蛋白类抗营养因子的抗营养效应及其解决方案

谭 权 ，孙得发

（1. 四川农业大学动物营养研究所，四川成都 611130；2. 诺伟司国际贸易（上海）有限公司，上海 200080）

抗营养因子是指由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。饲料中的抗营养因子种类繁多，结构复杂，主要包括蛋白质类、非淀粉多糖类、酚类、糖酯、皂甙、丹宁、植酸等[1]。其中蛋白类抗营养因子主要包括蛋白酶抑制因子、致敏蛋白、植物凝集素和醇溶蛋白等。它们通过不同方式直接或间接影响营养物质的消化、吸收和利用，甚至影响畜禽健康和生产性能[2]。本文主要综述饲料中的蛋白类抗营养因子的抗营养效应及其解决方案。

1 蛋白类抗营养因子的种类及其抗营养效应

1.1 致敏蛋白 致敏蛋白根据超速离心可分为 2S、7S、11S 和 15S 4种成分，其中7S组分主要是β-伴大豆球蛋白（β-conglycinin），而11S组分主要是球蛋白（glycinin），因此常称glycinin为11S球蛋白，称β-conglycinin为7S球蛋白。Glycinin和β-conglycinin是大豆中免疫原性最强的2种抗原蛋白[3]。Glycinin含量最高，占大豆籽实的25%～35%，是大豆中主要的贮藏蛋白。Glycinin是一种聚合蛋白质，含糖蛋白较少，具有良好的热稳定性；其分子结构紧密，大量酶切位点位于蛋白质分子内部，不易被内源性蛋白酶识别和水解。β-conglycinin含量仅次于glycinin，约占大豆蛋白质含量的30%，为三聚体蛋白，分子量大，是导致过敏反应的另一种主要抗原蛋白[4]。

Glycinin对仔猪肠道健康的影响与其影响肠上皮细胞通透性有关。韩蕊[5]研究表明，glycinin能使仔猪小肠上皮细胞通透性增加，并对仔猪小肠上皮细胞紧密连接蛋白造成不同程度的损伤。Sun等[6]研究表明，glycinin激发了系统性免疫反应，降低仔猪生长性能，且glycinin的致敏性具有剂量效应。吴莉芳等[7]在鱼上的研究中也发现，饲粮添加一定量glycinin使鱼类肠道组织结构完整性出现了不同程度的损伤。β-conglycinin是哺乳动物肠道的致敏源，具有很强的致敏作用。Chen等[8]研究表明，β-conglycinin增加肠细胞应激和炎症蛋白质的表达，导致仔猪肠道损伤。Zhao等[9]用不同浓度的β-conglycinin刺激仔猪小肠上皮细胞，结果表明，β-conglycinin显著减少反式上皮电阻（TEER）、代谢活性和碱性磷酸酶（AP）活性，降低紧密连接蛋白mRNA的表达，且具有剂量效应。Zhang等[10]研究表明，β-conglycinin降低建鲤饲料转化率及体内胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶的活性，减少肠细胞中抗氧化酶的含量，导致肠道消化吸收的功能障碍。郭林英[11]研究表明，β-conglycinin抑制了鲤鱼肠上皮细胞增殖，减少肠上皮细胞的蛋白质沉积，影响鲤鱼肠上皮细胞结构的完整性。

1.2 胰蛋白酶抑制因子 胰蛋白酶抑制因子（TrypsinⅠnhibitors，TⅠ）有多种，其组成和含量受品种、产地、气候等因素影响。黑文静[4]测定了927个大豆样品，发现不同产区大豆的TⅠ含量不同，最低在0.5%，最高达到5%。TⅠ富含二硫键，且具有一定的热稳定性，具有与蛋白酶结合的活性位点。TⅠ的抗营养作用主要表现在结合胰蛋白酶、降低胰蛋白酶活性、导致胰腺增生、降低蛋白质消化率、增加内源损失等方面。TⅠ与内源性蛋白酶结合，降低其活性，降低蛋白质消化率；TⅠ引起胰腺机能亢进，导致胰腺代偿性增生和肿大；代偿性分泌胰液会增加氨基酸的内源性损失。在生产上往往会导致软便、过料、腹泻，最终影响动物健康和生产性能。

1.3 大豆凝集素 大豆凝集素（Soybean Agglutinin，SBA）主要存在于大豆子叶细胞中，约为大豆蛋白质总量的10%，在大豆籽实中占0.1%～0.4%[4]。SBA是具有特异性结合能力的糖蛋白，能特异性与小肠上皮细胞结合，破坏小肠正常结构，影响体内营养物质吸收利用。潘丽[12]研究表明，凝集素增加仔猪小肠上皮细胞膜的通透性，降低紧密连接蛋白的表达水平，降低小肠上皮细胞的机械屏障功能。Buttle等[13]发现，高剂量SBA会严重破坏虹鳟和大西洋鲑的肠道结构。Rouanet等[14]将含有0.25%纯植物凝集素的饲料饲喂大鼠，发现其肠黏膜上肠激酶、碱性磷酸酶活性降低。

1.4 醇溶蛋白 醇溶蛋白是普遍存在于谷物原料的一种蛋白，玉米中醇溶蛋白占到玉米蛋白的35%左右，而高粱的醇溶蛋白占高粱蛋白的比例在60%以上。Hamaker等[15]测定了5个高粱样品中的醇溶蛋白含量，约占高粱总蛋白含量的68.1%～72.9%。高粱醇溶蛋白属于大分子蛋白，含有较多的半胱氨酸和组氨酸，容易形成较多二硫健。而动物自身分泌的蛋白酶很难降解含有较多二硫键的复杂蛋白质。另外，与玉米醇溶蛋白相比，高粱醇溶蛋白疏水性更高，由于在水溶环境下疏水蛋白和酶的结合率较低，因此对高粱蛋白消化率的影响更大。醇溶蛋白和谷物淀粉包裹在一起，如果醇溶蛋白没有被消化，谷物淀粉不能充分释放出来，谷物淀粉的消化率就会受到影响[16]。

2 消除蛋白类抗营养因子的方法

2.1 物理法 物理法包括脱壳、晾晒、蒸煮、焙炒、调质、膨化等。饲料中的部分抗营养因子对热不稳定，如蛋白酶抑制剂、凝集素、尿酶等通过充分加热即可使之变性失活。席鹏彬等[17]研究表明，125～140 下湿法挤压加工可显著降低生大豆的脲酶和TⅠ的活性，改变蛋白质高级结构，暴露出氨基酸残基和酶切位点，有利于内源蛋白酶的消化作用。Glycinin和β-conglycinin是热稳定性蛋白，常规加热并不能彻底破坏其抗原活性，加热处理的豆制品仍具有致敏源性[3]。Li[18]研究表明，膨化处理豆粕能降低仔猪血清中glycinin和β-conglycinin的抗体效价，减轻仔猪的过敏反应。饲料企业一般并不检测豆制品的抗原蛋白含量，而是通过检测脲酶活性和蛋白溶解度来评价豆制品的生熟度。此外，高温处理会导致美拉德反应和氨基酸损失，影响原料营养价值。

2.2 化学法 化学法主要是用化学试剂如乙醇、尿素、硫酸盐等对原料进行处理，其原理是这类化学试剂能破坏维持蛋白质高级结构的次级键和二硫键。侯水生等[19]研究表明，偏重亚硫酸钠使生豆粕中的TⅠ活性下降50%～60%；用偏重亚硫酸钠处理后的豆粕饲喂肉鸡，肉鸡增重、胰腺功能、饲料报酬、蛋白酶活性及蛋白质利用率等各项指标均显著提高。张建云等[20]系统地研究了多种化学物质对胰蛋白酶抑制因子活性的钝化效果及其饲喂效果，结果显示，用5%尿素处理生豆饼可使TⅠ活性大幅度降低，处理后生豆饼的饲喂价值与正常豆粕相当。化学钝化法是去除蛋白类抗营养因子的有效途径。化学法大多都采用化学试剂浸泡原料，会导致部分营养物质的流失，还会有溶剂残留的安全和环保问题，并且化学处理后的原料还需烘干除残处理，不利于大规模推广使用。

2.3 生物学法 生物学方法主要包括2个方面，即直接加酶处理和通过微生物发酵处理。生物发酵降解抗原的效果较好，本质上讲也是利用微生物分泌的蛋白酶来降解抗原蛋白，但其设备投入大、生产周期长、菌种变化大、产品品质不稳定。从理论上讲，蛋白类抗营养因子应该需要蛋白酶来降解，但是这些蛋白类抗营养因子的一个典型特征是分子量较大、二硫键多、结构复杂，动物内源性的蛋白酶对其降解效率低，因此需要特殊的蛋白酶来分解这些抗营养因子。选择具有高效降解蛋白类抗营养因子的蛋白酶，直接添加到饲料配方中，能降解抗营养因子，协同动物内源性蛋白酶发挥作用，提高蛋白质消化利用率和动物的生长性能。合理使用饲用蛋白酶制剂具有简单、方便、经济、安全、高效的优势，对于促进动物肠道健康、提高养分利用率、提升养殖效益也具有重要意义。

3 解决方案

目前饲料工业去除蛋白类抗营养因子的方法主要是通过高温处理，如膨化、高温浸提，但是这些方法只对热敏性的抗营养因子如胰蛋白酶抑制因子等有作用，而对热稳定的大豆抗原蛋白作用并不明显[2]。赛和素®DP100（Cibenza®DP100，诺伟司国际）是由地衣芽孢杆菌产生的耐高温广谱内切蛋白酶，具有较宽的pH适用范围和广泛的原料降解能力。蛋白酶DP100对大分子蛋白和富含二硫键结构的复杂蛋白具有较强的分解能力，对抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子、凝集素、醇溶蛋白等蛋白质类抗营养因子都具有较好的降解效果。谭权等[21]以豆粕为底物，比较了3种蛋白酶对豆粕中的glycinin和β-conglycinin的降解效果，结果表明，DP100蛋白酶能有效降解豆粕中glycinin和β-conglycinin（降解率分别为73.3%和52.1%），且降解效果明显优于其他2种蛋白酶。Liu[22]研究表明，添加蛋白酶DP100可使高粱型肉鸡日粮的氨基酸表观消化率提高9.16%。Wang等[23]研究表明，蛋白酶DP100能提高肉鸡生长性能，提高增重和饲料效率，提高肉鸡胸肉产量。Wang等[24]发现在玉米-豆粕型肉鸡日粮中添加蛋白酶DP100，可增加肉鸡肠绒毛高度，降低隐窝深度，改善肠道形态结构。谭权等[25]研究表明，蛋鸡日粮中合理利用蛋白酶DP100和非常规原料能降低配方成本，提高生产性能，提升经济效益；且蛋白酶DP100的作用效果具有剂量效应，随着添加量的增加，蛋鸡生产性能进一步提高，经济效益进一步增加。Wang等[26]研究表明，添加蛋白酶DP100显著降低仔猪肠道食糜中氨态氮的含量，改善了肠道形态结构，降低有害菌数量，增加有益菌数量，促进肠道微生态平衡，说明蛋白酶DP100能促进断奶仔猪肠道健康。李元凤等[27]在断奶仔猪上的试验表明，蛋白酶DP100提高了养分表观消化率，降低了腹泻率，提高了断奶仔猪的生长性能和经济效益。

4 小 结

饲料原料中的蛋白类抗营养因子通过不同方式直接或间接影响营养物质的消化、吸收和利用，甚至影响畜禽健康和生产性能。由于这类抗营养因子具有分子量大、结构复杂等特点，很难被动物体内的蛋白酶分解，这就需要寻找对大分子蛋白具有降解能力的蛋白酶。大量体外和体内的研究表明，蛋白酶DP100能够降解这些结构复杂的蛋白类抗营养因子，消除或减轻其抗营养效应，提高蛋白质的消化率和动物肠道健康，进而提升生产性能和经济效益。