粮油加工业是国民经济的一大重要支柱产业,其生产过程中产生的副产物(包括饼粕、稻壳、米糠、麸皮、油料皮壳和油脚等)正是饲料工业的一大类能量和蛋白质资源。粮油副产品中富含具有各种生理功效的生物活性物质[1],对其进行开发利用与转化,不仅可应用于功能性食品的加工,也可作为功能性饲料原料及添加剂应用于养殖生产中,起到部分或完全替代抗生素的作用,不仅可缓解使用饲用抗生素引起的耐药细菌滋生、机体微生态环境紊乱以及抗生素残留对人类健康和环境带来的危害等[2, 3, 4, 5],也可避免全面禁止使用饲用抗生素导致的动物生产性能降低、动物患病率增加和经济效益下降等一系列后果。
1 发酵饲料原料及肽类物质微生物发酵饲料是利用微生物发酵作用改变饲料原料(主要包括各种饼粕类和糠麸类饲料原料,如棉籽粕、菜籽粕、豆粕、麦麸等)的理化性质,从而提高饲料适口性、消化吸收率和营养价值,并产生一系列功能活性物质。利用饼粕发酵和酶解技术开发的新型多效生物蛋白质饲料中,发酵豆粕的粗蛋白质含量达45%~50%,发酵棉籽粕达50%以上,发酵菜籽粕达42%,该类产品小肽含量占原料干物质的5%~25%,蛋白质利用率高;同时能去除抗营养因子,脱除生物毒素,且颜色较佳;产品中酵母菌、枯草芽孢杆菌等有益活菌数≥2×108 CFU/g,生物酶种类丰富,有机酸含量高,可改善动物肠道菌群结构,提高动物抗病和免疫能力,因此能显著地减少饲料中抗生素的使用。
固态发酵作为一种原料加工处理手段,具有成本低、能耗低、投资小等优点,而且不产生继发性的废液、废渣,是一种有效、安全、经济的加工处理手段。“十一五”国家科技支撑计划课题“农副产品饲料转化及高效利用技术”和“十二五”科技支撑计划“新型优质蛋白质饲料原料开发利用及产业化应用技术”,在发酵饼粕、酶解饲料开发利用技术研究方面取得了显著进展。
1.1 发酵棉籽粕及发酵棉籽蛋白开发我国棉籽粕资源丰富,年产量达600万t以上。棉籽粕粗蛋白质含量为38%~50%,甚至高于豆粕,但由于棉籽粕中含有游离棉酚,大大限制了其在饲料中的大量应用。近年新型低温制油工艺虽然保护了棉籽蛋白,但游离棉酚含量较高,有的高达3 000 mg/kg以上。国内外学者在棉籽粕脱毒方面做了大量工作,但对高含量游离棉酚棉籽粕的脱毒效果并不理想。固态发酵可以提高发酵棉籽粕的小肽含量,使游离棉酚含量降到300 mg/kg以下,提高真蛋白质含量10%左右。
徐晶[6]研究表明,采用地衣芽孢杆菌B12和产朊假丝酵母Cu1混菌生料固态发酵后,游离棉酚含量在200 mg/kg以下,水溶性蛋白质含量为9.11%,小肽含量为6.98%。邱良伟等[7]研究表明,棉籽粕发酵后粗蛋白质含量由51%提高到59%,游离棉酚含量由895.5 mg/kg降低至197.68 mg/kg,<600 u、600~1 000 u、1 000~1 800 u的小肽含量分别由发酵前的3.82%、0.38%、0.05%提高到13.36%、1.45%、1.80%。蒋金津[8]通过蛋白质相对分子质量分布对3种不同棉籽粕和棉籽蛋白及其发酵、酶解产品进行评价,结果表明发酵处理对样品粗蛋白质含量提高最大,达14.31%~15.01%,发酵棉籽粕中6种必需氨基酸的含量增加,其中苏氨酸含量提高36.06%,蛋氨酸含量提高33.80%,赖氨酸含量提高25.00%,同时精氨酸含量减少16.91%,使赖氨酸与精氨酸含量之比更接近正常的吸收比值。且棉籽粕发酵处理前后莱航公鸡的表观代谢能和真代谢能分别从8.93、11.57 MJ/kg提高到9.56、12.67 MJ/kg,与豆粕接近[7, 9]。
1.2 发酵菜籽粕开发菜籽粕蛋白质的氨基酸组成合理,富含赖氨酸,几乎不存在限制性氨基酸,接近联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)的推荐值。但由于菜籽粕中含有硫甙,虽然硫甙本身无毒,但能被芥子酶分解成 唑烷硫酮、异硫氰酸酯、腈等有剧毒和刺激性气味的物质,对动物甲状腺、肝脏、肾脏都有毒害作用,此外菜籽粕中还含有植酸、单宁、芥子碱等毒性物质或抗营养物质,从而阻碍了其蛋白质的消化吸收,降低了矿物质元素的溶解率,干扰矿物质元素的吸收利用,钝化了某些维生素,使维生素需求增加。因此,高含毒菜籽粕直接用作饲料会导致禽畜中毒,限制了菜籽粕在饲料中的大量应用。
采用枯草芽孢杆菌、植物乳酸菌和啤酒酵母菌3种组合发酵,底物为菜籽粕、麦麸和玉米粉,料水比1 ∶ 1,接种量20%,30 ℃培养48 h后取出,于50 ℃下烘干得产品。发酵菜籽粕中异硫氰酸酯含量在300 mg/kg以下, 唑烷硫酮被完全降解,粗蛋白质含量达到44%以上,氮溶解指数(NSI)增加了1~2倍,小肽含量占干物质的7%以上,目标微生物数量在108 CFU/g以上,蛋白酶活性在500 U/g以上。固态发酵菜籽粕等氮替代玉米-豆粕基础饲粮中25%的豆粕,可提高1~42日龄肉仔鸡的生长性能、免疫功能和肠道消化酶活性。发酵菜籽粕能显著增加蛋鸡饲粮和粪便中有益微生物的数量,减少饲粮中有害微生物数量[10]。另外,固态发酵菜籽粕等氮替代基础饲粮的豆粕,生长猪的养分表观消化率、消化能、氮利用率以及氨基酸标准回肠消化率均有所提高;发酵菜籽粕以8.5%的豆粕替代比例最佳,也可提高育肥猪的生长性能[11]。此外,若用发酵菜籽粕完全替代豆粕,也能够提高鸭肉的粗蛋白质和肌苷酸含量,同时提高鸭肉中的游离氨基酸和总氨基酸含量[12]。
2 酶解饲料原料及肽类物质 2.1 水酶法提油技术我国传统的植物油加工工艺主要有压榨法和浸出法2种。而水酶法是一种新兴的植物油脂提取技术,是在油料破碎后加水,再加入对脂多糖、脂蛋白等复合体有降解作用的酶,利用酶解作用促使油脂易于从油料固体中释放出来,再利用非油成分对油和水亲和力以及油水比重的差异将油脂和非油成分分离。因此,在得到油的同时,还能有效回收植物原料中的蛋白质(或其水解产物)及碳水化合物。景义峰等[13]研究发现,用水酶法提取花生油,游离油得率及水解蛋白质得率可分别达91%和83%以上。油菜籽水酶法提油时,果胶酶的酶解效果较好,在固液比1 ∶ 4、酶解pH 4.5、40 ℃、加酶量1%酶解3 h条件下,游离油得率可接近89%;且菜籽水解蛋白质具有较强的还原能力和清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical,DPPH)自由基的能力[14]。茶籽粕经过分离脱毒处理,亦可用于开发优质饲料。水酶法提取茶籽油,避免了有机溶剂与高温,提取的茶油不饱和脂肪酸含量高、热稳定性好,且茶多酚茶甙、角鲨烯、甾醇等生物活性物质的营养优势得以保留,最大限度地保留了茶油的原始香味与组分,而副产物可得到约20%的油茶籽粕和30%的糖萜素,糖萜素可应用于替代抗生素饲料产品中。
2.2 小麦水解蛋白谷氨酰胺(glutamine,Gln)在生物体代谢中起着举足轻重的作用,作为一种游离氨基酸广泛存在于人或其他哺乳动物的血浆中。Gln在酸性、加热等条件下不稳定,而含有Gln的小肽稳定性较好,并且功能与Gln基本相同。酶解植物蛋白质是一种简单快速获得Gln活性肽的生物技术。一般植物蛋白质中都含有比较高的谷氨酸类物质,尤其是小麦面筋蛋白含量较高,并且来源方便、价格低廉,利用酶解法可简单快速地获得Gln活性肽[15]。通过碱性蛋白酶水解谷朊粉(小麦面筋蛋白),获得的小麦蛋白酶解产物富含Gln,产物的有效Gln(非氮端)含量可达到18.87%(占干重)。对Gln结合肽的理化性质研究分析结果表明:粗蛋白质含量为76.03%,水分含量为6.48%,三氯乙酸氮溶指数(TCA-NSI)为77.86%,游离氨基酸含量为2.06%,肽得率为57.15%,平均肽链长度为3.41。酶解蛋白质样品在等电点附近的溶解度为47.31%,喷雾干燥后干粉产品得率为70%。通过1 t发酵罐进行了干粉产品中试,粗蛋白质含量为76.815%,水分含量为5.34%,三氯乙酸氮溶指数为75.32%,游离氨基酸含量为5.34%,肽得率为56.33%,平均肽链长度为3.52,溶解度为46.78%,肽中有效Gln含量为19.60%(占干重),喷雾干燥后干粉产品得率为65%[16]。
用小麦水解蛋白饲喂动物,能极显著地提高断奶仔猪的生产性能。对于28日龄断奶乳猪,2.0%小麦水解蛋白添加组仔猪的平均日增重分别比对照组(玉米-豆粕型饲粮)和2.0%小麦面筋蛋白添加组高30.96%和28.17%,平均日采食量分别比其他2组高10.58%和13.75%,料重比分别比其他2组低15.76%和11.43%,腹泻率分别比其他2组低40.44%和30.09%[17]。
2.3 大豆肽(大豆水解蛋白)大豆中粗蛋白质含量高达40%,氨基酸组成比较合理,必需氨基酸平衡良好[18]。大豆肽是大豆蛋白质经蛋白酶水解或微生物发酵处理后产生的低聚肽混合物,在营养价值与生理功能上都优于大豆分离蛋白。优质的大豆肽是以大豆分离蛋白为原料,经生物工程、膜分离提取法和精制等高新技术得到的肽类物质混合物,主要以小分子寡肽为主,平均分子质量在1 000 ku以下,粗蛋白质含量在85%左右,其氨基酸组成与大豆球蛋白十分相似,必需氨基酸较为平衡,易被小肠吸收[19]。大豆多肽能有效改善原料蛋白质的不足,祛除豆腥味,而且吸收速度快,蛋白质利用率高。目前,已有大量研究表明,大豆肽具有促进微生物发酵、提高动物机体的矿物质吸收和脂质代谢[20]、抗氧化应激[21]、抗炎症[22]、增强免疫力和促生长等生物功能,对动物具有促生长和增强免疫能力的有益作用。有研究表明,向肉仔鸡饲粮中添加80~120 mg/kg大豆肽可以提高仔鸡日增重和小肠杯状细胞数量,并改善小肠绒毛形态[23]。通过瘤胃瘘管向肉牛瘤胃灌注大豆肽,可促进瘤胃微生物蛋白质的合成,提高瘤胃液中总挥发性脂肪酸(TVFA)含量,提高溶纤维丁酸弧菌含量,从而改善瘤胃营养代谢功能[24]。大豆肽(谷氨酸含量约21.77%)有效降低了葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠肠道黏膜损伤、小鼠肠道黏膜的组织损伤及髓过氧化物酶活性降低,且抑制了炎性因子核因子(nuclear factor,NF)-κB/p65的表达[25]。类似地,大豆肽在新生仔猪的炎症反应中也起到抗炎症作用[26]。
2.4 棉籽水解蛋白碱溶酸沉法提取棉籽分离蛋白的最佳条件为:pH为11.0,温度45 ℃,提取时间2 h,料液比1 ∶ 25。在此条件下蛋白质提取率为70.45%,粗蛋白质含量为96.97%,游离棉酚含量为45.85 mg/kg。采用超声波、微波、超声波加微波3种预处理方式对原料进行预处理,与对照组相比,微波辅助酶解的预处理能够提高棉籽蛋白肽的得率,且超声波加微波比其他方式效果显著;预处理前调节pH到8.0,比自然pH酶解的肽得率高;底物浓度5%比底物浓度10%酶解的肽得率高;碱性蛋白酶和风味蛋白酶联合使用比单一使用得到的小肽含量高。响应面试验优化的粗棉籽蛋白最佳微波辅助酶解条件为:底物浓度5.06%,加酶量5.83%,微波功率44.63 W,酶解时间59.70 min,pH为8.0,温度60 ℃。此条件下棉籽蛋白酶解的肽得率为58.39%。响应面试验优化的棉籽分离蛋白最佳微波辅助酶解条件为:底物浓度4.08%,中性蛋白酶加酶量14.45%,微波功率39.18 W,酶解时间60 min,pH为7.0,温度40 ℃。在此条件下,得到的酶解液中肽得率为79.82%。对酶解物进行超滤分级并利用DPPH自由基、羟自由基和超氧阴离子自由基清除能力分析其抗氧化能力,结果表明,级分1(<2 ku)的抗氧化能力大于级分2(2~5 ku)和混合物[27]。
2.5 其他活性肽玉米肽是利用玉米淀粉副产物加工的玉米蛋白,用相应蛋白酶水解后生成的分子质量小、活性高的小肽,富含谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸和丙氨酸[19]。有研究发现,玉米肽具有较好的类超氧化物歧化酶(SOD)活性[19],对脂多糖诱导的小鼠免疫性肝损伤起到良好的保护作用,且具有清除自由基和抗心肌线粒体氧化损伤的作用[28]。
脱脂米糠的蛋白质含量高达18%,氨基酸组成平衡,是优质的植物蛋白质资源,以糙米加工过程中产生的米蛋白(皮层和少量米胚及碎米的混合物)经过蛋白酶酶解获得,因其具有抑制血管紧张素转化肽等活性作用,而被医学工作者用来研究开发降血压等药物。但将米糠肽用于促生长、提高免疫功能的抗生素替代物也有较大应用前景。有研究报道,米糠肽具有较强的还原能力,可抑制卵黄脂蛋白的脂质过氧化和油脂的过氧化,且能抑制由过氧化氢(H2O2)诱导的红细胞氧化溶血反应和大鼠肝组织匀浆脂质过氧化反应的发生[29]。在用D-半乳糖致衰的小鼠模型中,高剂量米糠肽(500 mg/kg)可明显降低小鼠心脏和脑中线粒体丙二醛含量,显著提高总抗氧化能力、线粒体锰超氧化物歧化酶活性以及Ca2+泵和Na+泵活性[30]。
3 粮油资源转化功能性碳水化合物功能性低聚糖不易被动物体消化吸收,可直接进入大肠并优先被双歧杆菌利用,起到调节肠道菌群和增强免疫能力的作用。以粮油副产物为资源生产的功能性低聚糖主要包括低聚木糖、大豆低聚糖、异麦芽低聚糖和棉籽低聚糖等。
3.1 低聚木糖(xylooligosaccharide)低聚木糖是以玉米芯粉等为原料,通过酶法制成,其主要功效成分是木二糖、木三糖和木四糖,具有较高的热稳定性和酸稳定性。有研究发现,饲喂低聚木糖可提高机体的免疫水平,其原因可能是低聚木糖的添加增加了肠道双歧杆菌的糖酵解过程,产生大量短链脂肪酸的间接作用[31]。饲粮中添加低聚木糖与玉米-豆粕基础饲粮相比,可提高肉鸡平均日增重以及血浆三碘甲状腺氨酸(T3)、甲状腺素(T4)和胰岛素含量;且显著提高血浆中抗H5N1型禽流感病毒的抗体滴度[32]。以荣昌断奶仔猪为研究对象,低聚木糖不仅可以提高其生长性能,降低腹泻率,提高血清免疫球蛋白G(IgG)含量,还提高了仔猪的抗氧化性能和脂质代谢功能[12]。
3.2 大豆低聚糖(soy oligosaccharides)大豆低聚糖是从大豆籽粒中提取的可溶性低聚糖的总称,主要包括蔗糖、水苏糖和棉籽糖等。大豆种子中的含糖量与蛋白质含量呈负相关,且因大豆生长期不同而有差别,随着大豆的逐渐成熟,大豆低聚糖的含量增加。有研究报道,向断奶仔猪饲粮中添加大豆低聚糖,血浆甘氨酸、赖氨酸、精氨酸等多种游离氨基酸含量增加,回肠和结肠的紧密连接蛋白ZO-1的mRNA表达量也明显提高;且大豆低聚糖可显著提高肠道微生态的多样性,提高肠道有益菌数量,抑制有害菌的增殖[33]。肉鸡饲粮中添加0.20%~0.25%大豆低聚糖可改善肉鸡生长性能[34]、鸡肉品质和屠宰性能[10]。但由于单胃动物的胃肠道前段缺乏α-半乳糖苷酶,因此大豆低聚糖在后肠段经微生物发酵易产生大量气体引起胃肠胀气,因此当豆粕作为饲粮中的主要蛋白质供给时,大豆低聚糖的添加量不宜超过1%[11]。
3.3 异麦芽低聚糖(isomaltooligosacharide)异麦芽低聚糖是以碎米等转化的淀粉为原料生产的以α-1,6-葡萄糖苷键连接的双歧增殖因子低聚糖,因其具有调节肠道菌群的作用而被广泛用作饲用抗生素替代品,应用于动物生产中。用异麦芽低聚糖饲喂断奶仔猪,与对照组相比,盲肠和结肠内容物中的挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA),如乙酸、丙酸和TVFA含量均明显增加,结肠绒毛高度也明显提高,改善了肠道微生态环境,降低了仔猪腹泻率[12]。并且,用异麦芽低聚糖饲喂蛋鸡,可提高蛋鸡产蛋量,降低料蛋比,添加0.2%和0.4%异麦芽低聚糖可提高产蛋鸡血清中SOD、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和总抗氧化物酶活性,另外,免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)、IgG含量和溶菌酶活性均有所提高[13]。另外,给山羊饲喂异麦芽低聚糖也可对其瘤胃动力学产生积极影响,使瘤胃发酵处于较高水平[14]。
3.4 棉籽低聚糖(raffinose)棉籽低聚糖是从优质棉籽中提取的混合物,主要包括棉籽糖、水苏糖、二糖、多糖及少量蛋白质,其中含量最多的是棉籽糖,其主要成分与大豆低聚糖相似。目前,棉籽糖在食品、医药方面已得到一定程度的应用[35],但在饲料生产中研究较少。在肉鸡饲粮中添加棉籽低聚糖可显著提高肉鸡日增重,提高其血浆总抗氧化能力、总SOD和过氧化氢酶(CAT)活性[36]。有研究表明,棉籽低聚糖也可提高毛皮动物(如水貂)肠道中双歧杆菌的数量和血清IgA和IgG的含量[37]。
4 功能性植物油脂及功能性脂肪酸从植物种子、果肉及其他部位提取所得的脂肪统称为植物油脂。功能性植物油脂是一类具有特殊生理功能、对人和动物有一定保健和药用功能的油脂,主要包括多不饱和脂肪酸和磷脂等[38]。目前,山茶油、沙棘油、亚麻籽油、红花油等已被广泛用于人类保健食品的研发上,以起到降血脂、增强免疫力的作用;共轭亚油酸(conjugated linoleic acid,CLA)、大豆磷脂(soybean lecithin,SL)、中链脂肪酸甘油酯(medium chain triglycerides,MCT)、功能性脂肪酸以及结构脂质等已应用于饲料业。
4.1 CLACLA是含有共轭双键的十八碳二烯酸(亚油酸)异构体的一类混合物的统称,其中顺9反11和反10顺12 CLA为主要活性成分。在畜牧生产上,CLA可改善饲料利用效率,提高瘦肉率,改善畜禽产品品质,还可调节免疫功能。另外,CLA对脂肪代谢的影响也日益受到重视,它不仅可影响育肥猪的脂肪沉积,还可影响肌内脂肪的脂肪酸组成。CLA的添加可促进脂肪细胞的凋亡,从而降低猪的体脂沉积,而其促凋亡的作用同时有死亡受体通路和线粒体通路的参与[39]。育肥猪饲粮中添加4%的CLA降低了背最长肌和背最长肌皮下脂肪内的单不饱和脂肪酸含量,以及背最长肌皮下脂肪、肝脏和半膜肌内的多不饱和脂肪酸含量[40]。类似地,用CLA饲喂肉鸡,也可改善其机体内的脂肪沉积,从而提高其肉品质,并提高机体免疫力和抗氧化能力[41]。另外,用CLA饲喂蛋鸡,可加深蛋黄颜色,增加蛋黄中多不饱和脂肪酸的含量,改善蛋鸡的脂质代谢,提高机体的抗氧化水平[42]。
4.2 SLSL是含有磷脂酰胆碱的复合酯,主要从大豆油的水化油脚中提取,其主要成分为卵磷脂、脑磷脂、肌醇磷脂、磷酯酸丝氨酸、磷脂酸及其他磷脂[43]。SL作为饲料添加剂,不仅可提高饲料利用率和营养价值,改善饲料适口性,而且能提高动物屠宰率,降低腹脂率和改善肉质。在肉鸡饲粮中添加一定比例SL或用SL替代一定比例大豆油都对爱拔益加(AA)肉鸡的生长性能具有促进作用,且当用SL完全替代大豆油时,也不会对鸡肉品质和脂肪酸组成产生不良影响,反而可提高鸡肉中不饱和脂肪酸含量,改善肉品质[44]。蛋鸡饲粮中添加SL也可提高蛋黄和全蛋中总磷脂和磷脂酰胆碱含量[45, 46]。反刍动物饲粮中添加SL,可通过提高β-1,4-外切纤维素酶的酶活性,增加瘤胃总细菌和真菌数量,提高纤维素的表观消化率,并改善瘤胃消化代谢功能[47],同时能提高奶牛产奶量,且在奶牛饲粮中适宜添加量为2%[48]。
4.3 MCT和功能性脂肪酸MCT是一类具有抗菌作用的分子[49, 50],主要来源于椰子油和棕榈仁油。Dierick等[49]在模拟猪胃环境的体外试验中发现,最低浓度为每100 g胃内容物含0.135 g或0.102 5 mol的复合MCT具有显著的抑制胃内细菌群生长的作用,可以作为一种有价值的、营养性的且具有类抗生素作用的添加剂。MCT对热敏感,是一种极性基团,直接添加到饲料进行加工时容易受到温度和其他极性基团的影响,微胶囊包被则是保证其效价的重要手段。
ω-3脂肪酸是机体必需脂肪酸,包括α-亚麻酸(α-linolenic acid,ALA)、二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)。ALA主要来源于亚麻籽油,DHA和EPA主要来源于深海鱼油。ω-3脂肪酸能有效提高处于大量炎症状态下宿主的免疫力,也能通过改变细胞因子和(或)类花生酸的合成来提高抗传染病的能力[51]。Billiar等[51]研究发现,饲粮鱼油提高免疫机能主要通过减少促炎因子信息的产生而达到目的。鱼油在室温下很容易氧化酸败,通过微胶囊包被能保证DHA和EPA的效价。
4.4 结构脂质结构脂质是指在甘油酯的甘油骨架上,对其脂肪酰基有一个预定的组成与分布,在自然界不存在,需要通过酶法或化学-酶法人工合成。结构脂质在满足脂质的营养特性、色泽、风味和口感的同时能最大限度降低油脂的不利影响,是一类具有多种生理功能、可满足不同加工应用需求的功能性油脂[52]。甘油酯的结构及脂肪酸组成对脂肪的代谢吸收有影响,酰基在Sn-1和Sn-3位上,脂肪酸以游离的形式被吸收,而酰基在Sn-2位,则以单甘酯的形式并且容易被吸收。王瑛瑶等[53]发现,以菜籽油为底物酶改性制备的含辛酸中碳链-长碳链-中碳链(MLM)型结构脂质,不仅具有优良的营养功能,其氧化稳定性与菜籽油相比得到改进。
5 其他粮油功能活性物质 5.1 黄酮类黄酮类物质是自然界中存在的酚类物质,广泛存在于各种植物和大型真菌中,具有抗氧化、抗炎症、抑菌和提高机体免疫力等功能,也是饲用抗生素的有效替代品之一。有研究报道,大豆黄酮(daidzein)可提高肥育猪的生长性能和血清抗氧化酶的活性[54],使仔猪大肠的微生物区系多样性增加,并且可选择性地促进某些菌群的富集[55],同时抑制肌管细胞的蛋白质降解[56]。在繁殖与呼吸综合征病毒刺激下,大豆黄酮可缓解仔猪的生长性能下降现象,增强仔猪的免疫机能[57]。大豆异黄酮(soy isoflavones,SI)是大豆黄酮、大豆黄素(glycitein)和染料木素(genistein)3种苷元的统称,主要从大豆等豆科类植物生产中提取。SI能够促进骨骼肌卫星细胞在氧化环境中的增殖,提高其抗氧化能力,同时能够改善肉鸡生长性能和肉品质,并能够抵抗脂质过氧化,促进抗氧化酶基因的高丰度表达[58]。
5.2 糖萜素和阿魏酸糖萜素来源于山茶科植物种子的三萜皂甙、糖类等天然生物活性物质。以榨取油后的油茶籽粕为原料,以含水甲醇作为提取溶剂,应用正交试验得出在60 ℃下用浓度为70%的甲醇以10 mL/g的液固比加入浸提2.5 h,浸提2次,可以使糖萜素的得率最高,得率为28.90%,此为糖萜素提取的最佳工艺条件。在此条件下糖萜素中总皂苷含量为31.8%,总糖含量为35.7%,干燥失重率为5.5%,粗蛋白质含量为11.2%[59]。有研究报道,糖萜素具有促进蛋白质合成、提高消化酶活性、抗热应激、改善肉品质和提高动物机体免疫功能等作用。饲料中添加糖萜素可抑制高峰后期产蛋率的下降,降低破蛋率和畸形蛋率,并且可提高蛋形指数,加深蛋黄颜色,改善蛋壳强度[60],促进肉鸡肠绒毛生长,降低隐窝深度,在肉鸡饲粮中的最适添加水平为500 mg/kg[61]。糖萜素亦可提高生长肥育猪的生长性能、增加屠宰率,并改善肉品质[62]。
阿魏酸是植物界普遍存在的一种酚酸,在植物体内主要与细胞壁多糖和木质素交联构成细胞壁的一部分。目前阿魏酸主要有2方面来源,一方面是从植物中分离其天然产物,如从中草药中分离,或利用麦麸、米糠、蔗渣等通过化学(碱处理)或生物(微生物酯酶处理)方法分离提纯[63];另一方面是以香草醛和丙二酸为原料制备,生产的纯品含量可达99.4%[64]。阿魏酸具有清除自由基、提高免疫力、抗菌消炎等生理作用,被机体吸收后可被代谢为苯丙酸、肉桂酰甘氨酸等化合物,从尿中排出,不在体内积累,因此也可作为抗生素替代物应用于饲料生产中[65]。
5.3 其他转化技术的应用以粮油资源为主要原料,通过微生物发酵、酶解等技术,还能开发许多饲用抗生素替代产品,如酶制剂、益生菌(probiotics)等。益生菌又称活菌制剂、微生态调节剂等,能抑制肠内有害菌的生长,维持宿主肠道的微生态平衡,促进机体免疫功能,提高生产繁殖能力和促进对氨的利用,减轻畜禽粪便污染等[66],因此常被用作抗生素替代品而应用在饲料生产中。然而,在实际应用中,益生菌制剂的热稳定性和化学稳定性较差,在不良环境下易丧失益生特性。大量研究发现,微胶囊化生产的饲用益生菌的应用效果明显改善[67, 68]。微胶囊技术是指将生物活性物质包埋在具有选择透过性的膜中,允许营养物质、氧气及具有生物活性的一些小分子物质进出,同时阻遏大分子抗体及免疫细胞通过半透膜。采用微胶囊技术不仅可以提高益生菌在加工储藏过程和在动物胃肠道内的存活率,而且可有效提高其高温耐受能力[69, 70]。
6 小 结综上所述,将粮油资源高效转化与开发利用过程中产生的新技术和新产品应用于饲料工业生产上,不仅将粮食资源进行了高效利用,提高了粮食生产的综合能力与经济效益,而且有利于解决饲料生产中抗生素替代这一重大难题。粮油资源转化产品不仅具有与饲用抗生素类似的促生长、促生产、节约饲料成本、抗病、抗氧化和提高免疫机能等生理作用,而且避免了饲用抗生素使用带来的耐药菌滋生和药物残留等问题与危害。然而,若用粮油资源转化产品完全取代饲用抗生素,仍然面临着一些问题,如替代品添加量的确定和几种替代品同时使用时的配伍问题、加工转化成本问题等。另外,在不同饲养环境和饲养管理水平下,如何开发、利用与之相适应的抗生素替代品仍需进一步研究。
[1] | 黄秀娟.以粮油加工副产物为原料的功能性食品生产与开发[J]. 粮食加工与食品机械,2005(8):74-77. (![]() |
[2] | MONROE S,POLK R.Antimicrobial use and bacterial resistance[J]. Current Opinion in Microbiology,2000,3(5):496-501. (![]() |
[3] | MAMBER SW,KATZ S E.Effects of antimicrobial agents fed to chickens on some gram-negative enteric bacilli[J]. Applied and Environmental Microbiology,1985,50(3):638-648. (![]() |
[4] | 王强,王慧.动物性食品抗生素残留的危害与解决对策[J]. 国外畜牧学:猪与禽,2009(5):87-89. (![]() |
[5] | 李爱科.中国蛋白质饲料资源[M]. 北京:中国农业大学出版社,2013. (![]() |
[6] | 徐晶.固态发酵棉籽粕菌种筛选和发酵条件及其发酵产物的研究[D]. 硕士学位论文.长春:吉林农业大学,2012. (![]() |
[7] | 邱良伟,李爱科,程茂基,等.两种不同发酵工艺的棉籽粕营养价值的研究[J]. 饲料工业,2012,33(13):32-36. (![]() |
[8] | 蒋金津.不同蛋白原料小肽含量及其在肉鸡消化道中释放特性的研究[D]. 硕士学位论文.长沙:湖南农业大学,2010. (![]() |
[9] | 向荣.不同处理棉(菜)粕中氨基酸和小肽含量变化及其在鸡消化道中利用规律研究[D]. 硕士学位论文.长沙:湖南农业大学,2011. (![]() |
[10] | 胡永娜,王之盛,李爱科.固态发酵菜籽粕对肉仔鸡生长性能、免疫功能及消化酶活性的影响[J]. 动物营养学报,2012,24(7):1293-1231. (![]() |
[11] | 陈国营,陈丽园,刘伟,等.发酵菜粕对蛋鸡粪便和饲料微生物菌群数量及蛋品质的影响[J]. 家畜生态学报,2011,32(1):36-41. (![]() |
[12] | 付敏.菜籽饼混菌固态发酵工艺及发酵产品在生长猪上的营养价值评定[D]. 硕士学位论文.雅安:四川农业大学,2013. (![]() |
[13] | 景义峰,吴晓峰,熊凌.发酵菜粕对育肥猪生产性能的影响[J]. 养殖与饲料,2012(4):40-42. (![]() |
[14] | 李吕木,丁小玲,许发芝,等.发酵菜粕替代豆粕饲喂肉鸭对肉质的影响[J]. 饲料与畜牧,2010(6):19-22. (![]() |
[15] | 马洪龙,韩飞,李爱科,等.碱性蛋白酶水解小麦面筋蛋白制取谷氨酰胺肽的研究[J]. 粮油食品科技,2014,22(1):54-57. (![]() |
[16] | 马洪龙.碱性蛋白酶水解小麦面筋蛋白制取Gln活性肽的研究[D]. 硕士学位论文.长春:吉林农业大学,2013. (![]() |
[17] | 程帆.小麦酶解蛋白的制备及其对断奶仔猪生产与免疫性能的影响[D]. (![]() |
[18] | 韩飞,于婷婷,李军,等.大鼠灌胃大豆肽后各组织ACE酶活性的研究[J]. 食品科学,2011,32(3):216-218. (![]() |
[19] | YOUNG D,IBUKI M,NAKAMORI T,et al.Soy-derived di- and tripeptides alleviate colon and ileum inflammation in pigs with dextran sodium sulfate-induced colitis[J]. The Journal of Nutrition,2012,142(2):363-368. (![]() |
[20] | 邹玉蓉.大豆肽的特性及在饲料中的应用研究进展[J]. 饲料研究,2007(3):6-10. (![]() |
[21] | WRIGHT D E.Metabolism of peptides by rumen microorganisms[J]. Applied and Environmental Microbiology,1967,15(13):547-550. (![]() |
[22] | MARTINEZ-VILLALUENGA C,RUPASINGHE S G,SCHULER M A,et al.Peptides from purified soybean β-conglycinin inhibit fatty acid synthase by interaction with the thioesterase catalytic domain[J]. FEBS Journal,2010,277(6):1481-1493. (![]() |
[23] | CHEN H M,MURAMOTO K,YAMAUCHI F,et al.Antioxidative properties of histidine-containing peptides designed from peptide fragments found in the digests of a soybean protein[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1998,46(1):49-53. (![]() |
[24] | KONG X Z,GUO M M,HUA Y F,et al.Enzymatic preparation of immunomodulating hydrolysates from soy proteins[J]. Bioresource Technology,2008,99(18):8873-8879. (![]() |
[25] | JIANG Y B,YIN Q Q,YANG Y R.Effect of soybean peptides on growth performance,intestinal structure and mucosal immunity of broilers[J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition,2009,93(6):754-760. (![]() |
[26] | 王文娟,万发春,杨维仁,等.瘤胃灌注大豆小肽对肉牛瘤胃发酵的影响[J]. 动物营养学报,2011,23(8):1324-1331. (![]() |
[27] | 吴化松.棉籽蛋白酶水解研究——微波辅助法与常规法比较[D]. 硕士学位论文.扬州:扬州大学,2012. (![]() |
[28] | SOAVE C,REGGIANI R,DI FONZO N,et al.Genes for zein subunits on maize chromosome 4[J]. Biochemical Genetics,1982,20(11/12):1027-1038. (![]() |
[29] | 徐力,刘立,李相鲁,等.玉米功能短肽的制备及其类超氧化物歧化酶活性研究[J]. 中国生化药物杂志,2002,23(2):78-80. (![]() |
[30] | 郭辉,何慧,于国才等.玉米肽对免疫性肝损伤小鼠的保护作用[J]. 中国粮油学报,2009,24(10):41-45. (![]() |
[31] | 张强,周正义,马玉涵,等.米糠肽抗氧化活性的研究[J]. 中国粮油学报,2008,23(5):9-12. (![]() |
[32] | 樊金娟,付岩松,宗立立,等.米糠肽对D-半乳糖致衰小鼠线粒体损伤的影响[J]. 中国粮油学报,2011,26(1):30-34. (![]() |
[33] | 俞晓辉.发酵豆粕对断奶仔猪生长性能和肠道微生物的影响[D]. 硕士学位论文.南京:南京农业大学,2008. (![]() |
[34] | 刘媛媛.微生物发酵豆粕营养特性研究及其对肉仔鸡生长、免疫及消化功能的影响[D]. 硕士学位论文.杭州:浙江大学,2006. (![]() |
[35] | 汤江武,吴逸飞,孙宏,等.发酵棉粕对肉鸡生长性能、血清生化指标及免疫功能的影响[J]. 中国畜牧杂志,2011,47(5):29-33. (![]() |
[36] | 秦金胜,禚梅,许衡,等.发酵棉粕和普通棉粕替代豆粕对猪生长性能的影响[J]. 新疆农业大学学报,2010,33(6):496-501. (![]() |
[37] | 刘珍,张贵云,张丽萍.发酵棉粕替代豆粕饲喂蛋鸡试验[J]. 山西农业科学,2006,34(1):79-80. (![]() |
[38] | HANSEN C H,FROKIAER H,CHRISTENSEN A G,et al.Dietary xylooligosaccharide downregulates IFN-γ and the low-grade inflammatory cytokine IL-1 β systemically in mice[J]. The Journal of Nutrition,2013,143(4):533-540. (![]() |
[39] | ZHENPING S,WENTING L,RUIKUI Y,et al.Effect of a straw-derived xylooligosaccharide on broiler growth performance,endocrine metabolism,and immune response[J]. (![]() |
[40] | 冯静.低聚果糖和低聚木糖对荣昌断奶仔猪生产性能和血液理化指标的影响[D]. 硕士学位论文.重庆:重庆大学,2010. (![]() |
[41] | 周笑犁.大豆寡糖对肠道微生态与免疫功能的调控作用及机制研究[D]. 博士学位论文.南昌:南昌大学,2013. (![]() |
[42] | 张振红,马可为,黄仁录.大豆低聚糖对肉鸡生产性能的影响[J]. 饲料研究,2013(5):6-9. (![]() |
[43] | 张振红,马可为,黄仁录.大豆低聚糖对肉鸡屠宰性能及肉品质的影响[J].(![]() |
[44] | CHOCT M,DERSJANT-LI Y,MCLEISH J,et al.Soy oligosaccharides and soluble non-starch polysaccharides:a review of digestion,nutritive and anti-nutritive effects in pigs and poultry[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences,2010,23(10):1386-1389. (![]() |
[45] | 张宏福,张莉,方路,等.异麦芽低聚糖对断奶仔猪肠道VFA浓度、pH值及黏膜形态结构的影响[J]. 动物营养学报,2002,14(1):19-24. (![]() |
[46] | 刘雪兰,谢幼梅,韩绍忠,等.异麦芽低聚糖对断奶仔猪肠道菌群及腹泻的影响[J]. 中国畜牧杂志,2003(5):24-26. (![]() |
[47] | 武书庚,高春起,张海军,等.低聚异麦芽糖对产蛋鸡生产性能、盲肠微生物和免疫机能的影响[J]. 动物营养学报,2011,23(9):1560-1568. (![]() |
[48] | 蔡文瑜.玉米淀粉降解物——异麦芽低聚糖对山羊瘤胃消化代谢和血清指标的影响[D]. 硕士学位论文.扬州:扬州大学,2006. (![]() |
[49] | DIERICK N A,DECUYPERE J A,MOLLY K,et al.The combined use of triacylglyceriol containing medium-chain fatty acids (MCFAs) and exogenous lipolytic enzymes as an alternative for nutritional antibiotics in piglet nutrition I.In vitro screening of the release of MCFAs from selected fat source by selected exogenous lipolytic enzymes under simulated piggastric conditions and effects on the gutlora of piglets[J]. (![]() |
[50] | 郭照辉,曾艳.功能脂肪酸提高母猪及新生仔猪生产性能研究[J]. 饲料研究,2012,11:52-54. (![]() |
[51] | BILLIAR T R,BANKEY B A,SVING EN R D.Fatty acid intake and Kupffer cell function:fish oil alters eiconsanoid and monokine production to endotoxin stimulation[J]. Surgery,1988,104:343-349. (![]() |
[52] | 栾霞,张帆,魏翠平,等.结构脂质氧化稳定性及应用研究[J]. 农业机械,2012(30):39-41. (![]() |
[53] | 王瑛瑶,魏翠平,栾霞,等.MLM型结构脂质特性及氧化稳定性研究[J]. 中国粮油学报,2013,28(3):60-64. (![]() |
[54] | 周冬丽,宋伟光,郭文峰,等.棉籽低聚糖——棉籽糖研究概况[J]. 粮食与油脂,2010(12):39-41. (![]() |
[55] | 滑静何欣,杨佐君,张淑萍,等.棉籽低聚糖对肉仔鸡生长性能和抗氧化能力的影响[J]. 北京农学院学报,2010,25(4):15-17. (![]() |
[56] | 鲍坤,刘晗璐,李丹丽,等.棉籽低聚糖对水貂生长性能、营养物质消化代谢、肠道菌群和免疫性能的影响[J]. 动物营养学报,2013,25(5):1123-1130. (![]() |
[57] | 吴时敏.功能性油脂[M]. 北京:中国轻工业出版社,2001. (![]() |
[58] | QI R L,YANG F Y,HUANG J X,et al.Supplementation with conjugated linoeic acid decreases pig back fat deposition by inducing adipocyte apoptosis[J]. (![]() |
[59] | 陈新新.从油茶籽粕中提取糖萜素的工艺研究[J]. 武汉工业学院学报,2013,32(2):11-15. (![]() |
[60] | 张俊妍,王德贺,赵丽杰,等.糖萜素对蛋种鸡生产性能的影响[J]. 中国家禽,2014,36(3):21-24. (![]() |
[61] | 肖传斌,赵珊珊,张学武,等.糖萜素对固始鸡小肠黏膜结构的影响[J]. 动物营养学报,2011,23(11):2016-2023. (![]() |
[62] | 涂兴强.糖萜素、大蒜素在生长育肥猪中的应用研究[D]. 硕士学位论文.南宁:广西大学,2013. (![]() |
[63] | 张国升.从米糠中提取阿魏酸的研究[J]. 安徽中医学院学报,1997,16(6):56-57. (![]() |
[64] | 张相年,向军,季波,等.阿魏酸的合成研究[J]. 广东药学院学报,2001,17(2):100-101. (![]() |
[65] | 李焕江,宋单燕.阿魏酸的生理作用及其在饲料中的应用前景[J]. 饲料博览,2004(9):44-46. (![]() |
[66] | 丁昕颖,韩永胜,丁得利,等.饲用微生态制剂在畜牧生产中的应用及问题[J]. 中国畜禽种业,2014(2):25-27. (![]() |
[67] | LEE J S,CHA D S,PARK H J.Survival of freeze-dried Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 in chitosan-coated calcium alginate microparticles[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52:7300-7305. (![]() |
[68] | LYER C,KAILASAPATHY K,PEIRIS P.Evaluation of survival and release of encapsulated bacteria in ex vivo porcine gastrointestinalcontents using a green fluorescent protein gene-labelled[J]. (![]() |
[69] | DING W K,SHAH N P.Acid,bile,and heat tolerance of free and microencapsulated probiotic bacteria[J]. Journal of Food Science,2007,72:M446-450. (![]() |
[70] | GOVENDER M,CHOONARA Y E,KUMAR P,et al.A review of the advancements in probiotic delivery:conventional vs.non-conventional formulations for intestinal flora supplementation[J]. Pharmaceutical Science and Technology,2014,15(1):29-43. (![]() |