世界范围的蛋白饲料资源短缺问题一直备受关注。我国的蛋白饲料资源缺口很大，替代型蛋白质饲料资源的开发与效率提高仍是当前畜牧业发展的重要研究内容。尿素作为饲料中氮源的补充应用于反刍动物，可以节约蛋白质饲料的供给，缓解蛋白质饲料的短缺问题。然而，由于尿素在瘤胃中过快的释放，容易引起反刍动物的中毒反应，甚至导致死亡，因此，尿素的缓释及其不同尿素缓释剂的开发成为了反刍动物营养研究的重要领域。本文对尿素缓释技术的研究现状、尿素缓释剂的营养调控作用和动物应用效果等进行总结，以期为尿素缓释剂的进一步研究和开发提供有利参考。
1 尿素缓释剂及其作用特点
Reid早在1953年就提出尿素释这一理念，尿素缓释剂自身含氮量高，并且能控制NH3-N缓慢而均匀释放，使其不会被脲酶快速降解，不会产生氨浓度快速升高致中毒的现象，保持NH3-N降解速度与微生物利用氨的速度相适应，从而提高了瘤胃微生物蛋白的合成率，很大程度上减少了氮浪费和环境污染。尿素缓释剂是由尿素经包被、化学或物理等方式加工后制成的添加剂，与高蛋白饲料如鱼粉、豆粕等不同。1）尿素缓释剂以尿素为主成分；2）缓释剂在瘤胃内能自行控制NH3-N释放速度；3）尿素和碳水化合物经细菌酶作用分别生成氨与酮酸，氨和酮酸在细菌酶作用下可生成MCP，从而提高动物机体蛋白转化率。
尿素在细菌酶的作用下生成氨气和二氧化碳；饲料碳水化合物在细菌酶的作用下分解为挥发性脂肪酸和酮酸。氨气和酮酸被细菌利用生成氨基酸，进而在细菌酶的作用下合成微生物蛋白，进入肠道的微生物蛋白被反刍家畜的小肠消化酶分解为游离氨基酸，被小肠吸收转化为畜体蛋白质及产品蛋白质。氨气和酮酸同步释放是合成微生物蛋白的关键，若氨气释放过快，而碳水化合物分解较慢，不仅不能合成大量的微生物蛋白质，相反，过多的氨气会导致瘤胃氨中毒，因此，有必要减缓氨气的释放以适应微生物的利用。而尿素缓释剂则能通过抑制细菌酶活性或减少尿素与细菌酶接触面积来控制或减缓氨的释放量，使尿素在瘤胃内不会被迅速降解而释放大量氨，能预防氨中毒。
2 尿素缓释剂的基本加工技术
总结近几十年国内外对尿素缓释的研究，按照尿素缓释剂的制取技术主要可分为物理包被法、化学缓释法、抑制生物酶活性法、物理缓释法。
2.1 物理包被法
包被尿素的制作原理是用低水溶性或微溶性的无毒害的有机物或无机聚合物将尿素包裹起来，间接改变了尿素的水溶性，能有效地控制或降低尿素在瘤胃内的释放速度。包被尿素时所用的物质和材料对氨释放速度的调控起到决定性的作用。目前，纤维素衍生物、丙烯酸树脂类、乙烯基聚合物、葡聚糖、聚乙二醇、巴西棕桐蜡、鲸蜡、硬脂酸和氢化棉籽油等均可用作高分子包衣缓释材料。
2.2 化学缓释法
化学缓释法的制作原理主要是通过一个或一系列化学反应来改变化学物质的分子立体结构，并且这种化学物质中含有尿素分子，其改变了水溶性，生成了新的含有尿素分子的化学物质，达到了降低尿素分解速度的目的。目前国内研制出效果较好的尿素合成产品，有磷酸脲、双缩脲、异丁基二脲、脂肪酸尿素、羟甲基尿素、脂肪酸脲和“牛得乐”，但因价格高且部分产品由于NH3-N在瘤胃内没有被完全分解代谢掉而进入血液，并随血液进入牛奶中，影响奶产品质量，故应用不多。
2.3 抑制生物酶活性法
抑制生物酶活性法主要应用原理是在饲料中添加能够抑制瘤胃脲酶活性的脲酶抑制剂，可以安全有效地平衡氨的释放速度与碳水化合物消化吸收速度，能避免氨应激或氨中毒。Whitelaw研究指出，即使脲酶活性降低58%也不会对机体内总尿素氮的代谢产生任何影响，事实上当瘤胃内脲酶的活性只有49 IU/dL，就足以分解由血液进入瘤胃的内源尿素和由饲料进入到瘤胃的外源尿素。这就为在反刍动物上应用脲酶抑制剂提供了依据。沈冰蕾等用其进行试验证明在奶牛日粮中添加脲酶抑制剂可显著提高产奶量4.27%~6.22%。虽然它具有高效和高安全的特点，但因经济成本较高及存在瘤胃微生物适应性的问题，在实际生产中应用不广泛。
2.4 物理缓释法
物理缓释法主要应用原理是结合家畜消化道生理结构特点，将尿素与一些不会使尿素本身化学性质发生改变的物质混合均匀；或经过相应的处理，达到尿素缓释的目的。
3 尿素缓释剂在反刍动物生产中的作用
3.1 尿素缓释剂对采食量和营养消化率的影响
就干物质采食量（DMI）和消化率作为饲料营养价值评定的指标来看（表1），Puga等发现日粮中添加尿素缓释剂后DMI增加，因为瘤胃内高纤维饲草的高效发酵作用促进了DMI的增加。这说明了饲喂反刍动物尿素缓释剂会提高反刍动物对饲粮中能量的利用率，从而改善瘤胃内细菌不平衡的缺陷。Galina等也做了类似的实验表明日粮中补饲1.8 kg/d含有尿素缓释剂的干物质后，干物质的消化率显著提高（P<0.05）。此外，用尿素缓释剂饲喂哺乳期的奶牛已经被证明了能够增加总的干物质（DM）和粗蛋白(CP)的消化率；Xin同样证明了这一结果并发现尿素缓释剂与尿素相比拥有较大的DMI和营养物质消化率； Benedeti等研究显示，在奶牛日粮中添加尿素缓释剂增加有机物质（OM）和DM利用效果较大（表1）。
3.2 尿素缓释剂对瘤胃发酵参数的影响
新型尿素缓释剂要求既能减缓尿素氮的释放速度又不会限制尿素的降解，很具有挑战性。Owens等证明了反刍动物饲用尿素缓释剂后，瘤胃内NH3-N释放速度比尿素慢很多，可有效地增加采食量，同时也能够改善瘤胃的发酵效果。Puga等在高纤维的饲粮中添加缓释尿素可以改善羊的瘤胃发酵（表2），在饲粮中分别添加10%、20%、30%的尿素缓释剂后，瘤胃内pH值、NH3-N和VFA的生成得到很好地改善。针对提高反刍动物日粮利用率这一目标，我们可以从调整瘤胃内细菌营养不平衡入手。尿素缓释剂能够为瘤胃微生物的生长持续地提供NH3-N，保持瘤胃液浓度处于15~30 mg NH3-N/100 mL，这保证了瘤胃内细菌得以最佳状态下生长。
3.2.1 对pH的影响
Taylor-Edwards进行体外实验，研究显示尿素组在0.5 h内尿素快速转变为NH3-N，导致瘤胃内NH3-N的浓度高出正常值的263%，pH值快速升高到8.4远超出pH值正常范围（5.5~7.5），说明瘤胃pH值与瘤胃内NH3-N是息息相关的并且产生的效应也十分明显，而饲喂尿素缓释剂组持续到9 h内瘤胃内NH3-N浓度均在瘤胃内细菌吸收的最佳范围内，pH值在各个时间点均维持在正常范围内（5.5~7.5）。这个结果证明了饲喂尿素缓释剂的确能减缓瘤胃内NH3-N释放速度并且能有效地调整瘤胃内NH3-N浓度，使瘤胃内pH值保持平稳。
3.2.2 对NH3-N的影响
瘤胃内NH3-N浓度能反映出瘤胃内微生物对氮的利用情况。Xin研究结果证明，奶牛正常采食日粮1 h后瘤胃内NH3-N浓度呈直线上升式增加，后又直线式下降；接着在日粮中添加了尿素缓释剂，瘤胃内NH3-N浓度在任意时间点均保持在最低浓度（表2）；与Golombeski的研究结果NH3-N维持着较低水平相同，说明缓释技术已达到最大可控性来控制NH3-N释放。即使瘤胃发酵8 h后尿素缓释剂组瘤胃内NH3-N浓度与正常日粮组相比仍低8.2%~20.6%，这个实验结果在国外的研究者试验中尿素缓释剂能够减少25.3%的NH3-N的结果相接近； Benede等研究证明，添加尿素缓释剂后瘤胃内NH3-N浓度也在5~6 mg N/100 mL范围。在日粮中添加尿素缓释剂可延长瘤胃内发酵微生物的对氮的利用时间，导致瘤胃内NH3-N的缓释效果和碳水化合物的有效利用均被提高，从而提高了瘤胃内MCP的合成率。尿素缓释剂之所以能够减缓NH3-N的释放是因为它抑制了产氨菌的生成，由瘤胃内少量的瘤胃菌来负责NH3-N的生产。
3.2.3 对VFA的影响
使用缓释尿素对肉牛影响较大，总VFA产量高达到94.8~103.2 mmol/L；但奶牛是否饲喂尿素缓释剂对VFA影响不大，与之相比，Xin等的研究中总VFA明显要高些（表2）。Xin等在荷斯坦奶牛实验中，分别在日粮中添加尿素、尿素缓释剂和大豆蛋白，结果是各组的总挥发性脂肪酸没有显著差异，而VFA中的乙酸和丙酸比例有的只与日粮有关，与是否添加尿素关系较小，这表明并没有因为添加了尿素或是尿素缓释剂而改变瘤胃的发酵类型。因为瘤胃内VFA主要从日粮碳水化合物的发酵过程中获取，与是否饲喂尿素缓释剂无关。
3.2.4 尿素缓释剂对瘤胃微生物的影响
Xin等研究发现，饲用尿素组的微生物效率最低（11.3 g N/kg，总可消化有机物即OMTD），大豆蛋白组最高（14.7 g N/kg，OMTD），添加尿素缓释剂组介于两者之间（13.0 g N/kg，OMTD）。根据NRC（2001）微生物高效利用范围应该是在12~54 g N/kg（OMTD），在他们的研究中所有微生物效率的绝对价值是略有降低的，而饲喂缓释尿素组的微生物利用率比尿素组提高了15.6%。在瘤胃发酵过程中有限的氮源或可吸收氮源的供应会影响瘤胃微生物的生长。
相比之下，Galo等认为，在奶牛日粮中饲喂缓释尿素对改变瘤胃微生物蛋白（MCP）的合成影响较小。Stokes等饲喂荷斯坦奶牛不同水平的尿素缓释剂和过瘤胃蛋白，发现MCP/DOM(可消化有机物质)的平均值是150 g/kg（P>0.05）。
3.3 尿素缓释剂对产奶指标的影响
饲喂尿素缓释剂可以增强瘤胃微生物蛋白合成的能力，同时还能提高其转换成牛奶的效率，表3详细介绍了各类尿素缓释剂对奶牛产奶量的影响。因为总VFA的产生不受NH3-N浓度的影响，但随着NH3-N浓度增加，乙酸比例减小，丙酸比例增大，促使合成的脂肪大量转化为牛奶，从而增加其产奶量。Inostroza等利用尿素缓释剂研究对奶牛产奶量的影响，尿素缓释剂组每头牛饲喂量是114 g/d时，奶牛每头增产0.5 kg/d。Tikofsky等也做了类似的实验在奶牛日粮中添加尿素缓释剂具有提高奶牛产奶量的趋势。Galo等和Santos等也证明用尿素缓释剂替代尿素可以增加奶牛产奶量。Xin等研究表明，饲喂尿素缓释剂可增加奶牛产奶量2.05 kg/d。
使用尿素缓释剂能增加牛奶中尿素氮（MUN）含量。Inostroza等实验证明饲用尿素缓释剂的MUN超出了13.2~12.4 mg/dL这个范围，而这些MUN值正好是控制在预期的10~14 mg/dL范围内。在奶牛日粮中添加缓释尿素可以显著提高牛奶产量。Broderick等研究使用尿素缓释剂可将MUN值由原来的8.6 mg/dL提高到9.8 mg/dL，与之前研究相比仍然在安全范围低限之下。
对乳蛋白影响方面，使用尿素缓释剂可以达到与非尿素蛋白相似的效果，对乳糖含量影响与常规蛋白质饲料相比差别也很小，但对脂肪含量略有影响。
4 小结与展望
尿素缓释剂与其它的高蛋白饲料（豆粕，鱼粉等）相比具有加工简单方便、低廉、高效、无危害的优点，虽然是近些年来国内外的研究热点，但仍存在以下3个方面问题：
1）尿素缓释剂的加工技术尚不成熟。尿素缓释剂虽然能达到氮缓释的目的，但其加工工艺复杂且耗时长，与传统的蛋白饲料相比还是略显不足。
2）适口性差。在实际生产应用中，尿素缓释剂的适口性方面的研究还不够深入，尤其在使用剂量和饲喂时间等方面还需进一步研究。
3）成本高。包被尿素缓释剂的应用效果较好，但其包被材料或辅助材料价格较高，虽说达到了生产目标但是与养殖户的初衷相反，增加了养殖成本。如能找到包被效果佳且价格低廉的包被材料，将会带来更大的经济效益。总之，尿素缓释剂有自身的特点及优势，相信随着不断地深入研究，尿素缓释剂在动物生产上的应用必将取得突破性的进展，并创造巨大的社会和经济效益。
注：本文原文刊登在《中国畜牧杂志》2015年17期，作者为吴琼，姜宁，张爱忠，杨坤。如需阅读本期纸刊更多精彩内容，可与《中国畜牧杂志》编辑部联系。
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