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粮油资源高效饲料转化技术在饲用抗生素替代中的应用


动物营养学报 2014,26( 10) :? ?? Chinese Journal of Animal Nutrition doi:10.3969 / j.issn.1006?267x.2014.10.000

?

粮油资源高效饲料转化技术在 饲用抗生素替代中的应用
李爱科 ? 王薇薇 ? 韩 ? 飞 ? 王永伟 ? 綦文涛
( 国家粮食局科学研究院 ,北京 100037 )

摘 ? 要 : 提高粮食生产的综合能力 , 将有限的资源高效利用与转化 , 是建设节约型粮食加工消 费体系的重要内容 ? 粮油资源及其加工副产品是一大类能量和蛋白质饲料资源 , 也是廉价的功 能活性物质来源 ? 其高效转化生产的功能性产品应用于动物生产过程中 , 不仅具有提高畜禽日 增重和饲料转化效率的作用 , 还可改善畜禽产品品质 , 提高动物抗病能力和保障动物健康 , 可起 到与饲用抗生素类似的使用效果 , 且避免了药物残留和耐药细菌滋生等危害 ? 本文对近年来有 关粮油资源高效饲料转化技术在饲用抗生素替代中的应用研究进展进行了综述 , 重点介绍生物 发酵和酶解饲料原料技术 ? 油料水酶法生产应用技术以及多肽寡肽与活性肽 ? 多糖寡糖与功能 性低聚糖 ? 功能性脂肪酸与植物油脂和植物化学素等其他粮油功能活性物质在提高畜禽生产性 能 ? 产品品质 ? 抗氧化和抗病免疫方面的作用及其发挥上述作用的可能机制 ? 关键词 : 粮油资源 ; 饲用抗生素 ; 转化技术 ; 产品开发 中图分类号:S816.35? ? ? ? 文献标识码:A? ? ? ? 文章编号:1006?267X(2014)10?0000?00 ? ? 粮油加工业是国民经济的一大重要支柱产 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]

业 , 其生产过程中产生的副产物 ( 包括饼粕 ? 稻壳 ? ,对其进行开

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 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 10 8 CFU / g , 生物酶种类丰富 , 有机酸含量高 , 可改 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 ? 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 粕的粗 蛋 白 质 含 量 达 45% 50% , 发 酵 棉 籽 粕 达

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
[ 2-5]

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 ?

, 也可避免全面禁止使用饲用

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
收稿日期 :2014-08-19 作者简介 : 李爱科 ( 1963

料 , 如棉籽粕 ? 菜籽粕 ? 豆粕 ? 麦麸等 ) 的理化性质 ,

) , 男 , 湖南长沙人 , 研究员 , 博士生导师 , 主要从事动物营养与饲料资源开发利用 ? E?mail: lak@ chinagrain.org

?



动? 物? 营? 养? 学? 报

26 卷

1.1? 发酵棉籽粕及发酵棉籽蛋白开发

用技术研究方面取得了显著进展 ?

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 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 , 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 10 8 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 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] ? 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 , 唑烷硫酮被完全降 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 ,

? ? 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 ? ? 徐晶
[ 6]

300 mg / kg 以下 , 提高真蛋白质含量 10% 左右 ?

产朊假丝酵母 Cu1 混菌 生 料 固 态 发 酵 后 , 游 离 棉 9.11% , 小 肽 含 量 为 6. 98% ? 邱 良 伟 等 197.68 mg / kg , < 600 u ? 600 酚含量在 200 mg / kg 以 下 , 水 溶 性 蛋 白 质 含 量 为
[ 7]

研究表明 , 采用地衣芽 孢 杆 菌 B12 和

59% , 游 离 棉 酚 含 量 由 895. 5 mg / kg 降 低 至 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 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 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 12.67 MJ / kg , 与豆粕接近 [ 7,9] ? 1.2? 发酵菜籽粕开发 谢 能 分 别 从 8. 93 ? 11.57 MJ / kg 提 高 到 9. 56 ? ? ? 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 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 唑烷硫酮 ? 异硫氰酸酯 ? 腈等有 蛋 氨 酸 含 量 提 高 33.80% , 赖 氨 酸 含 量 提 高 棉籽粕和棉籽蛋白及其发酵 ? 酶解产品进行评价 , 基酸的含 量 增 加 , 其 中 苏 氨 酸 含 量 提 高 36. 06% , 1 000 u ? 1 000

明 , 棉 籽 粕 发 酵 后 粗 蛋 白 质 含 量 由 51% 提 高 到

研究表

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 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 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?di? phenyl?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 酶的酶解 效 果 较 好 , 在 固 液 比 1 ? 4 ? 酶 解 pH 4. 5 ? 取技术 , 是 在 油 料 破 碎 后 加 水 , 再 加 入 对 脂 多 糖 ?

10 期

李爱科等 :粮油资源高效饲料转化技术在饲用抗生素替代中的应用



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 2.2? 小麦水解蛋白 生素饲料产品中 ? ? ? 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 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 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 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 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 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 2.3? 大豆肽 ( 大豆水解蛋白 ) 组低 40.44% 和 30.09%
[ 17]

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 大豆多肽能 有 效 改 善 原 料 蛋 白 质 的 不 足 , 祛 除 豆 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 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 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 ( nu? 作用 [ 26] ? clear 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 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 1?25 ? 在此条件下蛋白质提 取 率 为 70. 45% , 粗 蛋 45.85 mg / kg ? 采用超声波 ? 微波 ? 超声波加微波 3 白 质 含 量 为 96. 97% , 游 离 棉 酚 含 量 为 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 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 微波辅 助 酶 解 条 件 为 : 底 物 浓 度 5. 06% , 加 酶 量 为 : pH 为 11.0 , 温度 45 ? , 提取时间 2 h , 料 液 比 善瘤胃营养代谢功能 [ 24] ? 大豆肽 ( 谷氨酸含量约 益作用 ? 有 研 究 表 明 , 向 肉 仔 鸡 饲 粮 中 添 加 80 分相似 , 必需氨基酸较为平衡 , 易被小肠吸收 [ 19] ? 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 ?

般植物蛋白 质 中 都 含 有 比 较 高 的 谷 氨 酸 类 物 质 ,

效 Gln ( 非氮 端 ) 含 量 可 达 到 18. 87% ( 占 干 重 ) ?

量为 2. 06% , 肽 得 率 为 57. 15% , 平 均 肽 链 长 度 为

为 75.32% , 游 离 氨 基 酸 含 量 为 5. 34% , 肽 得 率 为

断奶 仔 猪 的 生 产 性 能 ? 对 于 28 日 龄 断 奶 乳 猪 ,

?

? ? 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

?



动? 物? 营? 养? 学? 报

26 卷

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 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? 其他活性肽 ( 2 5 ku ) 和混合物 [ 27] ? 时间60 min , pH 为 7.0 , 温度 40 ? ? 在此条件下 ,

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 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 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 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 用异麦芽低聚糖饲喂断奶仔猪 , 与对照组相比 , 盲 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 泛用作 饲 用 抗 生 素 替 代 品 , 应 用 于 动 物 生 产 中 ? 肠和结肠 内 容 物 中 的 挥 发 性 脂 肪 酸 ( volatile fatty 加量不宜超过 1% [ 11] ? 聚糖的总 称 , 主 要 包 括 蔗 糖 ? 水 苏 糖 和 棉 籽 糖 等 ? 代谢功能 [ 12] ?

? ? 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]

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 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 究开发降 血 压 等 药 物 ? 但 将 米 糠 肽 用 于 促 生 长 ? 抑制卵黄脂 蛋 白 的 脂 质 过 氧 化 和 油 脂 的 过 氧 化 ,

? 有研究发现 , 玉米肽具有较好的类超氧化

且能抑制由过氧化氢 ( H 2 O 2 ) 诱导的红细胞氧化溶 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 Ca 2+ 泵 和 Na + 泵 活性
[ 30]

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

?

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

10 期

李爱科等 :粮油资源高效饲料转化技术在饲用抗生素替代中的应用



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 3.4? 棉籽低聚糖 ( raffinose ) 水平
[ 14]

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 4.2? SL 水平 [ 42] ? ? ? SL 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 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 4.3? MCT 和功能性脂肪酸 且在奶牛饲粮中适宜添加量为 2% [ 48] ? 善瘤胃消化代谢功能 [ 47] , 同时能提高奶牛产奶量 , ? ? 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 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 ( eicosap? entaenoic acid , EPA ) 和 二 十 二 碳 六 烯 酸 ( docosa? hexaenoic 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 猪胃环境的体外试验中发现 , 最低浓度为每 100 g 对爱拔益加 ( AA ) 肉鸡的生长性能具有促进作用 ,

?

? ? 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 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]

到一定程度的应用 [ 35] , 但在饲料生产中研究较少 ? ? 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 acid, CLA ) ? 大豆磷脂 ( soybean lecithin , SL ) ? 中链 4.1? CLA 功能性脂肪酸以及结构脂质等已应用于饲料业 ?

?

强免疫 力 的 作 用 ; 共 轭 亚 油 酸 ( conjugated linoleic 脂肪酸甘油酯 ( medium chain triglycerides, MCT ) ? ? ? CLA 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]

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]

? 育肥猪饲粮

? 类似地 , 用 CLA 饲喂肉鸡 , 也可改 善 其 机

?



动? 物? 营? 养? 学? 报

26 卷

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 4.4? 结构脂质 效价 ? ? ? 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]

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 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 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 从尿中排出 , 不在体内积累 , 因此也可作为抗生素 5.3? 其他转化技术的应用 替代物应用于饲料生产中 [ 65] ? ? ? 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 收后可被代谢为苯丙酸 ? 肉桂酰甘氨酸等化合物 , 理 ) 或生物 ( 微生物酯酶处理 ) 方 法 分 离 提 纯 [ 63] ; 为 31. 8% , 总 糖 含 量 为 35. 7% , 干 燥 失 重 率 为

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 时抑制肌管细胞的蛋白质降解
[ 56] [ 55]

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]

? 在繁殖与呼吸 ? 大豆异

,同

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 5.2? 糖萜素和阿魏酸 因的高丰度表达
[ 58]

?

? ? 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

10 期

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tion with conjugated linoeic acid decreases pig back

?

10

动? 物? 营? 养? 学? 报

26 卷

The Conversion of Grain and Oil Resources to Feed Antibiotics Substitute
( Academy of Science and Technology of State Administration of Grain, Beijing 100037 , China)

LI Aike? WANG Weiwei? HAN Fei? WANG Yongwei? QI Wentao

Abstract : It is important for establishing economical grain processing and consumption system to enhance the and their processing byproducts can be a good and cheap source of energy and protein feed resources with a

integrative competence of grain production and utilize the limited resources efficiently. Grain and oil resources great quantities. The usage of functional production from grain and oil sources in feed can enhance the daily weight gain and feed conversion of animals. Furthermore , they can improve the quality of animal products and disease?resistance ability , and can be good for animal health. Thus they can work as feed antibiotics in feed , and can avoid drug residue and production of drug?resistant bacteria. Recent advances in researches on the con? the effects of microbial?fermented and enzyme?treated feed ( especially aqueous enzymatic method on oil? version of grain and oil resources to feed antibiotics substitute have been reviewed. The emphasis was placed on seeds ) , activated peptides, functional oligosaccharide and polysaccharide , functional lipid and fatty acids, and of Animal Nutrition, 2014 , 26 ( 10 ) : ? ?? ] ment

other functional active materials ( e. g. functional phytochemicals ) on growth performance , quality of animal product , antioxidant and immune function in animals. Their mechanisms were also discussed. [ Chinese Journal Key words: grain and oil resources; feed antibiotics alternatives; technical transformation ; product develop?

Author, LI Aike , professor, E?mail: lak@ chinagrain.org

( 编辑 ? 武海龙 )

粮油资源高效饲料转化技术在饲用抗生素替代中的应用
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 李爱科, 王薇薇, 韩飞, 王永伟, 綦文涛 国家粮食局科学研究院,北京 100037 动物营养学报 Chinese Journal Of Animal Nutrition 2014

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