豆粕在畜禽飼料中的營養(yǎng)價值與抗營養(yǎng)成分解析

楊 露，譚會澤，劉松柏，陳 丹

(溫氏食品集團股份有限公司//農(nóng)業(yè)部動物營養(yǎng)與飼料學重點實驗室，廣東 云浮 527400)

眾所周知，豆粕是大豆提取豆油后得到的一種副產(chǎn)物，在畜牧業(yè)中起著至關重要的作用。豆粕的工業(yè)化生產(chǎn)可追溯至1920年(美國大豆協(xié)會的成立)，距今已有100年的歷史。目前，大豆及其副產(chǎn)物的產(chǎn)量屬美國最高，其次是巴西，而后是阿根廷和中國。表1是USDA統(tǒng)計的世界范圍內(nèi)大豆及豆粕的年產(chǎn)量。

表1 世界范圍內(nèi)大豆和豆粕的年產(chǎn)量

作為一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白質(zhì)來源，豆粕被廣泛用做畜禽原料，還有一少部分用于健康食品以及化妝品行業(yè)。在豆粕加工過程中極為重要的一個指標是溫度，溫度過高會影響豆粕中蛋白質(zhì)的含量，降低氨基酸消化率；溫度過低會增加豆粕的水分含量，影響儲存期內(nèi)豆粕的質(zhì)量。在畜禽養(yǎng)殖方面，對豆粕的研究主要集中在其營養(yǎng)價值(氨基酸消化率、能量)和抗營養(yǎng)作用(抗營養(yǎng)因子)兩個方面。

1 營養(yǎng)價值

1.1 氨基酸消化率

對飼料原料消化率的分析研究始于1900年左右，Wilbur Atwater發(fā)表了測定飼料成分中可消化組分和代謝能的方程和方法[1]。到1979年，Sibbald明確了飼料原料可消化氨基酸的說法[2]。Parsons等人進一步標準化了脫殼豆粕可消化氨基酸的測定方法。目前公認的方法被稱為精準飼養(yǎng)公雞試驗[3]，用切除盲腸的公雞測定標準氨基酸消化率。因該測定方法簡單、快捷、成本低，故已被廣泛應用于測定飼料原料的氨基酸消化率。參照不同的數(shù)據(jù)庫可以看出，目前除去INRA數(shù)據(jù)庫測定氨基酸消化率是用未除去盲腸的公雞測定外，其余數(shù)據(jù)庫中的測定值均為切除盲腸測定或分析的結果，詳情見表2。對于豆粕氨基酸消化率，從不同數(shù)據(jù)庫分析看，相同方法測定的結果也有差異。Tkakur和Hurburgh通過研究證明美國豆粕的氨基酸消化率要高于其他地區(qū)的豆粕[4]。近些年來，有諸多科研工作者研究豆粕氨基酸消化率與原料營養(yǎng)成分之間的相關關系，如Frikha等通過飼養(yǎng)實驗表明，豆粕的粗蛋白質(zhì)和賴氨酸的標準回腸消化率系數(shù)與其粗蛋白質(zhì)含量、氫氧化鉀蛋白質(zhì)溶解度、胰蛋白酶抑制劑活性和賴氨酸呈顯著正相關關系，但是與中性洗滌纖維和低聚糖含量無關。同時證明美國和巴西豆粕的氨基酸標準回腸消化率系數(shù)高于阿根廷的，也提出氫氧化鉀蛋白質(zhì)溶解度是預測豆粕粗蛋白質(zhì)和賴氨酸含量的重要因子[5]。

表2 不同數(shù)據(jù)庫中豆粕的氨基酸消化率

1.2 能值

豆粕的能值受產(chǎn)地、品種、加工方式和儲藏條件影響。諸多試驗研究表明豆粕的總能變異相對較小，也說明其不受單一營養(yǎng)成分的控制，而是由多種因素共同影響的。表3總結了近十年來畜禽對豆粕的能量利用情況。

表3 不同雞品種、不同日齡條件下豆粕的凈能值研究

由不同研究者的試驗結果看出，不同天齡、不同種類的實驗動物對豆粕的利用效率有差異。肉雞對去皮和帶皮豆粕的能量利用率也不盡相同。但是對于肉雞來講，豆粕的凈能值基本在6.05～7.04 MJ/kg。

2 抗營養(yǎng)作用

與其他植物蛋白源相比，豆粕含有更高的能值和蛋白質(zhì)含量(除去蛋氨酸稍低外，其他氨基酸平衡性較好)。然而，豆粕中還含有抗營養(yǎng)特性的物質(zhì)，包括抗胰蛋白酶抑制劑、凝集素、寡糖、植酸、非淀粉多糖等，它們不僅不會被畜禽利用，反而還會影響畜禽機體的某些機能。下面主要從熱不穩(wěn)定抗營養(yǎng)因子胰蛋白酶抑制劑和熱穩(wěn)定抗營養(yǎng)因子非淀粉多糖及大豆低聚糖兩部分分析豆粕的抗營養(yǎng)特性。

2.1 熱不穩(wěn)定抗營養(yǎng)因子——胰蛋白酶抑制劑

胰蛋白酶抑制劑是多種胰蛋白酶抑制因子的統(tǒng)稱，最早由Kunitz于1945年首次從豆粕中結晶出，后續(xù)發(fā)現(xiàn)的變體統(tǒng)稱為胰蛋白酶抑制劑。蛋白酶抑制劑通過抑制單胃動物胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性降低蛋白質(zhì)的消化率。負反饋機制是目前被公認的胰蛋白酶抑制因子對家禽生長發(fā)育造成負面作用的機理，即胰蛋白酶抑制劑-胰蛋白酶復合物的形成，使十二指腸中的胰蛋白酶水平降低，從而刺激胰腺產(chǎn)生更多的酶來彌補這一損失。這種胰蛋白酶抑制劑-胰蛋白酶復合物是胰蛋白酶抑制劑引起生長抑制的原因，因為胰蛋白酶不能有效水解飼料蛋白，導致氮的外源性損失，由于胰蛋白酶不斷分泌，也造成了內(nèi)源性氨基酸的損失[15]。

2.2 熱穩(wěn)定抗營養(yǎng)因子——非淀粉多糖和大豆低聚糖

大豆含有的高濃度碳水化合物主要由非淀粉多糖(NSP)和低聚糖組成。NSP可分為不溶性NSP(主要為纖維素)和可溶性NSP(主要由果膠聚合物組成，部分溶于水)。單胃動物體內(nèi)沒有酶水解這些碳水化合物，因此它們的消化是通過細菌發(fā)酵來實現(xiàn)的。大豆碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，可作為畜禽的能量來源。碳水化合物的利用效率與畜禽種類、年齡以及化合物的組成結構有關。日糧NSP對營養(yǎng)物質(zhì)消化率的抑制作用取決于其含量、來源和組成。在家禽中，可溶性NSP增加消化黏度，降低營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，從而降低家禽的生長性能。而在生長豬身上對腸道黏度的影響，通常不那么明顯。在單胃動物中，一方面要考慮NSP的抗營養(yǎng)作用，另一方面也要考慮微生物發(fā)酵NSP產(chǎn)物對宿主的利弊。通常情況下豬對NSP的消化能力強于家禽，是基于豬有更好的大腸發(fā)酵能力和更長的發(fā)酵時間。

大豆低聚糖如棉子糖和水蘇糖，是由相對較少的單糖組成的碳水化合物，大豆中的低聚糖，不能通過熱加工消除掉[16]。Smiricky通過研究證實它們會影響單胃動物回腸營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和糞便粘稠度[17]。給肉仔雞飼喂較高水平的低聚糖(8 g/kg)可能會降低其代謝能和氨基酸消化率[18]。然而，也有報導稱有一些大豆低聚糖被腸道菌群作為益生元進行部分發(fā)酵，從而促進有益菌的選擇性生長。

此外，大豆還含有一種與腸道細胞結合并干擾營養(yǎng)吸收的化合物，即凝集素。還有其他的一些抗營養(yǎng)作用尚不清楚的化合物，如皂素、脂氧酶、植物雌激素和甲狀腺激素等。

3 豆粕加工方式

豆粕能否發(fā)揮其最大營養(yǎng)價值依賴于精準的熱加工條件，避免未加工或過度加工。目前，豆粕的加工方式有擠壓，溶劑提取，烘烤和超微粉碎等。Parsons等指出過度熱加工會降低豆粕中賴氨酸、精氨酸和胱氨酸的消化率[19]。他曾在實驗室中利用高壓滅菌鍋過度熱加工豆粕，結果表明過度加工產(chǎn)生了大量的美拉德反應產(chǎn)物，降低了氨基酸的利用率[20]。如果豆粕加工程度不足，那么其含有的不同種類的抗營養(yǎng)因子會影響畜禽的消化吸收。因而如何去除豆粕中的抗營養(yǎng)因子，提高畜禽對豆粕的利用效率，是目前近些年來研究的熱點。有研究利用微生物蛋白酶水解豆粕并探求其對肉雞生長性能和營養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響，試驗結果表明，酶解豆粕可改善肉雞對豆粕的利用效率[21]。也有些研究者通過發(fā)酵技術，利用芽孢桿菌或者乳酸菌等在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酶除去抗營養(yǎng)因子，提高畜禽胃腸道對豆粕中營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力。同時，豆粕在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量可以提高畜禽對豆粕中蛋白質(zhì)利用價值的活性肽等營養(yǎng)成分[22]。此外，還有研究將大豆提取豆油后的主要副產(chǎn)品磷脂回噴至豆粕中，經(jīng)干燥制備成磷脂豆粕，用其飼喂斷奶仔豬可提高其采食量和料重比[23]。

4 豆粕代替品

近些年由于豆粕供需關系的矛盾日益突出，加之低氮減排的環(huán)保要求，低蛋白質(zhì)日糧技術以及豆粕替代品的開發(fā)都成為研究的熱點。低蛋白質(zhì)日糧技術是依據(jù)理想蛋白模型，要求在不影響畜禽生產(chǎn)性能及畜產(chǎn)品品質(zhì)條件下，調(diào)節(jié)某種或某幾種氨基酸的含量，提高氨基酸平衡性和利用效率，來達到減少氮排放的目的。豆粕蛋白質(zhì)含量較高，氨基酸平衡性較好，但是由于全球范圍內(nèi)豆粕供需矛盾導致豆粕價位不斷上漲，這就需要不但降低豆粕的使用量，也促使整個行業(yè)不斷研究豆粕的替代產(chǎn)品。因而，近些年豆粕替代品的研究也層出不窮，如洋刀豆豆粕[24]、葵花粕[25-28]、菜籽粕[29-30]、發(fā)酵菜籽粕[31]、棉粕[32]、發(fā)酵棉粕[33-34]、花生餅[35]、棕櫚仁粕[36]、蠶粉[37]等原料的營養(yǎng)價值評估以及在畜禽日糧的使用量研究，加速了低蛋白質(zhì)日糧技術和配方結構多元化的研究，提高了非常規(guī)原料的使用，節(jié)約了飼料成本，促進了畜牧業(yè)的發(fā)展。

5 未來的研究

當今社會，糧食緊缺和環(huán)境壓力促使整個行業(yè)尋求高效利用各種資源以降低糧食浪費的途徑，因而豆粕的飼用改良也顯得日益重要。有研究指出通過基因改良大豆降低其抗營養(yǎng)因子的含量和種類來提高其利用價值，但轉(zhuǎn)基因大豆的安全性問題仍存在爭議。現(xiàn)在有諸多學者研究不同微生物菌種、不同發(fā)酵工藝對豆粕進行發(fā)酵，這樣不僅可以降低豆粕中抗營養(yǎng)因子的含量，提高畜禽對發(fā)酵豆粕中營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，而且發(fā)酵后的產(chǎn)品中含有的有益微生物菌群可以保護畜禽的腸道健康，提高畜禽的免疫機能。此外，低蛋白日糧技術的研究以及低氮減排環(huán)保技術的要求，企業(yè)和科研工作者將會研究開發(fā)更多非常規(guī)原料以替代豆粕。在不久的將來，相信畜禽對豆粕的利用效率會更高，畜禽的日糧配方結構更加多元化。