《Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition》：Alternative Protein Sources in Poultry and Pig Nutrition—A Review
编辑推荐：
本文系统评述了昆虫、藻类、羽扇豆、豌豆、蚕豆、单细胞蛋白和荨麻等替代蛋白质饲料的特性及其在非反刍动物（家禽、猪）营养中的应用潜力与限制，旨在为降低饲料对大豆的依赖、满足可持续发展需求提供科学依据。
引言
蛋白质是所有动物生存、生长、再生和抵御病原体的必需营养素。当前，动物营养中最主要的蛋白质来源是大豆及其制品。然而，大豆是饲料混合物中最昂贵的成分之一，其种植面积的扩张导致了热带雨林的砍伐，并与土壤退化、化学品和化石燃料的大量使用以及全球变暖相关。此外，大豆主要种植于世界特定地区，长距离运输成本高昂且对环境有显著负面影响，不符合可持续发展要求。与此同时，全球人口增长加剧了蛋白质消费，给环境带来更大压力。因此，寻找能够替代或至少减少大豆在饲料中主导地位的不同替代饲料势在必行。本文旨在概述昆虫、藻类、羽扇豆、豌豆、蚕豆、单细胞蛋白和荨麻等替代蛋白质来源的特性及其在家禽和猪生产性能和健康参数上的影响，以协助相关选择。
饲料概览
昆虫
昆虫是一种潜在的替代蛋白质来源。常用的种类包括黄粉虫幼虫、黑水虻幼虫、蚯蚓粉、家蝇幼虫和蚕蛹等。昆虫的营养成分受其饮食影响强烈，与植物性饲料相比，其必需氨基酸比例可能更高。然而，昆虫蛋白的生产成本较高，且大规模生产能力有限。昆虫还可能含有某些抗营养因子或毒素，如外分泌腺产生的毒素、重金属积累等。尽管如此，使用昆虫作为动物饲料可能有助于可持续发展和降低全球变暖潜力。消费者对昆虫饲喂动物产品的接受度是重要因素，研究表明在不同地区接受度存在差异。
昆虫在家禽营养中的应用
在蛋鸡日粮中添加20%的活体黑水虻幼虫未对其生产性能产生负面影响。甚至有研究发现，随着黑水虻幼虫在日粮中比例的增加（从1%到3%），产蛋后期产蛋量增加，并影响了盲肠微生物种群。用黑水虻幼虫粉替代高达75%的鱼粉并未改变胴体品质。添加黄粉虫幼虫粉不仅对蛋黄颜色有积极影响，还能提高蛋黄中α-亚麻酸的含量。然而，在蛋鸡日粮中添加活体黑水虻幼虫会导致蛋黄颜色随昆虫含量增加而变浅。蛋壳厚度、蛋形和哈氏单位不受黄粉虫添加的影响。研究表明，添加高达5%的黄粉虫可增加鸡蛋中n-3脂肪酸的含量，而饲喂活体黑水虻幼虫并未增加鸡蛋的n-3脂肪酸含量，但可能影响盲肠菌群组成。
在肉鸡日粮中添加2.5%的黄粉虫幼虫粉对其体重有积极影响，同时改善了育肥初期的饲料转化率。添加5%–10%的全幼虫对胴体产量和肉品质有积极影响。2%–5%的黄粉虫粉对大腿肉品质无负面影响。
昆虫在猪营养中的应用
在猪营养中使用昆虫或昆虫产品比在家禽中更经济困难，主要因产量相对较低且成本高。在断奶仔猪日粮中添加黄粉虫幼虫或粉对其活重、采食量或平均日增重无差异。研究表明，在断奶仔猪日粮中添加高达19.06%的全脂黑水虻幼虫粉对生长强度或消化道健康影响很小。在育肥猪日粮中用黑水虻幼虫粉替代50%–100%的鱼粉，获得了更高的胴体重和生长率。昆虫粉（全脂/部分脱脂黑水虻幼虫粉或家蝇粉）的氨基酸消化率与豆粕或鱼粉相似，但消化率和生长参数变异性高，取决于日粮组成、昆虫化学成分及实验设计本身。
向断奶仔猪饲喂含2.5%黑水虻幼虫粉和虾青素的混合物，可降低脂肪氧化的敏感性，且不影响生产参数。10%的黄粉虫粉增加了盲肠中的变形菌门和支链脂肪酸浓度。
海藻
海藻也可用于非反刍动物的营养。已鉴定约12000种，按大小分为大型藻类和微型藻类。大型藻类进一步分为褐藻、绿藻或红藻，是蛋白质、脂肪酸、维生素、虾青素和类胡萝卜素的丰富来源，可对肉品质产生积极影响。微型藻类含有藻酸盐、岩藻黄质或昆布多糖等生物活性化合物，可通过其免疫调节或抗菌作用改善动物消化道健康。不同海藻蛋白质含量不同，如螺旋藻蛋白质含量可达60%–70%。海藻的问题是生产效率低，与种植和收获的高经济需求相关。海藻的高NaCl含量需在处理中降低，相关技术程序增加了饲料价格。尽管如此，海藻养殖代表了一种温和的蛋白质饲料生产方式。
海藻在家禽营养中的应用
添加1%的小球藻使蛋壳厚度增加了6μm。饲喂螺旋藻和褐藻也增加了鹌鹑蛋壳厚度，并积极影响了肠道吸收表面积，从而提高了日粮养分的利用率。添加海藻有助于动物应对热应激，特别是3%的角叉菜和0.5%的泡叶藻。褐藻Sargassum binderi可影响蛋鸡的脂肪代谢，降低血清LDL含量。日粮中添加16%的该褐藻也显著降低了血清胆固醇水平。饲喂绿藻（如石莼属）影响了肉鸡消化器官的重量，增加了盲肠重量，但降低了前胃和十二指肠重量。
在肉鸡日粮中添加绿藻增加了日采食量和日增重。添加高达3.5%的绿藻对最终肉鸡的肉品质无负面影响。添加3%的石莼增加了胸肉产量，且不影响增重或饲料转化。即使添加1%的石莼，也观察到血清总脂浓度降低。尽管海藻NaCl含量较高，但未报道对肉鸡健康或生产性能有负面影响。
海藻在猪营养中的应用
研究表明，最常见的海藻之一泡叶藻对动物肠道健康有积极影响，从而影响其生产参数。在仔猪日粮中添加高达1%的泡叶藻，对抗氧化酶活性有积极影响，有助于机体应对氧化应激，对脂质代谢和粗蛋白消化率也有积极影响，并增加了多种组织中的碘含量。在育肥猪日粮中添加5%的小球藻，未降低生长强度或对肉品质产生负面影响，反而积极影响了理想的n-3脂肪酸含量。使用海藻作为饲料添加剂可影响肉的感官特性、组成和颜色。用富集锌和铜离子的藻类Enteromorpha spp.饲喂，使肉色更深，蛋白质含量更高，滴水损失也更高。添加10%的掌状海带增加了碘等元素含量，并降低了n-6与n-3脂肪酸的比例。在妊娠/哺乳母猪日粮中添加20g螺旋藻，对后代生长有影响趋势，但对雄性后代的影响是负面的。
羽扇豆
羽扇豆因其较高的蛋白质含量，是替代或减少日粮中大豆用量的有希望的替代品。从蛋白质结构来看，白蛋白和球蛋白占主导。存在的球蛋白包括β-伴球蛋白、α-伴球蛋白、δ-伴球蛋白和γ-伴球蛋白。谷氨酸是最丰富的氨基酸，其次是精氨酸和天冬氨酸。羽扇豆的谷氨酸和精氨酸含量高于大豆和豌豆，但蛋氨酸和总必需氨基酸含量较低。
最常见的羽扇豆种类是黄羽扇豆、白羽扇豆和窄叶羽扇豆。在动物营养中使用羽扇豆的缺点之一是存在抗营养因子，特别是高水平的毒性生物碱和植酸，这显著降低了磷和其他元素对动物机体的利用率。生物碱水平必须监控，因为饲喂高含量这些物质的日粮可能导致健康问题。通过选择性育种，这些抗营养物质的水平已降低，毒性基本消除。通过育种，生物碱含量可降至1%以下，还可通过浸泡种子然后煮沸等工艺降低生物碱含量。另一种潜在的饲料处理方法是发酵，可增加粗蛋白、粗纤维和灰分含量，同时降低种子中抗营养物质的水平，但此调整可能经济性不佳。
羽扇豆在家禽营养中的应用
研究表明，用羽扇豆替代60%的豆粕，对肉鸡21至42日龄的增重和体重无差异，也未观察到胴体的定性变化。用白羽扇豆100%替代豆粕对肉鸡最终体重、饲料转化无负面影响，甚至对动物健康有积极影响。用羽扇豆替代大豆不应对蛋品质产生负面影响，但高比例如25%或更多，可能对蛋重产生负面影响。关于对血液生化参数的影响，用羽扇豆替代大豆导致蛋鸡总蛋白和甘油三酯降低，肉鸡胆固醇降低。此外，用羽扇豆替代大豆饲喂蛋鸡可能降低蛋黄胆固醇和饱和脂肪酸，同时增加单不饱和和多不饱和脂肪酸。羽扇豆在日粮中的比例对产蛋蛋黄颜色有积极影响，部分受叶黄素等类胡萝卜素影响。
羽扇豆在猪营养中的应用
使用羽扇豆作为豆粕的替代品已在猪中得到测试。使用羽扇豆替代50%的豆粕不会导致生产指标下降。然而，在35至46日龄期间，用羽扇豆完全替代豆粕的仔猪，其增重低于仅部分替代豆粕的仔猪。解决方案可能是羽扇豆发酵，改善了蛋白质和一些氨基酸的消化率，并增加了猪体内细菌和酵母菌总数。在免疫去势公猪日粮中添加12%的白羽扇豆对生长和胴体品质是最优的，同时减少了采食量。血液生化分析表明，用窄叶羽扇豆替代17.5%的豆粕对猪健康无负面影响，尽管检测到总蛋白、肝酶或镁水平降低。在日粮中添加羽扇豆还可以改善猪肉品质，与主要用豆粕补充蛋白质的日粮相比，饲喂这种豆类的猪具有更高价值的生物活性物质。
豌豆和蚕豆
豌豆种子含有15.3%中性洗涤纤维、8.5%酸性洗涤纤维、41.3%淀粉和3.1%灰分，还含有高水平的必需氨基酸，特别是赖氨酸、亮氨酸和精氨酸，但限制性氨基酸是蛋氨酸。豌豆含有的抗营养物质包括胰蛋白酶抑制剂、植酸、胰凝乳蛋白酶抑制剂、单宁、α-淀粉酶抑制剂和凝集素。品种Pisum sativum var. hortense不含单宁，适合动物营养。通过脱壳可降低胰蛋白酶抑制剂浓度，因为它们主要位于种皮中。凝集素是糖蛋白，可引起红细胞凝集，通过与肠粘膜结合对消化产生负面影响，热处理可降低这些不良特性。另一种改善营养价值的饲料加工方法是挤压膨化，除了减少抗营养物质外，还提高了蛋白质和淀粉的消化率。
蚕豆含有22.1%中性洗涤纤维、11.6%酸性洗涤纤维、3.6%淀粉和4.1%灰分，以及高含量的赖氨酸或B族维生素。蚕豆的蛋白质结构主要包括白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。与豌豆类似，蛋氨酸是蚕豆的限制性氨基酸。蚕豆也含有一系列抗营养物质，如胰蛋白酶抑制剂、单宁、凝集素、巢菜碱、伴巢菜碱或植酸。常用的处理方法包括脱壳、浸泡、发芽、酶处理、发酵或热处理。脱壳可增加蛋白质含量，同时降低单宁浓度。
比较豌豆、蚕豆和大豆的氨基酸含量，大豆含量显著更高。例如，对生长重要的必需氨基酸赖氨酸，在大豆中含量为33.1g/kg，在豌豆中为17.3g/kg，在蚕豆中为18.4g/kg。豌豆中蛋氨酸含量为2.2g/kg，与蚕豆相当，但大豆中的含量几乎是其三倍。
豌豆和蚕豆在家禽营养中的应用
在肉鸡日粮中添加200g/kg豌豆不会对生产性能产生负面影响，可用作豆粕的替代品。添加高达350g/kg豌豆到饲料混合物中不会降低肉鸡的生长速度。添加400g/kg豌豆导致肌肉亮度和黄度降低，大腿肉中n-6/n-3多不饱和脂肪酸比例降低。在珍珠鸡日粮中添加180g/kg豌豆也观察到n-6/n-3多不饱和脂肪酸比例降低，肉中胆固醇和饱和脂肪酸水平降低，且对生长或肉产量无负面影响。在育肥期结束时，日粮中添加高达480g/kg豌豆不会显著影响生产参数，未观察到采食量、饲料转化或肉产量降低。
研究表明，与基于玉米、小麦和豆粕的对照组相比，饲喂含蚕豆日粮的鸡肝脏多不饱和脂肪酸水平增加，蚕豆的添加也降低了饲料转化率。用蚕豆替代豆粕的比例达到100g/kg是可行的，且不影响生产性能。随着日粮中蚕豆含量的增加，观察到与采食量减少相关的生长减缓。日粮中蚕豆含量为160g/kg是合适的，且不会导致生产性能显著下降。在肉鸡日粮中添加高达200g/kg蚕豆是安全的，对生产参数无显著负面影响。
豌豆和蚕豆在猪营养中的应用
豌豆在育肥猪日粮中的添加量可达30%。用豌豆替代豆粕不影响增重，但在断奶后早期，含豌豆日粮的采食量增加。豌豆的处理方式（冷制粒、蒸汽制粒或挤压）不影响屠宰体重或日增重。比较免疫去势猪的肉中n-3脂肪酸含量，饲喂豆粕日粮的个体肉中浓度高于用豌豆部分替代（高达40%）的日粮。血液生化分析显示，在育肥猪日粮中添加17.5%的豌豆替代豆粕，降低了肌酸、胆固醇和尿素水平。比较饲喂这些日粮的猪的腰最长肌样本，豌豆组牛磺酸水平较低。然而，添加豌豆作为豆粕的部分替代物对肉的物理和化学特性无负面影响。
蚕豆在育肥猪日粮中的添加量可达40%。添加豌豆和蚕豆不影响生长猪的日增重、饲料转化率或胴体品质。饲喂豌豆（日粮的30%）的猪瘦肉百分比高于饲喂蚕豆（日粮的30%）的猪。增加日粮中豌豆和蚕豆的比例（高达30%）降低了背膘中吲哚的含量，吲哚是公猪异味的原因之一。
荨麻
荨麻具有优异的营养和治疗特性。荨麻中蛋白质含量约为30%，比例因植株而异，较高剂量位于叶片中，茎中含量约为一半。此外，荨麻含有大量的矿物质和维生素，同时由于类黄酮的存在具有很强的抗氧化作用。例如，槲皮素可以降低癌症风险。干叶的抗氧化活性高于鲜叶，抗氧化能力归因于酚类化合物，特别是橙皮苷。荨麻可降低血压和血糖，增加胰岛素分泌，降低LDL/HDL比例，还能改善免疫系统功能。维生素C和β-胡萝卜素可增强免疫力，降低氧化应激。然而，荨麻也含有抗营养物质，如植酸、草酸盐、单宁和皂苷，可能对动物产生负面影响。植酸会与矿物质结合，降低其生物利用度。草酸盐在体内积累可导致肾结石。单宁与蛋白质结合，降低其消化率。皂苷具有溶血特性，可引起红细胞破裂。尽管存在这些抗营养物质，适当处理和适量使用，荨麻仍可作为动物饲料的宝贵补充。
荨麻在家禽营养中的应用
在肉鸡日粮中添加0.15%的荨麻改善了生长参数、饲料转化率和胸肉产量。添加0.5%的荨麻粉增加了大腿肌肉中Zn、Se和Fe的含量以及n-3脂肪酸。添加4%的荨麻降低了皮质醇和胆固醇水平。在鹌鹑日粮中添加6%的荨麻降低了血清中的甘油三酯和胆固醇。
荨麻在猪营养中的应用
在育肥猪日粮中添加1%的荨麻对体内蛋白质沉积有积极影响。
