Статья: Сравнительный анализ состава незаменимых аминокислот в продукции кормовых культур

Почвоведение и агрохимия № 2(51) 2013

230

Сравнительный анализ состава незаменимых аминокислот в продукции кормовых культур

Ю.В. Путятин, Д.В. Маркевич, О.М. Таврыкина Институт почвоведения и агрохимии

Summary

As a result of researches it is established, that the contents of essential amino acids (lysine, threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phenylalanine) in peas grain is 64 g/kg on the average, lupine grain - 70, in seeds spring rapeseed - 57 g/kg of a dry weight.

The green mass of narrow-leaved lupine is characterized by the high content of essential amino acides (58 g/kg) with prevalence of leucine, phenylalanine, valine and lysine. The clover on content of threonine, phenylalanine, isoleucine and lysine concedes lupine, however in methionine and valine surpasses it. On the content of essential amino acids the green mass of corn (22 g/kg) in 2,1 times concedes to a clover and in 2,6 times to lupine.

Введение

В республике основным источником растительного белка для сельскохозяйственных животных являются кормовые культуры - кукуруза, рапс, люпин, горох и др. Содержание белка в них служит важнейшим критерием для оценки качества урожая. Однако этот показатель не стабилен, а изменяется в определенных пределах в зависимости от совокупного воздействия факторов: условий выращивания, почвенного питания, влажности почвы и воздуха, температуры, полегания, болезней и т.д.

Белковая питательность кормов и рационов, оцениваемая по количеству переваримого белка без учета его качества, обусловленного содержанием и соотношением незаменимых аминокислот, значительно снижает эффективность кормления. Биологическая роль незаменимых аминокислот определяется тем, что они входят во все важнейшие белки тела животных, но в организме не синтезируются и не заменяются другими аминокислотами. Они должны поступать в организм с кормом. Дефицит в рационе одной или нескольких из них неблагоприятно отражается на животных. Восемь аминокислот - валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин относятся к незаменимым, и при отсутствии хотя бы одной из них синтез белка, а также белковых веществ невозможен [1-3].

Аминокислоты содержатся во всех тканях растений. Они играют важную роль в обмене веществ, многие из них служат активаторами ферментов и витаминов. Аминокислоты являются структурным материалом для образования белков в теле человека и животных. Состав аминокислот влияет на качество пищи (кормов). Их недостаток вызывает серьезные заболевания людей и животных. Исследования показывают, что отсутствие или недостаток незаменимых аминокислот в пище приводит к нарушению обмена веществ (отрицательному азотному балансу), прекращению в организме регенерации белков, потере аппетита, патологическим изменениям в нервной системе, органах внутренней секреции, составе крови, ферментных системах и т.д.

Специалисты по кормлению животных указывают, что определяющим в качестве кормов является не содержание белка и общего азота, а количество незаменимых аминокислот и их соотношение в корме. Для этого подбирают корма, дополняющие друг друга по аминокислотному составу, или добавляют к рациону синтетические аминокислоты. В настоящее время наиболее ценным в биологическом отношении по аминокислотному питанию (незаменимым аминокислотам) животных считается рацион, в котором в среднем на одну часть триптофана приходится частей: лизина - 5,0, лейцина - 4,5, валина - 4,0, фенилаланина - 4,0, метионина - 3,0, изолейцина - 2,5, треонина - 2,5 и гистидина - 1,5 [4]. Введение в рацион животного незаменимых аминокислот в достаточном количестве повышает использование других аминокислот в организме на 20-30%, что позволяет более экономно использовать растительные корма.

Лизин входит в состав почти всех животных белков и очень важен для здоровья костей. Организм нуждается в этой аминокислоте для усвоения кальция и его доставки к костям. При низком содержании в кормах лизина замедляется рост животных. Лизин заслуживает внимания за участие в сохранении мышечной ткани, поддержании уровня энергии и здоровья сердца. К тому же он снабжает организм субстанциями для выработки аминокислоты карнитин, которая участвует в превращении жировых тканей в легкодоступное «топливо» для организма животного.

Метионин - это гликогенобразующая серосодержащая аминокислота, донор метильных групп. Участвует в процессах ферментативного метилирования, приводящих к образованию холина, адреналина и других биологически важных соединений. Отсутствие или недостаток метионина нарушает нормальную деятельность печени, витаминный обмен, деятельность некоторых желез внутренней секреции. Метионин препятствует также развитию атеросклероза [5]. Недостаток метионина в рационах животных снижает способность к усвоению ими питательных веществ, что является причиной снижения продуктивности животных и птицы.

Треонин необходим для нормальной работы иммунной системы, роста организма, способствует образованию коллагена, эластина, участвует в процессах метаболизма и усвоения, поддерживает работу желудочно-кишечного тракта.

Гистидин служит для синтеза гемоглобина и многих других белков, это источник биологически активного вещества гистамина, влияющего на многие жизненно важные процессы в организме.

Аминокислота изолейцин важна для построения мышечной ткани, лейцин обеспечивает рост организма, отвечает за нормальную работу щитовидной железы и почек.

Фенилаланин выполняет функцию строительного блока белков, в том числе инсулина, папаина, меланина, способствует выведению продуктов метаболизма и улучшает секреторные функции поджелудочной железы и печени.

Валин необходим для поддержания нормального обмена азота в организме, восстановления поврежденных тканей и метаболизма в мышцах. Его недостаток вызывает нарушение координации движений тела.

Триптофан участвует в образовании никотиновой кислоты (витамина РР) и серотина. Его недостаток обуславливает нарушение функций костного мозга и лимфоидной ткани, снижение в крови эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. С недостатком триптофана связано развитие пеллагры. Кроме того, при недостатке этой аминокислоты в кормах в организме происходят функциональные и органические расстройства [6-7].

Литературные данные по содержанию аминокислот в зерне у авторов весьма рознятся в связи с различным сортовым составом и развитием методов исследования аминокислот [2, 3, 5, 8]. В представленных ниже данных анализ всех сельскохозяйственных культур был проведен методом высокоэффективной жидкостной хроматографии и собран материал последних лет по основным кормовым культурам, возделываемым в республике.

Цель наших исследований заключалась в сравнительной оценке сельскохозяйственных культур, возделываемых в республике, по содержанию и составу незаменимых аминокислот.

1. Методика и объекты исследований

Определение содержания незаменимых аминокислот (лизин, треонин, валин, метионин, изолейцин, лейцин, фенилаланин) проводилось в лаборатории мониторинга плодородия почв и экологии на жидкостном хроматографе Agilent 1100 после предварительной подготовки проб методом гидролиза (6 Н соляная кислота, 108 ± 2 ⁰С в течение суток). Для оценки сходимости времен удерживания и площадей, а также предела детектирования и линейности использовали пять различных концентраций стандартов аминокислот: 10, 25, 50, 100 и 250 пмоль/мкл. Онлайновая дериватизация была выполнена с использованием ортофталевого альдегида (ОРА) для первичных аминокислот и 9-флуоренилметилхлорформата (FMOC) для вторичных. Использовали 0,4 N боратный буфер с рН 10,4. Анализ аминокислот с использованием предколоночной онлайновой дериватизации выполняли при помощи флуоресцентного детектирования. Сходимость времен удерживания для флуоресцентного детектора ниже 0,2%, сходимость площадей близка к 5% [9].

Образцы зерна, клубней и зеленой массы для анализа получены в научных подразделениях РУП «Институт почвоведения и агрохимии» в погодноклиматических условиях 2008-2012 гг. Пробы представлены районированными сортами, выращенными на различных почвенных разновидностях и уровнях применения минеральных удобрений.

Стандартное отклонение (SD) и стандартная ошибка (SE) с уровнем надежности 95% рассчитаны методом описательной статистики с использованием стандартного программного обеспечения (Microsoft Excel 2003). Количество образцов (n), использованных для математической обработки, по каждой культуре представлено в таблицах 1-3.

2. Результаты исследований и их обсуждение

Важное место в рационе животных занимают зернобобовые культуры, отличающиеся от злаковых высоким содержанием белковых веществ (18-38%). Они широко распространены в мировом сельскохозяйственном производстве, их посевная площадь составляет около 120 млн га, а валовой сбор достигает 140 млн т. Для разработки полноценных кормовых рационов для животных учитывается содержание аминокислот в структуре белка используемых в республике кормовых культур [6-7].

Горох - один из наиболее распространенных ингредиентов комбикормов с содержанием сырого протеина в среднем 20,4% [10]. Анализ зерна гороха (n=235) показал в нем достаточно высокое содержание незаменимых аминокислот - 64,44 г/кг в.с.в. (табл. 1). Максимальное количество из незаменимых аминокислот в белках зерна гороха составляют лейцин и лизин, минимальное - метионин (табл. 1). По данным Пономаренко Ю.А. с соавторами [11], при добавлении метионина в концентрированный корм биологическая ценность гороха повышается. Это объясняется недостаточным содержанием серосодержащих аминокислот в протеине гороха и наличием в нем ингибитора трипсина, который снижает скорость отщепления от молекулы протеина аминокислот, преимущественно метионина. Зерно гороха при вводе его в состав комбикормов подвергается только размолу. Вводят горох в комбикорма в количестве от 10 до 25%.

Люпин широко культивируется как кормовая культура. Зеленая масса люпина содержит более 20% протеина, зерно - более 40%. По содержанию сырого протеина и обменной энергии он превосходит другие бобовые культуры, но уступает сое. Содержание аминокислот значительно варьирует в зависимости от видов люпина [11, 12].

В белках зерна узколистного люпина преобладают аминокислоты лейцин и валин (табл. 1). По содержанию валина, треонина, лейцина и изолейцина люпин превосходит горох, но уступает ему по содержанию лизина.

Таблица 1. Состав незаменимых аминокислот в зерне зернобобовых культур, г/кг на в.с.в.

Рапс по содержанию масла и белка превосходит бобовые культуры. Продукты переработки маслосемян - жмых и шрот - являются ценным белковым концентратом, содержащим все незаменимые аминокислоты, необходимые для животных и человека. Они содержат в 4-5 раз больше незаменимых аминокислот, чем злаковые культуры. Селекционерами Института земледелия были созданы новые образцы рапса с высоким содержанием масла и белка и его качественным составом, в которых содержание незаменимых аминокислот составляет около 31% (% на белок). Рапсовый шрот превосходит подсолнечниковый по содержанию практически всех незаменимых аминокислот, а по лизину - в 1,7 раза, его используют для балансирования зерновых по аминокислотам [13].

По нашим данным, из незаменимых аминокислот в наибольшем количестве в рапсе содержатся лейцин - 12,77 г/кг, валин - 9,90 и лизин - 9,84 г/кг, при этом сумма незаменимых аминокислот в среднем составляет 56,72 (табл. 2).

Таблица 2 Состав незаменимых аминокислот в продукции технических культур, г/кг на в.с.в.