1發(fā)酵粕類蛋白質(zhì)飼料產(chǎn)生的背景
    近年來,飼料資源制約逐漸成為中國飼料行業(yè)甚至畜牧生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。目前,中國飼料糧約占糧食總產(chǎn)量的35%,預(yù)計(jì)到2020和2030年,比重將分別達(dá)到45%和50%(方天堃,2003),但糧食預(yù)期年增量只有1%左右,飼料糧缺口在所難免,其中優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料資源將更加緊張。據(jù)齊廣海等(2002)預(yù)測,到2020年,中國蛋白質(zhì)飼料的供需缺口將達(dá)到4800萬t,而目前中國大豆和魚粉等優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料對進(jìn)口的依存度已超過70%。因此,提高中國現(xiàn)有蛋白質(zhì)飼料資源利用率是緩解這一矛盾的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國應(yīng)用最廣泛的蛋白質(zhì)飼料主要有豆粕、菜粕、棉粕和魚粉。魚粉由于其資源性特點(diǎn)和產(chǎn)地集中性的特點(diǎn),隨著自然環(huán)境惡化、過度捕撈導(dǎo)致漁業(yè)資源破壞、產(chǎn)地分布及國際市場的壟斷,魚粉價(jià)格居高不下已成為養(yǎng)殖業(yè)成本的巨大負(fù)擔(dān)。

 而植物性蛋白質(zhì)飼料在中國資源豐富,產(chǎn)量巨大。因此如何改善植物性蛋白質(zhì)飼料的利用率和飼喂效果將成為養(yǎng)殖業(yè)關(guān)心的大問題。
2  豆、菜、棉粕飼料的營養(yǎng)特點(diǎn)
2.1營養(yǎng)價(jià)值
    豆粕為大豆榨油的副產(chǎn)物,含有豐富蛋白質(zhì),氨基酸分布合理,是動(dòng)物日糧中常用的植物性蛋白質(zhì)原料。豆餅粕的粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)442%,是制備畜禽精飼料的基本原料,且富含多種氨基酸,尤其是其他植物性飼料容易缺乏的賴氨酸,含量高達(dá)2.68%(表1)。


菜籽粕營養(yǎng)價(jià)值如表1,粗蛋白質(zhì)含量為38.6%,與豆粕相比低12.7%,且消化率較低。粗纖維含量為11.8%,賴氨酸含量為1.3%,精氨酸為1.83%,兩者之比優(yōu)于棉籽餅粕。菜籽餅粕中磷含量較其他餅粕類飼料高,為10%左右,但有效磷含量不高(羅有文等,2006)。
    棉籽餅粕中的粗蛋白質(zhì)含量為43.5%,與豆粕相當(dāng)。粗纖維含量隨脫殼程度的不同而異,一般在10%~14%。棉籽粕中賴氨酸含量較低,為197%,只有豆粕的66.8%;而精氨酸含量高達(dá)4.65%,是菜籽餅粕的2.5倍,賴氨酸和精氨酸含量之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了100120的理想比值。棉籽餅粕富含泛酸、硫胺素和VE等,磷含量1%左右(羅有文等,2006)�？傊�,豆、菜、棉粕因?yàn)槠浯值鞍踪|(zhì)含量高,容易被動(dòng)物消化吸收,是動(dòng)物飼料較理想的植物性蛋白質(zhì)飼料。但由于其粗纖維含量較高、氨基酸組成不如動(dòng)物源性蛋白質(zhì)飼料理想,且含有不同的抗?fàn)I養(yǎng)因子,對動(dòng)物生理和生產(chǎn)性能都會造成不同程度的影響。
    因此,微生物發(fā)酵是改善粕類蛋白質(zhì)飼料質(zhì)量,挖掘植物性蛋白質(zhì)飼料深層次利用潛能的有效途徑。
2. 2  抗?fàn)I養(yǎng)因子
    Huisman 等( 1990) 指出, 抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用主要表現(xiàn)為降低飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的利用率、動(dòng)物的生長速度和動(dòng)物的健康水平。飼料中對營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和利用產(chǎn)生不利影響的物質(zhì)及影響畜禽健康和生產(chǎn)能力的物質(zhì),統(tǒng)稱為抗?fàn)I養(yǎng)因子。豆、菜、棉粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子主要有胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素、胃脹氣因子、抗原蛋白、植酸、單寧、芥子堿、硫苷、棉酚及環(huán)丙烯類脂肪酸。
2. 2. 1  胰蛋白酶抑制因子
    胰蛋白酶抑制因子(trypsinInhibitor,TI)主要有2種,即Kunitz胰蛋白酶抑制因子(Kunitztrypsininhibitor,KTI)和BowmanBirk胰蛋白酶抑制因子(BowmanBirkinhibitor,BBI)。大豆中Kunitz和BowmanBirk胰蛋白酶抑制因子的平均含量分別為1.4%和0.6%(張建云等,2009)。TI是一種抑制蛋白質(zhì)消化的物質(zhì),它的作用是抑制胰蛋白酶、胃蛋白酶的活性,促進(jìn)胰腺分泌,使胰腺腫大,由于胰腺分泌的增加,胰腺機(jī)能亢進(jìn),造成必需氨基酸內(nèi)源性損失,從而阻礙動(dòng)物生長(郭順堂等,2002)。
2. 2. 2  植物凝集素
    植物凝集素( SBA) 是一種能凝集動(dòng)物和人紅細(xì)胞的蛋白質(zhì),又稱植物紅細(xì)胞凝集素。它主要以糖蛋白形式存在于豆科植物種子中,其主要作用是對免疫系統(tǒng)和器官具有一定的毒害作用,對腸道產(chǎn)生的免疫球蛋白具有顯著的頡頏作用,也能影響畜禽的生產(chǎn)性能;它也是一種抑制蛋白質(zhì)消化的物質(zhì)(郭順堂等,2002)。
2. 2. 3  胃脹氣因子
    棉子糖和水蘇四糖是造成動(dòng)物胃腸道脹氣反應(yīng)的主要原因(張玲華等,2005);它們屬于半乳糖苷類物質(zhì),一般在豆粕中含量約為5%,以水蘇糖含量較高。人和動(dòng)物腸道中缺乏分解二者的酶,當(dāng)其進(jìn)入大腸后,被腸道微生物發(fā)酵,產(chǎn)生大量二氧化碳、氫和少量甲烷,從而引起腸道脹氣,并導(dǎo)至腹痛、腹瀉和腸鳴等(張建云等,2009)。
2. 2. 4  抗原蛋白
    抗原蛋白主要指大豆中的球蛋白。大豆球蛋白約占大豆蛋白的90%左右;根據(jù)免疫學(xué)的分析,球蛋白又可分大豆球蛋白(glycinin)、伴大豆球蛋白(conglycinin)、伴大豆球蛋白(conglycinin)和伴大豆球蛋白(conglycinin),且它們是大豆蛋白中主要的抗原成分;根據(jù)超速離心分析,7S組分主要是伴大豆球蛋白,而11S組分主要是大豆球蛋白,因此常把伴大豆球蛋白稱7S球蛋白,大豆球蛋白稱11S球蛋白(韓鵬飛等,2009)。大豆抗原蛋白主要引起仔豬(特別是斷奶仔豬)的過敏反應(yīng),并表現(xiàn)為腹瀉、腸絨毛萎縮、腺窩細(xì)胞增生、黏膜雙糖分解酶的數(shù)量及活性降低、腸道吸收功能降低等(Li等,1991)。
2. 2. 5  植酸
    植酸通常以其鈣、鎂復(fù)鹽的形式普遍存在于豆科、油科類植物種子中。植酸具有很強(qiáng)的螯合能力,在消化道中能結(jié)合二價(jià)和三價(jià)金屬離子(如鈣、鋅、鎂、鐵、銅等),影響這些礦物元素的吸收(羅有文等,2006);它還能與蛋白質(zhì)結(jié)合降低其溶解性,影響蛋白質(zhì)的生理功能,或與酶結(jié)合抑制其活性。這些酶包括淀粉酶、胰酶和胃蛋白酶(郭順堂等,2002)。
2. 2. 6  單寧
    單寧亦稱鞣酸, 為水溶性酚類化合物,主要存在于豆科、油科類植物籽實(shí)中。單寧在對動(dòng)物生產(chǎn)的影響表現(xiàn)在:具有澀味,降低飼料適口性和動(dòng)物采食量;與日糧中的蛋白質(zhì)結(jié)合,降低蛋白質(zhì)消化率;與腸道消化酶結(jié)合,抑制酶的活性;與鈣、鎂、鋅、鐵、銅等金屬離子絡(luò)合,降低礦物質(zhì)元素的吸收和利用;單寧具有收斂性,降低腸道上皮的通透性,減弱腸道的運(yùn)動(dòng)機(jī)能,導(dǎo)致腸道吸收養(yǎng)分量減少和便秘。
2. 2. 7  芥子堿
    芥子堿( sinapine) 廣泛存在于十字花科植物中,在粕類飼料中主要存在于菜籽粕中。菜籽粕芥子堿含量1%~1.5%。芥子堿是芥子酸(sinapic)和膽堿(choline)作用生成的酯類物質(zhì),稱為4羥基3,5二甲氧基苯丙烯膽堿酯,分子式為C6H25O6N,能溶于水,易發(fā)生非酸催化的水解反應(yīng),生成芥子酸和膽堿。芥子堿是菜籽粕產(chǎn)生苦味的主要原因之一,會導(dǎo)致適口性不良(金晶等,2009)。此外,芥子堿還與腥味蛋的產(chǎn)生有關(guān)(羅有文等,2006)。
2. 2. 8  硫代葡萄糖苷及其降解產(chǎn)物
    硫代葡萄糖苷(β-thioglucoside Nhy droxysulfates glucosinolate,GS)簡稱硫苷,是十字花科植物中一組富含氮硫的陰離子次生代謝物質(zhì),在粕類飼料中主要存在于菜籽粕飼料中。硫苷的毒性主要來自于其降解產(chǎn)物噁唑烷硫酮(oxazolidinethione,OZT)、異硫氰酸酯(ITC)、硫氰酸鹽和氰等,其毒性作用表現(xiàn)為:OZT具有抗甲狀腺作用,抑制甲狀腺中碘和甲狀腺結(jié)合,阻止甲狀腺激素的生成;異硫氰酸鹽和硫氰酸鹽都具有強(qiáng)烈的刺激性和穿透性,長期飼喂含硫氰酸鹽的飼料,易對動(dòng)物的消化道黏膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激和損傷,長期積累會抑制動(dòng)物生長,同時(shí)也具有抗甲狀腺作用;ITC具有辛辣味,影響飼料適口性,使動(dòng)物采食量降低;氰的毒性作用與氫氰酸相似,可引起細(xì)胞內(nèi)窒息而導(dǎo)致機(jī)體缺氧,還可引起肝臟、腎臟腫大,并抑制動(dòng)物生長。
2. 2. 9  棉酚
   棉酚是錦葵科植物棉類植物所特有的多酚類物質(zhì),棉粕中棉酚含量為0.15%~l.80%,按其存在形式可分為游離棉酚(FC)和結(jié)合棉酚(BG)兩種。游離棉酚分子結(jié)構(gòu)中的活性基團(tuán)(醛基與羧基)對動(dòng)物毒性較大。結(jié)合棉酚在動(dòng)物消化道內(nèi)不被動(dòng)物吸收,毒性很小。但結(jié)合棉酚在動(dòng)物體可能由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài),繼而對動(dòng)物體產(chǎn)生毒性(侯紅利等,2005)。棉酚的毒性和危害主要表現(xiàn)為:是細(xì)胞、血管和神經(jīng)毒物;可與許多功能蛋白質(zhì)和一些重要的酶結(jié)合,使它們喪失活性;可與鐵離子結(jié)合,從而干擾血紅蛋白合成,引起缺鐵性貧血;破壞雄性動(dòng)物睪丸生精上皮,導(dǎo)致精子畸形、死亡,甚至無精子影響繁殖機(jī)能;降低蛋白質(zhì)和氨基酸的吸收利用率;抑制消化酶的活性,從而影響整個(gè)消化過程,使動(dòng)物對飼料的利用率下降;影響禽蛋品質(zhì)。

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