Trong protein thực phẩm, các axit amin tương đối không đủ theo nhu cầu của cơ thể con người và mối quan hệ tỷ lệ của chúng được gọi là axit amin hạn chế. Axit amin hạn chế là axit amin có tỷ lệ giữa lượng axit amin thiết yếu có trong một loại thức ăn hoặc khẩu phần nhất định với lượng axit amin thiết yếu protein mà động vật yêu cầu thấp. Sự thiếu hụt các axit amin này làm hạn chế khả năng cung cấp các axit amin thiết yếu và không thiết yếu khác của động vật.
Trong quá trình hấp thu, tiêu hóa và sử dụng, các axit amin cần có tỷ lệ nhất định để được hấp thụ và sử dụng đầy đủ. Khi một loại axit amin nhất định trong một loại thực phẩm nào đó còn lâu mới đạt được tỷ lệ này thì dù hàm lượng protein có cao đến đâu cũng không thể phát huy được ưu điểm của nó. Axit amin này là một axit amin hạn chế. Ví dụ, methionine trong đậu và lysine trong ngũ cốc là các axit amin giới hạn tương ứng.
Axit amin thấp nhất còn được gọi là axit amin giới hạn đầu tiên. Theo mức độ tương tự thấp, có axit amin hạn chế thứ hai, axit amin hạn chế thứ ba, v.v. Một số axit amin thường thiếu trong thức ăn và không thể chuyển đổi hoặc tổng hợp bởi bất kỳ axit amin nào, điều này làm hạn chế dinh dưỡng của protein. Đối với vịt đẻ, methionine là axit amin giới hạn thứ nhất, lysine là axit amin giới hạn thứ hai và tryptophan là axit amin giới hạn thứ ba. Ví dụ, trong một chế độ ăn uống nhất định, các axit amin khác rất dồi dào nhưng methionine chỉ có thể đáp ứng 60% nhu cầu và tất cả các axit amin chỉ có thể sử dụng 60%. 40% còn lại được khử amin ở gan và tổng hợp thành urê, được bài tiết qua nước tiểu, dẫn đến lãng phí protein.
Lysine, methionine hoặc tryptophan thường được coi là axit amin giới hạn thứ nhất, thứ hai và thứ ba trong protein thức ăn. Việc sử dụng các axit amin khác và giá trị sinh học của protein còn hạn chế. Khi xây dựng khẩu phần ăn, nhu cầu của axit amin giới hạn thứ nhất, thứ hai và thứ ba được xem xét trước tiên. Sau đây là phần giới thiệu ngắn gọn về quá trình chuyển hóa của ba axit amin giới hạn:
Lysine
Lysine được chuyển hóa trong cơ thể để tạo ra glutaryl-CoA (acetoacetyl-CoA). Quá trình chuyển hóa tiếp theo của acetoacetyl-CoA có thể có hai đầu ra, một là tạo ra acetyl-CoA và hai là tạo ra một lượng nhỏ Q-ketoglutarate để tham gia vào quá trình trao đổi chất.
Methionine (axit amin chứa lưu huỳnh)
Có ba loại axit amin chứa lưu huỳnh trong gia súc và gia cầm là cysteine, Cystine và Methionine (Methionine), cuối cùng được chuyển hóa thành Taurine. Các axit amin chứa lưu huỳnh có thể tạo ra pyruvate trong quá trình dị hóa, vì vậy chúng là các axit amin tạo đường và lưu huỳnh trong chúng bị oxy hóa thành axit sulfuric, đó là lý do tại sao axit sulfuric được tạo ra trong quá trình phân hủy protein.
Tryptophan
Sau quá trình oxy hóa và khử carboxyl, tryptophan được chuyển hóa thành 5-hydroxytryptamine, tồn tại trong mô não và cũng có một lượng nhỏ trong đường tiêu hóa và máu. Chức năng sinh lý của nó là làm co các mạch máu nhỏ và tăng huyết áp, đồng thời nó cũng là chất dẫn truyền thần kinh. Rối loạn chuyển hóa tryptophan có thể gây rối loạn chức năng hệ thần kinh. Sau khi tryptophan bị oxy hóa, nó cũng có thể chuyển thành axit nicotinic. Niacin là tiền chất để tổng hợp nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) và nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP). NAD và NADP là coenzym của enzyme kỵ khí dehydrogenase tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử khác nhau trong cơ thể.
Các axit amin hạn chế được sử dụng rộng rãi trong ngành thức ăn chăn nuôi chủ yếu là methionine và lysine. Ngoài ra, tryptophan, threonine , valine, v.v. cũng được sử dụng trong sản xuất thức ăn hỗn hợp.