豆肽蛋白飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用
時(shí)間:2022-06-18 03:17:34
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1大豆肽的理化性質(zhì)和生理活性
1.1理化性質(zhì)
大豆肽氨基酸的組成成分與大豆蛋白大致相同,富含各種水產(chǎn)動(dòng)物所需的必需氨基酸,其分子質(zhì)量和肽鏈長(zhǎng)短主要是由所采用的制備工藝決定的。與大豆蛋白相比,大豆肽具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)水溶性好。大豆肽在水中可以完全溶解,具有良好的溶解性。
(2)良好的熱穩(wěn)定性。在一定的溫度范圍內(nèi),大豆肽的溶解性不受溫度影響,在加熱情況下,也可保持良好的溶解性,不易產(chǎn)生沉淀,是一種很好的蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑。
(3)高濃度狀態(tài)下的低粘度。由于大豆肽分子量較小,隨著大豆肽的濃度增加,其粘度變化情況不大。
(4)良好的耐酸性。在酸性和中性條件下,大豆肽的流動(dòng)性沒(méi)有很大的差異。
1.2生理活性
1.2.1易消化吸收
傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)消化、吸收理論認(rèn)為,蛋白質(zhì)進(jìn)入腸道后,在腸道分解成多種氨基酸,之后通過(guò)腸壁進(jìn)入體內(nèi)被利用于所需的新陳代謝。而現(xiàn)代研究表明,蛋白質(zhì)進(jìn)入體內(nèi),主要是在胃和小腸中通過(guò)多種蛋白酶水解之后以多肽的形式被腸道直接吸收利用,且對(duì)于小分子大豆肽的吸收速率要高于氨基酸和蛋白質(zhì)。
1.2.2良好的降血壓作用
血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)可以催化血管緊張素I生產(chǎn)升血壓活性肽血管緊張素II,血管緊張素II可以作用于血管平滑肌,造成血管緊縮,血壓升高。研究發(fā)現(xiàn),從大豆肽中分離出來(lái)的幾種短肽能夠很好的抑制ACE的活性,從而防止血管緊縮,有效的降低血壓。
1.2.3促進(jìn)脂肪和礦物質(zhì)的吸收
大豆肽能夠促進(jìn)脂肪的代謝。高長(zhǎng)城等實(shí)驗(yàn)證實(shí),喂食大豆肽的小白鼠體內(nèi)產(chǎn)熱的褐色脂肪組織BAT活性高于其他沒(méi)有喂食大豆肽的小白鼠,而且隨著喂食量的增加,血液中甲狀腺的濃度也會(huì)隨之提高。研究發(fā)現(xiàn),大豆蛋白中所含的單寧、草酸、植酸等多酚物質(zhì)會(huì)抑制機(jī)體對(duì)于微量元素的吸收。而大豆肽在制作過(guò)程中已去除了這些物質(zhì),同時(shí)大豆肽中所含的磷酸絲氨酸殘基能夠與鐵、鈣、鎂、銅、鋅等離子結(jié)合形成絡(luò)合物,保證微量元素處于可溶狀態(tài),有利于被機(jī)體所吸收。
1.2.4調(diào)節(jié)血糖濃度
大豆肽可以作為穩(wěn)定的血糖調(diào)節(jié)劑,α-葡萄糖苷酶可以迅速的分解糖供體,為機(jī)體提供大量的葡萄糖,其主要分布在腸微絨毛上。陳曉光等證實(shí)大豆肽能夠有效的抑制α-葡萄糖苷酶,大豆肽與碳水化合物一起用時(shí),能夠減慢葡萄糖的生成,從而減緩腸道內(nèi)葡萄糖的吸收,避免血糖濃度急速上升。
1.2.5低過(guò)敏原性
過(guò)敏是一種異常的免疫應(yīng)答反應(yīng),它是由于過(guò)敏原的存在而引起的。研究發(fā)現(xiàn),在大豆蛋白中存在3種主要的過(guò)敏原:GlymBd28K、GlymBd30K、β-伴大豆球蛋白。只有有效地去除過(guò)敏原,才能夠避免因?yàn)槭澄锒鸬倪^(guò)敏反應(yīng)。大豆肽的制作需要對(duì)大豆蛋白進(jìn)行降解,而在這一過(guò)程中就能夠有效去除這些過(guò)敏原。青山敏明用ELISA對(duì)除去不溶性組分的大豆肽進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)大豆多肽中的過(guò)敏原是大豆蛋白的1/100~1/1000。
2大豆肽制備工藝探索
大豆肽的制備技術(shù)方法主要包括:化學(xué)水解法、酶解法和微生物發(fā)酵法。
2.1化學(xué)水解法
化學(xué)水解法包括酸水解和堿水解兩種方法,它是在一定溫度下利用化學(xué)試劑使得大豆蛋白分子中的肽鍵斷裂,從而形成小分子物質(zhì)。酸水解法方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低,但是整個(gè)工藝過(guò)程很難控制,生產(chǎn)的大豆肽分子分布不均勻、生理功能差異大。而堿水解法則會(huì)破壞蘇氨酸、絲氨酸等大量氨基酸,而且發(fā)生消旋作用,使得營(yíng)養(yǎng)大量流失。所以,化學(xué)水解法一般使用于試驗(yàn),而很少在生產(chǎn)實(shí)踐中使用。
2.2酶解法
酶水解主要是利用蛋白酶在特定的溫度和pH條件下,能夠?qū)Υ蠖沟鞍追肿舆M(jìn)行高效的水解,將大豆蛋白分子降解成小分子肽類。酶解法根據(jù)使用酶的情況分成單酶解法、雙酶解法、多酶解法。單酶解法就是用一種單一的酶對(duì)大豆蛋白進(jìn)行水解,可以是植物蛋白酶、動(dòng)物蛋白酶,還有微生物蛋白酶。不過(guò)單酶解法存在水解度不高、水解過(guò)程易產(chǎn)生苦味、大豆肽得率低等問(wèn)題。相較于單酶解法,雙酶解法具有得率高、水解度高等特點(diǎn),添加風(fēng)味蛋白酶還可以改善大豆肽的風(fēng)味。劉靜等利用堿性蛋白酶和胰蛋白酶對(duì)大豆分離蛋白進(jìn)行水解,制得的大豆肽分子量主要集中在6000以下,優(yōu)于單酶解法。多酶解法比前兩者更加復(fù)雜,不僅要考慮水解的常規(guī)因素,而且還要考慮酶的配比等因素,目前研究還在起步階段。酶水解法具有生產(chǎn)條件溫和、反應(yīng)時(shí)間短、工藝容易控制及產(chǎn)物主要為肽而非氨基酸等優(yōu)點(diǎn)。但大豆蛋白分子具有致密的立體結(jié)構(gòu),在酶解前必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,加上酶的價(jià)格昂貴,使得酶解法的生產(chǎn)成本過(guò)高限制了其在飼料行業(yè)中的應(yīng)用。
2.3微生物發(fā)酵法
微生物發(fā)酵法是利用發(fā)酵過(guò)程中微生物所產(chǎn)的酶將大豆蛋白分子降解成小蛋白分子。這種方法有機(jī)地將蛋白酶的發(fā)酵生產(chǎn)和大豆肽的生產(chǎn)結(jié)合起來(lái),大大降低了生產(chǎn)成本。根據(jù)菌種不同,可以將微生物發(fā)酵法分為細(xì)菌發(fā)酵法和真菌發(fā)酵法。戚薇等利用凝結(jié)芽孢桿菌TQ33和納豆芽孢桿菌對(duì)豆粕進(jìn)行固體發(fā)酵,最終蛋白水解度為20.14%,TI降解率達(dá)95%。微生物發(fā)酵法制備大豆肽,較酶解法生產(chǎn)成本較低。宋文新等研究表明,與酶法相比,微生物發(fā)酵法可以去除豆粕中的幾乎所有的抗?fàn)I養(yǎng)因子,產(chǎn)生的小肽種類更加多樣化,同時(shí)增加了微生物的菌體,幫助維持動(dòng)物腸道菌群的平衡。但微生物發(fā)酵法具有產(chǎn)品穩(wěn)定性不如酶解法,生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng),過(guò)程不宜控制等缺點(diǎn)。
3大豆肽蛋白飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用
由于水產(chǎn)動(dòng)物的生理特點(diǎn),使得水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)于蛋白質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量的要求很高。大豆肽蛋白飼料中富含易被水產(chǎn)動(dòng)物消化吸收的氨基酸、寡肽、多肽等小分子物質(zhì),而且還含有多種維生素,礦物質(zhì)等特殊營(yíng)養(yǎng)成分,是替代魚(yú)粉的最佳選擇。
3.1對(duì)于水產(chǎn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能的影響
國(guó)內(nèi)外有不少研究已經(jīng)證明大豆肽適量替代飼料中的魚(yú)粉,可以提高水產(chǎn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能,促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)。趙麗梅分別用13%、24%、34%、44%的發(fā)酵豆粕替代日糧配方中的部分魚(yú)粉,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)用34%的發(fā)酵豆粕替代23%的魚(yú)粉時(shí),金鯧魚(yú)的生產(chǎn)性能達(dá)到最佳,而添加到用44%的發(fā)酵豆粕的替代31%的魚(yú)粉時(shí),金鯧魚(yú)的生產(chǎn)性能有了顯著的下降,這說(shuō)明適量添加發(fā)酵豆粕是可以替代部分魚(yú)粉,從而使金鯧魚(yú)達(dá)到最佳生產(chǎn)性能;宮修清等[9]在對(duì)照池和試驗(yàn)池中養(yǎng)了相同數(shù)量和種類的魚(yú)類,在飼料方面,試驗(yàn)組比對(duì)照組多添加了5%的大豆活性肽,其他養(yǎng)殖條件相同,試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組比對(duì)照組多生產(chǎn)各類魚(yú)種568kg,其中草魚(yú)多生產(chǎn)了274.5kg;李惠等用發(fā)酵了42天的發(fā)酵豆粕替代部分魚(yú)粉對(duì)斑點(diǎn)叉尾鮰進(jìn)行喂食,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)酵豆粕替代25%~75%的魚(yú)粉時(shí),斑點(diǎn)叉尾鮰的特定生長(zhǎng)率和增重率有了顯著的提高;李祖華等對(duì)于鰻魚(yú)的養(yǎng)殖研究中發(fā)現(xiàn),在高比例魚(yú)粉的飼料中,用大豆多肽等量替代3%~5%的紅魚(yú)粉同樣可以獲得相同的生產(chǎn)性能,而且降低了生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
3.2對(duì)于水產(chǎn)動(dòng)物機(jī)體免疫力的影響
研究發(fā)現(xiàn)大豆肽能夠有助于體內(nèi)有益菌的繁殖,其中的活性小肽能夠參與機(jī)體的免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié),提高機(jī)體免疫能力。宋文新等用發(fā)酵豆粕替代部分魚(yú)粉喂食黑鯛幼魚(yú),結(jié)果表明當(dāng)發(fā)酵豆粕替代10%的魚(yú)粉時(shí),黑鯛幼魚(yú)機(jī)體內(nèi)的過(guò)氧化物歧化酶活性提高,血清溶菌酶活性有了明顯提高,而當(dāng)發(fā)酵豆粕替代水平提高到30%、40%和50%時(shí),過(guò)氧化物歧化酶和血清溶菌酶的活性明顯低于對(duì)照組。這表明過(guò)量添加發(fā)酵豆粕影響黑鯛幼魚(yú)的免疫能力,而適當(dāng)添加發(fā)酵豆粕才能提高黑鯛幼魚(yú)的免疫能力;宮修清等發(fā)現(xiàn)喂食含有5%大豆活性肽飼料的魚(yú)池中并沒(méi)有發(fā)生過(guò)魚(yú)病,魚(yú)類成活率高達(dá)92.2%,而對(duì)照池發(fā)生過(guò)一次魚(yú)病,其成活率僅為85.2%,低于試驗(yàn)池7個(gè)百分點(diǎn);陳萱等在飼料當(dāng)中添加不同比例的發(fā)酵豆粕喂食異育銀鯽,結(jié)果發(fā)現(xiàn)供試魚(yú)不僅體重增加,而且其體內(nèi)的各項(xiàng)非特異性免疫指標(biāo)都有所改善,谷丙轉(zhuǎn)氨酶的活性下降。這說(shuō)明在飼料中添加適量的發(fā)酵豆粕是有利于改善異育銀鯽的免疫功能的。
3.3對(duì)于水產(chǎn)生物消化功能的影響
由于水產(chǎn)動(dòng)物特殊的生理結(jié)構(gòu),使得水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料蛋白的質(zhì)量要求很高。大量試驗(yàn)證實(shí),大豆肽能夠有效刺激水產(chǎn)動(dòng)物腸道的消化酶活性,促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖。李惠等在研究斑點(diǎn)叉尾鮰的生長(zhǎng)和消化酶活性的研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)發(fā)酵豆粕替代魚(yú)粉的水平達(dá)到25%~100%時(shí),供試魚(yú)體內(nèi)的肝胰蛋白酶和淀粉酶的活性比對(duì)照組有了提高;付生慧]用不同的大豆蛋白源飼料(豆粕、膨化豆粕、大豆?jié)饪s蛋白和大豆酶解蛋白)替代魚(yú)粉喂食草魚(yú),結(jié)果發(fā)現(xiàn)大豆酶解蛋白與對(duì)照組相比,喂食大豆酶解蛋白的草魚(yú)生長(zhǎng)速度和飼料系數(shù)有了顯著的改善,并且其蛋白質(zhì)消化率也有了顯著的提高。
4目前大豆肽蛋白飼料存在的問(wèn)題
4.1抗?fàn)I養(yǎng)因子含量較高
抗?fàn)I養(yǎng)因子是一種能夠?qū)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和利用產(chǎn)生影響的,使人和動(dòng)物產(chǎn)生不良反應(yīng)的物質(zhì)。研究表明,大豆中富含多種抗?fàn)I養(yǎng)因子,如β-伴大豆球蛋白、大豆凝集素、大豆球蛋白、抗維生素因子、胰蛋白酶抑制因子(TI)、植酸、皂甙、異黃酮、單寧等。雖然在大豆肽的加工過(guò)程中可以去除大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子,但是仍有部分抗?fàn)I養(yǎng)因子存在其中,從而影響水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用。陳偉等發(fā)現(xiàn)隨著大豆皂苷含量的提高,牙鲆的攝食量呈線性下降趨勢(shì);研究表明大豆凝集素可與大西洋鮭的腸道刷狀緣黏膜結(jié)合,從而導(dǎo)致腸道組織的結(jié)構(gòu)發(fā)生病變,影響對(duì)蛋白質(zhì)的消化吸收。
4.2大豆肽分子量偏大
在大豆肽蛋白飼料中,肽含量反映的是產(chǎn)品飼用品質(zhì)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。目前,測(cè)定大豆肽蛋白飼料中小分子蛋白所采用的三氯乙酸(TCA-N)法,其測(cè)定結(jié)果所反映的是分子量小于10000Da的可溶性肽。而大豆肽蛋白飼料中的肽含量應(yīng)指分子量小于2000Da的寡肽(含2~20個(gè)氨基酸),寡肽含量指標(biāo)才能真實(shí)反映大豆肽蛋白飼料的品質(zhì)。此外,分子量分布是肽產(chǎn)品的重要特性指標(biāo),直接反映產(chǎn)品中不同分子量肽的構(gòu)成特征。由于技術(shù)手段不足,目前市場(chǎng)中大豆肽蛋白飼料中大豆肽的質(zhì)量大部分都大于2000Da,分子質(zhì)量偏大,直接影響水產(chǎn)生物的生理狀態(tài)和生長(zhǎng)性能。
4.3大豆肽添加量的限制因素
影響大豆肽蛋白添加量的因素主要有3點(diǎn):
(1)抗?fàn)I養(yǎng)因子。Huisman指出抗?fàn)I養(yǎng)因子主要影響動(dòng)物對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)成分的利用,從而降低其生長(zhǎng)速率和健康水平。往水產(chǎn)飼料中添加過(guò)多大豆肽蛋白往往容易造成飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子過(guò)量,從而導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物的不良生長(zhǎng)狀態(tài)。
(2)氨基酸組成。大豆肽蛋白與魚(yú)粉相比,雖然大豆肽蛋白中的粗蛋白含量豐富,甚至高于魚(yú)粉,但是某些必需氨基酸的缺失,氨基酸的不平衡往往容易導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物生產(chǎn)性能的降低。
(3)適口性。適口性是影響大豆肽蛋白在飼料中添加量的主要因素之一,與魚(yú)粉相比,大豆肽蛋白的適口性就比較差,因?yàn)榇蠖闺牡鞍字泻袝?huì)抑制水生動(dòng)物食欲的抗?fàn)I養(yǎng)因子,隨著大豆肽蛋白含量的增加,必然導(dǎo)致水生動(dòng)物的攝食量減少。
5大豆肽蛋白飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景
隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖集約化的蓬勃發(fā)展,作為水產(chǎn)飼料主要蛋白源的魚(yú)粉供應(yīng)日益緊張,價(jià)格逐年攀升。同時(shí)我國(guó)年產(chǎn)豆粕可達(dá)430萬(wàn)t以上,由于豆粕資源豐富,相對(duì)于魚(yú)粉來(lái)講價(jià)格低廉,但豆粕含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子及蛋白質(zhì)的種類和結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響水產(chǎn)動(dòng)物吸收利用,限制了它在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步,通過(guò)高科技去除或鈍化豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子并將豆粕蛋白轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)動(dòng)物易消化吸收的肽成分成為了可能。研究表明,大豆肽蛋白具有較高的生理功能如提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力、有助于提高飼料中蛋白源的利用效率、提高水產(chǎn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能等,而且在減輕富含蛋白養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物引起的環(huán)境污染,對(duì)凈化養(yǎng)殖環(huán)境及節(jié)能減排意義重大。同時(shí),提高養(yǎng)殖動(dòng)物免疫力有助于減少養(yǎng)殖中漁藥使用量,提高動(dòng)物食品的安全性起到有益的作用,社會(huì)效益十分可觀,具有廣闊的應(yīng)用前景。
作者:黃薇 單位:福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室