大豆抗營養因子

大豆抗營養因子的主要成分是大豆胰蛋白酶抑制劑(STI)，它對植物本身具有保護作用，可防止大豆籽粒自身發生分解代謝，使種子處於休眠狀態，能調節大豆蛋白質的合成和分解，並具有抗蟲作用，但是在多數情況下對人和動物有害。

基本介紹

• 中文名：大豆抗營養因子
• 成分：蛋白酶抑制因子和植物凝集素等
• 作用：調控和保護
• 簡稱：AHFs
• 去除方法：輻射處理法、酶處理法等

大豆中抗營養因子

分類

大豆營養豐富，但是同時也存在多種抗營養因子（antinutritional factors，ANFs）影響其在動物體內的有效利用。大豆及其加工產品中存在的抗營養因子有大豆球蛋白（Glycinin)、β-伴大豆球蛋白（β-conglycinin）、胰蛋白酶抑制因子（TI）、大豆凝集素（SBA）、抗維生素因子、脲酶、植酸、皂甙、異黃酮、單寧、寡糖等。 按照其對熱的穩定性可以分為一下兩種：

熱不穩定性抗營養因子：胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素、寡糖、脲酶以及抗維生素因子

熱穩定性抗營養因子：大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、異黃酮、單寧、植酸、皂甙等。

作用

胰蛋白酶抑制劑：胰蛋白酶抑制劑是大豆中主要的抗營養因子，現在已經發現的胰蛋白酶抑制劑有7～10種。胰蛋白酶抑制劑在大豆中的含量為2%左右。其中KTI含量為1.4%左右。當動物採食未完全除去胰蛋白酶抑制劑的大豆飼料後，胰蛋白酶抑制劑一方面阻礙腸道內蛋白水解酶的作用而使蛋白質消化率下降，引起噁心、嘔吐等腸胃中毒症狀；另一方面胰蛋白酶抑制劑還作用於胰腺本身，發生補償性反應，造成機能亢進，刺激胰腺分泌過多的胰腺酶，造成胰腺分泌的內源性必需胺基酸缺乏，引起消化吸收功能失調或紊亂，嚴重時出現腹瀉，抑制機體生長和造成胰臟腫大等現象。

大豆凝集素：大豆凝集素是一種高親和性的糖蛋白，其在大豆中的含量為3%左右。大豆凝集素是一個由四個亞基組成的四聚體，在動物體內，凝集素分子中的1個亞基與1個血細胞表面的凝血素專一結合，另1個亞基與另一個血細胞結合，從而通過凝血素的架橋作用導致血細胞聚集。凝血素在動物腸道中不易被蛋白酶水解，它通過與小腸壁上皮細胞表面特異性受體相結合，損壞小腸壁刷狀緣黏膜結構，干擾消化酶的分泌，抑制腸道對營養物質的消化吸收，從而降低蛋白質的利用率，使動物生長受阻甚至停滯。另外凝血素還對腸壁、腸道細菌及免疫機能產生一定影響，引起腸腔糜爛，微絨毛變短萎縮，腸細胞退化，病變周圍組織產生水腫和杯狀細胞肥大增生等。

植酸：植酸是植物性飼料中有機磷的主要存在形式，大豆中60%～80%的磷都是以植酸態的形式存在的。大豆中的植酸含量可達2%，是一種很強的絡合劑，其12個酸基在腸胃中能牢固地粘合帶正電荷的鋅、銅、鈣、鎂、鐵等二價和多價金屬離子，形成難溶性的植酸鹽絡合物，導致這些必需礦物質元素的利用率降低，結果使動物出現礦物質缺乏症，如厭食、消瘦、生長遲緩和脫毛等，嚴重影響機體的正常代謝與生殖能力。另外，植酸還能與大豆蛋白或一些酶結合，形成植酸蛋白質/酶複合物，影響蛋白質/酶的生理功能。

大豆抗原蛋白：動物的免疫系統對大豆抗原蛋白特別敏感，可引起過敏反應和腸黏膜損害。過敏反應造成的免疫損傷主要在腸道，表現為腸絨毛萎縮，黏膜雙糖分解酶的數量及活性下降，木糖吸收率降低及血清中抗大豆免疫球蛋白IgG滴度升高，結果小腸結構受損、食糜滯留時間縮短，營養物質和礦物質的轉運、吸收紊亂，導致消化不良、腹瀉和生長受阻。現已確信大豆抗原蛋白的過敏反應是仔豬腹瀉的主要原因之一，過敏反應還可引起仔豬的體重下降和突然死亡等。

大豆低聚糖：大豆低聚糖是大豆可溶性寡糖的總稱，它的主要成分為水蘇糖、棉籽糖和蔗糖等，蔗糖容易被吸收，而棉籽糖和水蘇糖是半乳糖類的非還原性糖，由於動物小腸粘液中缺乏α一半乳糖苷酶，棉籽糖和水蘇糖不能被消化而直接進入動物的大腸中，經腸道產氣微生物作用，轉化成揮發性脂肪酸，然後再產生氣體，如CO2、H2、NH3，也可產生少量甲烷等氣體，從而引起動物嗝氣、腸鳴等腸胃脹氣或腹疼現象。

脂肪氧化酶：脂肪氧化酶又稱抗維生素因子，它在大豆蛋白中的含量比較高，約占大豆總蛋白質的2%，是一種含非血紅素鐵的蛋白質。該酶只要遇到水分，就能專一催化大豆中多元不飽和脂肪酸(亞油酸、亞麻酸)的加氧反應，生成的過氧化物可以破壞與其共存的維生素A、D、E、B₁₂和胡蘿蔔素，生成具有共軛雙鍵的脂肪酸氫過氧化物，再經裂解酶分解生成短碳鏈的醇、酮和醛類等揮發性物質，導致產生豆腥味。另外，脂肪氧化酶氧化生成的過氧化物，可破壞脂肪中的維生素A、D、E等脂溶性維生素及胡蘿蔔素的活性，從而降低大豆蛋白的效價和營養價值。

危害

在這些大豆抗營養因子中胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素、大豆球蛋白以及β-伴大豆球蛋白是大豆中最主要的抗營養因子。它們能夠引起幼齡動物腸道過敏、腹瀉、腸道損傷、胰腺增生肥大、免疫機能下降、胃排空速率下降、食物滯留、採食量下降、日增重下降、生長緩慢甚至死亡。

大豆球蛋白：占大豆蛋白質40%左右，六聚體，300-380KDa，12條肽鏈，6個酸性亞基和6個鹼性亞基，亞基之間通過二硫鍵連線，電泳圖譜中有兩個條帶（B亞基20kDa、A亞基34-44 kDa），與IgE、IgM、IgA，有很強的結合性。引起過敏反應，最終導致消化吸收障礙和過敏性腹瀉　

β-伴大豆球蛋白：占大豆蛋白質30%左右，糖蛋白三聚體，含有3.8%的甘露糖和1.2%的氨基葡萄糖。等電點4.8-4.9，180KDa,α、 、β，等電點分別為4.9、5.18、5.66-6.0，電泳圖譜有三個條帶（α亞基57-76KDa、 亞基57-72KDa、β亞基42-53KDa），引起過敏反應，導致小腸絨毛萎縮，隱窩增生等過敏性損傷，最終導致消化吸收障礙和過敏性腹瀉。

胰蛋白酶抑制因子：含量約30mg/g，約占大豆種子貯存蛋白質總量的6%，種子蛋白質乾重的2%。分為KTI（含量約1.4%，2個二硫鍵，一個反應中心-63號精氨酸、64號異亮氨酸）、BTI（0.6%，兩個反應中心，7個二硫鍵）兩種，兩者的質量比約為4:1，摩爾比為1.5:1，一分子KTI抑制鈍化一分胰蛋白酶分子，一分子BTI抑制兩分子胰蛋白酶分子。降低採食量、日增重、飼料轉化率

凝集素：非免疫球蛋白本質的蛋白或糖蛋白，他能特異性識別並可逆結合複雜糖複合物中的糖鏈而不改變所結合糖基的共價鍵結構。

大豆凝集素：指能與N-乙醯基半乳糖胺/半乳糖特異結合的糖蛋白約占蛋白質的3%，120KDa,四聚體，在小腸中有50%-60%不被降解。能與細胞表面的特殊糖蛋白和寡糖結合，凝集紅血球，破壞腸壁，抑制消化，對免疫系統有毒害作用。

因此檢測大豆及其加工產品中的各種抗營養因子含量對大豆抗營養因子的研究、大豆原材料的選購、大豆加工工藝的評價、飼料配方的改進以及提高飼料產品競爭力具有重要參考價值

檢測方法

儘管大豆的這些主要抗營養因子的基本理化特性已被逐漸認識，其抗營養作用的部分機制也逐漸被揭示，但許多深層次的重要問題仍未能得到解決。主要瓶頸之一就是缺乏成熟可靠的檢測技術來靈敏準確地測定大豆、大豆加工產品和動物體中的這些主要抗營養因子。

主要檢測方法有：　電泳（SDS-PAGE）、高效液相（HPLC）、酶聯免疫（ELISA）、酶化學

抗原蛋白檢測方法比較

檢測方法比較

電泳　大多數企業檢測大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白採用的是電泳技術。

雖然電泳檢測成本較低，但是電泳只能定性和半定量，靈敏度差，對於含量相近的產品無法區分，操作時間長，所用試劑有很大毒性。

高效液相

能夠準確定量，但同時需要摸索檢測指標、受雜質干擾大、對操作人員要求高、操作繁雜、試劑儀器昂貴。

酶化學

能夠較為準確的定量，但所用酶的來源、純度、活性等對檢測結果有很大影響。

酶聯免疫（ELISA）

針對這些缺點，北京龍科方舟生物工程技術有限公司利用國家飼料工程技術研究中心的科技研發平台，研發生產出能夠準確定量測定三種抗營養因子含量的試劑盒：

大豆球蛋白定量測定試劑盒

β-伴大豆球蛋白定量測定試劑盒

胰蛋白酶抑制因子定量測定試劑盒

工作原理：

利用酶標板的固相吸附包被抗原，樣本中的抗原和微孔條上包被的抗原競爭抗體 ，加酶標抗抗體後，酶通過抗抗體與抗體特異性結合形成“抗原-抗體-抗抗體-酶”複合物，加入底物顯色，其生成有色物質含量與樣本中抗原含量成負相關。

優點：

1.操作簡單方便，容易掌握。大致可分為以下幾步：樣品提取、加樣、溫育、洗滌、讀數。

2.快速，ELISA的操作從樣品提取到測定結束讀取數據，僅需2.5h~3h，而SDS-PAGE耗時8h以上。

3.準確定量、靈敏度高，

檢測下限為10ng/mL

線性回歸相關係數R2≥0.99

批內變異係數≤10%

4.安全，試劑盒所用試劑無揮發性、刺激性有毒有害物質

5.終止結果穩定，終止後1小時內結果在誤差允許範圍內

消除技術

物理方法

1. 加熱法：大豆中部分抗營養因子對熱是不穩定的，如胰蛋白酶抑制劑、大豆凝集素、脲酶、致甲狀腺腫因子和脂氧合酶等，充分加熱即可以使之變性失活。適度的加熱還可以使蛋白質展開，胺基酸殘基暴露，使之易於被動物體內蛋白酶水解吸收。加熱法包括乾熱法和濕熱法。乾熱法有烘炒、焙炒、爆裂、微波輻射、紅外輻射等；濕熱法有蒸煮、膨化、制粒擠壓等。加熱法的優點是效率高，簡單易行，無殘留問題，成本較低，但它僅適用於對熱不穩定的抗營養因子，如蛋白酶抑制劑、凝集素、抗維生素因子等，它對熱穩定的抗營養因子(如植酸、低聚糖類等)效果不佳。另外，加熱不夠不能消除抗營養因子，加熱過度則會破壞飼料中的胺基酸(賴氨酸、精氨酸和部分含硫胺基酸)和維生素，加熱過程中還會引起胺基酸與碳水化合物反應，如賴氨酸和還原糖反應生成不溶性複合物，導致蛋白質消化率下降，從而降低飼料的營養價值，影響豆粕中蛋白質的利用率。
   
2. 機械加工法：有些抗營養物質存在於種子的表皮層，通過機械加工可以剔除種皮而達到減少抗營養因子含量的目的。如植酸主要存在於大豆的種皮，據報導，去皮豆粕的營養價值明顯提高。利用某些抗營養因子溶於水的性質可以將其除去，如低聚糖、賴丙氨酸等。另外，水浸泡也有利於大豆飼料中內源酶的作用和微生物活動，以降低抗營養因子的含量。
   

化學方法

化學處理方法主要有pH值處理、尿素處理、乙醇處理、亞硫酸鈉處理、偏重亞硫酸鈉處理、半胱氨酸處理、H2O2+H2SO4處理等。化學方法處理的優點是可節省設備與能源，對不同的抗營養因子均有一定的效果，但最大的障礙是化學物質殘留，從而造成飼料營養價值降低，對動物的生產性能產生毒副作用，且成本太高，因此目前國內套用較少。

生物學方法

1. 酶製劑處理法：酶製劑處理法即在豆粕中添加一定量的酶製劑來除去抗營養因子，此法是一種比較可行的方法，對營養物質的影響較小。植酸酶是在抗營養因子鈍化處理中套用最廣泛的酶製劑，它能水解植酸鹽，使植酸的抗營養作用消失，釋放植酸中的磷及其他元素供動物機體利用，能明顯降低動物對日糧磷的需要量和糞便磷的排泄，減少對環境的污染。按照酶製劑的類型，酶製劑可以分為單一酶製劑和複合酶製劑。其中複合酶製劑是由兩種以上的具有生物活性的酶製劑混合而成的產品，它可以同時降解大豆蛋白中的多種抗營養因子，最大限度地提高飼料的營養價值，是目前最常用的酶製劑。
   
2. 微生物發酵法：利用微生物發酵技術，可使大豆蛋白中的抗營養因子含量下降至飼用水平，基本上消除抗營養因子的抗營養作用。微生物發酵除了能消除大豆中的抗營養因子外，發酵後的大豆蛋白還有其他一些營養優勢，如發酵後的大豆蛋白中的大分子蛋白質被降解為小分子量蛋白、肽和胺基酸，易溶解，在動物的消化系統中更易降解和直接吸收利用；發酵後的大豆蛋白中由於含有一定數量的益生菌，可以明顯改善動物腸道微生態環境，對動物自身的健康和營養都有很大作用。
   
3. 生物育種法：通過植物育種途徑，培育低抗營養因子或無抗營養因子的大豆新品種，可從根本上去除抗營養因子，為人類提供純天然、無殘毒、營養價值高的大豆和畜禽產品。但通過育種途徑培育低抗營養因子或無抗營養因子的大豆新品種也存在一些缺陷，如育種周期較長，由於抗營養因子多是植物自身用於防禦的物質，降低其含量可能對植物本身起到反作用，引起產量、抗病害能力的下降，從而增加生產成本。
   
4. 基因工程技術改良法：在低含量大豆寡糖品種常規選育成功的基礎上，科學家將目光投向了基因工程技術，人們運用反義技術阻斷寡糖生物合成途徑中關鍵酶肌醇半乳糖苷合成酶基因的表達，獲得了低寡糖大豆品系。
   

添加劑法

豆粕中添加一定的礦物元素製劑(如鋅、銅、 鈣、鎂、鐵)可以緩解植酸的螯合作用，添加維生素A、D、E、B₁₂則可以抵消抗維生素因子的作用，服用碘化鉀可治療由於豆粕飼餵小雞而引起的甲狀腺腫大。

科研平台

國家飼料工程心技術研究中（以下簡稱“工程中心”）是2000年6月經國家科技部批准立項成立、我國飼料行業唯一的國家級工程技術研究中心。自批准成立以來，“工程中心”以中國農業大學農業部飼料工業中心和中國農科院飼料研究所為依託，按照國家計畫，大膽探索技術和體制的創新機制，在技術開發、工程轉化、技術輻射和開放服務等方面取得累累碩果：引進創新國際先進技術2項，研究儲備高科技產業化技術與工藝4項，組裝集成國內先進技術10項，獲國家科技進步獎2項，省部級二等獎以上獎項5項，鑑定成果16項，授權專利3項，申請專利10項，形成90個工程化產品，其中8個獲國家重點新產品證書，形成直接經濟效益1530萬元，社會經濟效益超過23億元；在改擴建預混料和化學合成中試生產線的基礎上，投資1310萬元，建設了微生物發酵中試基地、動物試驗場，購置了必要的儀器設備；和企業合作建成新技術、新產品生產基地5個；承擔各類科研項目95個，為行業提供飼料養分和質量檢測指標101個，主持和參與修制定行業標準21個，向行業提出書面建議9次，舉辦各類培訓班58次，培訓人員6000多人次，建成了“中國飼料行業信息網”，成功地推動了我國飼料行業和養殖業的發展。

北京龍科方舟生物工程技術研究中心（以下簡稱“龍科方舟”）是國家飼料工程技術研究中心的成果轉化與技術轉移平台，是一個股份制研發的高新技術企業，是北京市科委認定的“科技研究開發機構”。主要從事飼料和飼料添加劑的工程化技術開發、工程中心和兩個依託單位的科技成果轉化、行業科技成果集成與技術轉移、技術培訓、技術諮詢與技術服務等工作。龍科方舟設有人力資源部、工程化研究開發部、項目與技術轉移部、企業合作與技術服務部、基地管理部和培訓與發展部等六個部門。計有員工47人，其中固定研發人員18人，流動研發人員12人，其中具有博士學位人員8人，碩士學位人員12人。