非蛋白氮饲料添加剂

第十三章非蛋白氮饲料添加剂

第一节概述

一、非蛋白氮(NPN)饲用研究与开发的国外进展

对于动物养殖业来说，蛋白质饲料的质与量往往是成功与失败的关键因素，又就地球陆

地作物看，—蛋白质高的作物又相当少，因而蛋白质营养倍受动物营养学家和牧场主的高度重视。人们发现并利用NPN作为反刍动物的蛋白替代物，是对畜牧业发展的重大贡献。

反刍动物NPN饲料资源的开发利用研究工作远在19世纪就已经开始，1880年德国科学

家在绵羊的基本饲料中首次加入了NPN化合物中的天门冬酰胺，结果提高了绵羊体N的保留量，不久后指出，羊可利用NPN转化蛋白质。特别是诺贝尔奖获得者A.L.Virtanen 1963 年用不含天然蛋白质的合成日粮对高产奶牛所作的试验中，用尿素和铵盐作为日粮中氮的唯一来源，使高产奶牛仍能长时期维持高产水平。这一研究结果报道之后，震惊了畜牧科技界，很快使NPN的研究步入养牛业生产实用阶段。据报道，不久就使美国养牛业每年以尿素为主的NPN使用量达200kt以上，1970年达250kt，90年代猛增到每年1000kt之巨。前苏联和东欧各国在80年代末期，养牛业中NPN化合物的年使用量也大约有60多万吨。西欧和澳洲诸国NPN年养牛使用量也大约有500～600kt。非洲、日本、印度等国，供养牛业使用的NPN 也有一定量的生产应用。NPN饲料资源被开发利用的途径和形式已日趋多样化、规模化和商品化。特别应指出的是，近几十年来除了研制出大量水解速度较慢的NPN化合物外，在尿素的缓解技术上作了大量工作，推出了诸如欧美的“Starea”、“Golden Pro”、“Tripl-F”、“GreenPro”、独联体的“ΑΚД”和“ΚΚ”，法国的“Uralpa”、南斯拉夫的“Skrobamid”等糊化淀粉尿素浓缩饲料。

我国NPN的饲用研究开始于60年代，但作为国家攻关项目进行大规模系统研究还是90

年代初才开始的，即国家“八五”科技攻关“85-16-03”号课题，笔者也是参与本课题的主要成员。本课题重点研究了以尿素为主要对象的NPN的降解缓解技术，秸秆为主的粗饲料的氨化处理技术，以及NPN饲料舔砖的加工制作技术。

长期以来，我国在NPN饲料资源的开发利用方面，主要是用于秸秆的氨化处理。经氨化

处理的秸秆，其粗蛋白质含量可提高1～2倍，有机物的消化率可提高20%～30%，动物采食量可提高15%～20%。所利用的氨源有农用氨水、碳铵、硫铵和尿素。农业工程大学还

为了粗饲料氨化处理设计研制出了氨化炉。但目前各种氨化处理法的共同缺点是氮的损耗量较大，贮运和使用较为麻烦，因而应着力开发新的氨化处理法及相应的工艺设备。

近十年来，我国在尿素饲料制品方面作了大量工作。但仍都处于研究试验阶段。虽然吉

林、、、、、、、等省市已先后研制出磷酸尿素、异亚丁基

二脲、硬脂酸尿素、糖蜜尿素、玉米尿素等产品，但由于工艺路线落后、生产成本高、效益低等原因而未能投入批量生产和大规模应用阶段。

二、反刍动物的瘤胃生态系统及其功能

牛、羊、鹿、驼等反刍动物具有独特的以瘤胃为主的单细胞蛋白生产系统。瘤胃中寄宿

着原虫与细菌等数量巨大、种类繁多、功能特殊的微生物。正是这些微生物，不仅能协助动

物消化各种精粗饲料，合成蛋白质、氨基酸，多醣、维生素等，而且更重要的是，它还可以利用NPN(即非蛋白氮)合成饲料中容易缺乏而对动物生长和生产极为重要的蛋白质，人们称这种蛋白为SCP(即菌体蛋白或微生物蛋白)。SCP可以作为宿主的蛋白质饲料，保证反刍动物的生存、生长、繁殖和生产，为人类提供宝贵的肉、奶、皮、毛等畜产品。

据报道，SCP这种蛋白的品质是相当高的，在动物体的消化率达90%以上，其生物学

价值达80%以上，尤其是第一限制性氨基酸——赖氨酸的含量高达8%～12%。

在反刍动物瘤胃这种SCP生产系统中的微生物可分为细菌类和原虫类两大类群。细菌按

其生理功能又分为10大类，即纤维分解菌、半纤维分解菌、淀粉分解菌、糖分解菌、蛋白分解菌、脂肪分解菌、有机酸利用菌、维生素合成菌、产氨细菌和产甲烷细菌。原虫约有30余种，主要属纤毛虫纲(Ciliata)，少数种为鞭毛虫纲(Flagellata)，均为专性厌氧微生物。值得指出的是，这些微生物中35%以上具有氨解能力，但原虫类除外。这对反刍动物利用NPN(尤其是对在NPN中居于首位的尿素)具有特殊意义，这类细菌能够形成脲酶，由脲酶再进一步把尿素分解成氨，进而被其他微生物同化利用，合成菌体蛋白。被人们已发现的能形成脲酶的细菌有Probionobacteriums、Bacteroides Spec.、Ruminococcus Spec.、Streptococcus Spec.、Lactobacillus、Selemonas ruminantium等。不同细菌所形成的尿酶，其活性也不尽相同。有的微生物脲酶活性还受环境中NH3和尿素的浓度所左右。例如：Selemonas ruminantium脲酶当环境中NH3和尿素浓度过大时明显受到抑制。但总的说，瘤胃中氨解能力是很强的。

瘤胃微生物的氮代谢特点是，既可把饲料中的蛋白质分解为NPN，也能够利用饲料的NPN合成蛋白质，就这种蛋白质的分解和合成来说，在瘤胃中是可逆的，而且总趋势是合成大于分解。据Satter和Roffles(1976年)研究，反刍动物瘤胃氮代谢定量模式如图13-1所示。

由图13-1可以看出，反刍动物食人的日粮粗蛋白中只有30%直接变成了可代谢蛋白，70%在瘤胃中经瘤胃微生物的降解和代谢，通过NPN形式其中80%最后变成单细胞蛋白，单细胞蛋白中又有80%变成可代谢蛋白，占可代谢蛋白形成总量的60%。由此可见，反刍动物

对日粮蛋白的需要量中，可以用一定量的NPN满足。

三、NPN的概念及其分类

广义地说，NPN(英文名称为Nonprotein Nitrogen．NPN即其缩写，俄语缩写名为CAB，

即人工合成含氮物质)应包括所有非蛋白质状态的含氮化合物。从化学角度看，既包括含氮的杂环化合物之类的有机化合物，也包括含氮的金属氮化物之类的无机化合物；从动物营养学角度看，既包括对所有动物具有营养学价值的肽类和氨基酸类含氮化合物，也包括只对反刍动物有一定营养学价值，但对其他动物没有营养学价值的含氮化合物。本文所指NPN的概念即那些只对反刍动物有一定营养学价值，而对其他动物投有营养学价值的各种含氮化合物。这些含氮化合物有着共同的特性，就是在反刍动物的瘤胃可以被一些瘤胃微生物分解成NH3，又被动物瘤胃的另一些微生物同化利用合成菌体蛋白，再进一步变成可代谢蛋白，在真胃(也叫皱胃)和肠道中被动物消化吸收利用，用于维持动物的生命、生长和生产。

这类非蛋白氮物质被用来进行反刍动物饲料添加剂(或补充物)的应用研究已大约有120多年历史。从50年代起已进人实用阶段。迄今为止，凡研究所使用过的这类NPN物质大体有三大类30余种化合物，即：

1.尿素及其衍生物。如：尿素、缩二脲、缩三脲、亚异丁基二脲、硬脂酸尿素、甲醛尿

素、糠醛尿素、葡糖基尿素、羟甲基尿素、磷酸尿素、硝酸尿素、叶酸尿素、碳铵尿素、棕榈酸尿素、硫铵尿素、双糖基尿素等。

2.氨及铵盐。如：液氨、农用氨水、磷酸铵，硫酸铵、氯化铵、过氯酸铵、甲酸铵、乙

酸铵、丙酸铵、硝酸铵、聚磷酸铵、乳酸铵、氰酸铵、氨基甲酸铵、碳酸氢铵、木质素磺酸铵等。

3.酰胺化合物。此处系指尿素(也叫碳酰胺)以外的酰胺类化合物，如：谷酰胺、天门冬酰胺、双氰胺、蜜胺(三聚氰酰胺)等。

不难看出，这些化合物(特别是前两类)水解后都可产生氨或离子铵。因而可作为反刍动物的NPN饲料资源，充作反刍动物蛋白质饲料的替代物。但就其有效性和经济可行性看，排到首位的是尿素。因而，目前在世界围，作为反刍动物NPN饲料资源开发利用的主要对象是尿素。以美国为例，作为饲料资源所利用的1000kt的NPN化合物中，大约80%以上为尿素。

尿素具有很高的蛋白当量，其纯品的理论蛋白当量高达292％(尿素含氮量46.6%×蛋白换算系数6.25而得)，而天然蛋白饲料中含蛋白最高的鱼粉也不过含蛋白质60%左右，豆饼的蛋白含量45%～50%。也即1份尿素的蛋白当量相当于5份鱼粉或6～7份豆粕的蛋白含量。又据报道，1份尿素加入7份玉米，其蛋白和能量的价值约等于8份豆饼的蛋白和能量。

由此可见尿素作为NPN饲料资源是非常有前途的。

四、尿素的某些理化特性及其应用

由以上所述，可以看出，尿素为反刍动物NPN饲料资源中的代表，对其理化特性的深刻

认识将助于人们在反刍动物NPN饲料资源开发中对尿素进行更好的利用。

尿素，又叫碳酰二胺，分子式为(NH2)2CO，相对分子质量60.06，1828年就被德国人首

先合成。其生产过程为，在合成氨的基础上，进一步在高温高压条件下与CO2作用生成氨基甲酸铵，然后脱水即成尿素。其反应式为:

2NH

3+CO

2

→ NH

2

COONH

4

(氨基甲酸铵)

NH

2COONH

4

→ (NH

2

)

2

CO+H

2

O