羽毛粉蛋白饲料的开发及应用

2004年07月16日 08:35 来源：种猪信息网

• 关键字： 饲料

摘要: 我国蛋白质资源不足，开发利用羽毛粉蛋白饲料来解决蛋白质资源不足，在畜牧生产中具有重要的意义。禽类的羽毛主要由角质蛋白构成，氨基酸不平衡，畜禽对其消化率低。但将羽毛经过一定的处理制成羽毛粉，可以提高其蛋白质的消化率。羽毛粉的加工方法主要有：高温高压水解法、酸水解法、碱水解法、酶解法、微生物法和挤压膨化法。实践表明，经过加工处理的羽毛粉，可以替代鱼粉，是一种优质的蛋白质资源，在畜牧生产中具有广泛的应用前景。 关键词: 羽毛粉 蛋白质 氨基酸 消化率 近年来，随着我国畜牧业的迅速发展，对饲粮蛋白质的需要量也越来越高。目前，我国主要靠进口鱼粉来解决蛋白质资源的不足。所以，如何开发新的蛋白质资源是目前研究的热点。禽类羽毛的蛋白含量高，一般在75%~90%，但禽类羽毛主要由角蛋白质构成，本身氨基酸不平衡，畜禽对其消化率较低。利用禽类羽毛作为饲料，近十几年来，国内外进行了大量的研究，并取得了一定的成果。徐墨莲（1994）、杨景培（1995）、林东康（2001）等人研究均表明，将禽类的羽毛经过一定的处理制成羽毛粉，可破坏其角质蛋白的空间结构，使羽毛蛋白转化为易被动物消化吸收的氨基酸，从而提高蛋白质的消化率。王箴林（1997）等人也表明，羽毛粉用作饲料，不仅能够降低成本，还可以补充了蛋白质饲料不足，替代鱼粉（Meske，1991），克服鱼粉含盐量高、脱脂率低的弊端，是一种优质的动物性蛋白质饲料。我国每年可收集利用的禽类羽毛约有20~30万吨，而大部分羽毛发未被合理利用，既浪费了资源，又污染了环境。因此，羽毛粉蛋白饲料资源的开发与利用，在畜牧生产中具有重要的现实意义。 1 羽毛粉蛋白饲料的性质 禽类羽毛主要由角蛋白质构成，羽毛角质蛋白的氨基酸大部分为疏水性氨基酸，疏水性氨基酸分布在角质蛋白的外周，少量亲水性氨基酸及基团包容于肽键及蛋白质骨架的内部，肽链之间形成许多二硫键（?S?S?），呈索状结构，性质极其稳定，在水、盐酸及稀盐酸溶液中完全不溶解，所以称为不溶性蛋白。由于羽毛的多肽链间存在着很多的双硫键和氢键，使羽毛蛋白质的结构特别稳定，如果不经处理，动物消化道中的消化酶基本上无法把它们消化分解。羽毛中含有丰富的赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸、甘氨酸、胱氨酸等18种氨基酸。羽毛蛋白中除赖氨酸、蛋氨酸的含量明显较低外，其它动物必需氨基酸的组成略高于鱼粉，羽毛蛋白中含硫氨基酸(胱氨酸Cys等)达9%～11%，在一定程度上可以满足部分动物对胱氨酸的需要。 2 羽毛粉的加工方法 目前，我国主要采用以下几种方法进行羽毛粉的加工生产。（1）高温高压水解法，（2）酸水解法，（3）碱水解法，（4）酶解法，（5）微生物法，（6）挤压膨化法 2.1 高温高压水解法 水解羽毛粉主要依靠水解过程中时间、压力、温度的控制（Poel等，1990）。其加工过程为：收集羽毛除尘清洗后，装入水解罐中，在高温高压条件下水解，然后烘干、粉碎、化验、包装成成品。这种加工工艺相对较为先进，其突出特点是彻底破坏羽毛角蛋白质稳定的空间结构，从而使它变成畜禽可消化吸收的可溶性蛋白，消化率达90%以上，但由于水解后二硫键断裂，会使胱氨酸的含量减少。 2.2 酸（碱）水解法 将羽毛除尘洗净后，浸入一定浓度的酸（盐酸、磷酸）或碱（氢氧化钠）中，加热水解，直至用手轻易拉断为止，此后中和、干燥或捞出后用清水洗成中性，再脱水干燥制成成品。此过程破坏角质蛋白的二硫键，使羽毛蛋白分解成可消化吸收的状态。试验证明，0.2%~0.6%的NaOH能够分开胱氨酸二硫键的结合因子，提高羽毛的溶解度及其对消化性蛋白分解酶的敏感性（Padopoulos，1985）。但此方法要注意酸或碱的浓度和作用时间。经碱和长时间加热作用导致氨基酸消旋，使围绕消旋氨基酸的扩展肽链不能被蛋白酶的底物结合点使用，从而导致蛋白质消化率下降。 2.3 酶解法 用一种中性蛋白酶或复合酶，作用1~４小时，可裂解双硫键而暴露出蛋白质，完全溶解，即为羽毛蛋白。Papadopoulos（1985）报道，将羽毛与溶剂在泥刀式混合机中，60℃下搅拌 1ｈ，冷却后加入混合酶制剂和乳化剂，水解成的液化饲料可添加于饲料中或干燥饲用。国内外对此类方法的争议较大，未见有实质性报道和产业化产品。 2.4 微生物法 Williams等 (1991)报道，嗜热的地衣形杆菌(PWD-1株)能发酵羽毛并将羽毛转变为部分水解的产物，其营养价值和饲用大豆蛋白质相当。与经过热压处理的羽毛粉进行厌氧发酵后，可产生大量的氨基酸和小肽。 2.5 膨化法 采用膨化机对羽毛进行膨化处理，原理是利用膨化机内高温高压和高剪切作用，羽毛在膨化中瞬间受到高温160℃及一定催化剂的作用下，使羽毛在出模孔减压膨化时破坏角质蛋白的牢固空间结构，二硫键断裂。角质蛋白纤维变成较小的蛋白质亚单元和线状排布的肽链群，易于被动物消化吸收。膨化法是国内外刚开始的新技术，其优点是设备少，投资低，加工成本大大降低，氨基酸破坏少，消化率高，生产过程中无环境污染。美国三福公司（Triple F.Co）所属INSTA-PRO膨化机公司的专利方法，是在羽毛内脏的混合物中加入MAX-PRO-PBP添加剂，与大豆、豆粕混合后 (比例为：羽毛内脏∶大豆∶豆粕 =25∶25∶5 0)膨化、烘干后粉碎饲用，产品用于肉鸡、火鸡饲料中可获得较好的效果。 3 羽毛粉的饲用价值 由表1可知，羽毛粉因加工工艺不同，消化率也不同。膨化羽毛粉氨基酸消化率优于高压水解羽毛粉，与酸水解羽毛粉相差不多，但均低于进口鱼粉。处理后羽毛粉的赖氨酸和蛋氨酸消化率均低于鱼粉。说明挤压膨化、高压水解以及酸水解处理时，赖氨酸和蛋氨酸有效性降低，不易消化。胱氨酸以膨化羽毛粉含量最高，是高压水解羽毛粉的1.78倍，酸解羽毛粉的2.67倍，明显高于进口鱼粉。虽然消化率仍以进口鱼粉为最高，但膨化羽毛粉有效胱氨酸含量也明显高于鱼粉和其它处理羽毛粉，且以进口鱼粉为最低。可以看出，在饲料中添加处理羽毛粉可以弥补饲粮中含硫氨基酸的不足。 由于羽毛粉蛋白质的氨基酸组成不平衡，所以在饲用处理羽毛粉的同时必须添加赖氨酸和蛋氨酸，以弥补所缺乏的氨基酸的不足，形成饲料间必需氨基酸的互补，发挥其饲用价值。 4 不同处理羽毛粉在畜牧生产中的应用 4.1 高温高压水解羽毛粉的应用 Papadopoulos（1985）报道，在275~415kPa，30~60min的条件下，产品的营养价值有所提高。Sara Muerhead (1989)报道，美国柏杜 (PEDU)大学在肉牛饲料中添加5 %的水解羽毛粉，可有效增加过瘤胃蛋白数量，并等氮代替豆粕。但Biswas（1987）采用200~240kPa，2~8ｈ条件下加工的水解羽毛对肉鸡进行了试验，效果很差。台湾省学者陈厚基报道，在蒸汽压力207，276，345kPa，pH5，7，9，时间为30，60min的正交试验中，随着蒸汽压力及pH的增加，胃蛋白酶的消化率增加，羽毛粉中的胱氨酸、蛋氨酸含量却急剧下降。pH的增加，试验肉鸡的饲养效果下降。当加工时间8~18ｈ，蛋白质严重变性，日粮在添加氨基酸时，营养价值仍很低。沈银书 ( 1998 )进行了压力为300，400，500 kPa，时间为30，60，90min的9个处理试验，通过对以上9个处理样品的胃酶消化率(PDP)、氨基酸有效率 (PDAA)、蛋白质可溶性 (PS)、氨基酸含量变化、容重 (BD)等指标测定，指出400 kPa、90min是较适宜的加工参数，产品氨基酸消化率可达77%~8 0%。同时也观察到，随水解温度升高时间增加，氨基酸破坏加剧，并以含硫氨基酸(胱氨酸)明显。许梓荣进行了固定压力316 kPa，不同处理时间的羽毛水解试验，指出90min处理的产品消化率为91.94%。水解时间延长消化率则有下降的趋势。何武顺等(1989)采用 TME法测定了直接蒸汽450~500kPa、2ｈ的水解羽毛粉，其氨基酸的平均消化率为41.26%，未经处理的粉碎羽毛粉氨基酸消化率为-6.37 %。杨景培等（1995）用１％和３％的水解羽毛粉代替豆粕饲养肉猪，结果日增重、饲料利用率与对照组无显著差异。 4.2 酸碱水解羽毛粉的应用 Steiner（1980）用含有系列浓度的氢氧化钠或磷酸处理羽毛，发现其能够提高体外胃蛋白酶对羽毛的消化能力。Kim等（2002）报道，用氢氧化钠处理羽毛能够提高羽毛氮的溶解性，胃蛋白酶的消化能力及体外氨基酸的消化能力。姜瑞敏(1991)采用盐酸、磷酸混合水解，以减少产品中盐分，肉鸡饲养试验提示，可代替1%的秘鲁鱼粉。何武顺报道(1990)采用低浓度盐酸水解，混碱分步中和，产品在蛋白质、赖氨酸、蛋氨酸相同水平的日粮，可完全代替肉鸡、仔猪饲料中的秘鲁鱼粉(4%)。强饲公鸡氨基酸真消化率达85.06%，代谢能13.2MJ/kg。试验猪各组日粮的消化率、氮沉积率无显著差异。 Chernuha用硫代醇钠和硫代钠混合水解羽毛，青年鸡日粮中添加15%作唯一蛋白质饲料，并平衡蛋氨酸、赖氨酸、甘氨酸和组氨酸，与对照组(豆粕、鱼粉)无差异。 4.3 酶解羽毛粉的应用 徐墨莲 (1994)将高压水解羽毛粉与复合酶 (含胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶 )、水在 38～40℃液化处理3ｈ，干燥粉碎。产品可溶性蛋白由10. 97%提高至29.72%，试验组雏鸡比高压水解羽毛粉增重28%。刘翠然 (1992)将高压处理的羽毛、蹄壳粉，40℃液化酶化处理4ｈ，PDI(可溶氮)提高了1.4倍。徐墨莲等（1995）采用体外酶解法，对羽毛粉进行了七个酶水平的酶解处理。通过对酶解前后羽毛粉中可溶性蛋白含量和游离氨基酸含量的变化及酶化效果的分析，得出0.12％的酶水平效果较佳。 4.4 膨化羽毛粉的应用 朱选（2001）等对羽毛挤压膨化工艺进行研究表明，挤压膨化过程可显著提高羽毛粉的可消化性，随挤压膨化温度的增加，产品中有效胱氨酸含量下降，而提高转速与适当增加羽毛原料的入机水分可提高有效胱氨酸含量，生物学试验揭示，膨化羽毛粉与高压水解羽毛粉的氨基酸生物可利用率，无论是必需氨基酸还是总体氨基酸，差异均不显著(P>005)。林东康等（2001）报道，用135型羽毛膨化机膨化的羽毛粉，粗蛋白含量在79％以上，而且精氨酸、异亮氨酸和胱氨酸相对较高。用蛋公鸡测得表观代谢能值为15.1兆焦/千克，蛋白质消化率可达78.37％，粗蛋白含量在79％以上。刘晓霞等（2001）用膨化羽毛粉饲喂１日龄樱桃谷肉鸭试验表明，加３％、４％、５％膨化羽毛粉实验组的平均增重均明显高于对照组，试验组的单位增重饲料消耗量均低于对照组，尤其是以添加４％试验组效果最佳。何武顺等（1999）利用优化工艺参数条件生产出的膨化羽毛粉，饲喂肉仔鸡以测定产品的氨基酸消化率和真代谢能，结果表明：膨化羽毛粉的氨基酸真消化率母鸡为88.9％，公鸡为83.6％；胱氨酸的真消化率依次为86.8％，83.1％；真代谢能依次为13.53MJ/kg， 13.11 MJ/kg。表明该工艺参数是合理的，膨化羽毛粉的营养价值达到和超过了项目设计要求的水平。 Cupo等（1991）用 6%的羽毛粉饲喂肉仔鸡研究表明，能蛋比161时，肉仔鸡的生长未受影响，胴体重增加；而能蛋比186时，生长减慢，胴体重下降。这说明羽毛粉可作为蛋白资源，但加工方法及加工条件能够影响羽毛粉蛋白的利用（Wang等，1997），而且日粮配比也可限制其利用。 5 结语 经过加工处理的羽毛粉作为蛋白质资源，在畜牧生产中取得了教好的效果。但由于加工工艺及生产条件对于羽毛蛋白的质量影响较大，使其质量不太稳定，所以在动物饲料中添加量不宜过多。而且羽毛粉蛋白质的氨基酸不平衡，在使用时要注意日粮中氨基酸的平衡，必要时可补充羽毛粉缺乏的氨基酸，提高羽毛粉的饲用效率。 综上所述，经过加工处理的羽毛粉，可以替代鱼粉，是一种优质的蛋白质资源，在畜牧生产中具有广泛的应用前景。

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