豆粕抗原蛋白降解研究进展

何天齐，王 鹏，杨浩辰，石鑫峰，刘 琼

1.中粮集团有限公司 (北京 100020) 2.北京挑战生物技术有限公司 (北京 100081)

大豆中含有36%～56%的蛋白质，是最丰富的植物蛋白质来源之一。豆粕由于其蛋白含量高、氨基酸结构合理等优势，成为饲料工业生产应用中使用最为广泛的植物性蛋白饲料资源[1-3]。然而，豆粕中含有多种抗营养因子，限制了动物对其蛋白的利用，造成饲料资源的浪费[4]。植物蛋白抗营养因子中，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对热敏感，在饲料生产过程中高温加热即可将其消除[5]，而大豆抗原蛋白是一类热稳定性强的抗营养因子，在高温情况下很难使其降解或失活[6]，因此需通过特殊手段降低其免疫原性，以达到提高豆粕蛋白利用率，减少饲料原料浪费的目的[7]。目前采用的主要方法包括物理、酶解和微生物发酵法，其中微生物发酵处理豆粕成为目前研究的热点[8,9]。

1 大豆抗原蛋白概述

大豆蛋白中包含4种球蛋白具有抗原性和致敏性，按照沉降系数(S)分类可将其分为2S、7S、11S和15S共4个主要组分，其中7S和11S的免疫活性最强，分别占大豆蛋白总含量约30%和40%，且抗原蛋白7S即β-伴大豆球蛋白较11S即大豆球蛋白致敏性更强，二者是引起动物肠道发生过敏反应的主要成分[10,11]。

1.1 大豆球蛋白

大豆球蛋白是11S球蛋白．是大豆蛋白质中占比最多的单体成分，是大豆中的主要贮藏蛋白，其占大豆籽实总蛋白的20%左右，占大豆总球蛋白的40%左右，只有很小一部分含有糖基，分子量为320～360 kDa。大豆球蛋白由6个亚基组成，每个亚基由1条酸性肽链(A1a、A1b、A2、A3、A4、A5)和1条碱性肽链(B1、A2、B3、B4、B5、B6)通过二硫键(A-S-S-B)连接起来[12,13]，形成2个比较稳定的环状六角形结构，且酸性肽链比碱性肽链容易水解，其中A1a、A1b、A2、A3和A4为过敏蛋白。

1.2 β-伴大豆球蛋白

β-伴大豆球蛋白为7S球蛋白，是大豆中的主要贮藏蛋白之一，占大豆籽实总蛋白的10.0%～12.7%，占大豆总球蛋白的30%，是热稳定抗原蛋白，分子质量为180 kDa，是由疏水作用相互缔合的ɑ、ɑ’和β 3个亚基组合而成的三聚体，3种亚基的分子质量分别是76 kDa、72 kDa和52～54 kDa，并以ɑ和ɑ’亚基的抗原性最强[14]。

2 大豆抗原蛋白在对动物生长性能的影响

2.1 对猪生长性能的影响

大豆抗原蛋白是大豆中的主要抗营养因子之一，会引起动物肠道过敏，破坏其肠道屏障功能，特别是对仔猪等幼龄动物生长发育影响较大，降低饲料利用率[15]。刘欣等[16]报道，引起仔猪腹泻的主要抗原物质是大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白，二者引起仔猪肠道过敏，造成其腹泻，从而影响仔猪的生产性能。酶慧敏等[17]研究了大豆抗原蛋白对仔猪生长性能及肠道功能的影响，结果表明：大豆抗原蛋白调控仔猪肠道粘膜损伤与修复和转运通道基因的表达，改变了肠道的正常组织形态，从而降低了仔猪的生长性能。张建中等[18]探究了大豆抗原蛋白对仔猪生长性能和肠道免疫核因子的影响，结果显示：日粮中大豆抗原蛋白对断奶仔猪的生长性能产生显著的负面影响。大豆抗原蛋白可能通过调控仔猪肠道粘膜组织核因子活性，影响其肠道粘膜的形态和结构，进而影响采食、腹泻率和生长性能[19,20]。

2.2 对反刍动物生长性能的影响

幼龄反刍动物日粮中大豆抗原蛋白含量高会破坏犊牛肠道上皮的完整性，抑制上皮细胞的增殖，提高肠道上皮细胞炎性因子的分泌，引起过敏反应，导致其腹泻[21]。Seegraber等[22]探究了不同来源蛋白对犊牛小肠肠道形态及吸收能力的影响，结果表明：饲喂大豆蛋白的犊牛小肠绒毛萎缩，导致肠道吸收的表面积减少，对木糖的吸收下降。林传星等[8]报道，大豆抗原蛋白会对犊牛造成短期和长期两种影响，前者表现为短时间内犊牛血液中氨基酸的聚集，后者表现为一系列的生理和免疫学变化，导致其生产性能下降。

2.3 对水产动物生长性能的影响

大量的大豆抗原蛋白会对水产动物机体抗原反应及免疫反应系统造成损伤，从而对机体造成损伤，引起肠道炎症和免疫系统崩溃，导致生长性能下降[23,24]。李民等[25]探讨了大豆抗原蛋白对黄金鲫蛋白代谢酶活性及肠道组织的影响，结果表明：在黄金鲫幼鱼配合饲料中，大豆抗原蛋白含量超过30 g/kg后，黄金鲫肠道损伤严重，其前、中、后肠均出现上皮细胞与固有层分离及肠绒毛断裂，并出现不同程度的炎性细胞浸润。Jiang等[26]研究表明：饲料中的大豆球蛋白含量达到8%，会使建鲤的肠道功能受到抑制，导致其生长性能下降。郑鑫等[27]探究了β-伴大豆球蛋白对幼鲤生长、血清生化及免疫指标的影响，结果表明：在饲料中添加5.0%以上的β-伴大豆球蛋白会降低幼鲤生长性能，影响白蛋白、免疫球蛋白M、补体C3和碱性磷酸酶等血清生化指标。

3 抗原蛋白的降解

3.1 物理方法处理

传统的热处理法对大豆抗原蛋白中热稳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]。目前关于物理方法降低大豆抗原蛋白免疫原性的研究较多的是采用超高压加工技术。超高压作为一种非热加工技术，可修饰蛋白质结构中的氢键、离子键和疏水键等非共价键，从而改变其抗原结构，降低致敏性[29-31]。李堂昊等[32]探究超高压处理对β-伴大豆球蛋白抗原性及结构的影响，结果表明：超高压处理可改变β-伴大豆球蛋大豆白的空间结构，可能破环或掩盖了原有的抗原表位，从而降低了其抗原性。Li等[33]研究超高压处理大豆对其蛋白抗原性影响，结果显示：采用300～500 MPa的超高压处理后蛋白20 min后，其抗原性降低了50%以上，与未处理蛋白相比，超高压处理后的蛋白质具有较高的疏水性。超高压方法虽可有效降低大豆抗原蛋白免疫原性，但由于操作条件苛刻，难以实现规模化生产，在实际生产中无法有效应用。

3.2 酶解处理

酶解豆粕可有效的降低蛋白质的分子量，有效降低大豆抗原蛋白免疫原性[34]。王章存等[35]研究酶解过程中大豆蛋白分子成分和抗原性变化规律及酶解产物中是否存在抗原表位序列，结果发现：在酶解过中新生成的23 ku和21 ku抗酶解肽链在酶解2 h时仍存在，在21 ku组分中含有两个完整的序列抗原表位，且均来自β-伴大豆球蛋白中的α-亚基，21 ku组分抗原剩余率为15.7%；在23 ku肽链中含有抗原表位的部分氨基酸序列，但未发现含有完整的抗原表位序列，23 ku组分抗原剩余率为2.1%，此研究结果揭示了大豆蛋白酶解处理后仍残留抗原性的部分原因。黄婷等[36]选用碱性蛋白酶处理大豆分离蛋白，优化降低β-伴大豆球蛋白抗原抑制率的最佳工艺条件，结果表明，碱性蛋白酶可以显著降低β-伴大豆球蛋白的抗原性，在一定程度上，水解度与β-伴大豆球蛋白抗原抑制率呈负相关关系。

3.3 微生物发酵处理

微生物发酵处理豆粕是通过细菌或真菌实现的，目前发酵工艺广泛应用于提高饲料原料生物利用度，降低豆粕抗营养因子[37]。Frias等[38]探究了豆粕发酵后其免疫原性和氨基酸含量的变化，结果显示：通过采用米曲霉对豆粕进行固态发酵，可有效降解豆粕的抗营养因子和致敏化合物的能力。Teng等[39]探究了采用枯草芽孢杆菌对豆粕进行发酵对其抗原蛋白的影响，结果显示：采用枯草芽孢杆菌对豆粕进行固态发酵，发酵后豆粕抗原蛋白免疫原性显著降低。杨慧等[40]探讨了微生物发酵对豆粕抗原性的影响，结果表明：选用枯草芽孢杆菌在固态条件下发酵12 h大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的抗原性分别降低20.62%和50.12%。

3.4 菌酶协同发酵处理

单一的通过微生物发酵豆粕或酶解豆粕对豆粕中大豆球蛋白的降解效果均不理想，有研究表明，在微生物发酵的基础上添加外源蛋白酶进行菌酶协同发酵可有效促进豆粕抗原蛋白的降解[41]。王晓明等[42]研究了菌酶融合制作高肽发酵豆粕的新工艺，结果表明：采用菌酶协同发酵工艺可有效降解豆粕中的抗原蛋白。张煜等[43]探究了选用枯草芽孢杆菌和复合酶制剂对玉米-豆粕型饲料进行菌酶协同发酵后，其营养价值的改善，结果表明：通过菌酶协同发酵可有效降低饲料原料中大豆抗原蛋白免疫原性。胡瑞等[41]探究了复合益生菌发酵豆粕并添加外源蛋白酶对发酵豆粕品质的影响，结果表明：利用菌酶协同发酵豆粕可进一步改善发酵豆粕蛋白质品质，显著降低大豆抗原蛋白免疫原性，提高发酵豆粕可利用氮的质量。

4 结论

豆粕作为我国重要的植物性蛋白质原料，其含有大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制剂、植酸等抗营养因子，其中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白约占总蛋白质的70%，是引起动物过敏反应和腹泻的主要成分，其不仅限制了豆粕在饲粮中的使用，而且对畜禽危害较为严重。目前针对豆粕中大豆抗原蛋白的降解开展的相关研究虽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实验室中实现，低成本、可产业化的处理方法仍不成熟。

5 展望

通过微生物发酵手段处理豆粕，能有效降解饲料中的抗营养因子，促进养分的消化吸收，改善动物健康，减少饲用抗生素(促生长)的使用，但单一的通过微生物发酵对豆粕中大豆抗原蛋白降解不彻底，采用菌酶协同发酵技术手段可有效降低豆粕中大豆抗原蛋白免疫原性，但目前对酶制剂与微生物之间的协同拮抗作用研究较少，无法做到二者的精准应用，菌酶协同发酵豆粕其酶制剂和微生物的选择及发酵工艺的参数尚待进一步研究。