豆粕蛋白溶解度和尿酶值

1、大豆蛋白是家禽日糧中最為重要的，也是質(zhì)量最好的植物蛋白飼料，除蛋氨酸略缺乏外，其它各種氨基酸都接近理想平衡。如同其它蛋白質(zhì)飼料一樣，豆粕質(zhì)量受各種營養(yǎng)素含量的影響，如能量、蛋白質(zhì)、纖維素和氨基酸等，例如普通豆粕與去皮豆粕間在以上指標(biāo)方面就有很大的差別（見表1）。去皮豆粕由于纖維素含量低而有較高的能量水平。但是蛋白質(zhì)水平高的豆粕不一定保證低纖維和高能量水平，例如某些未去皮中國豆粕的蛋白質(zhì)含量可高達(dá)48%甚至50%，而仍然含有6%至7%的纖維素。因此高蛋白水平豆粕的代謝能水平仍然可能因纖維素含量高而下降，尚未見到這些高蛋白質(zhì)“高纖維素”豆粕的代謝能測定值。但一般可以估計：在去皮豆粕纖維素正常含量3

2、.5%以上時，每增加1%纖維素使每公斤豬飼料的代謝能下降32至42大卡，而每公斤禽飼料則下降將近60大卡。另一方面，豆粕質(zhì)量在很大程度上受加工方面問題的影響而使它的氨基酸含量和氨基酸消化率以致于能量受到影響。本文主要討論由加工不足或加熱過度所引起的豆粕質(zhì)量變異以及對生產(chǎn)性能的影響，同時介紹目前可行的鑒定豆粕質(zhì)量的方法尿酶活性（pH變化值）與0.2%氫氧化鉀蛋白溶解度，并加以評估。一、生大豆抗胰蛋白酶與尿酶眾所周知，豆粕必須經(jīng)過適度熱加工以破壞大豆中所含的數(shù)種抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)。其中對畜禽影響最大者為抗胰蛋白酶（Tripsin Inhibitor），有幸的是這些抗?fàn)I養(yǎng)因子在加熱后都會遭到破壞。適度加熱是

3、豆粕加工的關(guān)鍵，因為加熱不足或過度都會降低豆粕的營養(yǎng)價值?？挂鹊鞍酌甘巧蠖怪械囊环N蛋白酶抑制物，它在消化道內(nèi)能使胰蛋白酶和凝乳酶失活，從而降低蛋白質(zhì)的消化率，并引起胰臟代償性增大，由于胰酶富含硫氨基酸，因此，大量分泌消化酶可能加劇大豆蛋白含硫氨基酸的缺乏現(xiàn)象?？挂鹊鞍酌傅臏y定方法很耗時也很昂貴，因此需要尋找一種簡易而快速的測定方法。生大豆中含不等量尿酶（Urease）。尿酶本身無營養(yǎng)意義，但它與抗胰蛋白酶的含量接近，而且遇熱變性失活的程度與抗胰蛋白酶相似（圖1），因此可用尿酶活性作為豆粕加工適宜度的間接估測指標(biāo)?？挂鹊鞍缀湍蛎福║A)活性不僅受到加熱的溫度影響，而且還受加熱時間及水分含量的影

4、響（圖2，圖3）。由圖可見，在水分含量很低時，抗胰蛋白酶和尿酶活性的破壞程度不大。尿酶的測定方法比較簡單，它的原理是過生豆粕中的尿酶使試劑中的尿素釋放氨氣而使溶液的pH值升高，并以尿酶指數(shù)表示。尿酶活性定義為：在300.5和pH為7的條件下，每分鐘每克大豆制品分解尿素后，所釋放氨態(tài)氮的毫升數(shù)。大多數(shù)美國的測定表明：為破壞抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)尿酶值應(yīng)在0.20或以下。美國飼料工業(yè)協(xié)會建議的尿酶值為0.050.20。反芻家畜的日糧中往往加有尿素，因而過高的尿酶值有可能導(dǎo)致氨中毒。因此，在美國，反芻動物飼養(yǎng)者對豆粕尿酶值的要求是0.20。Waldroup及其同事（1985）在阿肯色大學(xué)的研究表明用尿酶值為0.

5、5的豆粕飼喂肉用仔雞也能得到良好的生長效果與飼料報酬（圖4）。在歐洲則認(rèn)為0.5是可接受的尿酶值（Deschrifver，1977）。但是，加工的適宜度不僅取決于畜種、年齡和畜禽的生產(chǎn)階段，而且也取決于大豆品種及儲存時的狀況。例如，若將嚴(yán)寒損害的大豆儲存6個月以上，則抗胰蛋白酶含量會增加（Wright，1981），但未受嚴(yán)寒損傷的大豆并不出現(xiàn)此種現(xiàn)象。以下列出尿酶pH變化值和尿酶活性（毫克氮分鐘，30）與豆粕加工程度的關(guān)系，以供參考。尿酶活性的測定方法按美國油料與谷物協(xié)會（A.O.C.S-American Oil and Cerea1 Society）建議的方法進行（見附錄1），為便于飼料廠或

6、原料采購地使用的尿酶快速測定方法見附錄2。二、什么是蛋白溶解度，為什么要測定蛋白溶解度高溫能使還原性碳水化合物，如葡萄糖與賴氨酸的epsi1on游離氨基酸起作用，即美拉德反應(yīng)（Mail1ard Reaction）。其結(jié)果使賴氨酸分子成為不能被利用，因而使蛋白質(zhì)的消化率降低。蛋白質(zhì)分子中的其它氨基酸，如精氨酸、組氨酸和色氨酸也受熱過度的影響，還原性化合物也包括酮與醛。感觀上美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物呈現(xiàn)棕色。故又稱棕色反應(yīng)。該過程的反應(yīng)式如下：鑒定豆粕過熟的方法是在0.2%KOH溶液中測定豆粕的蛋白溶解度。此方法在近十年來被認(rèn)為是評估大豆加工過度與加工不足的最佳方法。其原理是：加熱使游離氨基酸與其它化合物

7、的基團形成不能為消化酶所打開的分子間和分子內(nèi)的結(jié)合鍵，因而降低了蛋白質(zhì)的溶解度（FordShamrock，1941）。60年代末，Rinehart先生在為Purina飼料公司工作時，首先將蛋白溶解度作為評定豆粕加工適宜度的方法。之后十年間，此法在巴西得到廣泛的應(yīng)用。由于該項技術(shù)基本上為私人公司所采用，所以美國的科研文獻(xiàn)在80年代末才開始出現(xiàn)對它的評估（Da1e等，1987；ArabaDale，1990；Anderson-Haferman等，1992；Parson等，1992，1998等）。測定樣品在0.2%氫氧化鉀溶液中的蛋白溶解度，需要使用離心機，并進行兩次定氮。具體方法見附錄3。Araba

8、和Dale在1990年發(fā)表的文章中的結(jié)論是：對于小雞，蛋白溶解度低于70%的豆粕營養(yǎng)價值已受到破壞，蛋白溶解度低于65%幾乎可以肯定豆粕加熱過度。近年來由于美國加工技術(shù)的改進，蛋白溶解度有增高的趨勢。三、豆粕質(zhì)量與家禽生產(chǎn)性能本節(jié)將列舉不同的試驗結(jié)果說明加工不當(dāng)?shù)亩蛊蓪仪萆a(chǎn)性能的影響以及鑒定豆粕的化學(xué)指標(biāo)與生產(chǎn)性能的關(guān)系。Dale等1987年率先使用蛋白溶解度指標(biāo)評定豆粕質(zhì)量，并進行了飼養(yǎng)試驗，結(jié)果見表2。80年代末作者見到國內(nèi)使用全豆粕的無魚粉日糧的效果較差，便模仿國內(nèi)豆粕（餅）加工過生或過熟的條件，在加拿大Guelph大學(xué)進行兩個飼養(yǎng)試驗，結(jié)果見表3。從試驗I的結(jié)果可見，肉雞的增重與飼

9、料轉(zhuǎn)化效率隨豆粕的過熱程度加深而降低。正常豆粕組內(nèi)添加與不添加賴氨酸兩個水平之間，增重和飼料報酬的差異均不顯著，數(shù)字上的差別說明基礎(chǔ)日糧稍缺賴氨酸。但隨著溫度的升高，各溫度處理的增重和飼料報酬在添加與不添加賴氨酸兩個水平間差異顯著（p0.05）。尤以187下差異最大；賴氨酸組較不添加的組增重提高211克（p0.05），飼料轉(zhuǎn)化效率提高0.43（p0.05）。試驗充分表明氨基發(fā)生美拉德反應(yīng)（Maillard）而降低豆粕中賴氨酸的利用率，而日糧中添加賴氨酸有助于克服過度加熱對生產(chǎn)性能的不良影響。試驗II中生豆粕組21日齡肉用仔雞的增重較正常組低159克，而飼料轉(zhuǎn)化效率差0.4。可見生豆粕中抗胰蛋白

10、酶對肉用仔雞的生長具有明顯的抑制作用。試驗I和II的結(jié)果表明：豆粕質(zhì)量的化學(xué)指標(biāo)與肉雞生產(chǎn)性能密切相關(guān)，試驗II中生豆粕的尿酶活性非常高，為3.08，蛋白溶解度為91%，而正常豆粕這兩種指標(biāo)分別為0.24與76%。長期以來已知生豆粕中的抗胰蛋白酶使生長雞的胰臟腫大。試驗II中生豆粕對胰臟的影響見表4，由表可見飼喂生豆粕的肉仔雞21日齡濕胰重比正常豆粕組高2.5倍（p0.05），干胰重高2倍（p0.05）。從外觀上看，飼喂生豆粕組肉用仔雞胰臟明顯腫大，色黃白，較正常胰臟稍堅硬。組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)：生豆粕組雞的胰臟細(xì)胞顯著肥大；而且細(xì)胞質(zhì)為酶原顆粒所充滿。從形態(tài)上看，以每0.18mm2的細(xì)胞計數(shù)，生豆

11、粕組顯著地少于正常豆粕組。在90年代初本文作者用蛋白溶解度和尿酶指標(biāo)對中國的豆粕（餅）質(zhì)量進行了評估。張志搏（1990）進行了4（四種不同加工處理的豆餅）2（加0.3%賴氨酸，0）的蛋雞試驗。豆餅加工條件與試驗結(jié)果見表5與表6。蛋雞試驗結(jié)果（表6）表明：豆餅質(zhì)量對產(chǎn)蛋率、日產(chǎn)蛋量、飼料轉(zhuǎn)化效率及母雞體重的影響極為顯著（p0.01）。飼喂生豆餅（I）的生產(chǎn)性能最差，它與飼喂正常豆餅?zāi)鸽u的蛋重相差1.8克；日產(chǎn)蛋量相差12.2克；飼料轉(zhuǎn)化效率差1.21，試驗期末母雞體重相差309克，飼喂生豆餅的母雞處于減重狀態(tài)。其它三號豆餅（II、III、IV）之間的飼喂效果在總體統(tǒng)計分析時差異不顯著，但數(shù)字上有

12、差異，以正常的III號豆餅的效果最佳，過熟的IV號最差。添加賴氨酸對蛋雞生產(chǎn)性能影響不顯著（P0.05），很可能是由于基礎(chǔ)日糧含有足夠的賴氨酸或平均產(chǎn)蛋率過低之故。但單獨統(tǒng)計采食過熟豆餅中不加與加0.3%賴氨酸的兩組母雞的生產(chǎn)性能時，它們的產(chǎn)蛋率、蛋重和日產(chǎn)蛋量差異顯著（P0.05），同樣說明豆餅加熱過度對賴氨酸有破壞作用。以上飼喂效果與表中四種豆餅的化學(xué)指標(biāo)非常相符。顯然，從化學(xué)指標(biāo)看；I號豆餅為生餅；II號偏生；III號的蛋白溶解度（76%）與尿酶值（0.15）都說明加工適宜，而且飼喂效果最佳。IV號餅為模仿生產(chǎn)中的過熟豆餅，即將II號餅粉碎后在180下烘烤20分鐘而制成。由于餅層過厚，致

13、使受熱不均。因此所測化學(xué)指標(biāo)為過生和過熟二者的混合效果。楊秀文（1991）用南苑出口免檢的豆粕作對照與當(dāng)時國內(nèi)市場上質(zhì)量較差的豆粕（餅）進行4（不同豆粕）2（蛋白為22.5，17.5%）2（賴氨酸為0.35%，0）的肉用仔雞試驗。豆粕的化學(xué)指標(biāo)及試驗結(jié)果見表7。由表可見：評定豆粕加工程度的化學(xué)指標(biāo)尿酶活性與蛋白溶解度的測定值與肉仔雞的生產(chǎn)性能相符。不論在高、低蛋白水平下，優(yōu)質(zhì)豆粕的飼喂效果都顯著優(yōu)于過生與過熟的，低蛋白加0.35%賴氨酸足以補償因加熱過度而對營養(yǎng)的破壞作用。Araba與Dale（1992）給加熱過度的豆粕單獨或同時補加兩種、三種氨基酸（賴、精、蛋），結(jié)果如下表（見表8）。該試驗

14、將豆粕高壓蒸煮040分鐘后，蛋白溶解度與尿酶活性分別為80.3%、48.2%與0、0。對于加熱過度的豆粕，無論單獨補充或一同補充精氨酸（0.2%）、蛋氨酸（0.1%），其結(jié)果與未補充組的飼喂效果沒有差異。但是，給加熱過度的豆粕補充0.2%賴氨酸，無論單獨補充，或同時補充精氨酸（0.2%）、蛋氨酸（0.1%）中的一種；或二種；或三者一同補充，與加熱過度未補充賴氨酸；或僅補充精氨酸、蛋氨酸中的一種或二者一同補充；或與未補充而又未經(jīng)蒸煮的豆粕相比，雛雞的增重都有顯著的提高。以上數(shù)個試驗結(jié)果一致表明：豆粕加熱過度降低了賴氨酸的利用率，因而使家禽的生產(chǎn)性能下降，額外補充賴氨酸能起到一定的補償作用。為了調(diào)

15、查國內(nèi)豆粕（餅）的質(zhì)量，本文作者（1991）分析了來自不同地區(qū)豆粕（餅）的化學(xué)指標(biāo)，見表9，并就影響測定蛋白溶解度的因素樣品粒度進行了測定。由表9可見，直至九十年代初我國各地豆粕（餅）的質(zhì)量差異很大。上述大量試驗已充分表明豆粕（餅）加工的適宜度對家禽生產(chǎn)性能的影響。我們可以用尿酶活性和蛋白溶解度監(jiān)測豆粕的質(zhì)量。但是，尿酶活性沒有負(fù)值，它對任何過熟豆粕的最低值為零；而蛋白溶解度卻能反映出豆粕加熱過度的程度。還應(yīng)指出：豆粕（餅）粉碎的粒度影響蛋白溶解度值，從表8可知隨著粒度的減小，蛋白溶解度值增大，因此建議測定蛋白溶解度時，樣品應(yīng)過60目（Dale，1987）。影響蛋白溶解度值高低的主要因素是加熱

16、，丁麗敏（1992）用生豆粕在121下，高壓、蒸煮不同時間并測定相應(yīng)的蛋白溶解度，其結(jié)果如圖5。由圖可見隨著加熱時間的延長蛋白溶解度逐漸下降，而蛋白溶解度與加熱時間之間存在高度相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)r = 0.98（丁麗敏，1992）。四、豆粕加熱不當(dāng)（不足或過度）對氨基酸利用率的影響豆粕加熱不足或過度都會使豆粕的氨基酸利用率下降。Anderson-Haferman等（1992）報導(dǎo)了生大豆中四種氨基酸的消化率隨著在121、15磅大氣壓條件下加工而大為提高。而且這四種氨基酸的消化率都得到了提高（見表10）。Parson（1998）在喬治亞大學(xué)的營養(yǎng)年會上對豆粕因加熱不足或加熱過度而導(dǎo)致對氨基酸利用率

17、的影響作了進一步的分析與報導(dǎo)。他指出在Anderson-Haferman試驗中生大豆中四種主要氨基酸的消化率都得到了提高?？墒牵诩訜徇^度的情況下卻不是如此（表11）。由表11可見，商品豆粕在高壓下過度加熱對賴氨酸和胱氨酸的濃度以及消化率都有很大的負(fù)作用，但卻不影響蛋氨酸與蘇氨酸，大多數(shù)其它氨基酸也不受影響，由此可見，加熱過度豆粕的蛋白質(zhì)質(zhì)量下降既是由于賴氨酸和胱氨酸遭到了破壞，也因未破壞的氨基酸的消化率降低所致。這種加熱對賴氨酸的影響多半可用美拉德反應(yīng)（Mai11ard Reaction）來解釋。大多數(shù)氨基酸在美拉德反應(yīng)中的早期產(chǎn)物（Amadori化合物是可以分析到的，可是在進一步美拉德反應(yīng)

18、中的一些產(chǎn)物如：吡口泰（Pyrazines）和吡咯（Pyrroles）卻都是分析不出的，即被破壞了。而且，美拉德反應(yīng)的早期與后期生成物對于動物來說都是不可利用的。加熱過度對胱氨酸的影響尚不清楚。Parson又進一步對一些商用豆粕在加熱過度后的氨基酸利用率進行研究，得到相似的結(jié)果（表12）。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一些樣品中賴氨酸消化率稍低而進一步檢查后，發(fā)現(xiàn)它們的賴氨酸含量也低。由于無法測定未加熱豆粕中的賴氨酸含量， Parson用迪高莎（Degussa）公司建議的回歸公式按蛋白質(zhì)含量計算出樣品應(yīng)含多少賴氨酸。結(jié)果是賴氨酸的計算值大大高于分析值，說明一些賴氨酸在加工過程中遭到破壞。于是在表12中計算出兩個不同的

19、賴氨酸消化率，一個以分析值為基礎(chǔ)，另一個以較高的計算值為基礎(chǔ)。計算結(jié)果清楚地表明：由推算的氨基酸含量所得的賴氨酸消化率總是低于從賴氨酸分析值計算出的消化率。表12的結(jié)果與Parson以前的實驗室結(jié)果相仿，說明加熱過度使賴氨酸消化率下降的原因，一方面是由于部分賴氨酸被破壞，另一方面由于未破壞賴氨酸的消化率也降低所致。因此Parson教授建議：從實用角度看，營養(yǎng)學(xué)家應(yīng)監(jiān)測豆粕中賴氨酸占蛋白質(zhì)的百分?jǐn)?shù)，對懷疑加熱過度的豆粕更應(yīng)監(jiān)測。豆粕如果加熱非常過度，則賴氨酸作為蛋白質(zhì)的百分比總是偏低的，只看賴氨酸消化率可能會出現(xiàn)誤導(dǎo)現(xiàn)象。以上有關(guān)豆粕加熱不當(dāng)對賴氨酸利用率影響的分析是很新的觀點（Parson，

20、1998），它有助于我們進一步認(rèn)識加熱過度對豆粕營養(yǎng)價值的損害。此外，加熱過度也使代謝能值降低（Renner和Hill，1960）。Sibbald（1980）測定了不同加工程度豆粕的真代謝能值：生豆粕為2.25；正常豆粕為3.01；加熱過度豆粕為2.70兆卡公斤。可見，生豆粕及加熱過度的豆粕的真代謝能值都低于正常豆粕的。五、對尿酶測定值與蛋白溶解度的評估尿酶測定值一直被認(rèn)為是傳統(tǒng)的評定豆粕質(zhì)量的方法?？墒?，Araba和Dale（1990）的進一步試驗表明尿酶測定值不能恰當(dāng)?shù)胤从臣訜徇^度以及加熱程度對豆粕質(zhì)量的影響。他們進行了五個試驗，用0.2%氫氧化鉀溶液測定的蛋白溶解度每次都隨加熱時間的延長

21、穩(wěn)定而明顯地下降；但尿酶指標(biāo)卻因無負(fù)值而停留在0.00，因此不能反映出豆粕營養(yǎng)價值的受損程度?，F(xiàn)舉其中兩例如下（表13和14）試驗所用豆粕在高壓蒸煮前的尿酶pH變化值為0.03；在高壓加熱5分鐘后降至0.02；加熱10分鐘，甚至80分鐘，尿酶值都保持為0.00而在0.2%KOH溶液中的蛋白溶解度卻從高壓蒸煮前的86%穩(wěn)定地下降，在80分鐘時達(dá)到40.8%；而且雛雞的增重與飼料報酬也相應(yīng)地下降。表14所示情況與表13相仿。只是所用豆粕在高壓蒸煮前已顯示尿酶pH值為零，由于尿酶指標(biāo)無負(fù)值，因此在進一步加熱過程中尿酶值沒有變化，始終為零，而蛋白溶解度則隨每次熱處理時間的增加從82.3%降至72.6、

22、66.9、60.5直至46.1%。高壓蒸煮時間從10分鐘增加至20和40分鐘，使雛雞的體重和飼料轉(zhuǎn)化效率都下降（P0.05）。以上結(jié)果表明：對于加熱過度的豆粕尿酶測定值不是一個可靠的指標(biāo)；而蛋白溶解度卻克服了以上局限性，可以區(qū)別不同程度的過度加熱。Parson（1998）引用 Anderson-Haferman等（1992）的兩個試驗對監(jiān)測豆粕質(zhì)量的兩個指標(biāo)尿酶（pH 變化值）和蛋白溶解度給予評估（表15）。由表15可知，這是一個觀察生大豆高壓蒸煮效果的試驗。在兩個試驗中都可看到以下現(xiàn)象：在前幾次的高壓時間遞增時，雖然小雞生長速度很快提高，這兩個指標(biāo)卻一直保持在較高水平，沒有發(fā)生變化。尿酶值在

23、2.0左右或2.0以上，蛋白溶解度在90%左右；試驗2中蛋白溶解度高值的保持時間遠(yuǎn)超過最低的適宜高壓蒸煮時間。尿酶測定值的一般規(guī)律是在保持一段高值后，再增加3分鐘高壓蒸煮時間，便從2.0左右驟然下降至0.2以下。基于以上試驗結(jié)果以及他人的研究，Parson認(rèn)為尿酶（pH變化值）是用以鑒定豆粕加熱程度是否足以有效地破壞其中大部分抗?fàn)I養(yǎng)因素的一個指標(biāo)，它對加熱過度的豆粕意義不大。因為它對測定所需最低加熱量不夠敏感。此外，對尿酶活性的最佳水平也有爭議（見第一節(jié)）。Parson認(rèn)為尿酶活性低于0.05者有可能過熟，但不一定過熟，因為在過去15年間，他的實驗室里評估了許多豆粕樣本，它們的尿酶活性等于“0”，但是氨