大豆抗營養因子研究進展

佟薈全，張珈榕，胡文元，劉　羽，李琦華（云南農業大學動物科學技術學院，云南省動物營養與飼料科學重點實驗室，昆明　650201）

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大豆抗營養因子研究進展

佟薈全，張珈榕，胡文元，劉羽，李琦華*
（云南農業大學動物科學技術學院，云南省動物營養與飼料科學重點實驗室，昆明650201）

摘要：飼料作為畜禽生長發育所必需的能量來源，是畜禽業重要的組成部分。飼料中所含有的營養因子是保證畜禽健康快速成長的必要條件，抗營養因子是與營養因子相對立存在于植物中的另一種物質，會對畜禽的生產性能和健康造成不利影響。文章就大豆抗營養因子的作用及鈍化和消除方法作以綜述。

關鍵詞：大豆；抗營養因子；鈍化；消除

隨著畜禽業的快速發展，動物性蛋白質源（魚粉、肉骨粉等）供應不足，且存在易氧化腐敗、易被污染等特點，植物性蛋白質源豆粕便成為了最重要的蛋白質來源，其需求量也逐年遞增。大豆是一種重要的豆科植物，因其蛋白質含量高、氨基酸組成合理平衡且供應充足，通常作為植物蛋白質來源和主要的油料作物[1-3]。一般全脂大豆中富含粗蛋白質38%～40%、脂肪18%、粗纖維5%[4]。因此，大豆蛋白質的質量可與動物源蛋白質相媲美，例如一些肉類和奶類[5]。但是實際生產中其利用卻受到限制，因為豆粕中含有一些阻礙營養物質消化、吸收和利用的抗營養因子，如蛋白酶抑制因子、植物凝集素、大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白以及丹寧和植物堿等，不僅影響動物的消化和適口性，還會影響大豆利用率，降低畜禽生長性能，導致動物胰腺腫大、生長受阻及氮利用率降低，在一定程度上限制了其在飼料中的應用，尤其是幼畜飼料[6]。因此，為了提高其利用率，目前很多研究都著重于豆粕的加工處理，改變其不利于動物消化吸收的成分，讓其發揮應有的飼用價值[7]。

抗營養因子（ANF）指的是植物代謝產生的，并以不同機制對動物產生抗營養作用的物質，在植物中普遍存在，是長期自然選擇的結果。ANF可以保護植株免受細菌、病毒以及動物的傷害。因此，對植物來講，ANF是植物的保護屏障，但是對畜禽是有害的，主要表現為降低飼料中營養物質的利用率、動物的生長速度和健康水平，特別是單胃動物，其可以抑制蛋白酶水解蛋白質，引起單胃動物生長速度下降、胰腺腫大、干物質和氮的表觀消化率降低等問題。如果飼料中的ANF含量超過畜禽的耐受水平，對畜禽生長將產生不利影響[8]。一種植物可以含多種ANF，如大豆中含有蛋白質抑制因子、植物凝聚素、脲酶等多種ANF，同一種ANF也可以存在多種植物中，如單寧存在于高粱、油菜籽等植物中。

1　大豆抗營養因子的抗營養作用

1.1胰蛋白酶抑制劑的抗營養作用

胰蛋白酶抑制劑是限制大豆在動物飼料中應用的最重要的因素之一。胰蛋白酶抑制劑的存在使大豆不能直接喂養畜禽，使用時必須進行加工處理，降低不利影響[9]。

一般認為，大豆蛋白酶抑制因子通過以下方式影響動物的正常生長：當食入含蛋白酶抑制因子的日糧時，小腸內胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶與其迅速反應結合而失活，蛋白質消化率降低，從而導致外源氮的損失；通過反饋機制造成胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶過度分泌，從而導致內源氮和含硫氨基酸損失而阻礙動物的生長發育。ANF中具有抗原性的蛋白質進入機體后，引起腸道組織的過敏反應，從而造成腸道結構的破壞，影響消化功能。ANF可使胰蛋白酶減少，使腸黏膜上皮內分泌細胞產生胰酶分泌素，從而使胰腺細胞大量分泌消化酶而引起胰腺的代償性腫大。因此，胰蛋白酶抑制因子作用在胰腺和小腸上，會產生增生性和破壞性的變化。經多種豆科籽實飼喂鼠得出結論，用胰蛋白酶抑制因子含量較高的生大豆和豌豆日糧喂鼠，引起短期和長期胰腺腫大；用胰蛋白酶抑制因子含量中等的蕓豆喂鼠僅引起短期胰腺腫大；用含量極低的羽扇豆喂鼠無胰腺腫大變化。有研究報道，日糧中添加較大比例的生大豆（13%）會引起短期和長期胰腺腫大；添加生大豆含量較低的日糧（4%）則無此反應；中等含量的生大豆（9%）僅引起短期效應而無長期效應。胰腺的增生性變化主要是由于生大豆中含有較高的胰蛋白酶抑制因子引起的代償性反應。從器官生理角度講，雞只可以耐受低濃度的生大豆ANF而無明顯的變化；雛雞對中等含量的生大豆ANF短期內不能耐受，但經過一段時間后機體仍能適應且變化不明顯；而雛雞對高含量生大豆ANF很難適應，出現胰腺持續性代償腫大。

生豆類籽實（大豆、豌豆、蠶豆）除可引起各種動物（鼠、雞）胰腺增生性變化而增重外，還可引起胰腺細胞的變性變化，表現為腺細胞體積增大或數量增多，胞質為酶原顆粒所充滿，也表現有細胞的變性變化，即胞質內細胞器排列不規則，酶原顆粒減少，粗面內質網小囊擴張、破碎并浮于細胞結構的半透明質內。有報道認為，育成期9%和13%組胰腺的增生性較對照組變化顯著（P<0.05），腺管上皮細胞體積增大且表現為廣泛性變化，胞漿出現輕微的空泡變性變化，這些變化與生大豆水平呈正相關，表現有劑量依賴性。

各種未經處理的豆類籽實飼喂各種動物后，均能引起腸道的破壞性變化。此種變化主要歸因于ANF中的凝集素，其能破壞刷狀緣，引起腸組織內的肥大細胞發生去顆粒作用，從而導致腸組織的損傷。不同劑量生大豆均能導致小腸發生不同程度的變化，表現為腸黏膜上皮細胞的變性、壞死、崩解脫落，黏膜固有層和黏膜下層有少量炎性細胞浸潤，腸絨毛長度變短或萎縮，絨毛脫落，腸結構完整性受到破壞，其中以13%組腸組織損傷最為顯著。小腸結構和小腸絨毛完整性受破壞程度與生大豆的含量呈正相關[10]。

1.2植物凝集素的抗營養作用

凝集素是一種糖蛋白，具有使腸黏膜上皮細胞與碳水化合物分子結合的能力，具有凝集高等動物紅細胞的性質[11]。植物凝集素（PHA）主要存在于豆類籽粒、花生及其餅粕中。大多數植物凝集素在消化道中不被蛋白酶水解，對糖分子具有高度的親和性。因此，凝集素可以和小腸壁上皮細胞表面的特定受體（多糖）結合，從而破壞小腸壁刷狀緣黏膜結構，干擾刷狀緣黏膜分泌多種酶的功能，消化道消化和吸收營養物質的能力大幅降低，使動物機體蛋白質利用率下降、生長受阻甚至停滯。由于損傷，腸黏膜上皮通透性增加，從而使植物凝集素和其他一些肽類以及腸道內有害微生物產生的毒素進入體內，對動物器官和機體免疫系統產生不良影響[12]。對大豆中凝集素的研究鮮有報道。

2　大豆抗營養因子的抗營養作用的鈍化和消除

近年來，科研工作者致力于研究通過不同的加工工藝來消除或鈍化大豆中的抗營養因子，如通過加熱法鈍化蛋白酶抑制因子、微生物發酵以及膨化法降低大豆蛋白致敏性等。

2.1加熱法

對豆粕（SBM）進行熱處理可以減少胰蛋白酶抑制劑的濃度，但過度的熱處理會降低氨基酸濃度和消化率，因為氨基酸會由于美拉德反應遭到破壞。通過加熱能夠提高大豆和大豆粉的營養價值，使存在于原料大豆中的天然蛋白質結構變性，破壞胰蛋白酶抑制劑和其他抗營養因子。因此，可以說大豆胰蛋白酶抑制劑的滅活方法是利用天然化合物，通過物理、化學、生物還原和發酵以及復雜的手段來去除的[13]。加熱法的優點是效率高，簡單易行，無殘留問題，成本較低，適用于對熱不穩定的抗營養因子，如蛋白酶抑制劑、凝集素、脲酶、脂肪氧合酶等；對熱穩定的抗營養因子（如植酸、低聚糖類等）效果不佳。另外，加熱不足不能消除抗營養因子，加熱過度則會破壞氨基酸(賴氨酸、精氨酸和部分含硫氨基酸)和維生素；加熱過程中還會引起氨基酸與碳水化合物反應，如賴氨酸和還原糖反應生成不溶性復合物，導致蛋白質消化率下降。

González-Vega等研究表明，SBM在125℃高壓滅菌下，精氨酸、賴氨酸和半胱氨酸的濃度降低，并且氨基酸的回腸表觀消化率和回腸標準消化率也降低，增加高壓滅菌時間能增加高壓滅菌所產生的負面影響，與此相反，在125℃的烘箱中干燥30 min，基本上不降低SBM中氨基酸濃度和消化率[14]。因此，SBM的熱處理應進一步優化，以防止降低氨基酸的消化率。楊麗杰等對來自微生物的蛋白酶體外失活生大豆（RS）和低熱膨化全脂大豆粉（LTES）中的蛋白酶抑制因子和凝集素的能力進行了測定，結果表明，所有被測酶在其最適pH條件下胰蛋白酶抑制因子（TIA）都有不同程度地失活，用外源蛋白酶可在常溫下使大豆中的抗營養因子失活[15]。于平等采用熱處理方法去除大豆中的凝集素和致甲狀腺腫素兩種抗營養因子，結果表明，在干熱狀態下，大豆蛋白的變性作用相當緩慢，而且熱處理也會使大豆中許多酶，如尿素酶、脂肪氧化酶和胰蛋白酶抑制素（這些酶也被認為是大豆中的抗營養因子）鈍化，因此采用95℃、35 min或120℃、15 min的濕熱處理去除凝集素，95℃、15 min或100℃、10 min的干熱處理去除致甲狀腺腫素[16]。

2.2膨化法

膨化處理加工技術，因其高壓膨脹對蛋白質和脂肪消化率的提高作用而受到關注。原料所受壓力瞬間下降而使其膨化，可將抗營養因子滅活。擠壓膨化加工不僅是通過加熱，使大豆抗營養因子失活，而且可使細胞壁破裂，提高養分消化率。李素芬等通過對干法膨化處理的全脂大豆產品中常規成分、氨基酸含量及抗營養因子的失活規律以及對肉用仔雞生長性能和氮代謝率的影響，研究膨化處理對全脂大豆中抗營養因子的失活效果和營養價值的影響，結果表明，膨化大豆產品中水分隨膨化溫度的升高而降低，140℃膨化處理大豆中粗脂肪和賴氨酸含量下降，胰蛋白酶抑制因子和脲酶活性隨膨化溫度的升高呈對數下降，且存在顯著的相關性，蛋白質溶解度在膨化溫度超過130℃時下降迅速，膨化處理對抗營養因子的失活效果優于其他干熱處理，膨化溫度升高或降低對肉仔雞生長性能和氮代謝率均有不利影響，膨化溫度達110～130℃時，胰蛋白酶抑制因子可以失活68.7%～88.2%，凝集素失活76.7%～100%，對肉仔雞的飼喂效果最佳[17]。

2.3發酵法

發酵可以提高豆粕營養物質含量，降低抗營養因子胰蛋白酶抑制因子和植酸的含量。其中影響胰蛋白酶抑制因子最顯著的菌種是酵母菌A-1，其次為酵母菌B-1和酵母菌C-1。姜丹等利用上述3種不同的酵母菌和康寧木霉對豆粕進行單菌發酵處理，研究其對豆粕中粗蛋白質、粗纖維、胰蛋白酶抑制因子和植酸的影響，結果表明，發酵適宜條件為接種量6%、料水比為1?1、發酵時間為48 h，其中酵母菌A-1、B-1、C-1對提高粗蛋白質和降低胰蛋白酶抑制因子和植酸效果顯著（P< 0.05），粗蛋白質提高了15.84%，胰蛋白酶抑制因子降低了58.27%，植酸降低了80.11%[7]。伍時華等研究表明，木霉T-1和酵母菌混合發酵生產發酵蔗渣飼料可以降低纖維素40.46%[18]。任莉等采用酵母菌、乳酸菌等發酵豆粕使其蛋白質含量提高6.22%～9.61%，證明了酵母菌發酵豆粕后可以提高粗蛋白質含量[19]。

2.4育種法

育種法可從根源上消除或降低抗營養因子，是通過植物育種途徑，培育低ANF或無ANF的植物品種。到目前為止，已經培育了許多低ANF的品種，如低丹寧高粱、低雙香豆素的草木樨、無色素腺體棉花等，但是無ANF的大豆還未見報道。這種方法也存在一些問題，如產量低、抗病能力差、成熟晚等，可通過育種法提高畜禽對ANF的耐受性，或通過轉基因技術培育可以分泌消化ANF的品系，從而達到消除ANF對畜禽的抗營養作用的目的。

2.5添加劑法

食品中添加一定的礦物元素制劑（如鋅、銅、鈣、鎂、鐵）可以緩解植酸的螯合作用，添加維生素A、維生素D、維生素E、維生素B12則可以抵消抗維生素因子的作用，服用碘化鉀可消除或減弱致甲狀腺腫因子的作用[20]。

3　小結

我國是一個人口大國，糧食問題一直是我國亟待解決的重中之重，而肉、蛋、奶類食品更是體現人們幸福的關鍵。因此，畜禽的健康成長對今后的發展起決定性作用，但目前我國的飼料資源短缺，不能夠全面的滿足畜禽業的發展，所以，要對抗營養因子的研究足夠的重視。雖然大豆生產工藝已經得到了顯著的改善，但由于技術水平、工藝參數等的不同，造成大豆產品質量良莠不齊；由于檢測技術的限制，很難直觀準確地評價其鈍化消除效果，因此，還需從以下幾方面做深入的研究：研究畜禽對抗營養因子的耐受水平；對抗營養因子的含量做綜合的、快速準確的檢測，完善對抗營養因子的檢測方法；研究能夠經濟有效的消除抗營養作用的方法，如育種法。

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Research Progress of Soybean Anti-nutritional Factors

TONG Huiquan, ZHANG Jiarong, HU Wenyuan, LIU Yu, LI Qihua*
（Yunnan Provincial Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China）

Abstract:As a necessary energy source for the growth and development, feed is an important part of the live?stock industry. Feed contained nutritional factors is necessary to ensure the rapid growth of livestock health condi?tions. Anti-nutritional factors is opposed to nutritional factors in plants, it would cause some adverse effects for live?stock production performance and health. The concept of soybean anti-nutritional factors, the role and the passiv?ation and elimination methods were reviewed in this paper.

Key words:soybean; anti-nutritional factors; passivation; elimination

*通訊作者：副教授，E-mail: kmliqihua05@sohu.com。

作者簡介：佟薈全（1988-），男，黑龍江佳木斯人，博士研究生，研究方向為動物營養與分子調控研究。

基金項目：國家高技術研究發展計劃（2011AA100305）；高原優質地方雞養殖技術示范基地建設（2014NG006-02）。

收稿日期：2015-03-12

中圖分類號：S816

文獻標志碼：A

文章編號：1001-0084（2015）05-0010-04