乳清濃縮蛋白在仔豬生產(chǎn)中的應(yīng)用及其作用機理

詹黎明 郭吉余* 吳 德

(1.廣東海大集團股份有限公司畜牧水產(chǎn)研究中心，廣州 511400;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，雅安 625014)

乳清濃縮蛋白是一種良好的蛋白質(zhì)資源，可以促進動物生長，增強其免疫機能。目前，在乳清粉加工過程中應(yīng)用超濾、中低溫噴霧干燥等新興工藝保持了乳清濃縮蛋白的天然形式，使其具有極好的溶解性。乳清濃縮蛋白品種繁多，不同產(chǎn)品在組成上有顯著差異，在市場上通常根據(jù)蛋白質(zhì)含量的不同來劃分［1］。本文綜述了乳清濃縮蛋白的營養(yǎng)特征、在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用效果及其作用機理。

1 乳清濃縮蛋白的營養(yǎng)特征

目前，奶的蛋白質(zhì)源主要替代品是乳清粉，其具有良好的適口性與可消化性，已成為仔豬飼糧的傳統(tǒng)典型原料［2］。乳清濃縮蛋白是由牛乳清經(jīng)噴霧干燥生產(chǎn)的粉狀物，含有蛋白質(zhì)、多種必需氨基酸、乳糖、礦物元素和少量脂肪，富含維生素(如維生素 B1、維生素 B2、泛酸、維生素 B6、維生素B12)和高比例免疫球蛋白、抑菌蛋白(如溶菌酶、乳鐵蛋白)、生長因子、核苷酸、激素、細胞因子等。其中蛋白質(zhì)含量為34% ～80%，具有良好的適口性與可消化性(比其他任何蛋白質(zhì)都易于消化)。乳清蛋白是乳清濃縮蛋白中的蛋白質(zhì)組分，其具有高蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值［3］，提供的蛋白質(zhì)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-乳白蛋白質(zhì)具有高蛋白質(zhì)利用率和蛋白質(zhì)凈利用價值，β-乳球蛋白質(zhì)具有高蛋白質(zhì)凈利用價值和中等蛋白質(zhì)利用率［4］。其他的蛋白質(zhì)成分包括凝乳乳清(巨糖肽)、牛血清白蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白、磷脂蛋白、乳過氧化氫酶和蛋白胨等。

乳清濃縮蛋白性質(zhì)較為穩(wěn)定，儲存期較長，一般不含生長毒素、肌胃糜爛素等有害物質(zhì)，相對安全可靠。乳清濃縮蛋白實質(zhì)上與脫脂奶粉［5］具有相同的蛋白質(zhì)組成。Lammers等［2］和Mcdonough等［5］研究表明，乳清濃縮蛋白與脫脂奶粉和酪蛋白相比，其氨基酸組成更適于動物生長，但乳清濃縮蛋白只有脫脂奶粉大約40%的成本。隨著液態(tài)奶制造業(yè)突起，乳清濃縮蛋白產(chǎn)品更適用于豬飼糧［6］。但我國乳清濃縮蛋白資源相對較少，在一定程度上限制其廣泛應(yīng)用。

2 乳清濃縮蛋白在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

研究表明，與魚粉相比，乳清濃縮蛋白能提高斷奶仔豬生長速度［7］。乳清濃縮蛋白可以部分或完全替代血漿蛋白粉而沒有降低斷奶豬生產(chǎn)性能［6，8］。Gottlob 等［9］研究早期斷奶仔豬斷奶后1 ～14d飼喂高質(zhì)量乳清濃縮蛋白或血漿蛋白粉飼糧，15～28d更換飼喂相同的玉米-豆粕型飼糧，結(jié)果表明，1～14d或1～28d飼喂高質(zhì)量乳清濃縮蛋白或血漿蛋白粉飼糧對仔豬平均日采食量和料重比無顯著影響，表明高質(zhì)量乳清濃縮蛋白是仔豬飼糧中血漿蛋白粉潛在替代品。詹黎明等［10］研究發(fā)現(xiàn)，仔豬斷奶后第10天乳清濃縮蛋白組生長性能(平均日采食量、平均日增重、料重比、腹瀉指數(shù)和腹瀉率)、免疫指標(biāo)(免疫球蛋白G、免疫球蛋白A、免疫球蛋白M、補體C3、補體C4)和血清激素(皮質(zhì)醇、類胰島素樣生長因子-Ⅰ)均與血漿蛋白粉組無顯著差異，這表明乳清濃縮蛋白替代血漿蛋白粉時沒有降低斷奶仔豬生長性能。這與 Grinstead 等［6］和 Gottlob 等［9］研究結(jié)果一致。詹黎明［11］還發(fā)現(xiàn)乳清濃縮蛋白與大豆?jié)饪s蛋白、雞蛋粉比較均顯著降低仔豬斷奶后第10天料重比;乳清濃縮蛋白與大豆?jié)饪s蛋白比較，可降低仔豬斷奶后第5天和第10天血清中皮質(zhì)醇濃度，顯著降低十二指腸隱窩深度，提高絨毛高度與隱窩深度比值。

Gottlob等［9］選取不同廠家乳清濃縮蛋白，研究其對早期斷奶仔豬生產(chǎn)性能影響，發(fā)現(xiàn)不同來源乳清濃縮蛋白對早期斷奶仔豬平均日增重影響差異顯著，部分廠家產(chǎn)品并不能滿足仔豬生長需求。Caric［12］認為乳清濃縮蛋白質(zhì)量和功能主要因其來源和加工過程而異。乳清蛋白主要是易于變性的敏感性球蛋白，在熱處理和不同pH條件下極易變性，對蛋白質(zhì)破壞嚴重，因其加工方式受到很多限制，這對加工乳清濃縮蛋白的奶源和加工工藝提出較高要求。不同生產(chǎn)工藝的廠商提供的乳清濃縮蛋白質(zhì)量存在較大差別［9］。因此，高質(zhì)量的乳清濃縮蛋白可改善飼料適口性，修復(fù)仔豬斷奶后腸道形態(tài)完整性，促進消化酶系統(tǒng)的早日成熟，增強機體免疫力，是理想的仔豬蛋白質(zhì)來源。

3 乳清濃縮蛋白的作用機理

3.1 富含免疫調(diào)節(jié)組分

牛奶含有高比例脂肪球膜蛋白和免疫球蛋白，后者廣泛存在于乳清制品中，具有抗輪狀病毒(RV)能力，對健康和免疫有很大益處［13］。牛奶乳清含有的成分具有抗菌和免疫調(diào)節(jié)能力［14-15］，含有乳清蛋白的產(chǎn)品作為功能食品組成更加令人關(guān)注［16］。乳清濃縮蛋白含有抗病毒和免疫調(diào)節(jié)組分，具有免疫功能，可以在腸道中吸附和中和病原體［17-18］，其中富含的抑菌蛋白(如溶菌酶、乳鐵蛋白)、生長因子、核苷酸、激素和細胞因子等可以提高免疫防御和腸道屏障功能［14，16］。Frances 等［19］發(fā)現(xiàn)乳清濃縮蛋白含有的生物活性物質(zhì)能夠激活免疫細胞，預(yù)防RV感染，減少嚴重腹瀉的發(fā)生。Valenti等［20］和 Pérez-Cano 等［21］研究指出，乳清濃縮蛋白許多組分如乳鐵蛋白具有抗菌和抗病毒功能，能改善異源RV感染的腹瀉的嚴重性和發(fā)生率，調(diào)節(jié)早期黏膜和系統(tǒng)免疫應(yīng)答。

Playford等［22］研究表明，乳清濃縮蛋白、片段或單個小肽存在于奶和初乳中有益于治療多種胃腸道疾病，如腸炎、壞死性小腸結(jié)腸炎和傳染性腹瀉。雖然乳清濃縮蛋白治療胃腸道疾病的準確機制尚不完全清楚，但其富含的免疫球蛋白［23］、嗜中性粒細胞和自然殺傷(NK)細胞［24］及特定的生物活性大分子(如乳鐵蛋白)［20］都有益于抵抗病原體，這些免疫調(diào)節(jié)組分都可能是其潛在的機制。

乳清蛋白具有潛在生物活性的肽段［主要為阿片活性肽、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)抑制肽、免疫調(diào)節(jié)肽和抗菌肽］和一些免疫調(diào)節(jié)肽序列，在經(jīng)消化酶降解后能發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的作用，如κ-酪蛋白經(jīng)胃蛋白酶-胰蛋白酶組合消化后的產(chǎn)物能夠直接透過小腸黏膜進入血液，具有調(diào)節(jié)巨噬細胞活性和刺激淋巴細胞增殖的能力［13，25］。同時，乳清蛋白中球蛋白和乳鐵蛋白都具有抗菌和抗病毒作用。乳鐵蛋白的N端的多肽具有抗菌作用，可以結(jié)合細菌和真菌的細胞壁并破壞細胞膜，導(dǎo)致細胞泄露，從而達到殺死細胞的作用［26］。牛乳鐵蛋白在體內(nèi)被消化產(chǎn)生的乳鐵運轉(zhuǎn)蛋白可直接破壞革蘭氏陰性菌的外層細胞壁，乳鐵運轉(zhuǎn)蛋白還可以抑制多種致病菌的生長繁殖，如大腸桿菌、沙門氏菌、肺炎克雷伯氏菌和空腸彎曲桿菌等［17］。乳過氧化物酶也是一種天然抗菌劑，能殺滅部分有害微生物［26］。另外，乳清蛋白促進免疫功能及抗氧化作用機理與其富含的半胱氨酸和谷氨酸能提高機體組織內(nèi)谷胱甘肽的濃度有關(guān)，谷胱甘肽可清除體內(nèi)游離基。

3.2 調(diào)節(jié)機體免疫功能

乳清濃縮蛋白具有抗病毒和增強免疫功能［17-18］，從乳清分離或純化的一些蛋白質(zhì)具有調(diào)節(jié)細胞的免疫功能。乳清濃縮蛋白含有生物活性物質(zhì)，可激活免疫細胞，預(yù)防感染［19］。Puddu等［25］研究表明，舒緩激肽介導(dǎo)炎癥反應(yīng)進程，并能刺激巨噬細胞，提高淋巴細胞的游走和細胞因子的分泌，抑制ACE，有利于舒緩激肽的形成，因此，乳清濃縮蛋白中分離純化的ACE抑制肽可作為免疫調(diào)節(jié)劑。類嗎啡活性肽等也具有刺激淋巴細胞的增殖，提高機體免疫能力的功能［25］。

此外，Clare等［27］用胃蛋白酶從牛乳鐵蛋白的N端(17～41)得到了1個含有25個氨基酸殘基的小肽——牛乳鐵蛋白肽(LfcinB)，對革蘭氏陽性菌和陰性菌具有拮抗作用，特別是對大腸桿菌O 157∶H7和耐甲氧苯毒霉素黃色葡萄球菌有顯著的抑制作用，還能夠刺激人體白細胞核釋放嗜中性粒細胞活性的白細胞介素-8。Pellegrini等［28］通過胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶水解α-乳白蛋白，分離純化出3種對大多數(shù)革蘭氏陽性菌起到抑制作用的抗菌活性片段;對β-球蛋白的胰蛋白酶水解產(chǎn)物進行研究，發(fā)現(xiàn)4種有抗菌活性的片段對革蘭氏陽性菌有抑制作用。

事實上，使用牛免疫球蛋白或特定免疫動物的初乳能提供新生兒被動免疫，抵抗引起腹瀉的病原體，如RV或大腸桿菌［29-30］。針對飼糧抗原，機體需要下調(diào)免疫應(yīng)答，這被描述為早期生命的生理過程，此時乳清濃縮蛋白的免疫抑制特性是必需的［31］。另外，濃度為 600 mg/L 糖巨 肽(GMP)在減少鼠脂肪沉積上表現(xiàn)出顯著的附加效應(yīng)［32］。GMP是酪蛋白巨肽(CMP)的糖基化片段，是由內(nèi)肽酶-凝乳酶作用于κ-酪蛋白釋放的C端片段，存在于酪蛋白制造過程的乳清中［33］。GMP能刺激膽囊收縮素(CCK)釋放［34］，因此，其對飽感和采食量存在潛在的影響［35-36］，可能機制是GMP通過小腸內(nèi)分泌細胞增加CCK的濃度［37］，影響飽感和減少采食［38］，進而減少體增重和減少腹部和皮下脂肪沉積，其他許多與健康相關(guān)的功能都歸結(jié)于 CMP［39］。

CMP具有免疫調(diào)節(jié)作用，不僅可抑制淋巴細胞增殖和免疫球蛋白產(chǎn)生，還能夠通過誘導(dǎo)脾淋巴細胞增殖而抑制有絲分裂，導(dǎo)致病毒凋亡。其免疫調(diào)節(jié)作用依賴于多肽部分，與富含唾液酸有關(guān)［39-40］。研究表明，CMP可通過多價配位體(例如，糖鏈及其他陰離子基團如磷酸絲氨酸殘基)與小鼠單核或巨噬細胞結(jié)合，誘導(dǎo)產(chǎn)生白細胞介素-1受體拮抗劑，從而抑制脂多糖介導(dǎo)的脾淋巴細胞增殖［41］。此外，GMP可與小鼠 CD4+淋巴細胞結(jié)合，抑制由植物血球凝集素誘導(dǎo)的白細胞介素-2受體的表達及炎性反應(yīng)［40］。

Pérez-Cano 等［42］和 Wolber等［43］研究表明，乳清濃縮蛋白能提高鼠早期先天黏膜免疫，保護其免受外界病原微生物侵襲。Cross等［44］報道，乳清濃縮蛋白能抑制分裂素刺激的T和B淋巴細胞增殖，但是這種對淋巴細胞增殖和免疫功能調(diào)節(jié)的影響結(jié)果并不具備試驗重復(fù)性，其原因可能是由于乳清濃縮蛋白不同的加工工藝和組成差異所致［45］。近期研究表明，乳鐵蛋白還具有抑制細胞巨化病毒、皰疹病毒、流感病毒和RV等功能，其作用機制尚不清楚。也有觀點認為，乳鐵蛋白并無直接抗病毒的功能，而是通過間接的調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)達到抗病毒的目的［46］。因此，乳清濃縮蛋白含有的免疫組分具有調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的功能可能是因為具有結(jié)合在細胞表面的能力，對免疫細胞分化、激活和增殖過程具有影響［40］，可緩解炎癥因子分泌，從而調(diào)節(jié)機體免疫應(yīng)答。

3.3 調(diào)節(jié)機體抗體應(yīng)答

許多研究表明，異源物種口服牛奶蛋白能影響淋巴細胞功能和抗體應(yīng)答［47］。有研究顯示，膳食中的CMP對免疫球蛋白G抗體的產(chǎn)生有顯著抑制作用，有助于降低新生兒對環(huán)境抗原的免疫反應(yīng)，因此CMP適用于制備免疫抑制性食物［48］。

乳清濃縮蛋白能有效改善RV感染的腹瀉的臨床過程［21，43］，減少腹瀉發(fā)生率和糞便病毒脫落水平，可能具有提高對RV攻擊的免疫應(yīng)答功能，通過增加嗜中性粒細胞或NK細胞活性來減少病毒清除時間，也可能是乳清濃縮蛋白某一組分通過防止病毒在腸上皮細胞附著唾液酸或整聯(lián)蛋白受體(如一些細胞因子)直接阻滯RV感染［49-50］。但是，F(xiàn)rances等［19］研究雖然個體樣本數(shù)少，存在個體的變異性，但卻發(fā)現(xiàn)乳清濃縮蛋白沒有影響局部和系統(tǒng)RV抗體水平。乳清濃縮蛋白減少RV疾病的作用機制還不清楚。

Pérez-Cano 等［21］發(fā)現(xiàn)乳清濃縮蛋白能顯著減少接種RV小鼠血清抗RV抗體、脾細胞增殖和干擾素-γ(IFN-γ)分泌，抑制腸上皮特有黏膜T細胞的增加。哺乳期補充乳清濃縮蛋白能抑制接種RV鼠脾細胞特異增殖［21，44］?？傊?，乳清濃縮蛋白能有效改善小鼠RV感染腹瀉的臨床過程［43］，通過減少嚴重腹瀉的發(fā)生，縮短嚴重癥狀和糞便高病毒脫落的持續(xù)時間［9］，能有效緩解RV誘導(dǎo)的急性胃腸炎的嚴重性，調(diào)節(jié)對病原體的免疫應(yīng)答［21］。

詹黎明等［10］研究表明，斷奶仔豬注射豬瘟弱毒苗后分別飼喂乳清濃縮蛋白、大豆?jié)饪s蛋白和雞蛋粉飼糧，注射后第5天和第10天，乳清濃縮蛋白組仔豬豬瘟抗體效價分別比大豆?jié)饪s蛋白組高出4.92%、6.23%;注射后第5天，乳清濃縮蛋白組血清IFN-γ濃度分別比大豆?jié)饪s蛋白組、雞蛋粉組高出1.89%、5.94%，注射后第32天，分別高出1.97%、8.50%。另有研究表明，血漿蛋白粉有利于仔豬母源抗體的維持和自身豬瘟抗體生成，增強疫苗的免疫保護效應(yīng)，其機理在于血漿蛋白粉可激活補體C3，提高血清IFN-γ濃度，上調(diào)脾臟Toll樣受體3(TLR3)、Toll樣受體9(TLR9)mRNA表達［11］。因此，富含免疫球蛋白和免疫組分的乳清濃縮蛋白可能與血漿蛋白粉一樣，具有類似增強抗體應(yīng)答機制，可抑制外界對T和B淋巴細胞的刺激增殖［44］，調(diào)節(jié)腸段淋巴細胞組分、淋巴系統(tǒng)增殖能力和細胞因子及免疫球蛋白的生成［21］，從而能提高特定抗原抗體生成［18］。

4 小結(jié)

乳清濃縮蛋白表現(xiàn)出良好的適口性和高消化率，改善動物健康，提高其免疫力，但對乳清蛋白中通過酶解或其他方法釋放出來的生物活性肽的作用機理尚未完全闡明，且目前多以小鼠為模型進行研究。乳清濃縮蛋白功效受來源、加工工藝、添加比例影響，關(guān)于其與豬飼糧中其他組分的互作效應(yīng)、制約因素、是否調(diào)節(jié)采食基因的表達及影響疫苗抗體效價等方面仍需進一步探討。研究結(jié)果將為其與功能氨基酸、抗菌藥物、畜禽疫苗的最佳配比提供依據(jù)，從而獲得最佳經(jīng)濟效益。

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