大豆抗原蛋白的致敏作用及其緩解方法研究進展

周 楊，鄭樹貴

(沈陽農業大學動物科學與醫學學院，遼寧 沈陽 110866)

1 前言

在養豬生產中，大豆作為主要的植物性蛋白質來源，具有蛋白質含量高和氨基酸平衡等特點，相比較于動物性蛋白質飼料原料，價格相對實惠，因此，大豆在飼料原料中一直占據著重要地位。同時，大豆中含有多種抗營養因子，例如大豆抗原蛋白、脲酶、植酸等，能夠對斷奶仔豬生長性能和腸道健康產生不良影響。早期，大豆被聯合國列為八大致敏食物之一，而大豆抗原蛋白是引發過敏反應的主要物質。由大豆抗原蛋白誘發的仔豬斷奶綜合征，也成為世界范圍內的公共問題[1]。因此探究大豆抗原蛋白的致敏機理并去除其免疫原性是提高養殖效益的重要途徑。本文對大豆抗原蛋白致敏和抗營養作用以及如何緩解大豆蛋白對仔豬的不良影響進行了系統地總結，以期為大豆及其制品科學應用提供理論依據。

2 大豆抗原蛋白簡介

大豆抗原蛋白是大豆中具有免疫活性的一類大分子蛋白質。因其遇熱不易被破壞，也是大豆抗營養因子中具有熱穩定性的一類物質。根據離心沉降系數值可將大豆抗原蛋白分為四類分別是2S、7S、11S 和15S[2，3]。它們分別占大豆球蛋白的20%、30%、40%、10% 左右，其中大豆球蛋白(11S) 和β -伴大豆球蛋白(7S) 是抗原活性相對較強的蛋白質[4]。相關研究表明，大豆球蛋白(11S) 和β -伴大豆球蛋白(7S) 是大豆制品中誘發免疫反應的主要成分，并且相比較11S，7S 的免疫活性更強[5]。

2.1 大豆球蛋白

大豆球蛋白是11S 球蛋白，也是大豆中主要的儲藏蛋白，分子量為300 ～380kDa，由六個亞基組成，每個亞基由酸性肽鏈和堿性肽鏈通過二硫鍵連接起來[6]，大豆球蛋白之所以會引起免疫反應主要是因為其組成成分具有抗原性。其中酸性多肽是引起過敏反應主要原因。

2.2 β-伴大豆球蛋白

β-伴大豆球蛋白是一類復合糖蛋白質，由α 亞基、α′亞基以及β 亞基組成[7]，3 個亞基通過非共價鍵的形式組成三聚體蛋白[8]。在Maruyama 等[9]的研究中分析了β-伴大豆球蛋白的結構，其含有5%的α -螺旋、35%的β-折疊和60%的不規則結構[10]，β-伴大豆球蛋白的抗消化性及熱穩定性與其三聚體的結構有關。研究表明β-伴大豆球蛋白更易引發過敏反應[11，12]3 個亞基都具有免疫原性，但是β-伴大豆球蛋白致敏原是α 亞基[5]。

3 大豆抗原蛋白對斷奶仔豬的致敏機制

大豆抗原蛋白能夠引起斷奶仔豬發生過敏反應，這是因為當大豆蛋白進入小腸后，大部分蛋白在蛋白酶的作用下，被分解成氨基酸和小肽，而大豆抗原具有抗消化性，這部分未被消化的大分子抗原蛋白穿過消化道上皮后隨著血液循環系統進入淋巴組織，促進B 細胞產生特異性抗體(特異性IgE)，肥大細胞與IgE 結合致敏肥大細胞脫顆粒釋放組胺，進而導致仔豬發生腹瀉、生長性能下降等不良反應。

4 大豆抗原蛋白對仔豬的抗營養作用

4.1 大豆抗原蛋白對仔豬生長性能的影響

許多研究表明，大豆抗原蛋白對仔豬生長性能具有不良作用，能夠引起仔豬發生腹瀉以及降低日增重，增加料重比。SUN 等[13]在對大豆球蛋白致敏仔豬模型的研究中發現，大豆球蛋白刺激了過敏仔豬的局部和全身免疫反應，對仔豬生產性能有負面影響。并且過敏反應的嚴重程度與大豆球蛋白劑量成正比。劉欣等[14]在研究中發現，大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白通過誘導仔豬發生過敏反應，造成仔豬發生腹瀉，進而使仔豬生長發育遲緩，甚至停滯。

4.2 大豆抗原蛋白對仔豬腸道屏障功能的影響

在腸道屏障功能方面，大豆抗原蛋白能夠破壞仔豬的腸道功能[15]，通過使小腸絨毛萎縮加強隱窩深度從而降低生長性能。有研究表明，飼喂了大豆抗原蛋白的仔豬在血清中檢測到高濃度的二胺氧化酶(DAO)[16]，而DAO是反應腸道損傷程度的指標之一。

腸上皮細胞通過緊密連接的方式形成防御屏障預防外來物種的入侵，緊密連接蛋白對于仔豬腸道黏膜屏障和腸壁通透性具有重要作用。在李寶等[17]的研究中表明7S 和11S 均能使仔豬各腸段Claudin-1 基因的表達量顯著降低，造成仔豬腸黏膜損傷，并且對仔豬的損傷程度7S 高于11S[18]。

這與Tsuji 等[19]在研究中得到的結果相似，當動物采食富含大豆的飼糧后，大豆抗原蛋白誘發的免疫反應抑制了腸道上皮細胞之間的緊密連接蛋白基因的表達，并且隨著大豆抗原蛋白劑量的增加，腸黏膜細胞的防御功能受損越嚴重。

4.3 大豆抗原蛋白對仔豬免疫因子水平的影響

在Sun 等[13]的研究中，探討了大豆球蛋白與過敏反應嚴重程度的關系，該試驗以早期斷奶仔豬為實驗動物，通過在飼料中添加不同濃度的大豆球蛋白進行致敏試驗，結果表明大豆抗原蛋白的添加顯著增加了腸道肥大細胞數、免疫球蛋白E (IgE) 水平、大豆球蛋白特異性IgG1、白細胞介素(IL) -4 和IL-10的濃度，隨著大豆球蛋白劑量的增加，仔豬反應的過敏癥狀越嚴重。

在Zheng 等[20]的在鑒定β-伴大豆球蛋白的潛在致敏亞基的研究中得到了類似的結果，在致敏的仔豬血清中，檢測到特異性IgG 和IgE 抗體，并得出β -伴大豆球蛋白的三個亞基均是仔豬潛在的過敏原。

可見，大豆抗原蛋白能夠增加仔豬體內抗體以及免疫相關的細胞因子水平，誘導了仔豬的免疫反應，造成仔豬一系列的不良反應。

5 緩解大豆蛋白抗原性的方法

5.1 物理方法

5.1.1 熱處理 在Xi 等[21]的研究中探討了熱處理對大豆球蛋白抗原性和結構性質的影響。結果表明，大豆抗原蛋白在溫度為110 ℃條件下處理50 min 后，通過間接酶聯免疫吸附試驗(ELISA) 檢測到的大豆球蛋白抗原性達到最低水平，并且熱處理促進了小分子量蛋白亞基和濃縮蛋白的形成。孫鵬等[22]的研究中，首先將大豆經過120 ℃蒸氣條件下處理7.5 min得到熟化的大豆，然后分別從生、熟大豆粉中分離并純化大豆球蛋白和β -伴大豆球蛋白，將純化的大豆球蛋白和β -伴大豆球蛋白通過小鼠皮下注射后檢測其血清中抗體水平，結果表明在經過蒸氣處理的大豆中提取的大豆球蛋白已經不具有免疫原性，但β -伴大豆球蛋白受蒸氣處理影響較小。說明蒸氣處理能夠破壞大豆抗原蛋白，但不能完全消除。在另一項研究中，在同樣的蒸氣處理條件下探討了蒸氣處理全脂大豆粉對大豆抗原蛋白的影響，結果表明，蒸氣處理幾乎不會使大豆抗原蛋白失活[23]。

5.1.2 膨化加工處理 大豆在高溫高壓條件下突然減壓從而使大豆膨脹破碎被稱為膨化處理，這個過程包含高溫加熱處理以及機械破碎。能夠使大豆抗原失活，減少動物發生過敏反應的概率，提高動物的生長性能。這在Li等[24]的研究中得到了專業的解釋，在仔豬飼糧中分別添加膨化大豆和豆粕一定時間后將仔豬生長性能等指標進行對比，發現飼喂膨化大豆組的仔豬日增重以及飼料利用率更高。同時降低仔豬血清中抗大豆抗原蛋白的抗體水平，有效緩解仔豬過敏反應。

在王紅云[25]的研究中探討了大豆膨化的參數以及在仔豬日糧中的應用，結果表明膨化加工處理能夠降低大豆中抗原成分，有效降低仔豬過敏反應，在仔豬生長性能，飼料轉化率以及緩解腹瀉等方面均有積極作用。但是有研究表明，膨化過程的高溫會使大豆中氨基酸的含量不同程度的被破壞[26]。

5.2 化學方法

5.2.1 糖基化修飾 糖基化，也被稱為美拉德反應，具有改善蛋白質的功能[27]。大豆分離蛋白在經過美拉德反應后得到糖基化復合物，通過ELISA 方法檢測能夠檢測到大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的抗原均有不同程度上的降低，說明糖基化反應能夠緩解大豆抗原蛋白致敏性[28]。

在朱婷偉[29]的研究中表明，葡萄糖為降低大豆抗原蛋白致敏性的最有效的糖體供體，大豆經過糖基化反應后大豆抗原蛋白中β -伴大豆球蛋白所受到的影響最大，這可能是因為β-伴大豆球蛋白本身就是一種糖蛋白，而大豆球蛋白之所以效果不顯著可能是與其具有相當高的熱穩定性有關。

如上所述，糖基化能夠在一定程度上緩解大豆抗原蛋白致敏性，但如果大規模地應用，還需要進一步的研究。

5.2.2 化學試劑法 對于大豆抗原蛋白來說，熱穩定的特性已成為棘手的問題。僅依靠加熱對其抗原性影響很小。張克英等[30]在研究中使用70%的熱乙醇處理普通豆餅30 分鐘，后與未處理的豆餅分別飼喂斷奶仔豬，結果表明，含有乙醇處理過的豆餅的飼糧干物質、有機物、能量和蛋白質的消化率均有所提高，其中以蛋白質消化率提高最大，但是對飼料利用效率和增重方面沒有顯著影響，其原因可能是乙醇處理過的豆餅有殘留并降低了適口性。

此外還有化學鈍化法，使用亞硫酸鈉處理大豆也有一定效果[31]，但是化學試劑的使用，可能存在殘留和影響適口性的缺點，所以在實際生產中不易推廣使用，有待進一步研究。

5.3 生物方法

5.3.1 微生物處理 Aguirre 等[32]探討了乳酸菌對大豆抗原蛋白的影響，檢測了12 株乳酸菌在37℃大豆蛋白提取物上6 h 的蛋白水解活性。結果表明，乳酸菌能夠水解大豆蛋白，并且對β - 伴大豆球蛋白的作用大于大豆球蛋白。只有少數乳酸菌株對大豆球蛋白的堿性多肽有一定的作用。Mir 等[33]在39 ℃的條件下將豆粕放入牛的瘤胃液中發酵2.5 h，經檢測大豆抗原蛋白的免疫活性顯著降低。微生物處理相對安全目前在乳豬飼料中應用較廣泛，在其他動物方面應用較少。Zhu 等[34]在研究中比較了益生菌發酵豆粕與非發酵豆粕對斷奶仔豬生長性能、血清指標、免疫化學和腸道形態的影響。結果表明飼喂發酵豆粕的仔豬表現出平均日增重和飼料消耗量顯著降低，說明有效提高了飼料效率，飼喂10%和15%發酵豆粕的仔豬生長改善效果較好，十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度也顯著升高，隱窩深度顯著降低。得到發酵豆粕可顯著改善斷奶仔豬的生長、免疫功能和腸道健康并且以10% 發酵豆粕組的效果最佳的結論。

5.3.2 酶解處理 Wang 等[35]用地衣芽孢桿菌蛋白酶以及胰蛋白酶處理脫脂大豆，分別檢測大豆蛋白亞基的變化和抗原蛋白的含量，鑒定酶解法去除致敏蛋白的效果。結果表明，大豆中可以在酶的作用下使致敏蛋白減少或消失，大豆中β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白對地衣芽孢桿菌蛋白酶敏感性高于胰蛋白酶，并且β-伴大豆球蛋白的亞基更容易被水解。支盛等研究了外源酶制劑對大豆抗原蛋白的作用，結果表明，pH 值是抗原降解效率的影響因素之一，大豆球蛋白在酸性條件下更易被降解，而β-伴大豆球蛋白則在中堿性條件下易被降解。在Park 等的研究中，探討了在豆粕基礎飼糧中添加蛋白酶對豆粕中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的降解及腸道健康的影響，結果表現為添加蛋白酶有增加大豆球蛋白在體外胃內降解的趨勢，并降低血清TNF -α 的濃度，但是蛋白酶對小腸組織形態無影響。蛋白酶胃內增加大豆球蛋白降解、降低腸道通透性和血清促炎細胞因子濃度的趨勢，說明蛋白酶可用于斷奶豬豆粕基礎飼糧中，達到改善腸道健康的目的。

5.4 創新型飼料添加劑的應用

Hao 等研究中探討了連翹提取物減輕β -伴大豆球蛋白誘導的斷奶仔豬過敏反應。仔豬通過口服純化的β-伴大豆球蛋白創建致敏模型。致敏后，在日糧中補充連翹提取物，通過分析仔豬的過敏癥狀、皮膚試敏實驗、血漿組胺和腸道菌群以及細胞因子水平，結果表明連翹提取物通過顯著減少過敏抗體、肥大細胞脫顆粒和組胺的釋放來緩解β -伴大豆球蛋白引起的過敏癥狀。還顯著抑制了IL -4 的水平并調控了腸道微生物菌群的結構，得到連翹提取物對過敏仔豬發生免疫反應具有保護作用的結論。

Chang 等研究了果糖低聚糖是否能夠緩解大豆誘導的仔豬過敏反應，結果表明經過果糖低聚糖處理的仔豬組，白細胞介素4 (IL -4)和白細胞介素10 (IL -10) 水平降低，干擾素-γ (IF-γ) 水平升高，腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌有益菌的豐度增加，變形菌門的豐度減少，所以果糖低聚糖可以減輕大豆抗原引起的仔豬過敏反應，而機制與調控腸道微生物菌群結構密不可分。

5.5 多種方法聯合使用

在Meinlschmidt 等的研究以大豆分離蛋為原料，研究了酶制劑酶解前和酶解過程中的高壓處理對大豆分離蛋白β -伴大豆球蛋白免疫反應性的影響。在400 ～500 MPa 的酶解之前和期間的高壓處理構成了一種創新的方法，使用酶制劑高壓輔助酶解有效地降低了大豆蛋白的免疫反應性。另一項研究探討超聲輔助酶解去糖基化對β-伴大豆球蛋白結構及致敏性的影響。在超聲輔助酶解去糖基化處理條件下，β-伴大豆球蛋白中過敏原β -伴豆球蛋白分子量略微的減小。

6 小結

大豆制品因其含有的大豆抗原蛋白具有抗原性使其應用受到了很大限制，隨著我國畜牧業的快速發展，如何提高飼料資源的利用效率，成為亟待解決的實際問題。因此，繼續深入研究緩解大豆抗原蛋白致敏作用的方法，對于提高動物健康提高養殖業效率具有重要意義。