豆粕抗原蛋白降解研究進展

何天齊，王 鵬，楊浩辰，石鑫峰，劉 瓊

1.中糧集團有限公司 (北京 100020) 2.北京挑戰生物技術有限公司 (北京 100081)

大豆中含有36%～56%的蛋白質，是最豐富的植物蛋白質來源之一。豆粕由于其蛋白含量高、氨基酸結構合理等優勢，成為飼料工業生產應用中使用最為廣泛的植物性蛋白飼料資源[1-3]。然而，豆粕中含有多種抗營養因子，限制了動物對其蛋白的利用，造成飼料資源的浪費[4]。植物蛋白抗營養因子中，主要包含凝集素、胰蛋白酶抑制因子、大豆抗原蛋白等，其中凝集素和胰蛋白酶抑制因子等對熱敏感，在飼料生產過程中高溫加熱即可將其消除[5]，而大豆抗原蛋白是一類熱穩定性強的抗營養因子，在高溫情況下很難使其降解或失活[6]，因此需通過特殊手段降低其免疫原性，以達到提高豆粕蛋白利用率，減少飼料原料浪費的目的[7]。目前采用的主要方法包括物理、酶解和微生物發酵法，其中微生物發酵處理豆粕成為目前研究的熱點[8,9]。

1 大豆抗原蛋白概述

大豆蛋白中包含4種球蛋白具有抗原性和致敏性，按照沉降系數(S)分類可將其分為2S、7S、11S和15S共4個主要組分，其中7S和11S的免疫活性最強，分別占大豆蛋白總含量約30%和40%，且抗原蛋白7S即β-伴大豆球蛋白較11S即大豆球蛋白致敏性更強，二者是引起動物腸道發生過敏反應的主要成分[10,11]。

1.1 大豆球蛋白

大豆球蛋白是11S球蛋白．是大豆蛋白質中占比最多的單體成分，是大豆中的主要貯藏蛋白，其占大豆籽實總蛋白的20%左右，占大豆總球蛋白的40%左右，只有很小一部分含有糖基，分子量為320～360 kDa。大豆球蛋白由6個亞基組成，每個亞基由1條酸性肽鏈(A1a、A1b、A2、A3、A4、A5)和1條堿性肽鏈(B1、A2、B3、B4、B5、B6)通過二硫鍵(A-S-S-B)連接起來[12,13]，形成2個比較穩定的環狀六角形結構，且酸性肽鏈比堿性肽鏈容易水解，其中A1a、A1b、A2、A3和A4為過敏蛋白。

1.2 β-伴大豆球蛋白

β-伴大豆球蛋白為7S球蛋白，是大豆中的主要貯藏蛋白之一，占大豆籽實總蛋白的10.0%～12.7%，占大豆總球蛋白的30%，是熱穩定抗原蛋白，分子質量為180 kDa，是由疏水作用相互締合的ɑ、ɑ’和β 3個亞基組合而成的三聚體，3種亞基的分子質量分別是76 kDa、72 kDa和52～54 kDa，并以ɑ和ɑ’亞基的抗原性最強[14]。

2 大豆抗原蛋白在對動物生長性能的影響

2.1 對豬生長性能的影響

大豆抗原蛋白是大豆中的主要抗營養因子之一，會引起動物腸道過敏，破壞其腸道屏障功能，特別是對仔豬等幼齡動物生長發育影響較大，降低飼料利用率[15]。劉欣等[16]報道，引起仔豬腹瀉的主要抗原物質是大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白，二者引起仔豬腸道過敏，造成其腹瀉，從而影響仔豬的生產性能。酶慧敏等[17]研究了大豆抗原蛋白對仔豬生長性能及腸道功能的影響，結果表明：大豆抗原蛋白調控仔豬腸道粘膜損傷與修復和轉運通道基因的表達，改變了腸道的正常組織形態，從而降低了仔豬的生長性能。張建中等[18]探究了大豆抗原蛋白對仔豬生長性能和腸道免疫核因子的影響，結果顯示：日糧中大豆抗原蛋白對斷奶仔豬的生長性能產生顯著的負面影響。大豆抗原蛋白可能通過調控仔豬腸道粘膜組織核因子活性，影響其腸道粘膜的形態和結構，進而影響采食、腹瀉率和生長性能[19,20]。

2.2 對反芻動物生長性能的影響

幼齡反芻動物日糧中大豆抗原蛋白含量高會破壞犢牛腸道上皮的完整性，抑制上皮細胞的增殖，提高腸道上皮細胞炎性因子的分泌，引起過敏反應，導致其腹瀉[21]。Seegraber等[22]探究了不同來源蛋白對犢牛小腸腸道形態及吸收能力的影響，結果表明：飼喂大豆蛋白的犢牛小腸絨毛萎縮，導致腸道吸收的表面積減少，對木糖的吸收下降。林傳星等[8]報道，大豆抗原蛋白會對犢牛造成短期和長期兩種影響，前者表現為短時間內犢牛血液中氨基酸的聚集，后者表現為一系列的生理和免疫學變化，導致其生產性能下降。

2.3 對水產動物生長性能的影響

大量的大豆抗原蛋白會對水產動物機體抗原反應及免疫反應系統造成損傷，從而對機體造成損傷，引起腸道炎癥和免疫系統崩潰，導致生長性能下降[23,24]。李民等[25]探討了大豆抗原蛋白對黃金鯽蛋白代謝酶活性及腸道組織的影響，結果表明：在黃金鯽幼魚配合飼料中，大豆抗原蛋白含量超過30 g/kg后，黃金鯽腸道損傷嚴重，其前、中、后腸均出現上皮細胞與固有層分離及腸絨毛斷裂，并出現不同程度的炎性細胞浸潤。Jiang等[26]研究表明：飼料中的大豆球蛋白含量達到8%，會使建鯉的腸道功能受到抑制，導致其生長性能下降。鄭鑫等[27]探究了β-伴大豆球蛋白對幼鯉生長、血清生化及免疫指標的影響，結果表明：在飼料中添加5.0%以上的β-伴大豆球蛋白會降低幼鯉生長性能，影響白蛋白、免疫球蛋白M、補體C3和堿性磷酸酶等血清生化指標。

3 抗原蛋白的降解

3.1 物理方法處理

傳統的熱處理法對大豆抗原蛋白中熱穩定性的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白免疫原性降低效果并不理想[28]。目前關于物理方法降低大豆抗原蛋白免疫原性的研究較多的是采用超高壓加工技術。超高壓作為一種非熱加工技術，可修飾蛋白質結構中的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵，從而改變其抗原結構，降低致敏性[29-31]。李堂昊等[32]探究超高壓處理對β-伴大豆球蛋白抗原性及結構的影響，結果表明：超高壓處理可改變β-伴大豆球蛋大豆白的空間結構，可能破環或掩蓋了原有的抗原表位，從而降低了其抗原性。Li等[33]研究超高壓處理大豆對其蛋白抗原性影響，結果顯示：采用300～500 MPa的超高壓處理后蛋白20 min后，其抗原性降低了50%以上，與未處理蛋白相比，超高壓處理后的蛋白質具有較高的疏水性。超高壓方法雖可有效降低大豆抗原蛋白免疫原性，但由于操作條件苛刻，難以實現規模化生產，在實際生產中無法有效應用。

3.2 酶解處理

酶解豆粕可有效的降低蛋白質的分子量，有效降低大豆抗原蛋白免疫原性[34]。王章存等[35]研究酶解過程中大豆蛋白分子成分和抗原性變化規律及酶解產物中是否存在抗原表位序列，結果發現：在酶解過中新生成的23 ku和21 ku抗酶解肽鏈在酶解2 h時仍存在，在21 ku組分中含有兩個完整的序列抗原表位，且均來自β-伴大豆球蛋白中的α-亞基，21 ku組分抗原剩余率為15.7%；在23 ku肽鏈中含有抗原表位的部分氨基酸序列，但未發現含有完整的抗原表位序列，23 ku組分抗原剩余率為2.1%，此研究結果揭示了大豆蛋白酶解處理后仍殘留抗原性的部分原因。黃婷等[36]選用堿性蛋白酶處理大豆分離蛋白，優化降低β-伴大豆球蛋白抗原抑制率的最佳工藝條件，結果表明，堿性蛋白酶可以顯著降低β-伴大豆球蛋白的抗原性，在一定程度上，水解度與β-伴大豆球蛋白抗原抑制率呈負相關關系。

3.3 微生物發酵處理

微生物發酵處理豆粕是通過細菌或真菌實現的，目前發酵工藝廣泛應用于提高飼料原料生物利用度，降低豆粕抗營養因子[37]。Frias等[38]探究了豆粕發酵后其免疫原性和氨基酸含量的變化，結果顯示：通過采用米曲霉對豆粕進行固態發酵，可有效降解豆粕的抗營養因子和致敏化合物的能力。Teng等[39]探究了采用枯草芽孢桿菌對豆粕進行發酵對其抗原蛋白的影響，結果顯示：采用枯草芽孢桿菌對豆粕進行固態發酵，發酵后豆粕抗原蛋白免疫原性顯著降低。楊慧等[40]探討了微生物發酵對豆粕抗原性的影響，結果表明：選用枯草芽孢桿菌在固態條件下發酵12 h大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的抗原性分別降低20.62%和50.12%。

3.4 菌酶協同發酵處理

單一的通過微生物發酵豆粕或酶解豆粕對豆粕中大豆球蛋白的降解效果均不理想，有研究表明，在微生物發酵的基礎上添加外源蛋白酶進行菌酶協同發酵可有效促進豆粕抗原蛋白的降解[41]。王曉明等[42]研究了菌酶融合制作高肽發酵豆粕的新工藝，結果表明：采用菌酶協同發酵工藝可有效降解豆粕中的抗原蛋白。張煜等[43]探究了選用枯草芽孢桿菌和復合酶制劑對玉米-豆粕型飼料進行菌酶協同發酵后，其營養價值的改善，結果表明：通過菌酶協同發酵可有效降低飼料原料中大豆抗原蛋白免疫原性。胡瑞等[41]探究了復合益生菌發酵豆粕并添加外源蛋白酶對發酵豆粕品質的影響，結果表明：利用菌酶協同發酵豆粕可進一步改善發酵豆粕蛋白質品質，顯著降低大豆抗原蛋白免疫原性，提高發酵豆粕可利用氮的質量。

4 結論

豆粕作為我國重要的植物性蛋白質原料，其含有大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制劑、植酸等抗營養因子，其中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白約占總蛋白質的70%，是引起動物過敏反應和腹瀉的主要成分，其不僅限制了豆粕在飼糧中的使用，而且對畜禽危害較為嚴重。目前針對豆粕中大豆抗原蛋白的降解開展的相關研究雖已取得了重大的突破，即抗原蛋白可有效降解，但大部分成果仍只能在實驗室中實現，低成本、可產業化的處理方法仍不成熟。

5 展望

通過微生物發酵手段處理豆粕，能有效降解飼料中的抗營養因子，促進養分的消化吸收，改善動物健康，減少飼用抗生素(促生長)的使用，但單一的通過微生物發酵對豆粕中大豆抗原蛋白降解不徹底，采用菌酶協同發酵技術手段可有效降低豆粕中大豆抗原蛋白免疫原性，但目前對酶制劑與微生物之間的協同拮抗作用研究較少，無法做到二者的精準應用，菌酶協同發酵豆粕其酶制劑和微生物的選擇及發酵工藝的參數尚待進一步研究。