒有什麼關係。
當然，變異最主要的來源是用於生產肉粉的原料。儘管都叫做肉粉，但是，肉、骨、屠宰副產品、毛、蹄子和羽毛都用來生產肉粉，只是程度不同而已。所採用的原料對法國公司來說是十分清楚的。所做的樣品都是雙分的，它們來自於同一個工廠，但取自不同的貨物中。樣品 1 和樣品 6 粗蛋白含量很相似，含硫胺基酸的含量則不相同 ( 1.87%和1.50% )。這種差異主要是胱胺酸含量高引起的。樣品 5 和樣品 13 亦出現了同樣的情況。這些數值說明，高胱胺酸蛋白質會使粗蛋白質達到滿意的水平。
圖二說明，含硫胺基酸和賴胺酸的比在肉粉中的變異相當大。變化範圍為 37 ~ 74%。然而，與賴胺酸相比，蛋胺酸的百分率還算比較穩定的，這說明胱胺酸變化較大。
谷 類
幾年前，我們分析了歐洲的 27 個大大麥樣品。谷類粗蛋白的含量變異範圍大，因而我們把胺基酸的含量 ( 佔粗蛋白的百分率 ) 對樣品中粗蛋白的含量作圖。圖三所示的是精胺酸、賴胺酸和含硫胺酸的結果。圖線說明，這些胺基酸的平均含量 ( 表示粗蛋白的百分率 ) 隨著谷物蛋白質的增加而下降，即粗蛋白的含量每增加 1%，而這些胺基酸含量的增加則小於 1%。
值糧一提的是，蛋胺酸在斜線上下的變異要比精胺酸要大得多。小麥中粗蛋白含量增加，主要是非必需胺基酸，像谷胺酸大量增加的結果，這一點由圖四可見。
三年前，我們對美國的 95 個玉米樣品進行了統計分析，平均蛋胺酸含量隨著粗蛋白含量的增加而增加。在斜線上下的變異說明蛋白質質量變異大。圖五所示的是蛋胺酸 ( 佔粗蛋白的百分率 ) 與相應粗蛋白百分率的關係。計算出負相關係數為–0.24。這說明蛋胺酸增加與粗蛋白含量的增加不成比例。
玉米中的賴胺酸，變異小一些，由斜線上能更容易地預測實際賴胺酸的含量。非必需胺基酸，增加很快，使得一些必需胺基酸佔粗蛋白的百分率下降。
豆餅粉
前一陣子，在我們實驗室中連續分析了美國 175 個豆餅粉樣品。圖六比較了賴胺酸 ( 用粗蛋白的百分率表示 ) 與粗蛋白增加的關係。幾乎水平的直線說明，賴胺酸不與粗蛋白的增加成比例增加。
豆餅中蘇胺酸變異不大。圖七說明，蘇胺酸的含量 ( 佔粗蛋白的百分率 ) 幾乎是不變的，但隨著粗蛋白含量的增加，稍有下降的趨勢。
另一方面，正如從圖八可以看到的，豆餅粉中蛋胺酸的變異比其他胺基酸要來得大。同樣，蛋胺酸隨著粗蛋白含量的增加而下降。
總之，就美國的豆餅粉來說，隨著粗蛋白含量的增加蛋胺酸含量下降的回歸方程，可用來估計蛋胺酸和胱胺酸的價值。賴胺酸似乎與粗蛋白成比例增加。還有，一些胺基酸，像蘇胺酸比蛋胺酸的預測準確性更高。
分析一個樣品中的粗蛋白的含量，然後根據回歸方程來計算胺基酸的含量是可信的，也是實用的，是估計飼料配方組成中胺基酸價值較準確的方法。這種方法較便宜，可應用到室內質量控制中。我們建立了如下一些回歸方程：
(a) 豆餅粉 ( n＝175 )，乾物質＝89%
蛋胺酸%＝0.201＋0.011×粗蛋白% r＝0.35
賴胺酸%＝0.264＋0.060×粗蛋白% r＝0.57
(b) 玉 米 ( n＝98 )，乾物質＝89%
蛋胺酸%＝0.047＋0.018×粗蛋白% r＝0.58
賴胺酸%＝0.049＋0.026×粗蛋白% r＝0.66
(c) 美國小麥 ( n＝47 )，乾物質＝86%
蛋胺酸%＝0.031＋0.015×粗蛋白% r＝0.83
賴胺酸%＝0.147＋0.016×粗蛋白% r＝0.72
有一點必須強調的是，一個回歸方程在數學上僅適用於包含在該計算中的樣本。那就是說，不能用這些回歸方程來計算中國玉米或豆餅粉中的胺基酸價值。
Ⅳ、胺基酸的變異與飼料配方
配好飼料是一門藝術，應同時達到三個目標：
––能滿足特定外界的條件下，特定畜種胺基酸需要；
––沒有胺基酸的過剩，這樣也就沒有浪費；
––配方最便宜。
問題是，用不同原料配製的飼料中胺基酸的含量波動應儘可能小。理想的狀況是，採用可靠的胺基酸分析方法，準確地了解每一種原料中準確的胺基酸含量。然而，直到今天，在大多數情況下這是不可能的，主要是成本和時間的問題，最新的進展，像應用氫氧化鋰來分析胺基酸，能使先進的飼料生產者在這個方面踏出一步。
在實際中經常可以看見，現行胺基酸分析，資料並不是什麼時候都適用，因此我們應當考慮飼料中胺基酸含量的自然波動性。最重要的胺基酸、賴胺酸和蛋胺酸含量變異在副產品中特別大。
原料中粗蛋白、蛋胺酸和賴胺酸平均含量和變異係數
原 料 |
n | DM／% | 粗蛋白 × |
C. V. % | 蛋胺酸 × |
C. V. % | 賴胺酸 × |
C. V. % |
| 玉 米 豆餅粉 美國小麥 羽毛粉 <80%CP >80%CP 家禽副產品 <60%CP >60%CP 肉骨粉 <49%CP >49%CP |
98 175 47
10 10
26 10
15 15 |
86 89 87
93 93
93 93
93 93 |
8.26 46.67 11.73
7.13 83.07
56.96 63.81
47.63 50.40 |
7.1 4.4 10.2
1.9 2.4
4.0 6.4
2.6 1.9 |
0.19 0.70 0.21
0.64 0.60
0.93 1.04
0.68 0.74 |
9.47 8.91 10.43
11.1 17.5
17.0 24.5
11.3 10.9 |
0.26 3.07 0.34
2.27 2.16
2.95 3.17
2.69 2.87 |
8.96 6.95 8.00
3.7 15.3
11.4 16.3
6.5 5.8 |
隨著變異度的增加，營養學家有兩種可能的選擇。一是根據平均值來配製日糧，成本相對降低，允許生產性能隨飼料組成的變異而起變化。二是對營養價值採用安全係數，配製成本增加，但能以最低限度保持恒定的生產水平。很明顯，在某種程度上，營養變異可減到最低限度，飼養成本亦能顯著下降。
就胺基酸來說，應指出的要點是：
(1)採用現代的，可靠的分析表；
(2)限制變異大的組合成分；或
(3)平均數減去一個標準差。
如果不這樣做，要考慮的問題是，單一飼料原料中胺基酸含量的變異，對所配飼料中總胺基酸含量的變異影響如何。
我用一個實例來說明這個問題。
讓我們假設一個肉雞生長料：
在下表中你可以看到組成成分，各種原料中蛋胺酸的含量及其標準差，每一種原料在最後配合飼料中所佔有的絕對和相對量。
生長雞飼料中蛋胺酸含量
| 飼 料 | 重量比 ( % ) |
飼料中蛋 胺酸含量 × ( % ) |
S ( % ) | 配合飼料中蛋胺酸含量 | |
| 絕對含量 % | 絕對含量 % | ||||
豆餅粉 ( 超過 48% ) 玉 米 肉骨粉 ( 50% ) 肉 粉 ( 55% ) 木 薯 脂 肪 消旋蛋胺酸 預混劑 總 計 |
32 40 3 2 15 7 0.19 0.81 100 |
0.75 0.20 0.68 0.71 0.03 – 99.3 –
|
0.04 0.02 0.08 0.06 – – 0.3 –
|
0.24 0.08 0.02 0.01 – – 0.19 – 0.54 |
44 15 4 2 – – 35 – 100 |
蛋胺酸平均變異可根據下列公式計算：
其中 S 蛋胺酸＝飼料配方中蛋胺酸含量的標準差；
S1＝原料 1 中蛋胺酸標準差；
Sn＝原料 n 中蛋胺酸標準差；
W1＝原料 1 在配合料中的加權比例；
Wn＝原料 n 在配合料中的加權比例；
採用這一方法對一些最重要的必需胺基酸的計算結果是：
| % | 標準差 | 變異係數 位 | |
| 蛋胺酸 胱胺酸 蛋＋胱 賴胺酸 |
0.54 0.36 0.90 1.30 |
0.015 0.020 0.036 0.062 |
2.8 5.6 4.0 4.8 |
準確了解配合飼料中胺基酸含量的離散度，對於估計必要的安全度是重要的。假如蛋胺酸加胱胺酸含量為 0.90%時能滿足含硫胺基酸的需要，並能獲得最大的增重性能和最佳的飼料轉化率。所有的蛋＋胱估值 68%在 0.90±0.036%範圍內，所有估值的 95%在 0.90±0.072%的範圍內。因此，一方面，配合飼料中最多含 0.97%蛋胺酸＋胱胺酸，另一方面，由於原料的變動，配合料中可能含 0.83%。這可能導致增重的損失以及飼養成本的增加 ( 由於飼料利用率低 )。
若想使配合料至少有 84%的比例達到 0.90%蛋胺酸＋胱胺酸含量的話，平均含量應當達到 0.94%蛋胺酸＋胱胺酸。若要有 97.5%的比例飼料中達到 0.90%蛋胺酸＋胱胺酸含量的話，平均含量應達到 0.97%。
如必需安全度的估計值仍不可靠的話，那麼像原料的處理，混合，以及運輸等容易引起含量的變異還要考慮到。以上所考慮之外，在實際配製飼料時，要使胺基酸含量達到 97.5%的概率的話，安全係數需加 10%。
( 78年度飼料廠新知研討會 立利實業股份有限公司提供 )
飼料營養雜誌第五冊合訂本
1989年元月號至1989年第六期
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