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1、豆粕质量与尿酶活性和蛋白溶解度1 UREASE ACTIVITY AND PROTEIN SOLUBILITY AS INDICATORS FOR SOYBEAN MEAL QUALITY 沈慧乐 教授,美国大豆协会 杨秀文 副教授,北京奶牛研究所 引 言 大豆蛋白是家禽日粮中最为重要的,也是质量最好的植物蛋白饲料,除蛋氨酸略缺乏外,其它各种氨基酸都接近理想平衡。如同其它蛋白质饲料一样,豆粕质量受各种营养素含量的影响,如能量、蛋白质、纤维素和氨基酸等,例如普通豆粕与去皮豆粕间在以上指标方面就有很大的差别(见表 1) 。去皮豆粕由于纤维素含量低而有较高的能量水平。但是蛋白质水平高的豆粕不一定保证
2、低纤维和高能量水平,例如某些未去皮中国豆粕的蛋白质含量可高达 48%甚至 50%,而仍然含有 6%至 7%的纤维素。因此高蛋白水平豆粕的代谢能水平仍然可能因纤维素含量高而下降,尚未见到这些高蛋白质“高纤维素”豆粕的代谢能测定值。但一般可以估计: 在去皮豆粕纤维素正常含量 3.5%以上时, 每增加 1%纤维素使每公斤猪饲料的代谢能下降 32 至 42 大卡, 而每公斤禽饲料则下降将近 60 大卡。 另一方面,豆粕质量在很大程度上受加工方面问题的影响而使它的氨基酸含量和氨基酸消化率以致于能量受到影响。本文主要讨论由加工不足或加热过度所引起的豆粕质量变异以及对生产性能的影响,同时介绍目前可行的鉴定豆
3、粕质量的方法尿酶活性(pH 变化值)与 0.2%氢氧化钾蛋白溶解度,并加以评估。 一、生大豆抗胰蛋白酶与尿酶 众所周知,豆粕必须经过适度热加工以破坏大豆中所含的数种抗营养物质。其中对畜禽影响最大者为抗胰蛋白酶 (Tripsin Inhibitor) , 有幸的是这些抗营养因子在加热后都会遭到破坏。适度加热是豆粕加工的关键,因为加热不足或过度都会降低豆粕的营养价值。 1 原发表于 1999 年 3 月 37 表 1 普通豆粕与去皮豆粕的主要营养指标(NRC,1994) 营养素 普通豆粕 去皮豆粕 干物质(%) 89 90 禽代谢能(千卡/公斤) 2230 2440 蛋白质(%) 44.0 48.
4、5 纤维素(%) 7.0 3.9 赖氨酸(%) 2.69 3.02 NRC 家禽营养需要(1994) 抗胰蛋白酶是生大豆中的一种蛋白酶抑制物,它在消化道内能使胰蛋白酶和凝乳酶失活,从而降低蛋白质的消化率,并引起胰脏代偿性增大,由于胰酶富含硫氨基酸,因此,大量分泌消化酶可能加剧大豆蛋白含硫氨基酸的缺乏现象。抗胰蛋白酶的测定方法很耗时也很昂贵,因此需要寻找一种简易而快速的测定方法。 生大豆中含不等量尿酶(Urease) 。尿酶本身无营养意义,但它与抗胰蛋白酶的含量接近,而且遇热变性失活的程度与抗胰蛋白酶相似(图 1) ,因此可用尿酶活性作为豆粕加工适宜度的间接估测指标。 图 1 尿素酶活性与抗胰蛋
5、白酶之间关系,Wright(1981) 38 抗胰蛋白和尿酶(UA)活性不仅受到加热的温度影响,而且还受加热时间及水分含量的影响(图 2,图 3) 。由图可见,在水分含量很低时,抗胰蛋白酶和尿酶活性的破坏程度不大。 图 2 加热时间和水分含量对豆粕抗胰蛋白酶活性(TIA)的影响 图 3 加热时间和水分含量对豆粕尿酶(UA)活性的影响 39 尿酶的测定方法比较简单,它的原理是过生豆粕中的尿酶使试剂中的尿素释放氨气而使溶液的 pH 值升高,并以尿酶指数表示。尿酶活性定义为:在 300.5和 pH 为 7 的条件下,每分钟每克大豆制品分解尿素后,所释放氨态氮的毫升数。 大多数美国的测定表明:为破坏抗
6、营养物质尿酶值应在 0.20 或以下。美国饲料工业协会建议的尿酶值为 0.050.20。反刍家畜的日粮中往往加有尿素,因而过高的尿酶值有可能导致氨中毒。因此,在美国,反刍动物饲养者对豆粕尿酶值的要求是0.20。Waldroup 及其同事(1985)在阿肯色大学的研究表明用尿酶值为0.5 的豆粕饲喂肉用仔鸡也能得到良好的生长效果与饲料报酬(图 4) 。 尿酶水平,pH 升值 图 4 尿酶对肉仔鸡增重与饲料报酬的影响 在欧洲则认为 0.5 是可接受的尿酶值(Deschrifver,1977) 。但是,加工的适宜度不仅取决于畜种、年龄和畜禽的生产阶段,而且也取决于大豆品种及储存时 40 的状况。例如
7、,若将严寒损害的大豆储存 6 个月以上,则抗胰蛋白酶含量会增加(Wright,1981) ,但未受严寒损伤的大豆并不出现此种现象。以下列出尿酶 pH变化值和尿酶活性(毫克氮分钟,30)与豆粕加工程度的关系,以供参考。 大豆产品 pH 值 尿酶活性 毫克氮/分钟,30 加热过度 0.000.01 0.5 0.5 美国 1997 年出口澳大利亚豆粕的典型尿酶值如下(美国大豆协会新加坡办事处提供,1997): 平均尿酶值(pH 升值)AOCS Ba 9-58(89) 0.24 测定样本数 172 最低值 0.05 最高值 0.37 标准差 0.07 变异系数,% 27.3 尿酶活性的测定方法按美国油
8、料与谷物协会(A.O.C.S-American Oil and Cerea1 Society)建议的方法进行(见附录 1) ,为便于饲料厂或原料采购地使用的尿酶快速测定方法见附录 2。 二、什么是蛋白溶解度,为什么要测定蛋白溶解度 高温能使还原性碳水化合物,如葡萄糖与赖氨酸的 epsi1on 游离氨基酸起作用,即美拉德反应(Mail1ard Reaction) 。其结果使赖氨酸分子成为不能被利用,因而使蛋白质的消化率降低。蛋白质分子中的其它氨基酸,如精氨酸、组氨酸和色氨酸也受热过度的影响,还原性化合物也包括酮与醛。感观上美拉德反应的产物呈现棕色。故又称棕色反应。该过程的反应式如下: 41 美拉
9、德反应(Maillard Reaction) 鉴定豆粕过熟的方法是在 0.2%KOH 溶液中测定豆粕的蛋白溶解度。此方法在近十年来被认为是评估大豆加工过度与加工不足的最佳方法。其原理是:加热使游离氨基酸与其它化合物的基团形成不能为消化酶所打开的分子间和分子内的结合键, 因而降低了蛋白质的溶解度 (FordShamrock, 1941) 。 60 年代末, Rinehart先生在为 Purina 饲料公司工作时,首先将蛋白溶解度作为评定豆粕加工适宜度的方法。之后十年间,此法在巴西得到广泛的应用。由于该项技术基本上为私人公司所采用,所以美国的科研文献在 80 年代末才开始出现对它的评估(Da1e
10、等,1987;ArabaDale,1990;Anderson-Haferman 等,1992;Parson 等,1992,1998等) 。 测定样品在 0.2%氢氧化钾溶液中的蛋白溶解度,需要使用离心机,并进行两次定氮。具体方法见附录 3。 Araba 和 Dale 在 1990 年发表的文章中的结论是:对于小鸡,蛋白溶解度低于70%的豆粕营养价值已受到破坏,蛋白溶解度低于 65%几乎可以肯定豆粕加热过度。近年来由于美国加工技术的改进,蛋白溶解度有增高的趋势。 三、豆粕质量与家禽生产性能 本节将列举不同的试验结果说明加工不当的豆粕对家禽生产性能的影响以及鉴定豆粕的化学指标与生产性能的关系。 D
11、ale 等 1987 年率先使用蛋白溶解度指标评定豆粕质量,并进行了饲养试验,结果见表 2。 42 表 2 蛋白溶解度与小鸡生产性能的相关 加热 分钟 尿酶 活性1 蛋白溶 解度(%) 抗胰 蛋白酶2 增重 (克) 饲料 报酬 0(生的) 2.40 99.2 21.2 342c 2.55bc 15 0.12 83.2 2.2 461a 2.10a 30 0.00 58.5 0.5 407b 2.33ab 60 0.00 38.0 0.1 296d 2.76c 加热 分钟 尿酶 活性1 蛋白溶 解度(%) 抗胰 蛋白酶2 增重 (克) 饲料 报酬 胰重3 0(生的) 2.4 99.2 21.0
12、342d 2.44c 0.93 5 2.40 87.7 12.2 429c 2.29bc 0.59b 10 0.23 79.1 3.1 481ab 2.00a 0.44c 15 0.00 74.9 2.1 496a 2.09ab 0.40c 20 0.00 71.8 1.0 450bc 2.03a 0.42c 1尿酶活性,以 pH 升值表示 Dale 等(1987) 2抗胰蛋白酶,毫克/克豆粕 3胰重,以体重%表示 80 年代末作者见到国内使用全豆粕的无鱼粉日粮的效果较差,便模仿国内豆粕(饼)加工过生或过熟的条件,在加拿大 Guelph 大学进行两个饲养试验,结果见表 3。 从试验 I 的结果
13、可见,肉鸡的增重与饲料转化效率随豆粕的过热程度加深而降低。正常豆粕组内添加与不添加赖氨酸两个水平之间,增重和饲料报酬的差异均不显著,数字上的差别说明基础日粮稍缺赖氨酸。但随着温度的升高,各温度处理的增重和饲料报酬在添加与不添加赖氨酸两个水平间差异显著(p0.05) 。尤以 187下差异最大;赖氨酸组较不添加的组增重提高 211 克(p0.05) ,饲料转化效率提高 0.43(p0.05) 。试验充分表明氨基发生美拉德反应(Maillard)而降低豆粕中赖氨酸的利用率,而日粮中添加赖氨酸有助于克服过度加热对生产性能的不良影响。 试验 II 中生豆粕组 21 日龄肉用仔鸡的增重较正常组低 159
14、克, 而饲料转化效率差 0.4。可见生豆粕中抗胰蛋白酶对肉用仔鸡的生长具有明显的抑制作用。 试验 I 和 II 的结果表明:豆粕质量的化学指标与肉鸡生产性能密切相关,试验 II 中生豆粕的尿酶活性非常高,为 3.08,蛋白溶解度为 91%,而正常豆粕这两 43 种指标分别为 0.24 与 76%。 表 3 豆粕质量与肉鸡生产性能以及化学测定指标的关系(721 日龄)1 试验 I2 试验 II3 正常豆粕,烘烤 正常豆粕 生豆粕 参 数 0.3% 赖氨酸 正常 豆粕 127 158 187 增重,克 + 518ab 554a 520ab 553a 522a 363b 0 473bc 478bc
15、459c 342d 饲料/增重 + 1.72cb 1.65d 1.73cd 1.69d 1.74a 2.41a 0 1.83bc 1.91b 1.77cd 2.12a 尿酶值(pH) 0.24 0.23 0.24 0.22 0.24 3.08 蛋白溶解度,% 76.38 76.81 69.77 35.31 76.38 90.86 1 为避免卵黄对试验处理的影响,试验从 7 日龄开始; 2 ad 试验 I 内两行数字内角标不同者差异显著(p0.05) ; 3 试验 II 内带不同角标者差异显著(p0.05)。 沈慧乐,J.D.Summers,美国家禽科学年会报告,Poultry Science
16、摘要(1991) 表 4 饲喂生豆粕对三周龄肉用仔鸡胰脏重的影响 参 数 正常豆粕 生豆粕 3 周平均体重,克 639a 535b 湿胰重,克 2.23b 4.63a 干胰重,克 0.69b 1.14a 干物质,% 31.20a 24.64b 湿胰重,克/公斤体重 0.29b 0.74a 干胰重,克/公斤体重 0.09b 0.18a 大小 正常 代偿性肥大 每 0.18 平方毫米 193 140 细胞数 (S19.3) (S15.2) 沈慧乐,SM.Mirsalimi(1991) 44 长期以来已知生豆粕中的抗胰蛋白酶使生长鸡的胰脏肿大。试验 II 中生豆粕对胰脏的影响见表 4,由表可见饲喂生
17、豆粕的肉仔鸡 21 日龄湿胰重比正常豆粕组高 2.5 倍(p0.05) ,干胰重高 2 倍(p0.05) 。从外观上看,饲喂生豆粕组肉用仔鸡胰脏明显肿大,色黄白,较正常胰脏稍坚硬。组织学检查发现:生豆粕组鸡的胰脏细胞显著肥大;而且细胞质为酶原颗粒所充满。从形态上看,以每 0.18mm2的细胞计数,生豆粕组显著地少于正常豆粕组。 在 90 年代初本文作者用蛋白溶解度和尿酶指标对中国的豆粕(饼)质量进行了评估。张志搏(1990)进行了 4(四种不同加工处理的豆饼)2(加 0.3%赖氨酸,0)的蛋鸡试验。豆饼加工条件与试验结果见表 5 与表 6。 表 5 豆饼加工过程 烘烤 蒸汽 水压 豆饼号 储存
18、温度温度 时间(分) 温度 时间(分) I 13 II 13 90 10 100 5 250 3 小时III 13 90 10 120 20 250 3 小时IV* 13 同 II,180加热 20 分钟 250 3 小时*由于烤箱小,豆饼层过厚而使豆饼受热不均。 张志博(1990) 表 6 豆粕质量对产蛋性能的影响(6 期平均,每期 28 天) 豆饼 白溶解度% 尿酶 (pH变化值) 赖氨酸0.3% 采食量(克) 产蛋量 % 蛋重(克)日产蛋量(克) 饲料/蛋重,公斤体重 I 97 3.11 0 111.5a51.6a 54.95a28.40a 3.93a 1468a + 111.4a52.
19、0a 84.50a28.30a 3.94a 1499aII 91 1.61 0 112.7a70.3b 56.20b39.50b 2.85c 1789c + 113.2a71.0b 55.40b39.30b 2.88c 1790cIII 76 0.15 0 114.3a71.8b 56.15b46.32b 2.63c 1790c + 115.3a72.5b 56.82b41.20b 2.82c 1793cIV 71 0.24 0 113.9a63.3b 57.41c36.30b 3.13b 1753b + 112.7a69.2b 56.35c39.00b 2.89b 1766ba - c 每列
20、中标有不同字母者差异显著(P0.05) 。 张志搏(1990) 45 蛋鸡试验结果(表 6)表明:豆饼质量对产蛋率、日产蛋量、饲料转化效率及母鸡体重的影响极为显著(p0.01) 。饲喂生豆饼(I)的生产性能最差,它与饲喂正常豆饼母鸡的蛋重相差 1.8 克; 日产蛋量相差 12.2 克; 饲料转化效率差 1.21,试验期末母鸡体重相差 309 克,饲喂生豆饼的母鸡处于减重状态。其它三号豆饼(II、III、IV)之间的饲喂效果在总体统计分析时差异不显著,但数字上有差异,以正常的 III 号豆饼的效果最佳,过熟的 IV 号最差。添加赖氨酸对蛋鸡生产性能影响不显著(P0.05) ,很可能是由于基础日粮
21、含有足够的赖氨酸或平均产蛋率过低之故。但单独统计采食过熟豆饼中不加与加 0.3%赖氨酸的两组母鸡的生产性能时,它们的产蛋率、蛋重和日产蛋量差异显著(P0.05) ,同样说明豆饼加热过度对赖氨酸有破坏作用。 以上饲喂效果与表中四种豆饼的化学指标非常相符。显然,从化学指标看;I号豆饼为生饼;II 号偏生;III 号的蛋白溶解度(76%)与尿酶值(0.15)都说明加工适宜,而且饲喂效果最佳。IV 号饼为模仿生产中的过熟豆饼,即将 II 号饼粉碎后在 180下烘烤 20 分钟而制成。由于饼层过厚,致使受热不均。因此所测化学指标为过生和过熟二者的混合效果。 杨秀文(1991)用南苑出口免检的豆粕作对照与
22、当时国内市场上质量较差的豆粕(饼)进行 4(不同豆粕)2(蛋白为 22.5,17.5%)2(赖氨酸为 0.35%,0)的肉用仔鸡试验。豆粕的化学指标及试验结果见表 7。 由表可见:评定豆粕加工程度的化学指标尿酶活性与蛋白溶解度的测定值与肉仔鸡的生产性能相符。不论在高、低蛋白水平下,优质豆粕的饲喂效果都显著优于过生与过熟的, 低蛋白加 0.35%赖氨酸足以补偿因加热过度而对营养的破坏作用。 Araba 与 Dale(1992)给加热过度的豆粕单独或同时补加两种、三种氨基酸(赖、精、蛋) ,结果如下表(见表 8) 。 该试验将豆粕高压蒸煮 040 分钟后,蛋白溶解度与尿酶活性分别为 80.3%、4
23、8.2%与 0、0。对于加热过度的豆粕,无论单独补充或一同补充精氨酸(0.2%) 、蛋氨酸(0.1%) ,其结果与未补充组的饲喂效果没有差异。但是,给加热过度的豆粕补充 0.2%赖氨酸,无论单独补充,或同时补充精氨酸(0.2%) 、蛋氨酸(0.1%)中的一种;或二种;或三者一同补充,与加热过度未补充赖氨酸;或仅补充精氨酸、蛋氨酸中的一种或二者一同补充;或与未补充而又未经蒸煮的豆粕相比,雏鸡的增重都有显著的提高。 46 表 7 豆粕(饼)的化学指标与肉用仔鸡生产性能 处理豆粕 优质豆粕 生豆粕 略熟豆粕 过熟豆饼 活 重 高蛋白 2.66a 2.56a 2.41a 2.45a 低蛋白 2.38a
24、 2.08b 1.99c 1.58c 低+0.35%赖氨酸 2.62a 2.23a 2.62c 2.57c 饲料报酬 高蛋白 1.87a 1.92a 1.94a 1.93a 低蛋白 1.96a 2.14a 3.01b 3.03b 低+0.35%赖氨酸 1.90a 2.09a 1.90b 1.92b 化学指标: 尿素酶活性 0.01 3.12 0.09 0.00 蛋白溶解度% 80.6 94.2 64.7 38.1 a - c 同行角标不同者为差异显著(P0.05) 杨秀文,沈慧乐(1995) 表 8 赖氨酸、精氨酸、蛋氨酸三者单独补充或一同 补充二种、三种氨基酸对雏鸡生长的影响 补充赖氨酸 2
25、1 日龄结果 处 理 赖氨酸 精氨酸 蛋氨酸 增重 饲料报酬 (分钟) % % % (克/只) 0 470b 2.07cd 40 349c 2.49a 40 0.1 350c 2.25bc 40 0.2 369c 2.33ab 40 0.2 0.1 354c 2.36ab 40 0.2 526a 2.00d 40 0.2 0.1 520a 2.07cd 40 0.2 0.2 529a 1.95d 40 0.2 0.1 0.1 531a 1.87d a - b 同列中角标不同者差异显著(P0.05) Araba 与 Dale(1992) 47 以上数个试验结果一致表明:豆粕加热过度降低了赖氨酸的
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