大豆抗营养因子研究进展

中国农业大学 李德发 教授

中国工程院院士，中国农业大学动物科技学院教授、农业农村部饲料工业中心主任、饲料与动物营养学家、博士生导师，长期从事饲料资源高效利用的基础理论研究与应用技术研发 , 构建了我国主要饲料原料在猪上的有效营养价值数据库，创建了饲料原料有效养分动态预测模型 ；建立了我国第一个猪营养需要动态模型，主持修订了 2004 年版《猪饲养标准》，为我国养殖业和饲料业可持续发展作出了重要贡献。

从1982 年开始，我们就开始做大豆抗营养因子方面的工作，这里简要介绍此方面的研究进展，希望对大家有所启发。

大豆中有诸多抗营养因子，首先要找到抗营养因子，然后通过化学方法、生物技术方法等处理它、钝化它、解决它，并且将大豆的饲用价值应用得更好。更重要的是，现在我们采用很多检测技术，可以确定抗营养因子的含量，从而找到处理的方法。

第

则

-THE FIRST-

大豆抗营养因子简介

大豆及大豆制品功能

大豆因具有较高营养价值而被广泛应用于食品和饲料工业。目前大豆对国外的依赖性至少近 20 年难以解决。

产业需求

饲料粮资源可提供粗蛋白质 ：4 500 万 t ；牧区可能提供的粗蛋白质 ：约 2 000 万 t ；进口 9 335 万 t 大豆 ；需要饲料蛋白质：7 441 万 t；我国居民动物性蛋白质年需要量：1 478 万 t。大豆及其加工副产品占饲料蛋白质的 70%，大豆资源缺乏是我国养殖业和饲料业可持续发展的瓶颈。大豆抗营养因子危害畜禽的生长发育，是限制大豆资源饲用效率的主要因素。

大豆抗营养因子

大豆抗营养因子是影响饲料中大豆蛋白源高效利用的主要因素。大豆抗营养因子包括蛋白酶抑制因子、脲酶、凝集素 ( 热敏性 )；植酸、寡糖、单宁、抗原蛋白 ( 热稳定性 )；抗维生素因子及其他大豆抗营养因子。

在大豆抗营养因子领域，随着时间的推移及技术的不断提高，我们做了很多抗营养蛋白的研究工作，特别是大豆抗原蛋白。热稳定 ：大豆球蛋白、β- 伴大豆球蛋白、Gly m Bd 28K 和单宁等 ；热不稳定 ：胰蛋白酶抑制因子、凝集素和脲酶等。其中，蛋白类抗营养因子 ：大豆球蛋白、β- 伴大豆球蛋白、Gly m Bd 28K、胰蛋白酶抑制因子。

大豆抗原蛋白的物化性质

大豆抗原蛋白的物化性质对预消化也有借鉴价值。针对其物化特性，选用酶的类型、pH、温度去处理它，特别是抗原蛋白 Glycinin 和 β-conglycinin，我们中心这些年研究的数值值得借鉴，使产品更加高效。Glycinin 和β-conglycinin 这两大类抗原蛋白值得深入探讨。根据物化特性对应地减少其危害性，以减少对动物畜禽的危害性，增加产品的附加值。

01

大豆球蛋白的物化性质

大豆球蛋白属大豆 11S 组分，六聚体结构，由6个亚基构成，基本结构为A-S-S-B。相对分子量 300~380 kDa ；等电点约为 6.4 ；大豆球蛋白属于冷沉蛋白，大豆 11S 球蛋白浓度＞ 10 mg/mL 时在 4℃发生二硫键聚合现象，形成不溶的沉淀，实验室制备大豆分离蛋白时，浓缩的大豆蛋白液在冰箱中临时贮存，最后制备的大豆分离蛋白溶解度低。但是，我们可以利用该性质制备纯度较高的大豆球蛋白，然而所制备得到的大豆球蛋白与天然的大豆球蛋白的结构存在差异，基于此建立的 ELISA 等检测方法，可能与实际情况存在出入。此时，基于分子量差异的分离技术，如分子排阻色谱，就很难将大豆球蛋白与伴球蛋白区分开来。当温度不高于 70 ℃时，结构稳定；当温度高于 70 ℃时，会出现沉淀和部分解离现象。膨化过程中的高温以及微生物发酵产热等因素均可降低大豆产品中蛋白质的溶解度，不利于大豆蛋白的提取。本研究发现，70 ℃加热处理有利于发酵豆粕等样品中大豆蛋白的提取。

02

β- 伴大豆球蛋白的物化性质

伴大豆球蛋白属大豆7S 组分，三聚体糖蛋白，由 3 个亚基靠疏水间相互作用构成。相对分子量约为 180 kDa ；等电点为 4.8 ～ 4.9。各亚基之间的比例关系不固定，而其中 β 亚基的含量变异最大，因此，针对 β 亚基上的抗原位点制备得到的单抗所建立 ELISA 检测方法，其测定结果可能与理论值出入较大，个人建议制备多抗用于检测。溶液离子浓度从0.5 mol/L 降至 0.1 mol/L 过程中，β- 伴大豆球蛋白具有二聚体化的特性，可以形成 9S 和 12S 组分，其分子量可以达到 360 kDa，与大豆球蛋白的分子量相当，此时，利用分子排阻色谱，就很难将大豆球蛋白与伴球蛋白区分开来。

第

则

-THE SECOND-

大豆抗营养因子对幼龄畜禽的危害和机理

大豆抗原蛋白可诱发仔猪断奶综合征，该病是困扰仔猪成活率的世界性难题，每年给我国养猪业造成的损失超过 50 亿元。大豆抗原蛋白引起的过敏反应是仔猪断奶综合征的原发性原因，而过敏反应的主要部位在肠道。

大家都认识到，肠绒毛膜的变化影响其吸收表面，影响营养物质的消化率和利用率。可以说我们在这个领域率先走了一步，针对肠绒毛膜的表面积、高度和陷窝深度来表明大豆有害物质对猪的危害性机理。

大豆抗原蛋白对早期断奶仔猪肠道的致敏机制 ：主要是抗原蛋白进入小肠之后，导致致敏肥大细胞释放组胺，组胺导致猪的下痢。目前全中国至少 1/3 的人过敏，到目前为止，对致敏已经有了一些了解，但是了解得很少，在猪上做此方面研究，对研究人的致敏问题具有重要的意义。目前人们产生过敏之后，只能使用阻断组胺释放的药物，控制过敏，没有任何其他更好的办法。所以致敏机制的研究具有非常重要的社会意义。现在的问题是找到大豆抗原蛋白的量，从而采取消减其危害作用、致敏强度的方法，从而实现大豆蛋白在猪上的应用效果。

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)、大豆凝集素在热处理后稳定，免疫原性最强，占大豆蛋白的 65% ～ 80%。Glycinin 是由 6 个酸性多肽和 6 个碱性多肽组成的大分子蛋白 (360 kDa)。β-Conglycinin 是一种分子量为180 kDa 的糖蛋白，由 3 个亚基 α、α'、β 组成。随着时间的推移，我们要找到 Glycinin 和 β-Conglycinin的亚基作用，α、α'、β 亚基。另外，针对亚基中氨基酸的序列也进行了探讨。

第

则

-THE THIRD-

检测技术体系和数据库

这些年来，有关机理方面探讨了很多。30 年来，我们中心对各种抗营养因子做了各方面的工作，在检测上也有很大的进展。

我们现在用单克隆抗体的试剂盒来测定抗原蛋白的含量，在全世界只有我们中心有大豆抗原蛋白的单克隆抗体，它作为检测上一代育种到下一代育种抗原蛋白减少量的重要指标之一。

通过试剂盒检测的抗原蛋白的量与其实际应用的趋势比较吻合，即抗原蛋白量少，饲用效果就好。而针对预消化产品，可能也要经过一系列的检测，从而进行验证，或每一批出厂时，有相应检测的指标，除了消化率，减少抗营养因子、抗营养蛋白的量也非常关键。

创建了大豆抗营养因子检测技术体系

根据不同抗营养因子的理化特性，分别开发 ( 改进 )了检测技术，建立了大豆蛋白与抗营养因子检测技术体系。开发出基于单克隆抗体的大豆抗原蛋白等 4 套商品化ELISA 检测试剂盒，实现了大豆主要抗营养因子的定量检测，为评价大豆加工产品的质量奠定了技术基础。

我们与中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟研究员合作，做了 400 个大豆样品大豆异黄酮的检测，建立了相关的数据库来了解每一个品种的变化。邱丽娟研究员收集了全世界的大豆品种，连续 3 年检测了育种之后经过改良到下一代的变化。

发酵豆粕遍布全中国，由于温度、地域、pH、菌种的不同，发酵豆粕千变万化，今后针对发酵豆粕的研究需要多考虑抗营养因子的含量，是否作为一个指标判断发酵豆粕的优劣。发酵也是今后饲料业要发展的重要领域之一，我们也做了很多发酵的技术和产品。作为发酵豆粕而言，抗原蛋白含量的检测更重要。2020 年在饲料端禁止使用抗生素，所以不会再批准在饲料中添加抗生素，随着时间的推移，在发酵领域还有很多文章可以做。

大豆球蛋白

制备免疫原 ：抗原的分离与纯化。基于酸碱法、电离和层析技术分离大豆球蛋白 (Guo 等，2002)。单克隆抗体 (Mabs) 的制备 ：实际上，做出来单克隆抗体很不易，我们也经历了无数次失败，目前还要加强创新的幅度。

大豆抗原蛋白的检测方法

我们利用液相色谱法和液质联用的方法来测定抗原蛋白和肽的量是最新的进展，也是非常难得的。

其实这些优化也耗费了很多时间，好在我们的检测设备都比较高级。同时，越高级的设备就需要越娴熟的操作人员进行操作。

大豆抗原蛋白纯化方法

考虑大豆产品质量时，大豆抗原蛋白的量非常重要。大豆抗原蛋白的纯化方法有多种 ：SDS-PAGE 切胶回收法、等电点沉淀法、液相色谱法、免疫亲和层析法、基因工程等。

第

则

-THE FOURTH-

抗营养因子钝化技术

研发出基于物化加工、生物技术和营养调控“三位一体”的大豆抗营养因子钝化消除技术。开发了膨化膨胀、微生物发酵、酶解等消除大豆抗营养因子的工艺技术，工艺学与营养学结合是促进饲料工业发展的基础。

多年来我们一直都在探讨膨化、压榨、浸提。特别是呼吸膜固态发酵，一个单向的阀门安装在发酵袋上，袋子中的酵母菌先发酵，二氧化碳能排到外面，但是外面的氧气进不去，这样就形成了厌氧环境，乳酸菌、芽孢杆菌、双歧杆菌等有益菌进而发酵。利用此项专利技术，生产呼吸膜的厂家很多，全中国生产单向阀门袋子且正式注册的厂家有 18 家。这个专利技术已经被全国范围诸多发酵饲料生产厂家广泛使用，在发酵肥上也有应用。呼吸膜发酵袋是我们申请于 2006 年的专利，12 年来遍布全国，都在应用发酵的概念。另外针对大豆粕、菜籽粕、棉籽粕，抗营养因子处理方面的发酵技术还是比较重要的渠道之一。

饲料预消化以降低动物消化负担和提高饲料利用率为目的，模拟动物消化过程，在体外对饲料原料进行加工处理的饲料生产技术。优势 ：原料更容易消化 ；减轻消化器官负担，促进消化系统发育，提升动物健康水平 ；节约消化耗能 ；提高饲料整体报酬。

预消化概念研究怎样由大分子降到小分子，降到优质肽。目前我们可以用液质联用的方法检测抗原蛋白的量，也可以检测出肽的量，但是肽的具体氨基酸组成还需要一段时间。

膨化膨胀等物理法钝化大豆抗营养因子的工艺条件

使用干法挤压膨化、湿法挤压膨化、膨胀对胰蛋白酶抑制因子、凝集素、寡糖和抗原蛋白等主要大豆抗营养因子的钝化效果进行研究，获得了最佳钝化效果的工艺参数。研究发现，当粉碎细度过￠ 1.2mm 筛网，调质温度88 ～ 93 ℃，出料温度 146 ～ 155 ℃时，湿法挤压膨化的钝化效果最好。

创制出呼吸膜固态发酵大豆粕、消除大豆抗原蛋白的独特工艺 (ZL200610002389.9 等 )

选育出由酿酒酵母、乳酸菌、枯草芽孢杆菌等组成的微生物复合菌种，并创制出独特的呼吸膜固态发酵工艺。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，比发酵前降低了 80%~90%。10 个氨基酸以下的小肽占总蛋白含量 50% 以上。添康是用呼吸膜固态发酵豆粕及配套技术生产的高品质猪肉。

开 发 出 钝 化 消 除 大 豆 抗 营 养 因 子 的 酶 制 剂(ZL200610002389.9 等 )

建立了高效表达 β 甘露聚糖酶的毕赤酵母系统，该酶可有效降解大豆寡糖和抗原蛋白，酶活力达到10 000 U/mL，酶蛋白表达量达 10 mg/mL，且具有良好的耐热性。动物试验表明，含 25% 豆粕的肉鸡饲料中加入该酶，代谢能提高50 kcal/kg，生产性能显著改善。

缓解大豆抗原蛋白致敏活性的营养学技术 (Food

Chem.，2008 等 )

根据抗原蛋白致敏机制研究结果，发现维生素 C、硫辛酸和葡萄籽花青素通过恢复辅助性 T 淋巴细胞和细胞因子平衡，有效阻断抗原蛋白导致的过敏性腹泻。

研究开发了大豆多肽等饲用功能性大豆生产工艺

(ZL200410010502.9 等 )

以低温脱脂豆粕、大豆分离蛋白为原料，采用双极膜电渗析技术，经过分段式酶解工艺，制得大豆糖肽、氨基酸平衡肽和大豆多肽，并创制出具有提高畜禽机体免疫力的发酵大豆蛋白肽和大豆肽钙复合物。

第

则

-THE FIFTH-

大豆皮营养价值

大豆皮 NSP 含量 57.9%，其中 INSP 含量为 46.4%，SNSP 含量为 4.2%，TDF 含量为 75.1%，其中 IDF 为64.7%，SDF 为 10.4%。大豆皮纤维含量较高，根据一些预测方程推测出有效能值会很低。大豆整体都是宝，所以整个大豆都值得探讨。通过检测技术找到大豆抗营养因子的量，再通过酶解、发酵等方式处理。随着时代的发展，这个领域会越来越好。

(源自新饲料：根据李德发院士于 2018 饲料预消化营养论坛同名报告整理)

陈代文教授：高效精准饲料营养新思维新技术（PPT）

改变饲界低蛋白系列

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