李德發(fā)院士：大豆抗營養(yǎng)因子研究進展

畜牧編輯

　　

　　中國農業(yè)大學 李德發(fā)  教授

　　中國工程院院士，中國農業(yè)大學動物科技學院教授、農業(yè)農村部飼料工業(yè)中心主任、飼料與動物營養(yǎng)學家、博士生導師，長期從事飼料資源高效利用的基礎理論研究與應用技術研發(fā) , 構建了我國主要飼料原料在豬上的有效營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建了飼料原料有效養(yǎng)分動態(tài)預測模型 ；建立了我國第一個豬營養(yǎng)需要動態(tài)模型，主持修訂了 2004 年版《豬飼養(yǎng)標準》，為我國養(yǎng)殖業(yè)和飼料業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻。

　　從1982 年開始，我們就開始做大豆抗營養(yǎng)因子方面的工作，這里簡要介紹此方面的研究進展，希望對大家有所啟發(fā)。

　　大豆中有諸多抗營養(yǎng)因子，首先要找到抗營養(yǎng)因子，然后通過化學方法、生物技術方法等處理它、鈍化它、解決它，并且將大豆的飼用價值應用得更好。更重要的是，現(xiàn)在我們采用很多檢測技術，可以確定抗營養(yǎng)因子的含量，從而找到處理的方法。

　　第1則 大豆抗營養(yǎng)因子簡介

　　1、大豆及大豆制品功能

　　大豆因具有較高營養(yǎng)價值而被廣泛應用于食品和飼料工業(yè)。目前大豆對國外的依賴性至少近 20 年難以解決。

　　2、產業(yè)需求

　　飼料糧資源可提供粗蛋白質 ：4 500 萬 t ；牧區(qū)可能提供的粗蛋白質 ：約 2 000 萬 t ；進口 9 335 萬 t 大豆 ；需要飼料蛋白質：7 441 萬 t；我國居民動物性蛋白質年需要量：1 478 萬 t。大豆及其加工副產品占飼料蛋白質的 70%，大豆資源缺乏是我國養(yǎng)殖業(yè)和飼料業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。大豆抗營養(yǎng)因子危害畜禽的生長發(fā)育，是限制大豆資源飼用效率的主要因素。

　　3、大豆抗營養(yǎng)因子

　　大豆抗營養(yǎng)因子是影響飼料中大豆蛋白源高效利用的主要因素。大豆抗營養(yǎng)因子包括蛋白酶抑制因子、脲酶、凝集素 ( 熱敏性 )；植酸、寡糖、單寧、抗原蛋白 ( 熱穩(wěn)定性 )；抗維生素因子及其他大豆抗營養(yǎng)因子。

　　在大豆抗營養(yǎng)因子領域，隨著時間的推移及技術的不斷提高，我們做了很多抗營養(yǎng)蛋白的研究工作，特別是大豆抗原蛋白。熱穩(wěn)定 ：大豆球蛋白、β- 伴大豆球蛋白、Gly m Bd 28K 和單寧等 ；熱不穩(wěn)定 ：胰蛋白酶抑制因子、凝集素和脲酶等。其中，蛋白類抗營養(yǎng)因子 ：大豆球蛋白、β- 伴大豆球蛋白、Gly m Bd 28K、胰蛋白酶抑制因子。

　　4、大豆抗原蛋白的物化性質

　　大豆抗原蛋白的物化性質對預消化也有借鑒價值。針對其物化特性，選用酶的類型、pH、溫度去處理它，特別是抗原蛋白 Glycinin 和 β-conglycinin，我們中心這些年研究的數(shù)值值得借鑒，使產品更加高效。Glycinin 和β-conglycinin 這兩大類抗原蛋白值得深入探討。根據(jù)物化特性對應地減少其危害性，以減少對動物畜禽的危害性，增加產品的附加值。

　　4、1大豆球蛋白的物化性質

　　大豆球蛋白屬大豆 11S 組分，六聚體結構，由6個亞基構成，基本結構為A-S-S-B。相對分子量 300~380 kDa ；等電點約為 6.4 ；大豆球蛋白屬于冷沉蛋白，大豆 11S 球蛋白濃度＞ 10 mg/mL 時在 4℃發(fā)生二硫鍵聚合現(xiàn)象，形成不溶的沉淀，實驗室制備大豆分離蛋白時，濃縮的大豆蛋白液在冰箱中臨時貯存，最后制備的大豆分離蛋白溶解度低。但是，我們可以利用該性質制備純度較高的大豆球蛋白，然而所制備得到的大豆球蛋白與天然的大豆球蛋白的結構存在差異，基于此建立的 ELISA 等檢測方法，可能與實際情況存在出入。此時，基于分子量差異的分離技術，如分子排阻色譜，就很難將大豆球蛋白與伴球蛋白區(qū)分開來。當溫度不高于 70 ℃時，結構穩(wěn)定；當溫度高于 70 ℃時，會出現(xiàn)沉淀和部分解離現(xiàn)象。膨化過程中的高溫以及微生物發(fā)酵產熱等因素均可降低大豆產品中蛋白質的溶解度，不利于大豆蛋白的提取。本研究發(fā)現(xiàn)，70 ℃加熱處理有利于發(fā)酵豆粕等樣品中大豆蛋白的提取。

　4、2 β- 伴大豆球蛋白的物化性質

　　伴大豆球蛋白屬大豆7S 組分，三聚體糖蛋白，由 3 個亞基靠疏水間相互作用構成。相對分子量約為 180 kDa ；等電點為 4.8 ～ 4.9。各亞基之間的比例關系不固定，而其中 β 亞基的含量變異最大，因此，針對 β 亞基上的抗原位點制備得到的單抗所建立 ELISA 檢測方法，其測定結果可能與理論值出入較大，個人建議制備多抗用于檢測。溶液離子濃度從0.5 mol/L 降至 0.1 mol/L 過程中，β- 伴大豆球蛋白具有二聚體化的特性，可以形成 9S 和 12S 組分，其分子量可以達到 360 kDa，與大豆球蛋白的分子量相當，此時，利用分子排阻色譜，就很難將大豆球蛋白與伴球蛋白區(qū)分開來。

　　第2則  大豆抗營養(yǎng)因子對幼齡畜禽的危害和機理

　　大豆抗原蛋白可誘發(fā)仔豬斷奶綜合征，該病是困擾仔豬成活率的世界性難題，每年給我國養(yǎng)豬業(yè)造成的損失超過 50 億元。大豆抗原蛋白引起的過敏反應是仔豬斷奶綜合征的原發(fā)性原因，而過敏反應的主要部位在腸道。

　　大家都認識到，腸絨毛膜的變化影響其吸收表面，影響營養(yǎng)物質的消化率和利用率。可以說我們在這個領域率先走了一步，針對腸絨毛膜的表面積、高度和陷窩深度來表明大豆有害物質對豬的危害性機理。

　　大豆抗原蛋白對早期斷奶仔豬腸道的致敏機制 ：主要是抗原蛋白進入小腸之后，導致致敏肥大細胞釋放組胺，組胺導致豬的下痢。目前全中國至少 1/3 的人過敏，到目前為止，對致敏已經有了一些了解，但是了解得很少，在豬上做此方面研究，對研究人的致敏問題具有重要的意義。目前人們產生過敏之后，只能使用阻斷組胺釋放的藥物，控制過敏，沒有任何其他更好的辦法。所以致敏機制的研究具有非常重要的社會意義?，F(xiàn)在的問題是找到大豆抗原蛋白的量，從而采取消減其危害作用、致敏強度的方法，從而實現(xiàn)大豆蛋白在豬上的應用效果。

　　大豆胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白 (Glycinin)、β-伴大豆球蛋白 (β-conglycinin)、大豆凝集素在熱處理后穩(wěn)定，免疫原性最強，占大豆蛋白的 65% ～ 80%。Glycinin 是由 6 個酸性多肽和 6 個堿性多肽組成的大分子蛋白 (360 kDa)。β-Conglycinin 是一種分子量為180 kDa 的糖蛋白，由 3 個亞基 α、α'、β 組成。隨著時間的推移，我們要找到 Glycinin 和 β-Conglycinin的亞基作用，α、α'、β 亞基。另外，針對亞基中氨基酸的序列也進行了探討。

　　第3則  檢測技術體系和數(shù)據(jù)庫

　　這些年來，有關機理方面探討了很多。30 年來，我們中心對各種抗營養(yǎng)因子做了各方面的工作，在檢測上也有很大的進展。

　　我們現(xiàn)在用單克隆抗體的試劑盒來測定抗原蛋白的含量，在全世界只有我們中心有大豆抗原蛋白的單克隆抗體，它作為檢測上一代育種到下一代育種抗原蛋白減少量的重要指標之一。

　　通過試劑盒檢測的抗原蛋白的量與其實際應用的趨勢比較吻合，即抗原蛋白量少，飼用效果就好。而針對預消化產品，可能也要經過一系列的檢測，從而進行驗證，或每一批出廠時，有相應檢測的指標，除了消化率，減少抗營養(yǎng)因子、抗營養(yǎng)蛋白的量也非常關鍵。

　　1、創(chuàng)建了大豆抗營養(yǎng)因子檢測技術體系

　　根據(jù)不同抗營養(yǎng)因子的理化特性，分別開發(fā) ( 改進 )了檢測技術，建立了大豆蛋白與抗營養(yǎng)因子檢測技術體系。開發(fā)出基于單克隆抗體的大豆抗原蛋白等 4 套商品化ELISA 檢測試劑盒，實現(xiàn)了大豆主要抗營養(yǎng)因子的定量檢測，為評價大豆加工產品的質量奠定了技術基礎。

　　

　　

　　我們與中國農業(yè)科學院作物科學研究所邱麗娟研究員合作，做了 400 個大豆樣品大豆異黃酮的檢測，建立了相關的數(shù)據(jù)庫來了解每一個品種的變化。邱麗娟研究員收集了全世界的大豆品種，連續(xù) 3 年檢測了育種之后經過改良到下一代的變化。

　

　　發(fā)酵豆粕遍布全中國，由于溫度、地域、pH、菌種的不同，發(fā)酵豆粕千變萬化，今后針對發(fā)酵豆粕的研究需要多考慮抗營養(yǎng)因子的含量，是否作為一個指標判斷發(fā)酵豆粕的優(yōu)劣。發(fā)酵也是今后飼料業(yè)要發(fā)展的重要領域之一，我們也做了很多發(fā)酵的技術和產品。作為發(fā)酵豆粕而言，抗原蛋白含量的檢測更重要。2020 年在飼料端禁止使用抗生素，所以不會再批準在飼料中添加抗生素，隨著時間的推移，在發(fā)酵領域還有很多文章可以做。

　　2、大豆球蛋白

　　制備免疫原 ：抗原的分離與純化?；谒釅A法、電離和層析技術分離大豆球蛋白 (Guo 等，2002)。單克隆抗體 (Mabs) 的制備 ：實際上，做出來單克隆抗體很不易，我們也經歷了無數(shù)次失敗，目前還要加強創(chuàng)新的幅度。

　　3、大豆抗原蛋白的檢測方法

　　我們利用液相色譜法和液質聯(lián)用的方法來測定抗原蛋白和肽的量是最新的進展，也是非常難得的。

　　

　　其實這些優(yōu)化也耗費了很多時間，好在我們的檢測設備都比較高級。同時，越高級的設備就需要越嫻熟的操作人員進行操作。

　　4、大豆抗原蛋白純化方法

　　考慮大豆產品質量時，大豆抗原蛋白的量非常重要。大豆抗原蛋白的純化方法有多種 ：SDS-PAGE 切膠回收法、等電點沉淀法、液相色譜法、免疫親和層析法、基因工程等。

　

　　第4則 抗營養(yǎng)因子鈍化技術

　　研發(fā)出基于物化加工、生物技術和營養(yǎng)調控“三位一體”的大豆抗營養(yǎng)因子鈍化消除技術。開發(fā)了膨化膨脹、微生物發(fā)酵、酶解等消除大豆抗營養(yǎng)因子的工藝技術，工藝學與營養(yǎng)學結合是促進飼料工業(yè)發(fā)展的基礎。

　　多年來我們一直都在探討膨化、壓榨、浸提。特別是呼吸膜固態(tài)發(fā)酵，一個單向的閥門安裝在發(fā)酵袋上，袋子中的酵母菌先發(fā)酵，二氧化碳能排到外面，但是外面的氧氣進不去，這樣就形成了厭氧環(huán)境，乳酸菌、芽孢桿菌、雙歧桿菌等有益菌進而發(fā)酵。利用此項專利技術，生產呼吸膜的廠家很多，全中國生產單向閥門袋子且正式注冊的廠家有 18 家。這個專利技術已經被全國范圍諸多發(fā)酵飼料生產廠家廣泛使用，在發(fā)酵肥上也有應用。呼吸膜發(fā)酵袋是我們申請于 2006 年的專利，12 年來遍布全國，都在應用發(fā)酵的概念。另外針對大豆粕、菜籽粕、棉籽粕，抗營養(yǎng)因子處理方面的發(fā)酵技術還是比較重要的渠道之一。

　　飼料預消化以降低動物消化負擔和提高飼料利用率為目的，模擬動物消化過程，在體外對飼料原料進行加工處理的飼料生產技術。優(yōu)勢 ：原料更容易消化 ；減輕消化器官負擔，促進消化系統(tǒng)發(fā)育，提升動物健康水平 ；節(jié)約消化耗能 ；提高飼料整體報酬。

　　預消化概念研究怎樣由大分子降到小分子，降到優(yōu)質肽。目前我們可以用液質聯(lián)用的方法檢測抗原蛋白的量，也可以檢測出肽的量，但是肽的具體氨基酸組成還需要一段時間。

　　1、膨化膨脹等物理法鈍化大豆抗營養(yǎng)因子的工藝條件

　　使用干法擠壓膨化、濕法擠壓膨化、膨脹對胰蛋白酶抑制因子、凝集素、寡糖和抗原蛋白等主要大豆抗營養(yǎng)因子的鈍化效果進行研究，獲得了最佳鈍化效果的工藝參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，當粉碎細度過￠ 1.2mm 篩網，調質溫度88 ～ 93 ℃，出料溫度 146 ～ 155 ℃時，濕法擠壓膨化的鈍化效果最好。

　　2、創(chuàng)制出呼吸膜固態(tài)發(fā)酵大豆粕、消除大豆抗原蛋白的獨特工藝 (ZL200610002389.9 等 )

　　選育出由釀酒酵母、乳酸菌、枯草芽孢桿菌等組成的微生物復合菌種，并創(chuàng)制出獨特的呼吸膜固態(tài)發(fā)酵工藝。大豆球蛋白含量由 120~130 mg/g 降低到10.2~12.6 mg/g，β 伴大豆球蛋白含量由180~220 mg/g降低到12.3~15.1 mg/g，比發(fā)酵前降低了 80%~90%。10 個氨基酸以下的小肽占總蛋白含量 50% 以上。添康是用呼吸膜固態(tài)發(fā)酵豆粕及配套技術生產的高品質豬肉。

　　3、開 發(fā) 出 鈍 化 消 除 大 豆 抗 營 養(yǎng) 因 子 的 酶 制 劑(ZL200610002389.9 等 )

　　建立了高效表達 β 甘露聚糖酶的畢赤酵母系統(tǒng)，該酶可有效降解大豆寡糖和抗原蛋白，酶活力達到10 000 U/mL，酶蛋白表達量達 10 mg/mL，且具有良好的耐熱性。動物試驗表明，含 25% 豆粕的肉雞飼料中加入該酶，代謝能提高50 kcal/kg，生產性能顯著改善。

　　4、緩解大豆抗原蛋白致敏活性的營養(yǎng)學技術 (Food Chem.，2008 等 )

　　根據(jù)抗原蛋白致敏機制研究結果，發(fā)現(xiàn)維生素 C、硫辛酸和葡萄籽花青素通過恢復輔助性 T 淋巴細胞和細胞因子平衡，有效阻斷抗原蛋白導致的過敏性腹瀉。

　　5、研究開發(fā)了大豆多肽等飼用功能性大豆生產工藝(ZL200410010502.9 等 )

　　以低溫脫脂豆粕、大豆分離蛋白為原料，采用雙極膜電滲析技術，經過分段式酶解工藝，制得大豆糖肽、氨基酸平衡肽和大豆多肽，并創(chuàng)制出具有提高畜禽機體免疫力的發(fā)酵大豆蛋白肽和大豆肽鈣復合物。

　　第5則  大豆皮營養(yǎng)價值

　　大豆皮 NSP 含量 57.9%，其中 INSP 含量為 46.4%，SNSP 含量為 4.2%，TDF 含量為 75.1%，其中 IDF 為64.7%，SDF 為 10.4%。大豆皮纖維含量較高，根據(jù)一些預測方程推測出有效能值會很低。大豆整體都是寶，所以整個大豆都值得探討。通過檢測技術找到大豆抗營養(yǎng)因子的量，再通過酶解、發(fā)酵等方式處理。隨著時代的發(fā)展，這個領域會越來越好。

　　(來源：根據(jù)李德發(fā)院士于 2018 飼料預消化營養(yǎng)論壇同名報告整理)

　　轉自：新飼料傳媒

Nord2020

一個大豆本身就有很多值得研究的東西