加工工艺对植物性饲料中抗营养因子的影响

   植物性饲料是配合全价饲料的最为广泛的原料之一,在实际生产中占有很重要的地位。但各种植物体内都存在着抗营养因子,有些是植物在进化过程中为适应复杂的生存环境、抵御外害而产生的生物适应性物质;有些是在饲料加工、储存和使用过程中而产生的与营养作用相反的物质。这些物质可以降低饲料的营养价值,影响动物生产性能的发挥。诸如蛋白抑制剂、单宁等可与蛋白质、碳水化合物结合形成不易消化复合物,严重影响养分的消化、吸收利用。因此,营养学者采用了不同的加工方法消除或降低有害成分的数量和毒害作用,保证饲料的质量标准和优化成本(曹康,1999;程启芬,1999)。本文就加工工艺中的几种常见调制方法对植物中抗营养因子的影响作简要综述。
1 抗营养因子在植物中的种类和分布
    自然界中的植物种类干变万化,畜禽种类和年龄也不尽相同,因此动物对同种因子所表现出的反应也不同。目前依据其对饲料和动物的作用可以分为碳水化合物抑制因子、矿物元素有效抑制因子、蛋白酶抑制因子等(郭荣富等,1995)。常见植物中抗营养因子的分布和抑制作用见表1所示。
2 不同的加工方法对植物中的抗营养因子的影响
2.1 酶制剂法
    近年来,随着生物技术的广泛应用,各种酶制剂被引入到饲料工业中,以提高饲料的利用率。其中,植酸酶就是研究较多的特异性酶制剂之一。植酸酶是一种蛋白质,只能在一定的PH值和温度条件下才有活性。在pH值为5.0和37℃的条件下反应15min,然后测定小麦、大麦、豆饼、玉米、菜籽饼和麦麸中植酸酶的活性,结果表明:麦麸中植酸酶有较好的耐受性,在60℃或80℃下加热1h,其活性仅下降7%,但在100℃下加热1h,植酸酶活性却下降60%,因此在实际生产中植酸酶的稳定性显得尤为重要。

表l 常见植物中的抗营养因子

抗营养因子 分布 主要抑制作用
蛋白酶抑制因子 豆科籽实、甜菜高粱等 抑制胰蛋白酶、胃蛋白酶的活性,促进胰腺分泌,胰腺肥大
硫葡萄糖苷 油菜籽、白菜和甘蓝等 抑制生长、心脂增加,血小板减少,影响适口性
外源凝集素 豆科籽实 损害肠壁,内源蛋白分泌损失增加,影响生长
单宁 豆科籽实及其饼粕等 影响蛋白质、碳水化合物的消化吸收等
棉酚 棉籽及其饼粕 刺激胃粘膜,破坏铁和蛋白质的代谢
植酸磷 豆科籽实 干扰矿物元素生物有效性,形成蛋白复合物
皂角苷 大豆 影响养分的正常吸收
木质素 牧草 影响养分的消化吸收,降低适口性
生物碱 牧草 降低适口性,影响生长
非淀粉多糖 谷物饲料 促使消化道内容物粘稠,影响日粮的消化吸收

    植酸作为植物体内磷的存储库,其形成的植酸盐在谷物和豆类中的含量为1%~3%,且它可以与不同的阳离子如钙离子、镁离子等结合生成稳定的络合物,与蛋白质结合生成不易消化利用的络合物(单安山,1998)。在实际生产过程中,全价料都要加入一定量的植酸酶,植酸中的磷基被植酸酶水解,释放出磷离子,可以有效的提高动物对植酸磷的吸收和利用,从而避免了磷的损失以及补充无机磷的必要性(韩延明、杨凤等,1995)。在肉仔鸡的试验中效果很明显,每千克日粮加入200单位植酸酶,可显著提高饲料报酬,促进鸡的生长发育,鸡腿的畸形率大大降低。当用植酸酶代替日粮中的部分无机磷后,其增重速度和饲料报酬略高于常规的无机磷饲料(楼洪兴等,1995)。但酶制剂易在加工过程中受高温、高压及高剪切力影响,破坏蛋白质的四级、三级结构,甚至破坏其二级结构(熊先安等,1999)。
    另外,纤维素酶在生产中也广泛应用。因为大部分植物性饲料中都含有不同程度的纤维素、半纤维素等一些植物细胞的结构性成分。所以很多营养学者做了大量研究工作,以提高动物对不易消化物质的利用率。最近几年,人们应用纤维素酶来解决这个难溶物质的问题。纤维素、半纤维素等大分子都可以被纤维素酶作用,分解为易被动物消化利用的纤维二糖、葡萄糖等小分子。纤维素也可以用加工挤压膨化的前处理等工艺,破坏纤维素的细胞壁,木质素熔化,从而释放出可消化的物质,提高饲料报酬(熊先安,1999)。
    近年来,各种酶制剂在饲料中的应用研究日益增加,有着广阔的应用前景。但对酶制剂的耐受性、稳定性以及影响酶制剂作用的外在因素等问题应做进一步的研究与开发。
2.2 加热工艺法
    很多植物中的抗营养因子在高温条件下发生变性如蛋白质抗营养因子、外在凝集素等。实际生产中常用加热法改善豆科籽实的营养价值。但也有部分抗营养因子不受加热影响如植酸盐、单宁等(郭彦军,1999)。
    大豆用蒸煮法在121℃和105kPa下分别蒸煮20min、40min、60min后,蛋白酶抑制因子活性丧失,但赖氨酸、肮氨酸、精氨酸等的分解浓度降低,且随着蒸煮时间的延长而愈下降(Parsons C M,1993);大豆蒸煮后还可以提高饲料的适口性和肠内胰蛋白酶活性(贺英等,1998),防止猪下痢的发生(饶应昌,1996)。蒸煮应用于亚麻饼时,降低单宁和植酸的同时钙和铁的利用也下降了19%和35%(Ene-obong H N等,1996)。
    花生用烘烤法可以有效降低胰蛋白酶抑制因子的活性,提高其表观消化率和真消化率,但赖氨酸的利用效率降低,生物学价值降低(P<0.05)(Hiira等,1995)。
    在配制全价料的过程中经过膨胀加工很大程度上可改善饲料的质量,提高动物对饲料的消化率。宋富平(1999)研究发现:用膨胀过的饲料饲喂8kg~12kg的仔猪,其料肉比从1.65降低到1.56;10kg~35kg仔猪的料肉比从2.67下降到2.38;成猪的料肉比从2.93下降到2.85。膨胀技术可以改变饲料成分的理化性能,提高和改善饲料的营养价值(Bos K J等,1998)。120℃时总赖氨酸含量和可利用赖氨酸的含量不发生变化;130℃条件下,膨胀加工的饲料赖氨酸的含量有所下降,但不明显(李德发等,1993)。另外,经过膨胀加工,粉碎和压粒过程能破坏植物细胞壁,提高如纤维素等难消化物质的消化率。但膨胀过程中发生不良化学反应如美拉德反应,形成赖氨基丙氨酸或产生D-氨基酸,使蛋白质变性;也可以使碳水化合物糊化或产生抗性淀粉;使脂肪发生自身氧化或热分解或产生顺反异构体、多聚体等,影响饲料中蛋白质、脂肪等养分的利用,使动物的日增重有所下降(邓玉英,1993;吴岳等,1995)。
    调质制粒过程与原料的膨化处理过程相类似,也是利用热处理过程消除饲料中抗营养因子。饲料经过调质制粒,使淀粉糊化,蛋白变性,从而使一些抗营养因子被钝化,有害微生物被消除,提高饲料养分的效价,改善饲料的适口性,提高动物的生产性能(熊先安等,1999)。调质制粒过程蛋白粘性增加,利于颗粒成型3生物活性丧失,利于更加有效的灭菌和消除热敏性的抗营养因子。但一些有益的微生物、酶制剂等的活性和维生素被破坏,特别是氨基酸和醛类聚合时,产生Schiff中间体,经过氧化变化成复杂的类黑色素,对消化道的酶有拮抗作用,降低蛋白质的营养价值(熊先安,1999)。
2.3 发酵法
    发酵作为一种古老有效的消除抗营养因子的方法,现在仍被广泛的应用。一些难以消化的物质经过发酵后,可以提高其消化率,改善适口性,提高采食量。而且实际生产中发酵方法也便于操作。但因蛋白质和碳水化合物的可溶性提高,因此这些可溶性营养成分容易丧失(郭颜军,1999)。杨景芝等(1995)的研究试验发现:棉籽饼、水、菌种按一定比例混合后,接种在棉酚含量较高的棉籽粉中,在28℃~30℃条件下培养40h,结果发酵后的棉籽饼中游离棉酚含量明显低于发酵前,可溶性蛋白含量增加,脱毒效果达到59.70%。60.44%,但总蛋白含量略有降低。菜籽饼粉碎后,按100kg加入35kg的温水发酵40h,pH=4.0时,过滤后湿饼加水13kg搅拌,再用NaOH溶液中和到pH=7.5,再过滤液体就可以直接用来饲喂动物。处理后的菜籽饼中所含有的象硫葡萄糖昔一样的毒害作用可以减少90%左右(郭芳彬,1994)。
2.4挤压膨化法
    随着机械工业的发展,挤压膨化设备能使廉价的植物性蛋白饲料在加工过程中受热、湿、压力等机械作用,提高饲料中的淀粉糊化度,破坏和软化纤维结构的细胞壁部分,释放出被包被的可消化成分。且植物性蛋白饲料中的蛋白质经过一定的加热,钝化一些蛋白酶抑制剂如尿酶等使蛋白中多肽链的空间构象发生变化,蛋白质变性。变性后的蛋白质分子成纤维状,伸展疏松易被酶水解,因此更能为动物消化吸收,提高饲料的利用率。实际生产中就可以用廉价的植物性蛋白代替部分或全部鱼粉和水生动物原料(姜正安,1999)。
2.5 化学法
    饲料加工过程中所用化学方法很多,一般依据抗营养因子的性质和饲料用途选择不同的化学方法。如处理饼粕类饲料用氨,可以使恶唑烷硫酮和

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