153-2012-0258
Evaluation of high-protein diets differing in protein source in healthy adult dogs
健康成犬对不同蛋白来源的高蛋白饮食的消化率评估
Kelly M. Sieja, Patricia M. Oba, Catherine C. Applegate, Christine Pendlebury, Janelle Kelly, and Kelly S. Swanson
Kelly S. Swanson
Dr. Swanson美国伊利诺伊大学动物与营养学教授，国际基因营养学专家。
Dr. Swanson科研团队将基因组生物学应用于研究人类和宠物的营养相关问题。
主要研究方向包括营养干预对健康的影响，确定营养影响基因表达和宿主生理的机制，营养基因组学应用于胃肠道健康和肥胖的研究等。
Dr. Swanson科研团队营养基因组学的前沿研究，为预防人类和宠物的肥胖及相关健康问题做出了重大贡献。
* 2023年2月19日发表于《Journal of Animal Science》
* 集宠国际技术部翻译，仅供用于了解国际前沿宠物营养方面的研究
[摘要]
蛋白质是宠物食品行业的热门研究课题。不同来源的蛋白质有不同的氨基酸谱(AA)和消化率，因此蛋白质质量不同。本研究评估不同蛋白质来源的犬粮的全消化道表观消化率，并测试其对健康、成年犬血清代谢物和粪便特征、代谢物和微生物群的影响。为了满足成年犬在维持期的营养需求，配制了4种膨化粮，主要区别在于蛋白质来源不同：新鲜脱骨、脱水和喷雾干燥鸡肉(DC-鸡肉粮)、鸡副产品粉(CBPM-鸡副产品粮)、小麦蛋白粉(WGM-小麦粮)和玉米蛋白粉(CGM-玉米粮)。试验选用12只成年、绝育的雌性比格犬(体重[BW] = 9.9±1.0 kg);年龄= 6.3±1.1岁)。试验共4期，每期12只犬喂食1种膨化粮，每期28天。每期分为4个阶段，分别为适应阶段(第1-22d)、粪便收集阶段(第23-27d)和血液收集阶段(第28d)。结果：1)饲喂鸡肉粮或鸡副产品粮的犬粪便评分(P < 0.05)高于饲喂小麦粮和玉米粮的犬，但均保持在适当范围内；2)犬对鸡副产品粮和玉米粮的干物质的全消化道表观消化率显著低于鸡肉粮和小麦粮(P < 0.05)；3)犬对鸡肉粮或玉米粮的蛋白质的全消化道表观消化率显著低于小麦粮(P < 0.05)；4)犬对鸡副产品粮的有机物、蛋白质和能量的全消化道表观消化率低于其他3种膨化粮；5)饲喂鸡副产品粮的犬粪便中吲哚含量高于(P < 0.05)饲喂小麦粮的犬；6)饲喂鸡肉粮的犬粪便中短链脂肪酸含量高于(P < 0.05)饲喂玉米粮的犬；7)饲喂鸡肉粮或鸡副产品粮的犬粪便中支链脂肪酸含量高于(P < 0.05)饲喂小麦粮的犬；8)饲喂2种动物蛋白日粮的犬粪便中氨含量高于(P < 0.05)饲喂2种植物蛋白日粮的犬；9)3个细菌门和9个细菌属的相对丰度在4种日粮间发生变化；考虑到氨基酸谱和消化率数据，在不添加额外氨基酸的情况下，鸡肉粮提供的蛋白质质量最高，但饲喂动物蛋白日粮的犬的粪便中蛋白质代谢产物含量增加。未来需开展进一步研究，以评估日粮的最适蛋白质含量，以便更好地比较植物蛋白和动物蛋白。
前言
现如今，宠物主人越来越重注宠物健康和寿命。宠物饮食选择反映了宠物主人的个人偏好，不同的社会和文化因素都会影响着决策过程。其中，蛋白质来源和含量成为宠物主人和宠物食品生产商的首要考虑因素。
由于机体需要特定的氨基酸(AA)，因此日粮中氨基酸含量比蛋白质含量更重要。科学配比的日粮不仅能提供充足的蛋白质，还能满足犬猫对日粮氨基酸含量需求。了解不同来源蛋白质如何影响犬猫的营养状况以及如何将其应用于宠物食品至关重要。目前，宠物食品使用的大部分蛋白质来自加工的动物副产品。其中，约31%的蛋白质和15%的脂肪被用于宠物食品。
植物蛋白质(例如，谷物，豆类)是动物蛋白的替代品，但其必须以互补的方式使用。因为其本身含有的必需氨基酸(例如赖氨酸，色氨酸，蛋氨酸)含量不足。
本研究的目的是测定不同蛋白质来源的犬粮的全消化道表观消化率，并测定健康的成年犬在食用各类犬粮后的全血基因表达和粪便特征、代谢产物和微生物群。我们假设植物蛋白质日粮会降低消化率，增加粪便中蛋白质发酵产生的代谢物浓度(支链脂肪酸、苯酚和吲哚)，对粪便微生物群产生负面影响，并改变全血基因表达。
材料和方法
动物和饲养
本研究使用了12只绝育的成年雌性比格犬(体重[BW] = 9.9 ± 1.0 kg;年龄 = 6.3 ± 1.1岁)。在整个研究过程中，犬可以自由饮水，每日(上午8点)喂食一次。每周一喂食前称重并记录体况评分(BCS)。每日称重剩余的犬粮，计算每日摄入量。
试验时间和饮食
整个试验共4期，每期12只犬均喂食1种膨化粮，每期28天。每期分为4个阶段，分别为适应阶段(第1-22d)、粪便收集阶段(第23-27d)和血液收集阶段(第28d)。1期喂食DC-鸡肉粮；2期喂食 CBPM-鸡副产品粮；3期喂食WGM-小麦粮；4期喂食CGM-玉米粮。
样品收集、评分和分析
粪便
研究的第23-27天，收集房间内的所有粪便，用于pH值、水分含量、微生物和代谢物浓度测量，并计算有机物含量和消化能。
收集的所有粪便样品均按以下标准评分：
1 = 硬的、干燥的颗粒状、小的硬块；2 = 硬的、成形的、干燥的粪便；保持坚硬和柔软；3 = 软的、成形的、潮湿的粪便，捡起能保持形状；4 = 软的、未成形的粪便，随容器形状改变；5 = 水样的、可流动的液体。
日粮
将4种膨化日粮研磨过筛，测量干物质、灰分、粗蛋白、总脂肪含量、总膳食纤维、总能，并计算有机物含量。
计算
全消化道表观消化率的计算公式如下：([营养摄入量(克/天)/粪便排出量(克/天)]/营养摄入量(克/天))×100。
粪便微生物群落
评估粪便微生物群落的α多样性和β多样性。
血液
颈静脉穿刺采集空腹血样，用于血清化学、血液学和基因表达分析。
结果
采食量：在4种膨化日粮都是等热量的前提下，犬采食小麦粮、玉米粮的数量显著低于鸡肉粮和鸡副产品粮。
排便量：饲喂鸡副产品粮的犬粪便量显著高于(P< 0.0001)喂食其他3种日粮的犬；饲喂2种动物蛋白日粮的犬排便量显著高于(P＜0.0001)饲喂小麦粮的犬。
全消化道表观消化率：饲喂鸡副产品粮的犬的干物质、有机物和能量的全消化道表观消化率显著低于(P＜0.0001) 饲喂鸡肉粮或小麦粮的犬；饲喂鸡肉粮或玉米粮的犬的粗蛋白全消化道表观消化率显著低于(P＜0.0001) 饲喂小麦粮的犬。
粪便：饲喂2种动物蛋白日粮的犬粪便评分更高(P＜0.01)，但都在理想范围内；饲喂2种动物蛋白日粮的犬的粪便总短链脂肪酸浓度、异丁酸盐、异戊酸盐浓度显著高于(P=0.0002)饲喂小麦粮的犬；饲喂小麦粮的犬的粪便干物质含量显著高于(P<0.0001)饲喂其它3种膨化日粮的犬；饲喂鸡副产品粮的犬粪便中的吲哚浓度显著高于(P<0.05)饲喂小麦粮的犬（见表1）
表1. 食用不同蛋白质来源日粮的健康成年犬的粪便特征和代谢物
粪便微生物群：饲喂鸡副产品粮的犬粪便微生物群落的α-多样性(P < 0.05)高于饲喂鸡肉粮或小麦粮的犬（见图1）；粪便微生物群落的β-多样性在不同日粮之间没有差异；饲喂2种植物蛋白日粮的犬的粪便微生物群趋向于远离2种动物蛋白日粮的犬（见图2）。就特定粪便微生物群分类而言，主要的门类包括厚壁菌门、变形菌门和梭菌门。
图1：饲喂不同蛋白质来源日粮的健康成年犬的粪便α多样性
图2：饲喂不同蛋白质来源日粮的健康成年犬的加权和未加权主坐标分析 （PCoA） 图
A （未加权）
B（加权）
血清化学指标：
所有血清化学指标均在参考范围内，但肌酐浓度除外，饲喂小麦粮的犬的肌酐浓度低于正常参考范围。
饲喂4种日粮的犬的血液学值均在参考范围内。全血中所有测定基因的表达不受日粮影响。
讨论
不断寻找和测试各种蛋白质来源不仅是为了满足宠物的营养需求，也是为了满足宠主的喜好。随着消费者对营养和健康的认识不断提高，2020年，41%的犬主人购买 "优质"犬粮。动物蛋白通常是优质宠物食品标签上的主要成分。宠物食品行业提供满足不同客户需求的选择固然重要，但饮食的全价和均衡也至关重要。
本研究对两种动物蛋白日粮和两种植物蛋白日粮的营养价值以及对犬的影响进行了评估。小麦粮和玉米粮中添加了牛磺酸和赖氨酸，牛磺酸是一种含硫的β-磺酸，在心肌和骨骼肌中浓度较高，而在植物中缺乏。在本研究中，玉米粮中色氨酸的浓度较低(0.19%)，仅略高于AAFCO的最低值(0.16%)。在鸡肉粮中，不需要补充氨基酸实现日粮的全价、均衡。
在目前的研究中，所有的日粮都被认为犬可以很好的消化，高于AAFCO和FEDIAF表观蛋白质消化率最低建议值80%。本研究中的鸡肉粮的粗蛋白消化率(89.85%)比鸡副产品粮(82.59%)高7%。植物蛋白日粮-小麦粮和玉米粮的粗蛋白消化率分别为93.82%和90.07%。
鸡副产品粮的总能消化率较低，这主要是由于蛋白质消化率较低。饲喂动物蛋白日粮的犬的粪便评分高于饲喂植物蛋白日粮的犬，但所有日粮的平均得分被认为是理想的(在2到3分之间)。
蛋白质质量取决于原料或日粮的氨基酸组成、消化率和生物利用率。由于后肠中微生物的新陈代谢以及内源性蛋白质损失会干扰计算，表观的全肠道蛋白质消化率并不能真正代表宿主的消化率。动物副产品的灰分含量和蛋白质质量会因加工的温度以及加工过程中使用的肉和组织的起始成分而有很大差异。一些副产品肉粉可能含有大量结缔组织，这些结缔组织的成分可作为纤维进行分析，并且不易被动物消化。这进一步说明宠物食品配方设计师需要深入了解日粮配方中使用的成分。
胃肠道微生物群是一个影响宿主健康的复杂生态系统。微生物群产生的代谢物-短链脂肪酸通常被认为对宿主有益。饲喂鸡肉粮的犬粪便总短链脂肪酸浓度最高，饲喂玉米粮的犬粪便总短链脂肪酸浓度最低。
蛋白质发酵产生氨、酚和支链脂肪酸。氨影响肠道健康导致粪便发臭。本研究中的两种动物蛋白日粮的粪便氨浓度均高于植物蛋白日粮，尤其鸡副产品粮最高。本研究和其他研究中报告的粪便代谢物概况提供了将植物蛋白纳入犬粮的另一个潜在益处。
粪便质量理想，在本研究中未观察到疾病迹象。研究期间这些犬保持健康，没有任何胃肠道不耐受或不适的迹象。
总之，本研究中测试的所有日粮都具有良好的耐受性，饲喂动物蛋白日粮和植物蛋白日粮的犬都能保持健康。鸡副产品粮的表观总道能量和营养物质消化率(包括干物质、有机物和粗蛋白)一直最低，粪便排出量最高。相反，小麦粮的表观总消化率最高，粪便排出量最低。由于鸡肉粮是唯一不需要补充AA且消化率高的日粮，因此它是本研究中蛋白质质量最高的日粮。尽管需要补充L-赖氨酸以确保植物蛋白日粮的全价、均衡，但植物蛋白日粮的营养物质消化率高，粪便中蛋白水解发酵代谢产物的浓度较低。粪便样品中的微生物门、属分类在不同处理之间发生了变化，但其对健康的影响尚不清楚，需进一步研究。由于本研究测试的是高蛋白日粮，存在大量的氨基酸，因此蛋白质质量的影响可能难以评测。因此，可以进一步研究植物蛋白和动物蛋白浓度偏低、适中的日粮，从而更有效地评估蛋白质质量和氨基酸浓度对犬健康的影响。
