一、色氨酸對畜禽的作用

　　色氨酸是重要的營養(yǎng)劑?？蓞⑴c動物體內(nèi)血漿蛋白質(zhì)的更新，并可促使核黃素發(fā)揮作用，還有助于煙酸及血紅素的合成，可顯著增加懷孕動物胎仔體內(nèi)抗體，當畜禽缺乏色氨酸時，生長停滯，體重下降，脂肪積累降低，種公畜睪丸萎縮。色氨酸可使動物球蛋白含量增加， 從而增強抗病力。

　　家禽：色氨酸及其主要的代謝產(chǎn)物5-HT、褪黑激素等通過對動物采食、免疫、抗應(yīng)激等多方面的調(diào)控，可降低家禽糞氮的排放，提高了粗蛋白質(zhì)的利用率， 從而減少集約化畜禽養(yǎng)殖導(dǎo)致的環(huán)境污染。添加色氨酸可降低雞的攻擊性， 減少啄羽、啄肛現(xiàn)象。

　　豬 ：從相關(guān)研究來看，飼糧中添加一定量的色氨酸可以提高豬只采食量，促進其生長，減緩應(yīng)激、提高其免疫力和改善肉質(zhì)。同樣， 豬因斷奶、密飼而產(chǎn)生的咬尾現(xiàn)象也可通過補充色氨酸得到解決。

　　奶牛：對泌乳期的乳牛有促進泌乳作用。

　　二、色氨酸在飼料中的應(yīng)用

　　色氨酸作為動物體內(nèi)不能合成而又具有多項生理功能的必需氨基酸， 已經(jīng)被我國農(nóng)業(yè)部確認為6種飼料級氨基酸之一， 成為繼賴、蛋氨酸之后的第3大飼料添加氨基酸。

　　在常用飼料原料中， 它分別是肉骨粉、玉米和大豆粕的第一、第二和第三限制性氨基酸。近年來， 由于在配合飼料中大量使用合成的蛋氨酸和賴氨酸， 使得色氨酸成為飼料中主要的限制性氨基酸。在飼料中只要添加微量色氨酸， 就能產(chǎn)生很大的效果。色氨酸對豬禽營養(yǎng)代謝的作用主要通過以下幾方面實現(xiàn): 色氨酸可轉(zhuǎn)化為促進畜禽生長的尼克酰胺并預(yù)防尼克酰胺缺乏癥的出現(xiàn); 色氨酸對脂肪代謝產(chǎn)生影響， 可減少禽類肝臟脂肪的含量; 色氨酸可提高生長豬肝臟、 皮膚、和整體組分的蛋白質(zhì)合成率; 色氨酸對畜禽采食量、生產(chǎn)性能和飼料轉(zhuǎn)化率都發(fā)揮作用; 色氨酸還對畜禽行為產(chǎn)生影響， 減少攻擊行為， 減輕應(yīng)激反應(yīng)。 在利用度方面， L- 色氨酸的利用率為100%， DL- 色氨酸的生物學(xué)有效性對豬相當于L - 色氨酸的80% ~85% ， 對雞相當于L- 色氨酸的55% ~ 56%； D- 色氨酸的生物有效性對豬相當于L- 色氨酸的60% ~70%， 對雞相當于L 型的15% 左右。在D型和DL型的利用度上種屬差異很大。

　　色氨酸的需要量色氨酸同賴氨酸和蛋氨酸一樣也是日糧中容易缺乏的氨基酸。在低蛋白水平的玉米- 豆粕型日糧中， 賴氨酸為第一限制性氨基酸， 其次為色氨酸， 再次為蘇氨酸( 滿足生長需要) 。色氨酸在體組織內(nèi)可轉(zhuǎn)化為煙酸， 因此決定色氨酸需要時應(yīng)考慮煙酸的需要。動物對色氨酸的需要量不但受品種類型、性別、生長階段、飼養(yǎng)密度、環(huán)境溫度、光照及飼料氨基酸平衡情況的影響， 同時與日糧煙酸水平顯著相關(guān)。1998 年NRC 推薦， 生長肥育豬日糧中應(yīng)含色氨酸0??11 % ~ 0??17 %; 1981 年ARC 推薦為0??12 % ~ 0??16 %。張克英等報道， 25~ 35 kg 生長豬達到最大生產(chǎn)性能的D- 色氨酸需要量為0??17 %， 粗蛋白質(zhì)水平為17??92 %。Burgoon 等( 1992) 報道， 豬在開食期( 6~ 16 kg) 、生長期( 22~ 50 kg) 和育成期( 55~ 97 kg) 3 個階段色氨酸需要量分別為0??15 %、0??10 % 和0??06 %， 其平均消化率為97 % 。Mohn 等( 1994) 報道， 日糧色氨酸與賴氨酸的比值小于0??16 時， 會對雞的采食量和骨骼發(fā)育造成不良影響， 當色氨酸的供給量為0??20 %時， 可達到最大增重和飼料利用率。飼喂玉米- 豆粕型日糧的肉仔雞， 總的色氨酸需要量為0??22 % 。Schutte 等( 1999) 指出， 以可消化氨基酸為基礎(chǔ)， 其理想氨基酸相對于賴氨酸( 100%) ， 蛋雞: 蛋氨酸+ 半胱氨酸84 % ， 蘇氨酸18%， 色氨酸18 % ， 纈氨酸81 % ， 亮氨酸74 %; 肉雞: 蛋氨酸+ 半胱氨酸75 %， 蘇氨酸65 % ， 色氨酸18 %， 精氨酸110 % ， 纈氨酸80 % ， 異亮氨酸70 %。

　　豬色氨酸需要量參考：

　　對于飼糧色氨酸的適宜含量，NRC(1998)指出20～50 kg豬的總色氨酸需要量為0．13％～0．18％ ， 50～120 kg豬的總色氨酸需要量為0．09％～0．17％。很多學(xué)者都認為這個推薦量偏低，但不同研究得出的結(jié)果又大相徑庭。

　　雞色氨酸需要量參考：

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　　三、飼料中色氨酸的來源

　　1、天然來源：

　　色氨酸通常是谷物類飼料的第二或第三限制性氨基酸， 尤其在以高粱和玉米為基礎(chǔ)的飼料中顯得更為明顯。Batterhan 等( 1997)測定了生長豬常用的飼料中色氨酸含量: 相對飼料中蛋白質(zhì)含量， 色氨酸在各種飼料的含量( g/ 16gN) 以玉米較低為0..43， 其他谷物飼料中等為0..71~ 0..98， 高粱粗蛋白質(zhì)水平較低， 色氨酸處于臨界缺乏狀態(tài)。在蛋白質(zhì)原料中， 肉骨粉的色氨酸含量較低， 為0..29~ 0..47; 血粉最高， 為1..39， 但利用率低。其他動、植物性蛋白質(zhì)飼料中色氨酸含量較高。

　　2、工業(yè)合成：

　　L一色氨酸的生產(chǎn)最早主要依靠化學(xué)合成法和蛋白質(zhì)水解法，但是隨著對微生物法生產(chǎn)L一色氨酸研究的不斷深入，這種方法已經(jīng)走向?qū)嵱貌⑶姨幱谥鲗?dǎo)地位。微生物法大體上可以分為直接發(fā)酵法、微生物轉(zhuǎn)化法和酶法。近年來還出現(xiàn)了將直接發(fā)酵法與化學(xué)合成法相結(jié)合、直接發(fā)酵法與轉(zhuǎn)化法相結(jié)合生產(chǎn)L一色氨酸的研究。另外，重組DNA技術(shù)在微生物育種和酶工業(yè)上的應(yīng)用極大地推動了直接發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)L一色氨酸的工業(yè)化進程。

　　（1）微生物轉(zhuǎn)化法亦稱前體發(fā)酵法。這種方法使用葡萄糖作為碳源，同時添加合成L一色氨酸所需的前體物如鄰氨基苯甲酸、吲哚等，利用微生物的L一色氨酸合成酶系來合成L．色氨酸。這種方法同直接發(fā)酵法一樣，需要解除生物合成途徑中大部分酶所受到的反饋調(diào)節(jié)，以使L_色氨酸能夠高濃度蓄積。另外，所添加的前體物大都是抑制微生物生長的，因此添加量不可過高，一般采取分批少量添加的方法。同時可以篩選前體物的抗性突變株來提高前體物的添加量。另外，前體物的價格比較昂貴，不利于降低成本。

　?。?）酶法酶法是利用微生物中L一色氨酸生物合成酶系的催化功能生產(chǎn)L-色氨酸。這些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等。根據(jù)提供這些酶的微生物種類數(shù)，可以分為雙酶菌法和單酶菌法兩種類型。該法既可以直接加入細胞壁溶解酶使細胞破壁后再使用，也可以將所需的酶固定化后再使用，一般由酶源菌體的培養(yǎng)、菌體的分離洗滌、固定化和反應(yīng)幾個階段組成。酶法能夠利用化工合成的前體物為原料，既充分發(fā)揮了有機合成技術(shù)的優(yōu)勢，又具有產(chǎn)物濃度高、收率高、純度高、副產(chǎn)物少、精制操作容易的優(yōu)點，是一種成本較低的生產(chǎn)L-色氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法。

　?。?）直接發(fā)酵法該法是以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉價原料為碳源，利用優(yōu)良的L一色氨酸生產(chǎn)菌種來生產(chǎn)L一色氨酸。對這種方法的研究進行的比較早，但在相當長的一段時間內(nèi)達不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。主要原因是從中國精細化I協(xié)會動物用億學(xué)品行業(yè)委員會Tet：010-64418347 URL：http：l／m刪．a(chǎn)chem．cn Email：嗽@achem．cn 37葡萄糖到L一色氨酸的生物合成途徑比較漫長，其代謝流也比較弱，而且L一色氨酸的合成需要多種前體物(如PRPP等)，若想進一步提高L一色氨酸的積累量就必需設(shè)法增強合成這些前體物的代謝流。另一方面，L一色氨酸生物合成途徑中的調(diào)控機制比較復(fù)雜，除了反饋調(diào)節(jié)這一粗調(diào)系統(tǒng)之外，還存在著細調(diào)系統(tǒng)一弱化子系統(tǒng)。隨著重組DNA技術(shù)在微生物育種中的應(yīng)用，為優(yōu)良的L一色氨酸生產(chǎn)菌株的篩選和產(chǎn)酸水平的提高提供了可靠的技術(shù)保障，使微生物直接發(fā)酵法生產(chǎn)L_色氨酸成為一種廉價的工業(yè)化生產(chǎn)方法。

　?。?）其他生產(chǎn)方法的研究這些方法主要是將上述幾種方法有機地結(jié)合起來進行L一色氨酸的生產(chǎn)。主要有直接發(fā)酵法與化學(xué)合成法、酶法相結(jié)合，其特點是利用發(fā)酵法廉價提供一種前體物，再結(jié)合其它方法的優(yōu)勢進行生產(chǎn)。綜合而言，利用天然蛋白質(zhì)水解提取L色氨酸，原料有限，收率低，不可?。灰赃胚釣槠鹗荚线M行化學(xué)合成的，合成得到的DL-色氨酸經(jīng)消旋酶消旋后制得L一色氨酸，分離與拆分煩瑣復(fù)雜，存在難度。由于發(fā)酵法以葡萄糖為原料，利用微生物的某些營養(yǎng)缺陷型菌株，通過代謝控制發(fā)酵，人為地改變和控制微生物的代謝途徑來實現(xiàn)L一色氨酸的生產(chǎn)，優(yōu)點是原料來源十分廣泛易得，且價格便宜，如淀粉(木薯淀粉、玉米淀粉)，糖蜜、甘蔗汁等。此方法適宜大規(guī)模投產(chǎn)。故發(fā)酵法生產(chǎn)L一色氨酸是我們生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)先考慮采取的生產(chǎn)技術(shù)與研發(fā)重。[!--empirenews.page--]

　　四、色氨酸的生理作用

　　屠宰和運輸過程中突然的應(yīng)激會引起腦中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，神經(jīng)受到刺激，釋放激素到血液，結(jié)果是肌肉代謝受到刺激，造成不良肉質(zhì)。已經(jīng)證明應(yīng)激動物下丘腦復(fù)合胺濃度較低。于是人們考慮是否能夠通過飼料中添加某種營養(yǎng)元素來提高下丘腦中復(fù)合胺的濃度，并以此來減緩應(yīng)激。對此人們進行了有益的嘗試，研究發(fā)現(xiàn)：當日糧中色氨酸濃度提高時，下丘腦復(fù)合胺前體物濃度提高，并且飼料中添加色氨酸能夠有效降低由于屠宰前應(yīng)激引起的 PSE肉的發(fā)生率。

　　1.色氨酸在動物體內(nèi)轉(zhuǎn)運的特殊性

　　作為一種常量營養(yǎng)物質(zhì)，色氨酸在血漿和組織中水平發(fā)生變化所引起的效應(yīng)不同于其他氨基酸。

　　它是動物體內(nèi)惟一通過非共價鍵與血白蛋白結(jié)合的氨基酸(McMenemy等，1958)。這種結(jié)合與其分子構(gòu)型有關(guān)：L-色氨酸以高度立體專一性主要在一個位點上與血清白蛋白結(jié)合，而D-色氨酸與血清白蛋白的結(jié)合力很小，只有L-色氨酸的1%(McMenemy等，1958)。此外，它還受其他一些大分子中性氨基酸和血漿中游離脂肪酸濃度變化的影響。當這種結(jié)合狀態(tài)改變時，色氨酸在體內(nèi)代謝就會發(fā)生變化(如影響大腦中5-羥色胺的合成)，甚至造成一些疾病，如肝昏迷。

　　2.色氨酸可調(diào)節(jié)動物肝臟蛋白質(zhì)的合成

　　Sidransky等(1980)證明L-色氨酸能夠影響肝臟RNA和蛋白質(zhì)的代謝，它能顯著地促進肝臟多核糖體集聚、細胞質(zhì)poly(A)-RNA合成、核標記RNA釋放和提高核膜核苷三磷酸酶活性;進一步研究表明：L-色氨酸可以增加肝細胞核糖體和RNA的聚合(Garrett等(1984)，促進肝臟微粒體復(fù)合功能氧化酶系統(tǒng)的作用，增加細胞色素p-450含量，增加每毫克微粒體蛋白中NADPH-細胞色素C還原酶和NADH-細胞色素b5還原酶的活性，從而增加肝臟微粒體蛋白含量(Takahashi，1991)。另外，Cortamira等(1991)認為色氨酸是通過刺激胰島素釋放而增加肌肉和肝臟蛋白質(zhì)合成的。因而，色氨酸是一種特殊的氨基酸，它不僅是蛋白質(zhì)的氨基酸組成成分之一，還參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成，至于這種調(diào)節(jié)功能的詳細機理，還有待于進一步研究。

　　3.色氨酸對神經(jīng)介質(zhì)5-羥色胺(5-HT)合成和采食量的影響

　　色氨酸濃度改變將影響5-羥色胺的合成大腦中5-羥色胺是以色氨酸為前體物而合成(Fernstrom等，1974)，其關(guān)鍵酶是色氨酸羥化酶，受色氨酸濃度、神經(jīng)元興奮頻率、酶的鈣依賴性磷酸化和輔助因子存在與否等因素影響(Fernstrom，1983)。在體外或體內(nèi)，該酶的Km值約為50uM，而大腦中色氨酸的水平經(jīng)常在10-30uM，即該酶處于非飽合狀態(tài)，所以大腦中色氨酸濃度變化將改變大腦5-羥色胺的合成速度(Arimanana等，1984)。一般而言，大腦中色氨酸水平增加1倍(從15增到30uM)能使大腦中5-羥色胺升高20%-30%(Arimanana等，1984)。在通過血腦屏障時，色氨酸與長鏈中性氨基酸(LNAA)如酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、丙氨酸和纈氨酸，特別是異亮氨酸和纈氨酸發(fā)生競爭作用(Colmenares和Wurt鄄man，1979)。因此，血漿中LNAA的增減直接影響轉(zhuǎn)移入大腦的色氨酸量，進而影響5-HT的合成。

　　色氨酸通過5-羥色胺調(diào)節(jié)動物采食量5-羥色胺能使大腦活動暫時受到抑制，使動物趨于安靜，促進睡眠。這可能有利于動物降低維持需要，促進生長和提高飼料轉(zhuǎn)化效率。許多學(xué)者(Weinberger等，1978;Lacy等，1986)認為色氨酸對采食量的影響與其所合成的5-羥色胺有關(guān)。色氨酸嚴重缺乏時，5-羥色胺耗竭，從而導(dǎo)致采食量急劇下降;色氨酸水平過高時，大腦中5-羥色胺合成增加;由于5-羥色胺可增加動物的飽感，當它超過生理水平時，可抑制動物采食;用中樞注射法進行研究的結(jié)果也證實了5-羥色胺的這種作用(Goldman等，1971;Den鄄bow等，1983)。色氨酸很可能直接作用于氨基酸受體或通過增加外周5-羥色胺而起作用(Deutsch等，1980;Friedman等，1984;Lacy等，1986)。當日糧色氨酸水平接近需要量時，其水平發(fā)生變化不足以改變大腦中5-羥色胺的合成率，因而它是通過外周起作用;而在色氨酸嚴重缺乏或過高時，血漿中色氨酸水平的變化就能引起大腦中色氨酸水平發(fā)生變化，從而影響5-羥色胺的合成，進而對采食量進行調(diào)節(jié)。

　　4.色氨酸合成煙酸及煙酰胺核苷酸

　　色氨酸轉(zhuǎn)化成煙酸的效率部分過量 的色氨酸(已滿足機體蛋白質(zhì)合成的需要)可轉(zhuǎn)化成煙酸單核苷酸。在100%克分子轉(zhuǎn)化下，理論上1.7mg色氨酸可轉(zhuǎn)化成1mg煙酸。但動物體內(nèi)色氨酸轉(zhuǎn)化成煙酸實際效率比較低，如種蛋孵化為5.6%，人、雞和仔豬約為2%，而鴨為0.5%。[!--empirenews.page--]

　　影響色氨酸轉(zhuǎn)化成煙酸的因素 在色氨酸經(jīng)犬尿氨酸途徑向煙酸轉(zhuǎn)化過程中，其限速酶是色氨酸加氧酶，該酶只存在于肝臟中，受色氨酸水平、糖皮質(zhì)激素、胰高血糖素、高濃度的輔酶(尤其是NADPH)、雌激素、血紅素(Badawy等，1975)等因素調(diào)節(jié)，此外，其他一些酶以及日糧中某些營養(yǎng)成分也影響著色氨酸的轉(zhuǎn)化效率，綜合起來有如下幾方面：甲基吡碇羧酸羧化酶(PAC)和3-羥-2-氨基苯甲酸加氧酶(3-HAAO)的活性。Chen等(1996)試驗表明，日糧中添加色氨酸或煙酸均能改善肉仔雞生長和防止煙酸缺乏癥，而北京鴨和雌番鴨只有添加煙酸才能防止煙酸缺乏。他們發(fā)現(xiàn)雞肝臟中PAC活性和3-HAAO與PAC活性的比率明顯受日糧中色氨酸或煙酸水平的影響，而鴨沒有，鴨肝臟中PAC活性為雞的4-5倍，因而其反應(yīng)底物3-羥基-2-氨基苯甲酸經(jīng)羧化途徑轉(zhuǎn)化成乙酰CoA，而經(jīng)無酶途徑轉(zhuǎn)化成煙酸的前體物喹啉酸較少。

　　維生素B2和B6。色氨酸合成煙酸反應(yīng)途徑中的犬尿氨酸酶對VB6缺乏非常敏感，VB6缺乏時，該酶活性降低(Knox，1953)，色氨酸的大量代謝產(chǎn)物，如黃尿酸、犬尿喹啉酸和3-羥基磷氨基苯甲酸從尿中排出(Sauberlich，1985)。Henderson等(1995)發(fā)現(xiàn)維生素B2缺乏可使犬尿氨酸的羥化作用減弱。

　　亮氨酸。以前的研究發(fā)現(xiàn)玉米和高粱中含有過高亮氨酸而導(dǎo)致糙皮病，因認為它對體內(nèi)色氨酸轉(zhuǎn)化成煙酸過程中的某些酶有抑制作用。但從細胞水平研究的結(jié)果表明，亮氨酸對色氨酸加氧酶的活性無影響(Salter等，1985)。Lowry等(1989)用斜率技術(shù)分析雞的生長數(shù)據(jù)時，也沒有發(fā)現(xiàn)過量的亮氨酸影響色氨酸或煙酸的代謝。后來研究發(fā)現(xiàn)，亮氨酸可抑制腸道對色氨酸的吸收，從而影響其利用。

　　日糧中的鐵、銅水平。鐵缺乏可導(dǎo)致血紅素減少，從而減弱或改變了色氨酸加氧酶活性(Badawy等，1975)。Oduho(1993，1994)認為缺鐵只有在色氨酸作為煙酸的前體物時才影響色氨酸代謝。

　　Hollister等(1966)報道日糧中銅水平會影響色氨酸轉(zhuǎn)化成煙酸的效率。

　　生理狀態(tài)及色氨酸的分子構(gòu)型。在妊娠階段，色氨酸轉(zhuǎn)化成煙酸的效率高于非妊娠階段，煙酸不能由D-色氨酸合成。

　　色氨酸可能是煙酰胺核苷酸的重要前體物通常認為，煙酸是NAD和NADP的正常前體物。但大多證據(jù)如哈納氏病(色氨酸加氧酶缺乏癥)，類癌瘤綜合癥以及藥物誘導(dǎo)的糙皮癥都說明即使添加了煙酸，糙皮癥依然嚴重。因而在正常情況下，色氨酸更可能是煙酰肽核苷酸的重要前體物，因為喹啉酸轉(zhuǎn)磷酸核糖基酶一般是在比其Km值低得多的環(huán)境下起催化作用的。在喹啉酸增加時，它與核苷酸的結(jié)合速度也增加;而煙酰胺和煙酸轉(zhuǎn)磷酸核基酶一般是在其Vmax下起作用的，因而多余的煙酸不能被利用，經(jīng)甲基化后排出體外(Bender等，1982)。

　　因而關(guān)于色氨酸與煙酸之間的關(guān)系，盡管其轉(zhuǎn)化效率較低，但從生化和生理層次上進行研究，有著重要意義。

　　5.色氨酸可合成褪黑激素并影響動物的生理機能

　　在松果體腺細胞，色氨酸在5-羥色胺-N-乙酰轉(zhuǎn)移酶和羥基吲哚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶的聯(lián)合催化下，生成褪黑激素。它參與一系列代謝調(diào)節(jié)活動，控制動物的生物節(jié)律，還對性激素有拮抗作用。Bowman(1989)研究表明：日糧添加色氨酸和不連續(xù)光照能提高肉仔雞的免疫力，這可能是通過被認為具有免疫促進作用又被光照所調(diào)控的褪黑激素而起作用。

　　6.動物對不同分子構(gòu)型(D型和L型)色氨酸的利用

　　各種動物能很好地利用L-色氨酸。對L-色氨酸的利用動物種間存在較大差異：豬和大鼠能很好地利用D-色氨酸(Ohara等，1980)，而小鼠、雞、狗和人利用得很少(Friedman等，1982;Czarnechi等，1982)。Morrison等(1956)觀察到腹腔注射D-色氨酸比口服有更高的利用率，發(fā)現(xiàn)腸對D-色氨酸的吸收率低，這部分解釋了禽類對D-色氨酸的低利用率。另外，有生物學(xué)效應(yīng)的D型氨基酸是經(jīng)過兩步反應(yīng)發(fā)揮作用的：先在a位碳上氧化生成酮的類似物，然后經(jīng)氨基轉(zhuǎn)移作用生成L型氨基酸。因而D-色氨酸利用率低也可能是由于該動物品種使D型轉(zhuǎn)變成L型的效率低所致。當日糧中添加色氨酸時，應(yīng)當考慮其分子構(gòu)型。