李德發(fā)：大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子研究進(jìn)展

畜牧編輯 2019-2-20 10:42

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簡(jiǎn)介

李院士從1982 年開始，就開始做大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子方面的工作，這里簡(jiǎn)要介紹此方面的研究進(jìn)展，希望對(duì)大家有所啟發(fā)。

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 李德發(fā) 教授

　　中國(guó)工程院院士，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院教授、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料工業(yè)中心主任、飼料與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家、博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)期從事飼料資源高效利用的基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)研發(fā) , 構(gòu)建了我國(guó)主要飼料原料在豬上的有效營(yíng)養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建了飼料原料有效養(yǎng)分動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型；建立了我國(guó)第一個(gè)豬營(yíng)養(yǎng)需要?jiǎng)討B(tài)模型，主持修訂了 2004 年版《豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》，為我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)和飼料業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

　　從1982 年開始，我們就開始做大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子方面的工作，這里簡(jiǎn)要介紹此方面的研究進(jìn)展，希望對(duì)大家有所啟發(fā)。

　　大豆中有諸多抗?fàn)I養(yǎng)因子，首先要找到抗?fàn)I養(yǎng)因子，然后通過(guò)化學(xué)方法、生物技術(shù)方法等處理它、鈍化它、解決它，并且將大豆的飼用價(jià)值應(yīng)用得更好。更重要的是，現(xiàn)在我們采用很多檢測(cè)技術(shù)，可以確定抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量，從而找到處理的方法。

　　第1則大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子簡(jiǎn)介

　　1、大豆及大豆制品功能

　　大豆因具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而被廣泛應(yīng)用于食品和飼料工業(yè)。目前大豆對(duì)國(guó)外的依賴性至少近 20 年難以解決。

　　2、產(chǎn)業(yè)需求

　　飼料糧資源可提供粗蛋白質(zhì) ：4 500 萬(wàn) t ；牧區(qū)可能提供的粗蛋白質(zhì) ：約 2 000 萬(wàn) t ；進(jìn)口 9 335 萬(wàn) t 大豆；需要飼料蛋白質(zhì)：7 441 萬(wàn) t；我國(guó)居民動(dòng)物性蛋白質(zhì)年需要量：1 478 萬(wàn) t。大豆及其加工副產(chǎn)品占飼料蛋白質(zhì)的 70%，大豆資源缺乏是我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)和飼料業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子危害畜禽的生長(zhǎng)發(fā)育，是限制大豆資源飼用效率的主要因素。

　　3、大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子

　　大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子是影響飼料中大豆蛋白源高效利用的主要因素。大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子包括蛋白酶抑制因子、脲酶、凝集素 ( 熱敏性 )；植酸、寡糖、單寧、抗原蛋白 ( 熱穩(wěn)定性 )；抗維生素因子及其他大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子。

　　在大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子領(lǐng)域，隨著時(shí)間的推移及技術(shù)的不斷提高，我們做了很多抗?fàn)I養(yǎng)蛋白的研究工作，特別是大豆抗原蛋白。熱穩(wěn)定：大豆球蛋白、β- 伴大豆球蛋白、Gly m Bd 28K 和單寧等；熱不穩(wěn)定：胰蛋白酶抑制因子、凝集素和脲酶等。其中，蛋白類抗?fàn)I養(yǎng)因子：大豆球蛋白、β- 伴大豆球蛋白、Gly m Bd 28K、胰蛋白酶抑制因子。

　　4、大豆抗原蛋白的物化性質(zhì)

　　大豆抗原蛋白的物化性質(zhì)對(duì)預(yù)消化也有借鑒價(jià)值。針對(duì)其物化特性，選用酶的類型、pH、溫度去處理它，特別是抗原蛋白 Glycinin 和 β-conglycinin，我們中心這些年研究的數(shù)值值得借鑒，使產(chǎn)品更加高效。Glycinin 和β-conglycinin 這兩大類抗原蛋白值得深入探討。根據(jù)物化特性對(duì)應(yīng)地減少其危害性，以減少對(duì)動(dòng)物畜禽的危害性，增加產(chǎn)品的附加值。

　　4、1大豆球蛋白的物化性質(zhì)

　　大豆球蛋白屬大豆 11S 組分，六聚體結(jié)構(gòu)，由6個(gè)亞基構(gòu)成，基本結(jié)構(gòu)為A-S-S-B。相對(duì)分子量 300~380 kDa ；等電點(diǎn)約為 6.4 ；大豆球蛋白屬于冷沉蛋白，大豆 11S 球蛋白濃度＞ 10 mg/mL 時(shí)在 4℃發(fā)生二硫鍵聚合現(xiàn)象，形成不溶的沉淀，實(shí)驗(yàn)室制備大豆分離蛋白時(shí)，濃縮的大豆蛋白液在冰箱中臨時(shí)貯存，最后制備的大豆分離蛋白溶解度低。但是，我們可以利用該性質(zhì)制備純度較高的大豆球蛋白，然而所制備得到的大豆球蛋白與天然的大豆球蛋白的結(jié)構(gòu)存在差異，基于此建立的 ELISA 等檢測(cè)方法，可能與實(shí)際情況存在出入。此時(shí)，基于分子量差異的分離技術(shù)，如分子排阻色譜，就很難將大豆球蛋白與伴球蛋白區(qū)分開來(lái)。當(dāng)溫度不高于 70 ℃時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；當(dāng)溫度高于 70 ℃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沉淀和部分解離現(xiàn)象。膨化過(guò)程中的高溫以及微生物發(fā)酵產(chǎn)熱等因素均可降低大豆產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的溶解度，不利于大豆蛋白的提取。本研究發(fā)現(xiàn)，70 ℃加熱處理有利于發(fā)酵豆粕等樣品中大豆蛋白的提取。

　4、2 β- 伴大豆球蛋白的物化性質(zhì)

　　伴大豆球蛋白屬大豆7S 組分，三聚體糖蛋白，由 3 個(gè)亞基靠疏水間相互作用構(gòu)成。相對(duì)分子量約為 180 kDa ；等電點(diǎn)為 4.8 ～ 4.9。各亞基之間的比例關(guān)系不固定，而其中 β 亞基的含量變異最大，因此，針對(duì) β 亞基上的抗原位點(diǎn)制備得到的單抗所建立 ELISA 檢測(cè)方法，其測(cè)定結(jié)果可能與理論值出入較大，個(gè)人建議制備多抗用于檢測(cè)。溶液離子濃度從0.5 mol/L 降至 0.1 mol/L 過(guò)程中，β- 伴大豆球蛋白具有二聚體化的特性，可以形成 9S 和 12S 組分，其分子量可以達(dá)到 360 kDa，與大豆球蛋白的分子量相當(dāng)，此時(shí)，利用分子排阻色譜，就很難將大豆球蛋白與伴球蛋白區(qū)分開來(lái)。

　　第2則大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子對(duì)幼齡畜禽的危害和機(jī)理

　　大豆抗原蛋白可誘發(fā)仔豬斷奶綜合征，該病是困擾仔豬成活率的世界性難題，每年給我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)造成的損失超過(guò) 50 億元。大豆抗原蛋白引起的過(guò)敏反應(yīng)是仔豬斷奶綜合征的原發(fā)性原因，而過(guò)敏反應(yīng)的主要部位在腸道。

　　大家都認(rèn)識(shí)到，腸絨毛膜的變化影響其吸收表面，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率和利用率。可以說(shuō)我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域率先走了一步，針對(duì)腸絨毛膜的表面積、高度和陷窩深度來(lái)表明大豆有害物質(zhì)對(duì)豬的危害性機(jī)理。

　　大豆抗原蛋白對(duì)早期斷奶仔豬腸道的致敏機(jī)制：主要是抗原蛋白進(jìn)入小腸之后，導(dǎo)致致敏肥大細(xì)胞釋放組胺，組胺導(dǎo)致豬的下痢。目前全中國(guó)至少 1/3 的人過(guò)敏，到目前為止，對(duì)致敏已經(jīng)有了一些了解，但是了解得很少，在豬上做此方面研究，對(duì)研究人的致敏問(wèn)題具有重要的意義。目前人們產(chǎn)生過(guò)敏之后，只能使用阻斷組胺釋放的藥物，控制過(guò)敏，沒(méi)有任何其他更好的辦法。所以致敏機(jī)制的研究具有非常重要的社會(huì)意義。現(xiàn)在的問(wèn)題是找到大豆抗原蛋白的量，從而采取消減其危害作用、致敏強(qiáng)度的方法，從而實(shí)現(xiàn)大豆蛋白在豬上的應(yīng)用效果。

　　大豆胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白 (Glycinin)、β-伴大豆球蛋白 (β-conglycinin)、大豆凝集素在熱處理后穩(wěn)定，免疫原性最強(qiáng)，占大豆蛋白的 65% ～ 80%。Glycinin 是由 6 個(gè)酸性多肽和 6 個(gè)堿性多肽組成的大分子蛋白 (360 kDa)。β-Conglycinin 是一種分子量為180 kDa 的糖蛋白，由 3 個(gè)亞基 α、α'、β 組成。隨著時(shí)間的推移，我們要找到 Glycinin 和 β-Conglycinin的亞基作用，α、α'、β 亞基。另外，針對(duì)亞基中氨基酸的序列也進(jìn)行了探討。

　　第3則檢測(cè)技術(shù)體系和數(shù)據(jù)庫(kù)

　　這些年來(lái)，有關(guān)機(jī)理方面探討了很多。30 年來(lái)，我們中心對(duì)各種抗?fàn)I養(yǎng)因子做了各方面的工作，在檢測(cè)上也有很大的進(jìn)展。

　　我們現(xiàn)在用單克隆抗體的試劑盒來(lái)測(cè)定抗原蛋白的含量，在全世界只有我們中心有大豆抗原蛋白的單克隆抗體，它作為檢測(cè)上一代育種到下一代育種抗原蛋白減少量的重要指標(biāo)之一。

　　通過(guò)試劑盒檢測(cè)的抗原蛋白的量與其實(shí)際應(yīng)用的趨勢(shì)比較吻合，即抗原蛋白量少，飼用效果就好。而針對(duì)預(yù)消化產(chǎn)品，可能也要經(jīng)過(guò)一系列的檢測(cè)，從而進(jìn)行驗(yàn)證，或每一批出廠時(shí)，有相應(yīng)檢測(cè)的指標(biāo)，除了消化率，減少抗?fàn)I養(yǎng)因子、抗?fàn)I養(yǎng)蛋白的量也非常關(guān)鍵。

　　1、創(chuàng)建了大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子檢測(cè)技術(shù)體系

　　根據(jù)不同抗?fàn)I養(yǎng)因子的理化特性，分別開發(fā) ( 改進(jìn) )了檢測(cè)技術(shù)，建立了大豆蛋白與抗?fàn)I養(yǎng)因子檢測(cè)技術(shù)體系。開發(fā)出基于單克隆抗體的大豆抗原蛋白等 4 套商品化ELISA 檢測(cè)試劑盒，實(shí)現(xiàn)了大豆主要抗?fàn)I養(yǎng)因子的定量檢測(cè)，為評(píng)價(jià)大豆加工產(chǎn)品的質(zhì)量奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　我們與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所邱麗娟研究員合作，做了 400 個(gè)大豆樣品大豆異黃酮的檢測(cè)，建立了相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)了解每一個(gè)品種的變化。邱麗娟研究員收集了全世界的大豆品種，連續(xù) 3 年檢測(cè)了育種之后經(jīng)過(guò)改良到下一代的變化。

　　發(fā)酵豆粕遍布全中國(guó)，由于溫度、地域、pH、菌種的不同，發(fā)酵豆粕千變?nèi)f化，今后針對(duì)發(fā)酵豆粕的研究需要多考慮抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量，是否作為一個(gè)指標(biāo)判斷發(fā)酵豆粕的優(yōu)劣。發(fā)酵也是今后飼料業(yè)要發(fā)展的重要領(lǐng)域之一，我們也做了很多發(fā)酵的技術(shù)和產(chǎn)品。作為發(fā)酵豆粕而言，抗原蛋白含量的檢測(cè)更重要。2020 年在飼料端禁止使用抗生素，所以不會(huì)再批準(zhǔn)在飼料中添加抗生素，隨著時(shí)間的推移，在發(fā)酵領(lǐng)域還有很多文章可以做。

　　2、大豆球蛋白

　　制備免疫原：抗原的分離與純化?；谒釅A法、電離和層析技術(shù)分離大豆球蛋白 (Guo 等，2002)。單克隆抗體 (Mabs) 的制備：實(shí)際上，做出來(lái)單克隆抗體很不易，我們也經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，目前還要加強(qiáng)創(chuàng)新的幅度。

　　3、大豆抗原蛋白的檢測(cè)方法

　　我們利用液相色譜法和液質(zhì)聯(lián)用的方法來(lái)測(cè)定抗原蛋白和肽的量是最新的進(jìn)展，也是非常難得的。

　　其實(shí)這些優(yōu)化也耗費(fèi)了很多時(shí)間，好在我們的檢測(cè)設(shè)備都比較高級(jí)。同時(shí)，越高級(jí)的設(shè)備就需要越嫻熟的操作人員進(jìn)行操作。

　　4、大豆抗原蛋白純化方法

　　考慮大豆產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，大豆抗原蛋白的量非常重要。大豆抗原蛋白的純化方法有多種：SDS-PAGE 切膠回收法、等電點(diǎn)沉淀法、液相色譜法、免疫親和層析法、基因工程等。

　　第4則抗?fàn)I養(yǎng)因子鈍化技術(shù)

　　研發(fā)出基于物化加工、生物技術(shù)和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控“三位一體”的大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子鈍化消除技術(shù)。開發(fā)了膨化膨脹、微生物發(fā)酵、酶解等消除大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子的工藝技術(shù)，工藝學(xué)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)結(jié)合是促進(jìn)飼料工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

　　多年來(lái)我們一直都在探討膨化、壓榨、浸提。特別是呼吸膜固態(tài)發(fā)酵，一個(gè)單向的閥門安裝在發(fā)酵袋上，袋子中的酵母菌先發(fā)酵，二氧化碳能排到外面，但是外面的氧氣進(jìn)不去，這樣就形成了厭氧環(huán)境，乳酸菌、芽孢桿菌、雙歧桿菌等有益菌進(jìn)而發(fā)酵。利用此項(xiàng)專利技術(shù)，生產(chǎn)呼吸膜的廠家很多，全中國(guó)生產(chǎn)單向閥門袋子且正式注冊(cè)的廠家有 18 家。這個(gè)專利技術(shù)已經(jīng)被全國(guó)范圍諸多發(fā)酵飼料生產(chǎn)廠家廣泛使用，在發(fā)酵肥上也有應(yīng)用。呼吸膜發(fā)酵袋是我們申請(qǐng)于 2006 年的專利，12 年來(lái)遍布全國(guó)，都在應(yīng)用發(fā)酵的概念。另外針對(duì)大豆粕、菜籽粕、棉籽粕，抗?fàn)I養(yǎng)因子處理方面的發(fā)酵技術(shù)還是比較重要的渠道之一。

　　飼料預(yù)消化以降低動(dòng)物消化負(fù)擔(dān)和提高飼料利用率為目的，模擬動(dòng)物消化過(guò)程，在體外對(duì)飼料原料進(jìn)行加工處理的飼料生產(chǎn)技術(shù)。優(yōu)勢(shì) ：原料更容易消化；減輕消化器官負(fù)擔(dān)，促進(jìn)消化系統(tǒng)發(fā)育，提升動(dòng)物健康水平；節(jié)約消化耗能；提高飼料整體報(bào)酬。

　　預(yù)消化概念研究怎樣由大分子降到小分子，降到優(yōu)質(zhì)肽。目前我們可以用液質(zhì)聯(lián)用的方法檢測(cè)抗原蛋白的量，也可以檢測(cè)出肽的量，但是肽的具體氨基酸組成還需要一段時(shí)間。

　　1、膨化膨脹等物理法鈍化大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子的工藝條件

　　使用干法擠壓膨化、濕法擠壓膨化、膨脹對(duì)胰蛋白酶抑制因子、凝集素、寡糖和抗原蛋白等主要大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子的鈍化效果進(jìn)行研究，獲得了最佳鈍化效果的工藝參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粉碎細(xì)度過(guò)￠ 1.2mm 篩網(wǎng)，調(diào)質(zhì)溫度88 ～ 93 ℃，出料溫度 146 ～ 155 ℃時(shí)，濕法擠壓膨化的鈍化效果最好。

　　2、創(chuàng)制出呼吸膜固態(tài)發(fā)酵大豆粕、消除大豆抗原蛋白的獨(dú)特工藝 (ZL200610002389.9 等 )

　　選育出由釀酒酵母、乳酸菌、枯草芽孢桿菌等組成的微生物復(fù)合菌種，并創(chuàng)制出獨(dú)特的呼吸膜固態(tài)發(fā)酵工藝。大豆球蛋白含量由 120~130 mg/g 降低到10.2~12.6 mg/g，β 伴大豆球蛋白含量由180~220 mg/g降低到12.3~15.1 mg/g，比發(fā)酵前降低了 80%~90%。10 個(gè)氨基酸以下的小肽占總蛋白含量 50% 以上。添康是用呼吸膜固態(tài)發(fā)酵豆粕及配套技術(shù)生產(chǎn)的高品質(zhì)豬肉。

　　3、開發(fā) 出鈍化消除大豆抗營(yíng) 養(yǎng) 因子的酶制劑(ZL200610002389.9 等 )

　　建立了高效表達(dá) β 甘露聚糖酶的畢赤酵母系統(tǒng)，該酶可有效降解大豆寡糖和抗原蛋白，酶活力達(dá)到10 000 U/mL，酶蛋白表達(dá)量達(dá) 10 mg/mL，且具有良好的耐熱性。動(dòng)物試驗(yàn)表明，含 25% 豆粕的肉雞飼料中加入該酶，代謝能提高50 kcal/kg，生產(chǎn)性能顯著改善。

　　4、緩解大豆抗原蛋白致敏活性的營(yíng)養(yǎng)學(xué)技術(shù) (Food Chem.，2008 等 )

　　根據(jù)抗原蛋白致敏機(jī)制研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)維生素 C、硫辛酸和葡萄籽花青素通過(guò)恢復(fù)輔助性 T 淋巴細(xì)胞和細(xì)胞因子平衡，有效阻斷抗原蛋白導(dǎo)致的過(guò)敏性腹瀉。

　　5、研究開發(fā)了大豆多肽等飼用功能性大豆生產(chǎn)工藝(ZL200410010502.9 等 )

　　以低溫脫脂豆粕、大豆分離蛋白為原料，采用雙極膜電滲析技術(shù)，經(jīng)過(guò)分段式酶解工藝，制得大豆糖肽、氨基酸平衡肽和大豆多肽，并創(chuàng)制出具有提高畜禽機(jī)體免疫力的發(fā)酵大豆蛋白肽和大豆肽鈣復(fù)合物。

　　第5則大豆皮營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

　　大豆皮 NSP 含量 57.9%，其中 INSP 含量為 46.4%，SNSP 含量為 4.2%，TDF 含量為 75.1%，其中 IDF 為64.7%，SDF 為 10.4%。大豆皮纖維含量較高，根據(jù)一些預(yù)測(cè)方程推測(cè)出有效能值會(huì)很低。大豆整體都是寶，所以整個(gè)大豆都值得探討。通過(guò)檢測(cè)技術(shù)找到大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子的量，再通過(guò)酶解、發(fā)酵等方式處理。隨著時(shí)代的發(fā)展，這個(gè)領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越好。

　　(來(lái)源：根據(jù)李德發(fā)院士于 2018 飼料預(yù)消化營(yíng)養(yǎng)論壇同名報(bào)告整理)

　　轉(zhuǎn)自：新飼料傳媒

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