豆粕抗原蛋白降解研究進(jìn)展

何天齊，王 鵬，楊浩辰，石鑫峰，劉 瓊

1.中糧集團(tuán)有限公司 (北京 100020) 2.北京挑戰(zhàn)生物技術(shù)有限公司 (北京 100081)

大豆中含有36%～56%的蛋白質(zhì)，是最豐富的植物蛋白質(zhì)來源之一。豆粕由于其蛋白含量高、氨基酸結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)勢(shì)，成為飼料工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中使用最為廣泛的植物性蛋白飼料資源[1-3]。然而，豆粕中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，限制了動(dòng)物對(duì)其蛋白的利用，造成飼料資源的浪費(fèi)[4]。植物蛋白抗?fàn)I養(yǎng)因子中，主要包含凝集素、胰蛋白酶抑制因子、大豆抗原蛋白等，其中凝集素和胰蛋白酶抑制因子等對(duì)熱敏感，在飼料生產(chǎn)過程中高溫加熱即可將其消除[5]，而大豆抗原蛋白是一類熱穩(wěn)定性強(qiáng)的抗?fàn)I養(yǎng)因子，在高溫情況下很難使其降解或失活[6]，因此需通過特殊手段降低其免疫原性，以達(dá)到提高豆粕蛋白利用率，減少飼料原料浪費(fèi)的目的[7]。目前采用的主要方法包括物理、酶解和微生物發(fā)酵法，其中微生物發(fā)酵處理豆粕成為目前研究的熱點(diǎn)[8,9]。

1 大豆抗原蛋白概述

大豆蛋白中包含4種球蛋白具有抗原性和致敏性，按照沉降系數(shù)(S)分類可將其分為2S、7S、11S和15S共4個(gè)主要組分，其中7S和11S的免疫活性最強(qiáng)，分別占大豆蛋白總含量約30%和40%，且抗原蛋白7S即β-伴大豆球蛋白較11S即大豆球蛋白致敏性更強(qiáng)，二者是引起動(dòng)物腸道發(fā)生過敏反應(yīng)的主要成分[10,11]。

1.1 大豆球蛋白

大豆球蛋白是11S球蛋白．是大豆蛋白質(zhì)中占比最多的單體成分，是大豆中的主要貯藏蛋白，其占大豆籽實(shí)總蛋白的20%左右，占大豆總球蛋白的40%左右，只有很小一部分含有糖基，分子量為320～360 kDa。大豆球蛋白由6個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基由1條酸性肽鏈(A1a、A1b、A2、A3、A4、A5)和1條堿性肽鏈(B1、A2、B3、B4、B5、B6)通過二硫鍵(A-S-S-B)連接起來[12,13]，形成2個(gè)比較穩(wěn)定的環(huán)狀六角形結(jié)構(gòu)，且酸性肽鏈比堿性肽鏈容易水解，其中A1a、A1b、A2、A3和A4為過敏蛋白。

1.2 β-伴大豆球蛋白

β-伴大豆球蛋白為7S球蛋白，是大豆中的主要貯藏蛋白之一，占大豆籽實(shí)總蛋白的10.0%～12.7%，占大豆總球蛋白的30%，是熱穩(wěn)定抗原蛋白，分子質(zhì)量為180 kDa，是由疏水作用相互締合的ɑ、ɑ’和β 3個(gè)亞基組合而成的三聚體，3種亞基的分子質(zhì)量分別是76 kDa、72 kDa和52～54 kDa，并以ɑ和ɑ’亞基的抗原性最強(qiáng)[14]。

2 大豆抗原蛋白在對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響

2.1 對(duì)豬生長(zhǎng)性能的影響

大豆抗原蛋白是大豆中的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子之一，會(huì)引起動(dòng)物腸道過敏，破壞其腸道屏障功能，特別是對(duì)仔豬等幼齡動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育影響較大，降低飼料利用率[15]。劉欣等[16]報(bào)道，引起仔豬腹瀉的主要抗原物質(zhì)是大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白，二者引起仔豬腸道過敏，造成其腹瀉，從而影響仔豬的生產(chǎn)性能。酶慧敏等[17]研究了大豆抗原蛋白對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能及腸道功能的影響，結(jié)果表明：大豆抗原蛋白調(diào)控仔豬腸道粘膜損傷與修復(fù)和轉(zhuǎn)運(yùn)通道基因的表達(dá)，改變了腸道的正常組織形態(tài)，從而降低了仔豬的生長(zhǎng)性能。張建中等[18]探究了大豆抗原蛋白對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能和腸道免疫核因子的影響，結(jié)果顯示：日糧中大豆抗原蛋白對(duì)斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響。大豆抗原蛋白可能通過調(diào)控仔豬腸道粘膜組織核因子活性，影響其腸道粘膜的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響采食、腹瀉率和生長(zhǎng)性能[19,20]。

2.2 對(duì)反芻動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響

幼齡反芻動(dòng)物日糧中大豆抗原蛋白含量高會(huì)破壞犢牛腸道上皮的完整性，抑制上皮細(xì)胞的增殖，提高腸道上皮細(xì)胞炎性因子的分泌，引起過敏反應(yīng)，導(dǎo)致其腹瀉[21]。Seegraber等[22]探究了不同來源蛋白對(duì)犢牛小腸腸道形態(tài)及吸收能力的影響，結(jié)果表明：飼喂大豆蛋白的犢牛小腸絨毛萎縮，導(dǎo)致腸道吸收的表面積減少，對(duì)木糖的吸收下降。林傳星等[8]報(bào)道，大豆抗原蛋白會(huì)對(duì)犢牛造成短期和長(zhǎng)期兩種影響，前者表現(xiàn)為短時(shí)間內(nèi)犢牛血液中氨基酸的聚集，后者表現(xiàn)為一系列的生理和免疫學(xué)變化，導(dǎo)致其生產(chǎn)性能下降。

2.3 對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響

大量的大豆抗原蛋白會(huì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物機(jī)體抗原反應(yīng)及免疫反應(yīng)系統(tǒng)造成損傷，從而對(duì)機(jī)體造成損傷，引起腸道炎癥和免疫系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致生長(zhǎng)性能下降[23,24]。李民等[25]探討了大豆抗原蛋白對(duì)黃金鯽蛋白代謝酶活性及腸道組織的影響，結(jié)果表明：在黃金鯽幼魚配合飼料中，大豆抗原蛋白含量超過30 g/kg后，黃金鯽腸道損傷嚴(yán)重，其前、中、后腸均出現(xiàn)上皮細(xì)胞與固有層分離及腸絨毛斷裂，并出現(xiàn)不同程度的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。Jiang等[26]研究表明：飼料中的大豆球蛋白含量達(dá)到8%，會(huì)使建鯉的腸道功能受到抑制，導(dǎo)致其生長(zhǎng)性能下降。鄭鑫等[27]探究了β-伴大豆球蛋白對(duì)幼鯉生長(zhǎng)、血清生化及免疫指標(biāo)的影響，結(jié)果表明：在飼料中添加5.0%以上的β-伴大豆球蛋白會(huì)降低幼鯉生長(zhǎng)性能，影響白蛋白、免疫球蛋白M、補(bǔ)體C3和堿性磷酸酶等血清生化指標(biāo)。

3 抗原蛋白的降解

3.1 物理方法處理

傳統(tǒng)的熱處理法對(duì)大豆抗原蛋白中熱穩(wěn)定性的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白免疫原性降低效果并不理想[28]。目前關(guān)于物理方法降低大豆抗原蛋白免疫原性的研究較多的是采用超高壓加工技術(shù)。超高壓作為一種非熱加工技術(shù)，可修飾蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價(jià)鍵，從而改變其抗原結(jié)構(gòu)，降低致敏性[29-31]。李堂昊等[32]探究超高壓處理對(duì)β-伴大豆球蛋白抗原性及結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：超高壓處理可改變?chǔ)?伴大豆球蛋大豆白的空間結(jié)構(gòu)，可能破環(huán)或掩蓋了原有的抗原表位，從而降低了其抗原性。Li等[33]研究超高壓處理大豆對(duì)其蛋白抗原性影響，結(jié)果顯示：采用300～500 MPa的超高壓處理后蛋白20 min后，其抗原性降低了50%以上，與未處理蛋白相比，超高壓處理后的蛋白質(zhì)具有較高的疏水性。超高壓方法雖可有效降低大豆抗原蛋白免疫原性，但由于操作條件苛刻，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中無(wú)法有效應(yīng)用。

3.2 酶解處理

酶解豆粕可有效的降低蛋白質(zhì)的分子量，有效降低大豆抗原蛋白免疫原性[34]。王章存等[35]研究酶解過程中大豆蛋白分子成分和抗原性變化規(guī)律及酶解產(chǎn)物中是否存在抗原表位序列，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在酶解過中新生成的23 ku和21 ku抗酶解肽鏈在酶解2 h時(shí)仍存在，在21 ku組分中含有兩個(gè)完整的序列抗原表位，且均來自β-伴大豆球蛋白中的α-亞基，21 ku組分抗原剩余率為15.7%；在23 ku肽鏈中含有抗原表位的部分氨基酸序列，但未發(fā)現(xiàn)含有完整的抗原表位序列，23 ku組分抗原剩余率為2.1%，此研究結(jié)果揭示了大豆蛋白酶解處理后仍殘留抗原性的部分原因。黃婷等[36]選用堿性蛋白酶處理大豆分離蛋白，優(yōu)化降低β-伴大豆球蛋白抗原抑制率的最佳工藝條件，結(jié)果表明，堿性蛋白酶可以顯著降低β-伴大豆球蛋白的抗原性，在一定程度上，水解度與β-伴大豆球蛋白抗原抑制率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.3 微生物發(fā)酵處理

微生物發(fā)酵處理豆粕是通過細(xì)菌或真菌實(shí)現(xiàn)的，目前發(fā)酵工藝廣泛應(yīng)用于提高飼料原料生物利用度，降低豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子[37]。Frias等[38]探究了豆粕發(fā)酵后其免疫原性和氨基酸含量的變化，結(jié)果顯示：通過采用米曲霉對(duì)豆粕進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，可有效降解豆粕的抗?fàn)I養(yǎng)因子和致敏化合物的能力。Teng等[39]探究了采用枯草芽孢桿菌對(duì)豆粕進(jìn)行發(fā)酵對(duì)其抗原蛋白的影響，結(jié)果顯示：采用枯草芽孢桿菌對(duì)豆粕進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵后豆粕抗原蛋白免疫原性顯著降低。楊慧等[40]探討了微生物發(fā)酵對(duì)豆粕抗原性的影響，結(jié)果表明：選用枯草芽孢桿菌在固態(tài)條件下發(fā)酵12 h大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的抗原性分別降低20.62%和50.12%。

3.4 菌酶協(xié)同發(fā)酵處理

單一的通過微生物發(fā)酵豆粕或酶解豆粕對(duì)豆粕中大豆球蛋白的降解效果均不理想，有研究表明，在微生物發(fā)酵的基礎(chǔ)上添加外源蛋白酶進(jìn)行菌酶協(xié)同發(fā)酵可有效促進(jìn)豆粕抗原蛋白的降解[41]。王曉明等[42]研究了菌酶融合制作高肽發(fā)酵豆粕的新工藝，結(jié)果表明：采用菌酶協(xié)同發(fā)酵工藝可有效降解豆粕中的抗原蛋白。張煜等[43]探究了選用枯草芽孢桿菌和復(fù)合酶制劑對(duì)玉米-豆粕型飼料進(jìn)行菌酶協(xié)同發(fā)酵后，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的改善，結(jié)果表明：通過菌酶協(xié)同發(fā)酵可有效降低飼料原料中大豆抗原蛋白免疫原性。胡瑞等[41]探究了復(fù)合益生菌發(fā)酵豆粕并添加外源蛋白酶對(duì)發(fā)酵豆粕品質(zhì)的影響，結(jié)果表明：利用菌酶協(xié)同發(fā)酵豆粕可進(jìn)一步改善發(fā)酵豆粕蛋白質(zhì)品質(zhì)，顯著降低大豆抗原蛋白免疫原性，提高發(fā)酵豆粕可利用氮的質(zhì)量。

4 結(jié)論

豆粕作為我國(guó)重要的植物性蛋白質(zhì)原料，其含有大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制劑、植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子，其中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白約占總蛋白質(zhì)的70%，是引起動(dòng)物過敏反應(yīng)和腹瀉的主要成分，其不僅限制了豆粕在飼糧中的使用，而且對(duì)畜禽危害較為嚴(yán)重。目前針對(duì)豆粕中大豆抗原蛋白的降解開展的相關(guān)研究雖已取得了重大的突破，即抗原蛋白可有效降解，但大部分成果仍只能在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)，低成本、可產(chǎn)業(yè)化的處理方法仍不成熟。

5 展望

通過微生物發(fā)酵手段處理豆粕，能有效降解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，促進(jìn)養(yǎng)分的消化吸收，改善動(dòng)物健康，減少飼用抗生素(促生長(zhǎng))的使用，但單一的通過微生物發(fā)酵對(duì)豆粕中大豆抗原蛋白降解不徹底，采用菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)手段可有效降低豆粕中大豆抗原蛋白免疫原性，但目前對(duì)酶制劑與微生物之間的協(xié)同拮抗作用研究較少，無(wú)法做到二者的精準(zhǔn)應(yīng)用，菌酶協(xié)同發(fā)酵豆粕其酶制劑和微生物的選擇及發(fā)酵工藝的參數(shù)尚待進(jìn)一步研究。