大豆抗营养因子研究进展

佟荟全，张珈榕，胡文元，刘　羽，李琦华（云南农业大学动物科学技术学院，云南省动物营养与饲料科学重点实验室，昆明　650201）



大豆抗营养因子研究进展

佟荟全，张珈榕，胡文元，刘羽，李琦华*
（云南农业大学动物科学技术学院，云南省动物营养与饲料科学重点实验室，昆明650201）

摘要：饲料作为畜禽生长发育所必需的能量来源，是畜禽业重要的组成部分。饲料中所含有的营养因子是保证畜禽健康快速成长的必要条件，抗营养因子是与营养因子相对立存在于植物中的另一种物质，会对畜禽的生产性能和健康造成不利影响。文章就大豆抗营养因子的作用及钝化和消除方法作以综述。

关键词：大豆；抗营养因子；钝化；消除

随着畜禽业的快速发展，动物性蛋白质源（鱼粉、肉骨粉等）供应不足，且存在易氧化腐败、易被污染等特点，植物性蛋白质源豆粕便成为了最重要的蛋白质来源，其需求量也逐年递增。大豆是一种重要的豆科植物，因其蛋白质含量高、氨基酸组成合理平衡且供应充足，通常作为植物蛋白质来源和主要的油料作物[1-3]。一般全脂大豆中富含粗蛋白质38%～40%、脂肪18%、粗纤维5%[4]。因此，大豆蛋白质的质量可与动物源蛋白质相媲美，例如一些肉类和奶类[5]。但是实际生产中其利用却受到限制，因为豆粕中含有一些阻碍营养物质消化、吸收和利用的抗营养因子，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宁和植物碱等，不仅影响动物的消化和适口性，还会影响大豆利用率，降低畜禽生长性能，导致动物胰腺肿大、生长受阻及氮利用率降低，在一定程度上限制了其在饲料中的应用，尤其是幼畜饲料[6]。因此，为了提高其利用率，目前很多研究都着重于豆粕的加工处理，改变其不利于动物消化吸收的成分，让其发挥应有的饲用价值[7]。

抗营养因子（ANF）指的是植物代谢产生的，并以不同机制对动物产生抗营养作用的物质，在植物中普遍存在，是长期自然选择的结果。ANF可以保护植株免受细菌、病毒以及动物的伤害。因此，对植物来讲，ANF是植物的保护屏障，但是对畜禽是有害的，主要表现为降低饲料中营养物质的利用率、动物的生长速度和健康水平，特别是单胃动物，其可以抑制蛋白酶水解蛋白质，引起单胃动物生长速度下降、胰腺肿大、干物质和氮的表观消化率降低等问题。如果饲料中的ANF含量超过畜禽的耐受水平，对畜禽生长将产生不利影响[8]。一种植物可以含多种ANF，如大豆中含有蛋白质抑制因子、植物凝聚素、脲酶等多种ANF，同一种ANF也可以存在多种植物中，如单宁存在于高粱、油菜籽等植物中。

1　大豆抗营养因子的抗营养作用

1.1胰蛋白酶抑制剂的抗营养作用

胰蛋白酶抑制剂是限制大豆在动物饲料中应用的最重要的因素之一。胰蛋白酶抑制剂的存在使大豆不能直接喂养畜禽，使用时必须进行加工处理，降低不利影响[9]。

一般认为，大豆蛋白酶抑制因子通过以下方式影响动物的正常生长：当食入含蛋白酶抑制因子的日粮时，小肠内胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶与其迅速反应结合而失活，蛋白质消化率降低，从而导致外源氮的损失；通过反馈机制造成胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶过度分泌，从而导致内源氮和含硫氨基酸损失而阻碍动物的生长发育。ANF中具有抗原性的蛋白质进入机体后，引起肠道组织的过敏反应，从而造成肠道结构的破坏，影响消化功能。ANF可使胰蛋白酶减少，使肠黏膜上皮内分泌细胞产生胰酶分泌素，从而使胰腺细胞大量分泌消化酶而引起胰腺的代偿性肿大。因此，胰蛋白酶抑制因子作用在胰腺和小肠上，会产生增生性和破坏性的变化。经多种豆科籽实饲喂鼠得出结论，用胰蛋白酶抑制因子含量较高的生大豆和豌豆日粮喂鼠，引起短期和长期胰腺肿大；用胰蛋白酶抑制因子含量中等的芸豆喂鼠仅引起短期胰腺肿大；用含量极低的羽扇豆喂鼠无胰腺肿大变化。有研究报道，日粮中添加较大比例的生大豆（13%）会引起短期和长期胰腺肿大；添加生大豆含量较低的日粮（4%）则无此反应；中等含量的生大豆（9%）仅引起短期效应而无长期效应。胰腺的增生性变化主要是由于生大豆中含有较高的胰蛋白酶抑制因子引起的代偿性反应。从器官生理角度讲，鸡只可以耐受低浓度的生大豆ANF而无明显的变化；雏鸡对中等含量的生大豆ANF短期内不能耐受，但经过一段时间后机体仍能适应且变化不明显；而雏鸡对高含量生大豆ANF很难适应，出现胰腺持续性代偿肿大。

生豆类籽实（大豆、豌豆、蚕豆）除可引起各种动物（鼠、鸡）胰腺增生性变化而增重外，还可引起胰腺细胞的变性变化，表现为腺细胞体积增大或数量增多，胞质为酶原颗粒所充满，也表现有细胞的变性变化，即胞质内细胞器排列不规则，酶原颗粒减少，粗面内质网小囊扩张、破碎并浮于细胞结构的半透明质内。有报道认为，育成期9%和13%组胰腺的增生性较对照组变化显著（P<0.05），腺管上皮细胞体积增大且表现为广泛性变化，胞浆出现轻微的空泡变性变化，这些变化与生大豆水平呈正相关，表现有剂量依赖性。

各种未经处理的豆类籽实饲喂各种动物后，均能引起肠道的破坏性变化。此种变化主要归因于ANF中的凝集素，其能破坏刷状缘，引起肠组织内的肥大细胞发生去颗粒作用，从而导致肠组织的损伤。不同剂量生大豆均能导致小肠发生不同程度的变化，表现为肠黏膜上皮细胞的变性、坏死、崩解脱落，黏膜固有层和黏膜下层有少量炎性细胞浸润，肠绒毛长度变短或萎缩，绒毛脱落，肠结构完整性受到破坏，其中以13%组肠组织损伤最为显著。小肠结构和小肠绒毛完整性受破坏程度与生大豆的含量呈正相关[10]。

1.2植物凝集素的抗营养作用

凝集素是一种糖蛋白，具有使肠黏膜上皮细胞与碳水化合物分子结合的能力，具有凝集高等动物红细胞的性质[11]。植物凝集素（PHA）主要存在于豆类籽粒、花生及其饼粕中。大多数植物凝集素在消化道中不被蛋白酶水解，对糖分子具有高度的亲和性。因此，凝集素可以和小肠壁上皮细胞表面的特定受体（多糖）结合，从而破坏小肠壁刷状缘黏膜结构，干扰刷状缘黏膜分泌多种酶的功能，消化道消化和吸收营养物质的能力大幅降低，使动物机体蛋白质利用率下降、生长受阻甚至停滞。由于损伤，肠黏膜上皮通透性增加，从而使植物凝集素和其他一些肽类以及肠道内有害微生物产生的毒素进入体内，对动物器官和机体免疫系统产生不良影响[12]。对大豆中凝集素的研究鲜有报道。

2　大豆抗营养因子的抗营养作用的钝化和消除

近年来，科研工作者致力于研究通过不同的加工工艺来消除或钝化大豆中的抗营养因子，如通过加热法钝化蛋白酶抑制因子、微生物发酵以及膨化法降低大豆蛋白致敏性等。

2.1加热法

对豆粕（SBM）进行热处理可以减少胰蛋白酶抑制剂的浓度，但过度的热处理会降低氨基酸浓度和消化率，因为氨基酸会由于美拉德反应遭到破坏。通过加热能够提高大豆和大豆粉的营养价值，使存在于原料大豆中的天然蛋白质结构变性，破坏胰蛋白酶抑制剂和其他抗营养因子。因此，可以说大豆胰蛋白酶抑制剂的灭活方法是利用天然化合物，通过物理、化学、生物还原和发酵以及复杂的手段来去除的[13]。加热法的优点是效率高，简单易行，无残留问题，成本较低，适用于对热不稳定的抗营养因子，如蛋白酶抑制剂、凝集素、脲酶、脂肪氧合酶等；对热稳定的抗营养因子（如植酸、低聚糖类等）效果不佳。另外，加热不足不能消除抗营养因子，加热过度则会破坏氨基酸(赖氨酸、精氨酸和部分含硫氨基酸)和维生素；加热过程中还会引起氨基酸与碳水化合物反应，如赖氨酸和还原糖反应生成不溶性复合物，导致蛋白质消化率下降。

González-Vega等研究表明，SBM在125℃高压灭菌下，精氨酸、赖氨酸和半胱氨酸的浓度降低，并且氨基酸的回肠表观消化率和回肠标准消化率也降低，增加高压灭菌时间能增加高压灭菌所产生的负面影响，与此相反，在125℃的烘箱中干燥30 min，基本上不降低SBM中氨基酸浓度和消化率[14]。因此，SBM的热处理应进一步优化，以防止降低氨基酸的消化率。杨丽杰等对来自微生物的蛋白酶体外失活生大豆（RS）和低热膨化全脂大豆粉（LTES）中的蛋白酶抑制因子和凝集素的能力进行了测定，结果表明，所有被测酶在其最适pH条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温下使大豆中的抗营养因子失活[15]。于平等采用热处理方法去除大豆中的凝集素和致甲状腺肿素两种抗营养因子，结果表明，在干热状态下，大豆蛋白的变性作用相当缓慢，而且热处理也会使大豆中许多酶，如尿素酶、脂肪氧化酶和胰蛋白酶抑制素（这些酶也被认为是大豆中的抗营养因子）钝化，因此采用95℃、35 min或120℃、15 min的湿热处理去除凝集素，95℃、15 min或100℃、10 min的干热处理去除致甲状腺肿素[16]。

2.2膨化法

膨化处理加工技术，因其高压膨胀对蛋白质和脂肪消化率的提高作用而受到关注。原料所受压力瞬间下降而使其膨化，可将抗营养因子灭活。挤压膨化加工不仅是通过加热，使大豆抗营养因子失活，而且可使细胞壁破裂，提高养分消化率。李素芬等通过对干法膨化处理的全脂大豆产品中常规成分、氨基酸含量及抗营养因子的失活规律以及对肉用仔鸡生长性能和氮代谢率的影响，研究膨化处理对全脂大豆中抗营养因子的失活效果和营养价值的影响，结果表明，膨化大豆产品中水分随膨化温度的升高而降低，140℃膨化处理大豆中粗脂肪和赖氨酸含量下降，胰蛋白酶抑制因子和脲酶活性随膨化温度的升高呈对数下降，且存在显著的相关性，蛋白质溶解度在膨化温度超过130℃时下降迅速，膨化处理对抗营养因子的失活效果优于其他干热处理，膨化温度升高或降低对肉仔鸡生长性能和氮代谢率均有不利影响，膨化温度达110～130℃时，胰蛋白酶抑制因子可以失活68.7%～88.2%，凝集素失活76.7%～100%，对肉仔鸡的饲喂效果最佳[17]。

2.3发酵法

发酵可以提高豆粕营养物质含量，降低抗营养因子胰蛋白酶抑制因子和植酸的含量。其中影响胰蛋白酶抑制因子最显著的菌种是酵母菌A-1，其次为酵母菌B-1和酵母菌C-1。姜丹等利用上述3种不同的酵母菌和康宁木霉对豆粕进行单菌发酵处理，研究其对豆粕中粗蛋白质、粗纤维、胰蛋白酶抑制因子和植酸的影响，结果表明，发酵适宜条件为接种量6%、料水比为1ϑ1、发酵时间为48 h，其中酵母菌A-1、B-1、C-1对提高粗蛋白质和降低胰蛋白酶抑制因子和植酸效果显著（P< 0.05），粗蛋白质提高了15.84%，胰蛋白酶抑制因子降低了58.27%，植酸降低了80.11%[7]。伍时华等研究表明，木霉T-1和酵母菌混合发酵生产发酵蔗渣饲料可以降低纤维素40.46%[18]。任莉等采用酵母菌、乳酸菌等发酵豆粕使其蛋白质含量提高6.22%～9.61%，证明了酵母菌发酵豆粕后可以提高粗蛋白质含量[19]。

2.4育种法

育种法可从根源上消除或降低抗营养因子，是通过植物育种途径，培育低ANF或无ANF的植物品种。到目前为止，已经培育了许多低ANF的品种，如低丹宁高粱、低双香豆素的草木樨、无色素腺体棉花等，但是无ANF的大豆还未见报道。这种方法也存在一些问题，如产量低、抗病能力差、成熟晚等，可通过育种法提高畜禽对ANF的耐受性，或通过转基因技术培育可以分泌消化ANF的品系，从而达到消除ANF对畜禽的抗营养作用的目的。

2.5添加剂法

食品中添加一定的矿物元素制剂（如锌、铜、钙、镁、铁）可以缓解植酸的螯合作用，添加维生素A、维生素D、维生素E、维生素B12则可以抵消抗维生素因子的作用，服用碘化钾可消除或减弱致甲状腺肿因子的作用[20]。

3　小结

我国是一个人口大国，粮食问题一直是我国亟待解决的重中之重，而肉、蛋、奶类食品更是体现人们幸福的关键。因此，畜禽的健康成长对今后的发展起决定性作用，但目前我国的饲料资源短缺，不能够全面的满足畜禽业的发展，所以，要对抗营养因子的研究足够的重视。虽然大豆生产工艺已经得到了显著的改善，但由于技术水平、工艺参数等的不同，造成大豆产品质量良莠不齐；由于检测技术的限制，很难直观准确地评价其钝化消除效果，因此，还需从以下几方面做深入的研究：研究畜禽对抗营养因子的耐受水平；对抗营养因子的含量做综合的、快速准确的检测，完善对抗营养因子的检测方法；研究能够经济有效的消除抗营养作用的方法，如育种法。

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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

*通讯作者：副教授，E-mail: kmliqihua05@sohu.com。

作者简介：佟荟全（1988-），男，黑龙江佳木斯人，博士研究生，研究方向为动物营养与分子调控研究。

基金项目：国家高技术研究发展计划（2011AA100305）；高原优质地方鸡养殖技术示范基地建设（2014NG006-02）。

收稿日期：2015-03-12

中图分类号：S816

文献标志码：A

文章编号：1001-0084（2015）05-0010-04