人們把對營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和利用產(chǎn)生不利影響以及使人和動物產(chǎn)生不良生理反應的物質(zhì),統(tǒng)稱為抗營養(yǎng)因子(antinutritional factors,ANFs)。人們很早就發(fā)現(xiàn)直接攝入豆科籽實會導致人和動物產(chǎn)生胰腺腫大、過敏反應、生長緩慢、日糧養(yǎng)分利用率下降以及一些不良生理反應的現(xiàn)象,這些生理反應是由大豆中含有的多種抗營養(yǎng)因子共同介導。從二十世紀初期,人們就開始了對大豆中抗營養(yǎng)因子的研究,并隨著物理學、化學、免疫學、分子生物學等相關研究技術的發(fā)展逐步深入,成為動物營養(yǎng)研究的熱點領域之一。多年來,人們對大豆中各種抗營養(yǎng)因子使動物產(chǎn)生的生理反應進行了大量研究,其效應會因抗營養(yǎng)因子的種類、含量以及動物的種類等的不同而有很大差異。 根據(jù)對飼料營養(yǎng)價值和動物生物學反應,將大豆中抗營養(yǎng)因子分為以下六類:
(2)降低碳水化合物消化率因子(酚類化合物如單寧和寡糖等); (4)影響維生素活性或增加動物維生素需求量的因子,包括抗維生素A、維生素D、維生素E和維生素B等因子;
(5)刺激免疫體系的因子(抗原蛋白)以及其它一些抗營養(yǎng)因子(致甲狀腺腫因子、皂甙、異黃酮和生氰糖甙等); (6)飼料中具有毒素作用的因子(凝集素)。
去除方法
大豆中抗營養(yǎng)因子是影響大豆蛋白源在飼料中使用的主要因素,要提高大豆蛋白源在飼料中的使用量,必須采取合適的措施進行處理,使大豆抗營養(yǎng)因子失活、鈍化。世界范圍內(nèi)對降低或消除大豆蛋白抗營養(yǎng)因子問題的研究在不斷完善,通常采用物理、化學和生物學等方法進行鈍化處理。
生物學方法是通過添加適宜酶制劑或用微生物發(fā)酵處理以分解大豆中的抗營養(yǎng)因子。
酶制劑處理法
酶制劑有單一酶制劑和復合酶制劑。植酸酶是應用最廣泛的單一酶制劑,能水解植酸和植酸鹽,釋放磷并使植酸抗營養(yǎng)作用消失;復合酶制劑如NSP 酶(非淀粉多糖酶),就能對多種ANF起作用,最大限度發(fā)揮飼料作用(趙林果等,2001)。但對酶制劑的耐受性、穩(wěn)定性、影響酶制劑作用的外在因素等問題還有待進一步的研究與開發(fā)。另外,酶制劑處理時,添加酶的量要適量,過量會擾亂消化道的正常消化機能而產(chǎn)生不良作用。 生物發(fā)酵處理
微生物在發(fā)酵過程中可產(chǎn)生水解酶、發(fā)酵酶和呼吸酶,可以消除植物蛋白原料中的抗營養(yǎng)物質(zhì),有利于動物的消化吸收。另外,微生物在發(fā)酵過程中還將大部分動物不能直接利用的植酸等無機鹽轉(zhuǎn)化為細胞中的有機鹽,不僅提高了利用率,還可降低飼料中總磷等的含量,減少飼料對養(yǎng)殖環(huán)境的污染。發(fā)酵法具有以下特點:能對多種抗營養(yǎng)因子產(chǎn)生去毒效果;對營養(yǎng)組分體外降解,大幅提高各營養(yǎng)成分的消化吸收率;發(fā)酵處理可明顯提高大豆的適口性,有一定的誘食效果。采用獨特的菌種和發(fā)酵工藝,微生物發(fā)酵過程中分泌的蛋白酶使大豆蛋白被分解成小分子蛋白和小肽分子。生物發(fā)酵過程中,微生物大量增殖,其結(jié)果不僅提高了發(fā)酵大豆蛋白基料的蛋白質(zhì)水平,而且部分大豆蛋白質(zhì)發(fā)酵時轉(zhuǎn)化為菌體蛋白,這本身也改變了大豆蛋白質(zhì)的營養(yǎng)品質(zhì)(李紹章等,2004)。微生物發(fā)酵處理已有產(chǎn)品問世,但對產(chǎn)品的品質(zhì)控制、發(fā)酵工藝參數(shù)控制以及規(guī)模化生產(chǎn)方面良莠不齊。陳名洪等(2008)以脫脂豆粕粉為原料,使用具有產(chǎn)蛋白酶能力的菌株CHD21為生產(chǎn)菌種進行發(fā)酵。以水解度作為指標,對菌株CHD2發(fā)酵降解豆粕的條件進行了優(yōu)化。 育種法
通過植物育種途徑,培育低抗營養(yǎng)因子或無抗營養(yǎng)因子的植物品種以及改善大豆蛋白品質(zhì),但這些大豆的產(chǎn)量相對較低,所以推廣難度相對較大。另外一方面是通過動物育種,提高家畜對抗營養(yǎng)因子的耐受性;通過轉(zhuǎn)基因培育能分泌消化抗營養(yǎng)因子的品系,達到消除抗營養(yǎng)因子對畜禽的抗營養(yǎng)作用。但存在產(chǎn)量低、抗病害能力降低、周期長、投資大等問題。 物理處理的方法主要包括熱處理方法和機械加工方法。
熱處理方法
自1917年,Osborne和Mendel報道蒸煮大豆可以改善小鼠的生長性能以來,人們對大豆營養(yǎng)因子的熱穩(wěn)定性進行了大量研究,結(jié)果表明:胰蛋白酶抑制因子、糜蛋白酶抑制因子、凝集素、脲酶、致甲狀腺腫因子及抗維生素因子具有對熱敏感的特性,而皂甙、單寧、異黃酮、寡糖、致過敏反應蛋白及植酸等對熱較穩(wěn)定(李德發(fā),2003)。所以熱處理技術對蛋白酶抑制因子、凝集素、脲酶等熱敏性抗營養(yǎng)因子有很好的鈍化效果,也是研究最為深入、應用最為廣泛的鈍化技術。熱處理主要分為濕熱法和干熱法(鄭愛娟等,2002)。 進行熱處理時,必須保證熱處理的強度適宜。加熱不足則抗營養(yǎng)因子破壞不夠;加熱過度則氨基酸利用率下降,會降低蛋白質(zhì)的生物學效率。實際生產(chǎn)中多以測定脲酶活性判斷胰蛋白因子的鈍化程度,反應加熱不足;采用蛋白溶解度作為判斷大豆或豆粕加熱過度的指標。
機械加工處理
機械加工包括粉碎、去殼、脫種皮等,很多抗營養(yǎng)因子主要存在于作物種子表皮層,通過機械加工處理使之分離,即可大為減少抗營養(yǎng)作用。此方法簡單有效,但廢棄種皮的處理是一個大問題。
化學處理的原理為化學物質(zhì)與抗營養(yǎng)因子分子中的二硫鍵結(jié)合,使其分子結(jié)構改變而失去活性。使用的化學物質(zhì)包括硫酸鈉、硫酸銅、硫酸亞鐵和其它一些硫酸鹽。多年來,人們在用化學方法鈍化抗營養(yǎng)因子方面取得了較大的進展。張建云等(1999)研究表明,5%的尿素加20%水處理30 d的效果最好,胰蛋白酶抑制劑活性降低78.55%,飼料中加入適量蛋氨酸或膽堿作為甲基供體,可使單寧甲基化,促使其排出體外?;瘜W方法對不同的抗營養(yǎng)因子均有一定的效果,可節(jié)省設備與資源,但最大的障礙是化學物質(zhì)殘留和環(huán)境污染的問題,因此生產(chǎn)中不應大量使用。 總結(jié)以上鈍化抗營養(yǎng)因子的方法,從鈍化的有效性,實用性出發(fā),熱處理是應用最廣泛的方法,但在工藝上仍需繼續(xù)精進,且對于熱穩(wěn)定性高或熱加工不足以有效地滅活的抗營養(yǎng)因子,人們必須要不斷地研究新的方法加以消除。大豆優(yōu)良品種的選育是消除抗營養(yǎng)因子的根本,培育專門化品種解決大豆及豆制品適口性和品質(zhì)問題,然而要達到理想的結(jié)果,尚需很長時間的努力。至于化學鈍化,與生產(chǎn)應用尚有距離,還應特別關注化學鈍化試劑的安全性問題。由于豆粕蛋白來源量大,相對于魚粉來講價格較低,是飼料配比中主要的蛋白來源,因此能夠利用生物酶體例如微生物發(fā)酵產(chǎn)生的酶類來大量去除大豆抗營養(yǎng)因子,增加豆制品的適口性及有機體對豆制品的消化率,降低抗營養(yǎng)因子,亦能夠為大豆及其制品的生產(chǎn)節(jié)省大量費用的比較切實可行的辦法就是將豆粕進行發(fā)酵。