世界范圍的蛋白飼料資源短缺問題一直備受關注。我國的蛋白飼料資源缺口很大，替代型蛋白質飼料資源的開發與效率提高仍是當前畜牧業發展的重要研究內容。尿素作為飼料中氮源的補充應用于反芻動物，可以節約蛋白質飼料的供給，緩解蛋白質飼料的短缺問題。然而，由于尿素在瘤胃中過快的釋放，容易引起反芻動物的中毒反應，甚至導致死亡，因此，尿素的緩釋及其不同尿素緩釋劑的開發成為了反芻動物營養研究的重要領域。本文對尿素緩釋技術的研究現狀、尿素緩釋劑的營養調控作用和動物應用效果等進行總結，以期為尿素緩釋劑的進一步研究和開發提供有利參考。
1 尿素緩釋劑及其作用特點
Reid早在1953年就提出尿素釋這一理念，尿素緩釋劑自身含氮量高，并且能控制NH3-N緩慢而均勻釋放，使其不會被脲酶快速降解，不會產生氨濃度快速升高致中毒的現象，保持NH3-N降解速度與微生物利用氨的速度相適應，從而提高了瘤胃微生物蛋白的合成率，很大程度上減少了氮浪費和環境污染。尿素緩釋劑是由尿素經包被、化學或物理等方式加工后制成的添加劑，與高蛋白飼料如魚粉、豆粕等不同。1）尿素緩釋劑以尿素為主成分；2）緩釋劑在瘤胃內能自行控制NH3-N釋放速度；3）尿素和碳水化合物經細菌酶作用分別生成氨與酮酸，氨和酮酸在細菌酶作用下可生成MCP，從而提高動物機體蛋白轉化率。
尿素在細菌酶的作用下生成氨氣和二氧化碳；飼料碳水化合物在細菌酶的作用下分解為揮發性脂肪酸和酮酸。氨氣和酮酸被細菌利用生成氨基酸，進而在細菌酶的作用下合成微生物蛋白，進入腸道的微生物蛋白被反芻家畜的小腸消化酶分解為游離氨基酸，被小腸吸收轉化為畜體蛋白質及產品蛋白質。氨氣和酮酸同步釋放是合成微生物蛋白的關鍵，若氨氣釋放過快，而碳水化合物分解較慢，不僅不能合成大量的微生物蛋白質，相反，過多的氨氣會導致瘤胃氨中毒，因此，有必要減緩氨氣的釋放以適應微生物的利用。而尿素緩釋劑則能通過抑制細菌酶活性或減少尿素與細菌酶接觸面積來控制或減緩氨的釋放量，使尿素在瘤胃內不會被迅速降解而釋放大量氨，能預防氨中毒。
2 尿素緩釋劑的基本加工技術
總結近幾十年國內外對尿素緩釋的研究，按照尿素緩釋劑的制取技術主要可分為物理包被法、化學緩釋法、抑制生物酶活性法、物理緩釋法。
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無毒害的有機物或無機聚合物將尿素包裹起來，間接改變了尿素的水溶性，能有效地控制或降低尿素在瘤胃內的釋放速度。包被尿素時所用的物質和材料對氨釋放速度的調控起到決定性的作用。目前，纖維素衍生物、丙烯酸樹脂類、乙烯基聚合物、葡聚糖、聚乙二醇、巴西棕桐蠟、鯨蠟、硬脂酸和氫化棉籽油等均可用作高分子包衣緩釋材料。
2.2 化學緩釋法
化學緩釋法的制作原理主要是通過一個或一系列化學反應來改變化學物質的分子立體結構，并且這種化學物質中含有尿素分子，其改變了水溶性，生成了新的含有尿素分子的化學物質，達到了降低尿素分解速度的目的。目前國內研制出效果較好的尿素合成產品，有磷酸脲、雙縮脲、異丁基二脲、脂肪酸尿素、羥甲基尿素、脂肪酸脲和“牛得樂”，但因價格高且部分產品由于NH3-N在瘤胃內沒有被完全分解代謝掉而進入血液，并隨血液進入牛奶中，影響奶產品質量，故應用不多。
2.3 抑制生物酶活性法
抑制生物酶活性法主要應用原理是在飼料中添加能夠抑制瘤胃脲酶活性的脲酶抑制劑，可以安全有效地平衡氨的釋放速度與碳水化合物消化吸收速度，能避免氨應激或氨中毒。Whitelaw研究指出，即使脲酶活性降低58%也不會對機體內總尿素氮的代謝產生任何影響，事實上當瘤胃內脲酶的活性只有49 IU/dL，就足以分解由血液進入瘤胃的內源尿素和由飼料進入到瘤胃的外源尿素。這就為在反芻動物上應用脲酶抑制劑提供了依據。沈冰蕾等用其進行試驗證明在奶牛日糧中添加脲酶抑制劑可顯著提高產奶量4.27%~6.22%。雖然它具有高效和高安全的特點，但因經濟成本較高及存在瘤胃微生物適應性的問題，在實際生產中應用不廣泛。
2.4 物理緩釋法
物理緩釋法主要應用原理是結合家畜消化道生理結構特點，將尿素與一些不會使尿素本身化學性質發生改變的物質混合均勻；或經過相應的處理，達到尿素緩釋的目的。
3 尿素緩釋劑在反芻動物生產中的作用
3.1 尿素緩釋劑對采食量和營養消化率的影響
就干物質采食量（DMI）和消化率作為飼料營養價值評定的指標來看（表1），Puga等發現日糧中添加尿素緩釋劑后DMI增加，因為瘤胃內高纖維飼草的高效發酵作用促進了DMI的增加。這說明了飼喂反芻動物尿素緩釋劑會提高反芻動物對飼糧中能量的利用率，從而改善瘤胃內細菌不平衡的缺陷。Galina等也做了類似的實驗表明日糧中補飼1.8 kg/d含有尿素緩釋劑的干物質后，干物質的消化率顯著提高（P<0.05）。此外，用尿素緩釋劑飼喂哺乳期的奶牛已經被證明了能夠增加總的干物質（DM）和粗蛋白(CP)的消化率；Xin同樣證明了這一結果并發現尿素緩釋劑與尿素相比擁有較大的DMI和營養物質消化率； Benedeti等研究顯示，在奶牛日糧中添加尿素緩釋劑增加有機物質（OM）和DM利用效果較大（表1）。
3.2 尿素緩釋劑對瘤胃發酵參數的影響
新型尿素緩釋劑要求既能減緩尿素氮的釋放速度又不會限制尿素的降解，很具有挑戰性。Owens等證明了反芻動物飼用尿素緩釋劑后，瘤胃內NH3-N釋放速度比尿素慢很多，可有效地增加采食量，同時也能夠改善瘤胃的發酵效果。Puga等在高纖維的飼糧中添加緩釋尿素可以改善羊的瘤胃發酵（表2），在飼糧中分別添加10%、20%、30%的尿素緩釋劑后，瘤胃內pH值、NH3-N和VFA的生成得到很好地改善。針對提高反芻動物日糧利用率這一目標，我們可以從調整瘤胃內細菌營養不平衡入手。尿素緩釋劑能夠為瘤胃微生物的生長持續地提供NH3-N，保持瘤胃液濃度處于15~30 mg NH3-N/100 mL，這保證了瘤胃內細菌得以最佳狀態下生長。
3.2.1 對pH的影響
Taylor-Edwards進行體外實驗，研究顯示尿素組在0.5 h內尿素快速轉變為NH3-N，導致瘤胃內NH3-N的濃度高出正常值的263%，pH值快速升高到8.4遠超出pH值正常范圍（5.5~7.5），說明瘤胃pH值與瘤胃內NH3-N是息息相關的并且產生的效應也十分明顯，而飼喂尿素緩釋劑組持續到9 h內瘤胃內NH3-N濃度均在瘤胃內細菌吸收的最佳范圍內，pH值在各個時間點均維持在正常范圍內（5.5~7.5）。這個結果證明了飼喂尿素緩釋劑的確能減緩瘤胃內NH3-N釋放速度并且能有效地調整瘤胃內NH3-N濃度，使瘤胃內pH值保持平穩。
3.2.2 對NH3-N的影響
瘤胃內NH3-N濃度能反映出瘤胃內微生物對氮的利用情況。Xin研究結果證明，奶牛正常采食日糧1 h后瘤胃內NH3-N濃度呈直線上升式增加，后又直線式下降；接著在日糧中添加了尿素緩釋劑，瘤胃內NH3-N濃度在任意時間點均保持在最低濃度（表2）；與Golombeski的研究結果NH3-N維持著較低水平相同，說明緩釋技術已達到最大可控性來控制NH3-N釋放。即使瘤胃發酵8 h后尿素緩釋劑組瘤胃內NH3-N濃度與正常日糧組相比仍低8.2%~20.6%，這個實驗結果在國外的研究者試驗中尿素緩釋劑能夠減少25.3%的NH3-N的結果相接近； Benede等研究證明，添加尿素緩釋劑后瘤胃內NH3-N濃度也在5~6 mg N/100 mL范圍。在日糧中添加尿素緩釋劑可延長瘤胃內發酵微生物的對氮的利用時間，導致瘤胃內NH3-N的緩釋效果和碳水化合物的有效利用均被提高，從而提高了瘤胃內MCP的合成率。尿素緩釋劑之所以能夠減緩NH3-N的釋放是因為它抑制了產氨菌的生成，由瘤胃內少量的瘤胃菌來負責NH3-N的生產。
3.2.3 對VFA的影響
使用緩釋尿素對肉牛影響較大，總VFA產量高達到94.8~103.2 mmol/L；但奶牛是否飼喂尿素緩釋劑對VFA影響不大，與之相比，Xin等的研究中總VFA明顯要高些（表2）。Xin等在荷斯坦奶牛實驗中，分別在日糧中添加尿素、尿素緩釋劑和大豆蛋白，結果是各組的總揮發性脂肪酸沒有顯著差異，而VFA中的乙酸和丙酸比例有的只與日糧有關，與是否添加尿素關系較小，這表明并沒有因為添加了尿素或是尿素緩釋劑而改變瘤胃的發酵類型。因為瘤胃內VFA主要從日糧碳水化合物的發酵過程中獲取，與是否飼喂尿素緩釋劑無關。
3.2.4 尿素緩釋劑對瘤胃微生物的影響
Xin等研究發現，飼用尿素組的微生物效率最低（11.3 g N/kg，總可消化有機物即OMTD），大豆蛋白組最高（14.7 g N/kg，OMTD），添加尿素緩釋劑組介于兩者之間（13.0 g N/kg，OMTD）。根據NRC（2001）微生物高效利用范圍應該是在12~54 g N/kg（OMTD），在他們的研究中所有微生物效率的絕對價值是略有降低的，而飼喂緩釋尿素組的微生物利用率比尿素組提高了15.6%。在瘤胃發酵過程中有限的氮源或可吸收氮源的供應會影響瘤胃微生物的生長。
相比之下，Galo等認為，在奶牛日糧中飼喂緩釋尿素對改變瘤胃微生物蛋白（MCP）的合成影響較小。Stokes等飼喂荷斯坦奶牛不同水平的尿素緩釋劑和過瘤胃蛋白，發現MCP/DOM(可消化有機物質)的平均值是150 g/kg（P>0.05）。
3.3 尿素緩釋劑對產奶指標的影響
飼喂尿素緩釋劑可以增強瘤胃微生物蛋白合成的能力，同時還能提高其轉換成牛奶的效率，表3詳細介紹了各類尿素緩釋劑對奶牛產奶量的影響。因為總VFA的產生不受NH3-N濃度的影響，但隨著NH3-N濃度增加，乙酸比例減小，丙酸比例增大，促使合成的脂肪大量轉化為牛奶，從而增加其產奶量。Inostroza等利用尿素緩釋劑研究對奶牛產奶量的影響，尿素緩釋劑組每頭牛飼喂量是114 g/d時，奶牛每頭增產0.5 kg/d。Tikofsky等也做了類似的實驗在奶牛日糧中添加尿素緩釋劑具有提高奶牛產奶量的趨勢。Galo等和Santos等也證明用尿素緩釋劑替代尿素可以增加奶牛產奶量。Xin等研究表明，飼喂尿素緩釋劑可增加奶牛產奶量2.05 kg/d。
使用尿素緩釋劑能增加牛奶中尿素氮（MUN）含量。Inostroza等實驗證明飼用尿素緩釋劑的MUN超出了13.2~12.4 mg/dL這個范圍，而這些MUN值正好是控制在預期的10~14 mg/dL范圍內。在奶牛日糧中添加緩釋尿素可以顯著提高牛奶產量。Broderick等研究使用尿素緩釋劑可將MUN值由原來的8.6 mg/dL提高到9.8 mg/dL，與之前研究相比仍然在安全范圍低限之下。
對乳蛋白影響方面，使用尿素緩釋劑可以達到與非尿素蛋白相似的效果，對乳糖含量影響與常規蛋白質飼料相比差別也很小，但對脂肪含量略有影響。
4 小結與展望
尿素緩釋劑與其它的高蛋白飼料（豆粕，魚粉等）相比具有加工簡單方便、低廉、高效、無危害的優點，雖然是近些年來國內外的研究熱點，但仍存在以下3個方面問題：
1）尿素緩釋劑的加工技術尚不成熟。尿素緩釋劑雖然能達到氮緩釋的目的，但其加工工藝復雜且耗時長，與傳統的蛋白飼料相比還是略顯不足。
2）適口性差。在實際生產應用中，尿素緩釋劑的適口性方面的研究還不夠深入，尤其在使用劑量和飼喂時間等方面還需進一步研究。
3）成本高。包被尿素緩釋劑的應用效果較好，但其包被材料或輔助材料價格較高，雖說達到了生產目標但是與養殖戶的初衷相反，增加了養殖成本。如能找到包被效果佳且價格低廉的包被材料，將會帶來更大的經濟效益。總之，尿素緩釋劑有自身的特點及優勢，相信隨著不斷地深入研究，尿素緩釋劑在動物生產上的應用必將取得突破性的進展，并創造巨大的社會和經濟效益。
注：本文原文刊登在《中國畜牧雜志》2015年17期，作者為吳瓊，姜寧，張愛忠，楊坤。如需閱讀本期紙刊更多精彩內容，可與《中國畜牧雜志》編輯部聯系。
