Studies on Reduction of Nitrogen excretion from Broiler Chick

Japanese livestock industries have successfully increased in terms of both scale and productivity, and supplied high-quality low-price protein to the nation. However, scale-up in limited areas has caused environmental pollution, which may be due to livestock excretion. In this study, the reduction of nitrogen excretion was investigated, utilizing the nutri-biochemical function of amino acids. The crude protein level at which excretion can be reduced without decreasing productivity was investigated, and the influences of supplementation with amino acids, yeast chromium, conjugated linoleic acid, and fiber-degrading enzymes on body fat accumulation, which is a problem in feeding a low-CP diet, were investigated. The findings of this study are summarized below. 1. The possibility of reducing nitrogen excretion from Broiler chicks fed an essential amino acid-supplemented low-CP diet was investigated. Feeding a diet containing a 2-point lower CP level reduced nitrogen excretion by about 10-20% without decreasing body weight gain or feed efficiency. However, the low-CP diet increased peritoneal fat accumulation. 2. The influence of the ratio of essential (EAA) to non-essential amino acids (NEAA) in the low-CP diet on growth, nitrogen excretion, and peritoneal fat accumulation was investigated in Broiler chicks. The low-CP diet with a high E/N ratio reduced nitrogen excretion by 20% while maintaining a growth rate comparable to that obtained by feeding the control diet, suggesting that this diet may inhibit the low-CP diet-induced peritoneal fat accumulation. 3. The influences of excess EAA on growth performance and peritoneal fat accumulation were investigated in Broiler chicks. EAA was divided into the following 7 groups, and added to the diet containing 19% CP (CP19% diet) so as to adjust the content to 150% and 200% of the amino acid requirement: 1) Leucine, isoleucine, and valine, 2) thoreonine, 3) methionine, 4) phenylalanine and tyrosine, 5) lysine and arginine, 6) glycine, and 7) tryptophan. The addition of excess amino acids did not reduce the peritoneal fat weight. Excess methionine tended to decrease the weight gain and feed efficiency. These findings clarified that the addition of excess EAA to the low-CP diet does not affect peritoneal fat accumulation. 4. Whether the low-CP diet-induced increase in fat accumulation was due to the higher carbohydrate intake in the low-CP diet group than in the high-CP diet group was investigated. The same amount of non-crude protein nutrients, mainly carbohydrate, as the control CP21% diet were added to the same amount of crude protein as the CP19% diet, limiting the energy intake, and the liver lipid metabolism-related enzyme activities and fat accumulation were investigated. Of the liver lipid metabolism-related enzymes, the fatty acid synthase activity of the lipogenic system was slightly reduced by the limitation of the energy intake, but the activity of a lipolytic enzyme, carnitine palmitoyl transferase, was also slightly reduced. The peritoneal fat weight increased despite the energy intake being limited. These findings suggested that the low-CP diet-induced fat accumulation was due to a factor other than an increase in the 49 carbohydrate intake. 5. The influence of the addition of yeast chromium, which inhibits body fat accumulation, on growth, nitrogen excretion, and peritoneal fat accumulation was investigated in Broiler chicks. Although the CP19% diet reduced nitrogen excretion, the addition of yeast chromium did not inhibit the low-CP diet-induced fat accumulation. 6. The influence of the addition of conjugated linoleic acid, which inhibits body fat accumulation in mammals, on growth, nitrogen excretion, and peritoneal fat accumulation was investigated in Broiler chicks. Although it was suggested that the addition of conjugated linoleic acid affected lipid metabolism in Broiler chicks, it did not inhibit the low-CP diet-induced fat accumulation. 7. The influence of cellulase addition on growth, nitrogen excretion, and peritoneal fat accumulation was investigated in Broiler chicks aged 7-21 days and 28-42 days. No significant difference was noted in growth performance between the low-CP diet and control diet groups, while nitrogen excretion was significantly reduced. The enzyme addition slightly elevated the ileal amino acid digestion rate. The liver lipogenic and lipolytic enzyme activities were not affected by the CP level or the enzyme addition, but the peritoneal fat weight was slightly reduced by the enzyme addition. Based on these findings, cellulase addition to the low-CP diet may increase the ileal amino acid digestion rate and reduce peritoneal fat accumulation. The above findings clarified that the EAA-supplemented low-CP diet was capable of reducing nitrogen excretion by about 10-20% without decreasing body weight gain and feed efficiency. The low-CP diet-induced peritoneal fat accumulation could not be inhibited by yeast chromium or conjugated linoleic acid addition, but may be inhibited by increasing the EAA/NEAA ratio of the diet and cellulase addition. These study results may be useful for the reduction of nitrogen excretion from domestic animals and fowl, which is currently a major problem.

これまで我が国の畜産は，規模拡大と生産性の向上を実現し，国民に良質なタンパク質を低価格で供給してきた。しかしながら, 限られた面積のなかでの規模拡大を行った結果, 家畜排泄物が原因と考えられる環境汚染がみられるようになってきた。そこで, 本研究では窒素排泄量の低減について, アミノ酸の持つ栄養生化学的な機能特性を利用して検討を行った。すなわち, 生産性を低下させることなく排泄量を低減できる粗タンパク質水準を検討するとともに, 飼料中のアミノ酸, クロム酵母, 共役リノール酸および繊維分解系酵素剤の添加が低CP飼料給与時に間題となる体脂肪蓄積に及ぼす影響を検討した。研究の結果得られた知見の概要は以下の通りである。1. ブロイラーヒナにおいて, 必須アミノ酸を添加した低CP飼料給与による窒素排泄量の低減の可能性を検討した。その結果, CPを2ポイント低下させた飼料を給与しても, 増体量および飼料効率を低下させることなく, 窒素排泄量を約10～20%低減できることを明らかにした。しかしながら, 低CP飼料の給与により腹腔内脂肪の蓄積が増加した。2. 低CP飼料中の必須アミノ酸(EAA) と可欠アミノ酸(NEAA) との比が, ブロイラーヒナの成長, 窒素排泄量および腹腔内脂肪の蓄積に及ぼす影響を検討した。その結果, 低CP飼料中のE/N比が高い飼料を給与すると, 対照飼料給与時と同等の成長を示しつつ窒素排泄量を20%低減でき, 低CP飼料給与に伴う腹腔内脂肪の蓄積増加を抑える可能性が示された。3. ブロイラーヒナにおいて, 過剰量の必須アミノ酸が, 飼養成績および腹腔内脂肪の蓄積に及ぼす影響を検討した。必須アミノ酸を, ①ロイシン・イソロイシン・バリン, ②トレオニン, ③メチオニン, ④フェニルアラニン・チロシン, ⑤リジン・アルギニン, ⑥グリシン, ⑦トリプトファンの7グループに分け, CP19%飼料にそれぞれのアミノ酸要求量の150%および200%となるようにそれぞれ添加した飼料を給与した. その結果, 腹腔内脂肪重量は, アミノ酸の過剰添加により減少しなかった。増体量および飼料効率は, メチオニンの過剰添加により低下する傾向が認められた。以上の結果から, 低CP飼料に必須アミノ酸を過剰に添加しても腹腔内脂肪蓄積にはほとんど影響しないことを明らかにした。4. 低CP飼料給与時の脂肪蓄積の増加の原因が, 低CP飼料給与区の炭水化物等の摂取量が高CP飼料給与区よりも多いことによるか否かの検討を行った。CP19%の低CP飼料給与区と等量の粗タンパク質給与時にCP21%の対照飼料給与区と等量の炭水化物を中心とする粗タンパク質以外の栄養素を給与したとき, すなわちエネルギー摂取量を制限したときの肝臓の脂質代謝関連酵素活性および脂肪蓄積を検討した。肝臓の脂質代謝関連酵素活性のうち合成系のfatty acid synthase活性は, エネルギー摂取量を制限することにより低下する傾向がみられたが, 分解系酵素のcarnitine palmitoyl transferase活性が低下する傾向がみられた。腹腔内脂肪重量は, エネルギー摂取量を制限しても増加する傾向がみられた. 以上の結果から, 低CP飼料給与による脂肪蓄積の増加は, 炭水化物等の摂取量増加以外の要因によりもたらされる可能性が示唆された。5. 体脂肪蓄積を抑制するとされているクロム酵母の低CP飼料への添加が, ブロイラーヒナの成長, 窒素排泄量および腹腔内脂肪の蓄積に及ぼす影響を検討した。その結果, CP19%飼料の給与により窒素排泄量を低減できることが確認できたものの, 低CP飼料給与による腹腔内脂肪の蓄積を飼料へのクロム酵母添加により抑えられないことが明らかになった。6. ほ乳類において体脂肪蓄積を抑制するとされている共役リノール酸の低CP飼料への添加が, ブロイラーヒナの成長, 窒素排泄量および腹腔内脂肪の蓄積に及ぼす影響を検討した。その結果, 共役リノール酸の飼料への添加は, ブロイラーヒナの脂質代謝に影響を及ぼす可能性が示唆されるものの, 低CP飼料給与による腹腔内脂肪の蓄積を抑えられないことが示された。7. 低CP飼料へのセルラーゼ添加が, 7～21日齢および28～42日齢のブロイラーヒナの成長, 窒素排泄量および腹腔内脂肪の蓄積に及ぼす影響を検討した。飼養成績は低CP飼料給与区と対照飼料給与区との間に差は認められず, 窒素排泄量は有意に低減できることが確認された。回腸アミノ酸消化率は, 酵素添加により上昇する傾向が見られた。肝臓の脂肪合成および分解関連の酵素活性は, CP水準および酵素添加の影響は認められなかったが, 腹腔内脂肪重量は, 酵素添加により減少する傾向が見られた。これらの結果から, 低CP飼料へのセルラーゼ添加は, 回腸アミノ酸消化率を改善し, 体脂肪蓄積を減少させる可能性があることが示された。以上の結果から, 必須アミノ酸を添加した低CP飼料給与により, 増体量および飼料効率を低下させることなく, 窒素排泄量を約10～20%低減できることを明らかにした。低CP飼料の給与による腹腔内脂肪の蓄積が増加は, クロム酵母および共役リノール酸の添加では抑えることはできないが, 飼料中のEAA/NEAA比の上昇およびセルラーゼの添加により抑制できる可能性が示された。これらの研究成果は, 現在大きな間題となっている家畜・家禽からの窒素排泄量の低減化への対応のための有益な知見と考えられる。