1发酵粕类蛋白质饲料产生的背景
    近年来,饲料资源制约逐渐成为中国饲料行业甚至畜牧生产发展的瓶颈。目前,中国饲料粮约占粮食总产量的35%,预计到2020和2030年,比重将分别达到45%和50%(方天堃,2003),但粮食预期年增量只有1%左右,饲料粮缺口在所难免,其中优质蛋白质饲料资源将更加紧张。据齐广海等(2002)预测,到2020年,中国蛋白质饲料的供需缺口将达到4800万t,而目前中国大豆和鱼粉等优质蛋白质饲料对进口的依存度已超过70%。因此,提高中国现有蛋白质饲料资源利用率是缓解这一矛盾的关键环节。中国应用最广泛的蛋白质饲料主要有豆粕、菜粕、棉粕和鱼粉。鱼粉由于其资源性特点和产地集中性的特点,随着自然环境恶化、过度捕捞导致渔业资源破坏、产地分布及国际市场的垄断,鱼粉价格居高不下已成为养殖业成本的巨大负担。

 而植物性蛋白质饲料在中国资源丰富,产量巨大。因此如何改善植物性蛋白质饲料的利用率和饲喂效果将成为养殖业关心的大问题。
2  豆、菜、棉粕饲料的营养特点
2.1营养价值
    豆粕为大豆榨油的副产物,含有丰富蛋白质,氨基酸分布合理,是动物日粮中常用的植物性蛋白质原料。豆饼粕的粗蛋白质含量高达442%,是制备畜禽精饲料的基本原料,且富含多种氨基酸,尤其是其他植物性饲料容易缺乏的赖氨酸,含量高达2.68%(表1)。


菜籽粕营养价值如表1,粗蛋白质含量为38.6%,与豆粕相比低12.7%,且消化率较低。粗纤维含量为11.8%,赖氨酸含量为1.3%,精氨酸为1.83%,两者之比优于棉籽饼粕。菜籽饼粕中磷含量较其他饼粕类饲料高,为10%左右,但有效磷含量不高(罗有文等,2006)。
    棉籽饼粕中的粗蛋白质含量为43.5%,与豆粕相当。粗纤维含量随脱壳程度的不同而异,一般在10%~14%。棉籽粕中赖氨酸含量较低,为197%,只有豆粕的66.8%;而精氨酸含量高达4.65%,是菜籽饼粕的2.5倍,赖氨酸和精氨酸含量之比远远超过了100120的理想比值。棉籽饼粕富含泛酸、硫胺素和VE等,磷含量1%左右(罗有文等,2006)。总之,豆、菜、棉粕因为其粗蛋白质含量高,容易被动物消化吸收,是动物饲料较理想的植物性蛋白质饲料。但由于其粗纤维含量较高、氨基酸组成不如动物源性蛋白质饲料理想,且含有不同的抗营养因子,对动物生理和生产性能都会造成不同程度的影响。
    因此,微生物发酵是改善粕类蛋白质饲料质量,挖掘植物性蛋白质饲料深层次利用潜能的有效途径。
2. 2  抗营养因子
    Huisman 等( 1990) 指出, 抗营养因子的作用主要表现为降低饲料中营养物质的利用率、动物的生长速度和动物的健康水平。饲料中对营养物质的消化、吸收和利用产生不利影响的物质及影响畜禽健康和生产能力的物质,统称为抗营养因子。豆、菜、棉粕中抗营养因子主要有胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素、胃胀气因子、抗原蛋白、植酸、单宁、芥子碱、硫苷、棉酚及环丙烯类脂肪酸。
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种,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别为1.4%和0.6%(张建云等,2009)。TI是一种抑制蛋白质消化的物质,它的作用是抑制胰蛋白酶、胃蛋白酶的活性,促进胰腺分泌,使胰腺肿大,由于胰腺分泌的增加,胰腺机能亢进,造成必需氨基酸内源性损失,从而阻碍动物生长(郭顺堂等,2002)。
2. 2. 2  植物凝集素
    植物凝集素( SBA) 是一种能凝集动物和人红细胞的蛋白质,又称植物红细胞凝集素。它主要以糖蛋白形式存在于豆科植物种子中,其主要作用是对免疫系统和器官具有一定的毒害作用,对肠道产生的免疫球蛋白具有显著的颉颃作用,也能影响畜禽的生产性能;它也是一种抑制蛋白质消化的物质(郭顺堂等,2002)。
2. 2. 3  胃胀气因子
    棉子糖和水苏四糖是造成动物胃肠道胀气反应的主要原因(张玲华等,2005);它们属于半乳糖苷类物质,一般在豆粕中含量约为5%,以水苏糖含量较高。人和动物肠道中缺乏分解二者的酶,当其进入大肠后,被肠道微生物发酵,产生大量二氧化碳、氢和少量甲烷,从而引起肠道胀气,并导至腹痛、腹泻和肠鸣等(张建云等,2009)。
2. 2. 4  抗原蛋白
    抗原蛋白主要指大豆中的球蛋白。大豆球蛋白约占大豆蛋白的90%左右;根据免疫学的分析,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),且它们是大豆蛋白中主要的抗原成分;根据超速离心分析,7S组分主要是伴大豆球蛋白,而11S组分主要是大豆球蛋白,因此常把伴大豆球蛋白称7S球蛋白,大豆球蛋白称11S球蛋白(韩鹏飞等,2009)。大豆抗原蛋白主要引起仔猪(特别是断奶仔猪)的过敏反应,并表现为腹泻、肠绒毛萎缩、腺窝细胞增生、黏膜双糖分解酶的数量及活性降低、肠道吸收功能降低等(Li等,1991)。
2. 2. 5  植酸
    植酸通常以其钙、镁复盐的形式普遍存在于豆科、油科类植物种子中。植酸具有很强的螯合能力,在消化道中能结合二价和三价金属离子(如钙、锌、镁、铁、铜等),影响这些矿物元素的吸收(罗有文等,2006);它还能与蛋白质结合降低其溶解性,影响蛋白质的生理功能,或与酶结合抑制其活性。这些酶包括淀粉酶、胰酶和胃蛋白酶(郭顺堂等,2002)。
2. 2. 6  单宁
    单宁亦称鞣酸, 为水溶性酚类化合物,主要存在于豆科、油科类植物籽实中。单宁在对动物生产的影响表现在:具有涩味,降低饲料适口性和动物采食量;与日粮中的蛋白质结合,降低蛋白质消化率;与肠道消化酶结合,抑制酶的活性;与钙、镁、锌、铁、铜等金属离子络合,降低矿物质元素的吸收和利用;单宁具有收敛性,降低肠道上皮的通透性,减弱肠道的运动机能,导致肠道吸收养分量减少和便秘。
2. 2. 7  芥子碱
    芥子碱( sinapine) 广泛存在于十字花科植物中,在粕类饲料中主要存在于菜籽粕中。菜籽粕芥子碱含量1%~1.5%。芥子碱是芥子酸(sinapic)和胆碱(choline)作用生成的酯类物质,称为4羟基3,5二甲氧基苯丙烯胆碱酯,分子式为C6H25O6N,能溶于水,易发生非酸催化的水解反应,生成芥子酸和胆碱。芥子碱是菜籽粕产生苦味的主要原因之一,会导致适口性不良(金晶等,2009)。此外,芥子碱还与腥味蛋的产生有关(罗有文等,2006)。
2. 2. 8  硫代葡萄糖苷及其降解产物
    硫代葡萄糖苷(β-thioglucoside Nhy droxysulfates glucosinolate,GS)简称硫苷,是十字花科植物中一组富含氮硫的阴离子次生代谢物质,在粕类饲料中主要存在于菜籽粕饲料中。硫苷的毒性主要来自于其降解产物噁唑烷硫酮(oxazolidinethione,OZT)、异硫氰酸酯(ITC)、硫氰酸盐和氰等,其毒性作用表现为:OZT具有抗甲状腺作用,抑制甲状腺中碘和甲状腺结合,阻止甲状腺激素的生成;异硫氰酸盐和硫氰酸盐都具有强烈的刺激性和穿透性,长期饲喂含硫氰酸盐的饲料,易对动物的消化道黏膜产生强烈的刺激和损伤,长期积累会抑制动物生长,同时也具有抗甲状腺作用;ITC具有辛辣味,影响饲料适口性,使动物采食量降低;氰的毒性作用与氢氰酸相似,可引起细胞内窒息而导致机体缺氧,还可引起肝脏、肾脏肿大,并抑制动物生长。
2. 2. 9  棉酚
   棉酚是锦葵科植物棉类植物所特有的多酚类物质,棉粕中棉酚含量为0.15%~l.80%,按其存在形式可分为游离棉酚(FC)和结合棉酚(BG)两种。游离棉酚分子结构中的活性基团(醛基与羧基)对动物毒性较大。结合棉酚在动物消化道内不被动物吸收,毒性很小。但结合棉酚在动物体可能由结合态转化为游离态,继而对动物体产生毒性(侯红利等,2005)。棉酚的毒性和危害主要表现为:是细胞、血管和神经毒物;可与许多功能蛋白质和一些重要的酶结合,使它们丧失活性;可与铁离子结合,从而干扰血红蛋白合成,引起缺铁性贫血;破坏雄性动物睾丸生精上皮,导致精子畸形、死亡,甚至无精子影响繁殖机能;降低蛋白质和氨基酸的吸收利用率;抑制消化酶的活性,从而影响整个消化过程,使动物对饲料的利用率下降;影响禽蛋品质。

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