乳清浓缩蛋白在仔猪生产中的应用及其作用机理

2013-03-24 13:54:44詹黎明郭吉余
动物营养学报 2013年2期
关键词:乳清铁蛋白饲粮

詹黎明 郭吉余* 吴 德

(1.广东海大集团股份有限公司畜牧水产研究中心,广州 511400;2.四川农业大学动物营养研究所,雅安 625014)

乳清浓缩蛋白是一种良好的蛋白质资源,可以促进动物生长,增强其免疫机能。目前,在乳清粉加工过程中应用超滤、中低温喷雾干燥等新兴工艺保持了乳清浓缩蛋白的天然形式,使其具有极好的溶解性。乳清浓缩蛋白品种繁多,不同产品在组成上有显著差异,在市场上通常根据蛋白质含量的不同来划分[1]。本文综述了乳清浓缩蛋白的营养特征、在猪生产中的应用效果及其作用机理。

1 乳清浓缩蛋白的营养特征

目前,奶的蛋白质源主要替代品是乳清粉,其具有良好的适口性与可消化性,已成为仔猪饲粮的传统典型原料[2]。乳清浓缩蛋白是由牛乳清经喷雾干燥生产的粉状物,含有蛋白质、多种必需氨基酸、乳糖、矿物元素和少量脂肪,富含维生素(如维生素 B1、维生素 B2、泛酸、维生素 B6、维生素B12)和高比例免疫球蛋白、抑菌蛋白(如溶菌酶、乳铁蛋白)、生长因子、核苷酸、激素、细胞因子等。其中蛋白质含量为34% ~80%,具有良好的适口性与可消化性(比其他任何蛋白质都易于消化)。乳清蛋白是乳清浓缩蛋白中的蛋白质组分,其具有高蛋白质营养价值[3],提供的蛋白质功效比大于3.0,70% ~80%的乳清蛋白是α-乳白蛋白和β-乳球蛋白,α-乳白蛋白质具有高蛋白质利用率和蛋白质净利用价值,β-乳球蛋白质具有高蛋白质净利用价值和中等蛋白质利用率[4]。其他的蛋白质成分包括凝乳乳清(巨糖肽)、牛血清白蛋白、乳铁蛋白、免疫球蛋白、磷脂蛋白、乳过氧化氢酶和蛋白胨等。

乳清浓缩蛋白性质较为稳定,储存期较长,一般不含生长毒素、肌胃糜烂素等有害物质,相对安全可靠。乳清浓缩蛋白实质上与脱脂奶粉[5]具有相同的蛋白质组成。Lammers等[2]和Mcdonough等[5]研究表明,乳清浓缩蛋白与脱脂奶粉和酪蛋白相比,其氨基酸组成更适于动物生长,但乳清浓缩蛋白只有脱脂奶粉大约40%的成本。随着液态奶制造业突起,乳清浓缩蛋白产品更适用于猪饲粮[6]。但我国乳清浓缩蛋白资源相对较少,在一定程度上限制其广泛应用。

2 乳清浓缩蛋白在猪生产中的应用效果

研究表明,与鱼粉相比,乳清浓缩蛋白能提高断奶仔猪生长速度[7]。乳清浓缩蛋白可以部分或完全替代血浆蛋白粉而没有降低断奶猪生产性能[6,8]。Gottlob 等[9]研究早期断奶仔猪断奶后1 ~14d饲喂高质量乳清浓缩蛋白或血浆蛋白粉饲粮,15~28d更换饲喂相同的玉米-豆粕型饲粮,结果表明,1~14d或1~28d饲喂高质量乳清浓缩蛋白或血浆蛋白粉饲粮对仔猪平均日采食量和料重比无显著影响,表明高质量乳清浓缩蛋白是仔猪饲粮中血浆蛋白粉潜在替代品。詹黎明等[10]研究发现,仔猪断奶后第10天乳清浓缩蛋白组生长性能(平均日采食量、平均日增重、料重比、腹泻指数和腹泻率)、免疫指标(免疫球蛋白G、免疫球蛋白A、免疫球蛋白M、补体C3、补体C4)和血清激素(皮质醇、类胰岛素样生长因子-Ⅰ)均与血浆蛋白粉组无显著差异,这表明乳清浓缩蛋白替代血浆蛋白粉时没有降低断奶仔猪生长性能。这与 Grinstead 等[6]和 Gottlob 等[9]研究结果一致。詹黎明[11]还发现乳清浓缩蛋白与大豆浓缩蛋白、鸡蛋粉比较均显著降低仔猪断奶后第10天料重比;乳清浓缩蛋白与大豆浓缩蛋白比较,可降低仔猪断奶后第5天和第10天血清中皮质醇浓度,显著降低十二指肠隐窝深度,提高绒毛高度与隐窝深度比值。

Gottlob等[9]选取不同厂家乳清浓缩蛋白,研究其对早期断奶仔猪生产性能影响,发现不同来源乳清浓缩蛋白对早期断奶仔猪平均日增重影响差异显著,部分厂家产品并不能满足仔猪生长需求。Caric[12]认为乳清浓缩蛋白质量和功能主要因其来源和加工过程而异。乳清蛋白主要是易于变性的敏感性球蛋白,在热处理和不同pH条件下极易变性,对蛋白质破坏严重,因其加工方式受到很多限制,这对加工乳清浓缩蛋白的奶源和加工工艺提出较高要求。不同生产工艺的厂商提供的乳清浓缩蛋白质量存在较大差别[9]。因此,高质量的乳清浓缩蛋白可改善饲料适口性,修复仔猪断奶后肠道形态完整性,促进消化酶系统的早日成熟,增强机体免疫力,是理想的仔猪蛋白质来源。

3 乳清浓缩蛋白的作用机理

3.1 富含免疫调节组分

牛奶含有高比例脂肪球膜蛋白和免疫球蛋白,后者广泛存在于乳清制品中,具有抗轮状病毒(RV)能力,对健康和免疫有很大益处[13]。牛奶乳清含有的成分具有抗菌和免疫调节能力[14-15],含有乳清蛋白的产品作为功能食品组成更加令人关注[16]。乳清浓缩蛋白含有抗病毒和免疫调节组分,具有免疫功能,可以在肠道中吸附和中和病原体[17-18],其中富含的抑菌蛋白(如溶菌酶、乳铁蛋白)、生长因子、核苷酸、激素和细胞因子等可以提高免疫防御和肠道屏障功能[14,16]。Frances 等[19]发现乳清浓缩蛋白含有的生物活性物质能够激活免疫细胞,预防RV感染,减少严重腹泻的发生。Valenti等[20]和 Pérez-Cano 等[21]研究指出,乳清浓缩蛋白许多组分如乳铁蛋白具有抗菌和抗病毒功能,能改善异源RV感染的腹泻的严重性和发生率,调节早期黏膜和系统免疫应答。

Playford等[22]研究表明,乳清浓缩蛋白、片段或单个小肽存在于奶和初乳中有益于治疗多种胃肠道疾病,如肠炎、坏死性小肠结肠炎和传染性腹泻。虽然乳清浓缩蛋白治疗胃肠道疾病的准确机制尚不完全清楚,但其富含的免疫球蛋白[23]、嗜中性粒细胞和自然杀伤(NK)细胞[24]及特定的生物活性大分子(如乳铁蛋白)[20]都有益于抵抗病原体,这些免疫调节组分都可能是其潜在的机制。

乳清蛋白具有潜在生物活性的肽段[主要为阿片活性肽、血管紧张素转换酶(ACE)抑制肽、免疫调节肽和抗菌肽]和一些免疫调节肽序列,在经消化酶降解后能发挥免疫调节的作用,如κ-酪蛋白经胃蛋白酶-胰蛋白酶组合消化后的产物能够直接透过小肠黏膜进入血液,具有调节巨噬细胞活性和刺激淋巴细胞增殖的能力[13,25]。同时,乳清蛋白中球蛋白和乳铁蛋白都具有抗菌和抗病毒作用。乳铁蛋白的N端的多肽具有抗菌作用,可以结合细菌和真菌的细胞壁并破坏细胞膜,导致细胞泄露,从而达到杀死细胞的作用[26]。牛乳铁蛋白在体内被消化产生的乳铁运转蛋白可直接破坏革兰氏阴性菌的外层细胞壁,乳铁运转蛋白还可以抑制多种致病菌的生长繁殖,如大肠杆菌、沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌和空肠弯曲杆菌等[17]。乳过氧化物酶也是一种天然抗菌剂,能杀灭部分有害微生物[26]。另外,乳清蛋白促进免疫功能及抗氧化作用机理与其富含的半胱氨酸和谷氨酸能提高机体组织内谷胱甘肽的浓度有关,谷胱甘肽可清除体内游离基。

3.2 调节机体免疫功能

乳清浓缩蛋白具有抗病毒和增强免疫功能[17-18],从乳清分离或纯化的一些蛋白质具有调节细胞的免疫功能。乳清浓缩蛋白含有生物活性物质,可激活免疫细胞,预防感染[19]。Puddu等[25]研究表明,舒缓激肽介导炎症反应进程,并能刺激巨噬细胞,提高淋巴细胞的游走和细胞因子的分泌,抑制ACE,有利于舒缓激肽的形成,因此,乳清浓缩蛋白中分离纯化的ACE抑制肽可作为免疫调节剂。类吗啡活性肽等也具有刺激淋巴细胞的增殖,提高机体免疫能力的功能[25]。

此外,Clare等[27]用胃蛋白酶从牛乳铁蛋白的N端(17~41)得到了1个含有25个氨基酸残基的小肽——牛乳铁蛋白肽(LfcinB),对革兰氏阳性菌和阴性菌具有拮抗作用,特别是对大肠杆菌O 157∶H7和耐甲氧苯毒霉素黄色葡萄球菌有显著的抑制作用,还能够刺激人体白细胞核释放嗜中性粒细胞活性的白细胞介素-8。Pellegrini等[28]通过胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶水解α-乳白蛋白,分离纯化出3种对大多数革兰氏阳性菌起到抑制作用的抗菌活性片段;对β-球蛋白的胰蛋白酶水解产物进行研究,发现4种有抗菌活性的片段对革兰氏阳性菌有抑制作用。

事实上,使用牛免疫球蛋白或特定免疫动物的初乳能提供新生儿被动免疫,抵抗引起腹泻的病原体,如RV或大肠杆菌[29-30]。针对饲粮抗原,机体需要下调免疫应答,这被描述为早期生命的生理过程,此时乳清浓缩蛋白的免疫抑制特性是必需的[31]。另外,浓度为 600 mg/L 糖巨 肽(GMP)在减少鼠脂肪沉积上表现出显著的附加效应[32]。GMP是酪蛋白巨肽(CMP)的糖基化片段,是由内肽酶-凝乳酶作用于κ-酪蛋白释放的C端片段,存在于酪蛋白制造过程的乳清中[33]。GMP能刺激胆囊收缩素(CCK)释放[34],因此,其对饱感和采食量存在潜在的影响[35-36],可能机制是GMP通过小肠内分泌细胞增加CCK的浓度[37],影响饱感和减少采食[38],进而减少体增重和减少腹部和皮下脂肪沉积,其他许多与健康相关的功能都归结于 CMP[39]。

CMP具有免疫调节作用,不仅可抑制淋巴细胞增殖和免疫球蛋白产生,还能够通过诱导脾淋巴细胞增殖而抑制有丝分裂,导致病毒凋亡。其免疫调节作用依赖于多肽部分,与富含唾液酸有关[39-40]。研究表明,CMP可通过多价配位体(例如,糖链及其他阴离子基团如磷酸丝氨酸残基)与小鼠单核或巨噬细胞结合,诱导产生白细胞介素-1受体拮抗剂,从而抑制脂多糖介导的脾淋巴细胞增殖[41]。此外,GMP可与小鼠 CD4+淋巴细胞结合,抑制由植物血球凝集素诱导的白细胞介素-2受体的表达及炎性反应[40]。

Pérez-Cano 等[42]和 Wolber等[43]研究表明,乳清浓缩蛋白能提高鼠早期先天黏膜免疫,保护其免受外界病原微生物侵袭。Cross等[44]报道,乳清浓缩蛋白能抑制分裂素刺激的T和B淋巴细胞增殖,但是这种对淋巴细胞增殖和免疫功能调节的影响结果并不具备试验重复性,其原因可能是由于乳清浓缩蛋白不同的加工工艺和组成差异所致[45]。近期研究表明,乳铁蛋白还具有抑制细胞巨化病毒、疱疹病毒、流感病毒和RV等功能,其作用机制尚不清楚。也有观点认为,乳铁蛋白并无直接抗病毒的功能,而是通过间接的调节免疫系统达到抗病毒的目的[46]。因此,乳清浓缩蛋白含有的免疫组分具有调节免疫系统的功能可能是因为具有结合在细胞表面的能力,对免疫细胞分化、激活和增殖过程具有影响[40],可缓解炎症因子分泌,从而调节机体免疫应答。

3.3 调节机体抗体应答

许多研究表明,异源物种口服牛奶蛋白能影响淋巴细胞功能和抗体应答[47]。有研究显示,膳食中的CMP对免疫球蛋白G抗体的产生有显著抑制作用,有助于降低新生儿对环境抗原的免疫反应,因此CMP适用于制备免疫抑制性食物[48]。

乳清浓缩蛋白能有效改善RV感染的腹泻的临床过程[21,43],减少腹泻发生率和粪便病毒脱落水平,可能具有提高对RV攻击的免疫应答功能,通过增加嗜中性粒细胞或NK细胞活性来减少病毒清除时间,也可能是乳清浓缩蛋白某一组分通过防止病毒在肠上皮细胞附着唾液酸或整联蛋白受体(如一些细胞因子)直接阻滞RV感染[49-50]。但是,Frances等[19]研究虽然个体样本数少,存在个体的变异性,但却发现乳清浓缩蛋白没有影响局部和系统RV抗体水平。乳清浓缩蛋白减少RV疾病的作用机制还不清楚。

Pérez-Cano 等[21]发现乳清浓缩蛋白能显著减少接种RV小鼠血清抗RV抗体、脾细胞增殖和干扰素-γ(IFN-γ)分泌,抑制肠上皮特有黏膜T细胞的增加。哺乳期补充乳清浓缩蛋白能抑制接种RV鼠脾细胞特异增殖[21,44]。总之,乳清浓缩蛋白能有效改善小鼠RV感染腹泻的临床过程[43],通过减少严重腹泻的发生,缩短严重症状和粪便高病毒脱落的持续时间[9],能有效缓解RV诱导的急性胃肠炎的严重性,调节对病原体的免疫应答[21]。

詹黎明等[10]研究表明,断奶仔猪注射猪瘟弱毒苗后分别饲喂乳清浓缩蛋白、大豆浓缩蛋白和鸡蛋粉饲粮,注射后第5天和第10天,乳清浓缩蛋白组仔猪猪瘟抗体效价分别比大豆浓缩蛋白组高出4.92%、6.23%;注射后第5天,乳清浓缩蛋白组血清IFN-γ浓度分别比大豆浓缩蛋白组、鸡蛋粉组高出1.89%、5.94%,注射后第32天,分别高出1.97%、8.50%。另有研究表明,血浆蛋白粉有利于仔猪母源抗体的维持和自身猪瘟抗体生成,增强疫苗的免疫保护效应,其机理在于血浆蛋白粉可激活补体C3,提高血清IFN-γ浓度,上调脾脏Toll样受体3(TLR3)、Toll样受体9(TLR9)mRNA表达[11]。因此,富含免疫球蛋白和免疫组分的乳清浓缩蛋白可能与血浆蛋白粉一样,具有类似增强抗体应答机制,可抑制外界对T和B淋巴细胞的刺激增殖[44],调节肠段淋巴细胞组分、淋巴系统增殖能力和细胞因子及免疫球蛋白的生成[21],从而能提高特定抗原抗体生成[18]。

4 小结

乳清浓缩蛋白表现出良好的适口性和高消化率,改善动物健康,提高其免疫力,但对乳清蛋白中通过酶解或其他方法释放出来的生物活性肽的作用机理尚未完全阐明,且目前多以小鼠为模型进行研究。乳清浓缩蛋白功效受来源、加工工艺、添加比例影响,关于其与猪饲粮中其他组分的互作效应、制约因素、是否调节采食基因的表达及影响疫苗抗体效价等方面仍需进一步探讨。研究结果将为其与功能氨基酸、抗菌药物、畜禽疫苗的最佳配比提供依据,从而获得最佳经济效益。

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