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  • 抗营养因子

    抗营养因子(Antinutritional factors)是指饲料中所含的一些对养分的消化、吸收和利用产生不利影响的物质以及影响畜禽健康和生产能力的物质的统称。在很多饲料原料中都存在一些抗营养因子,这些物质对养分的消化、吸收和利用产生不利影响的物质以及影响畜禽健康和生产能力。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 抗营养因子 英文名: antinutritional factor
    性质: 不良生理反应的物质 范畴: 生物学
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    简介/抗营养因子 编辑

    抗营养因子抗营养因子
    抗营养因子的概念不断的变化更新。gontzea和sutzescll(1968)将抗营养因子定义为:植物代谢产生的并以不同机制对动物产生抗营养作用的物质。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。总之,将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以及影响畜禽健康和生产能力的物质,统称为抗营养因子。


    所谓抗营养因子是指一系列具有干扰营养物质消化吸收生物因子。抗营养因子存在与所有的植物性食物中,也就是说,所有的植物都含有抗营养因子,这是植物在进化过程中形成的自我保护物质,起到平衡植物中营养物质的作用。抗营养因子有很多,已知道抗营养因子主要有蛋白酶抑制剂植酸凝集素芥酸棉酚单宁酸、硫苷等。一些抗营养因子对人体健康具有特殊的作用,如大豆异黄酮大豆皂苷等,这些物质在食用过多的情况下,会对人体的营养素吸收产生影响,甚至会造成中毒。

    原理/抗营养因子 编辑

    影响蛋白质的吸收,胰蛋白酶抑制剂的作用较强,它主要存在于豆类植物中,豆类植物中抑制蛋白酶消化的还有皂素、红细胞凝结素等,其中皂素对胃肠道有刺激作用,会导致胃肠道红肿、充血。胰蛋白酶抑制剂可以降低蛋白质的消化率,导致胰脏肿大和生长停滞。其致病原理是:抑制阻碍肠道内蛋白酶的水解作用,造成对蛋白质的消化率下降,产生食欲不振、体重减轻、精子活力降低和呼吸困难等症状。此外,蛋白酶抑制剂可刺激胰腺分泌过多,造成胰腺内源性氨基酸缺乏,影响机体的生长。

    分类及特性/抗营养因子 编辑

    蛋白酶抑制剂

    蛋白酶抑制剂主要存在于豆类、花生等及其饼粕内,也存在于某些谷实类块根、块茎类饲料中。目前在自然界中已经发现有数百种的蛋白酶抑制剂,它们可抑制胰蛋白酶胃蛋白酶糜蛋白酶的活性。 

    胰蛋白酶抑制因子的抗营养作用主要表现在以下两方面:一是与小肠液中胰蛋白酶结合生成无活性的复合物,降低胰蛋白酶的活性,导致蛋白质的消化率和利用率降低;二是引起动物体内蛋白质内源性消耗。因胰蛋白酶与胰蛋白酶抑制剂结合后经粪排出体外而减少,小肠中胰蛋白酶含量下降,刺激了胆囊收缩素分泌量增加,使肠促胰酶肽分泌增多,反馈引起胰腺机能亢进,促使胰腺分泌更多的胰蛋白酶原到肠道中。胰蛋白酶的大量分泌造成了胰腺的增生和肥大,导致消化吸收功能失调和紊乱,严重时还出现腹泻。由于胰蛋白酶中含硫氨基酸特别丰富,故胰蛋白酶大量补偿性分泌,导致了体内含硫氨基酸的内源性丢失,加剧了由于豆类饼粕含氨基酸短缺而造成的体内氨基酸代谢不平衡,使家禽生长受阻和停滞,甚至发生疾病。 

    植物凝集素

    主要存在于豆类籽粒、花生及其饼粕中。大多数植物凝集素在消化道中不被蛋白酶水解,对糖分子具有高度的亲和性,其分子亚基上的专一位点,可识别并结合红细胞、淋巴细胞或小肠壁表面的特定受体细胞外被多糖糖基,破坏小肠壁刷状缘粘膜结构,使得绒毛产生病变和异常发育,并干扰多种酶(肠激酶碱性磷酸酶麦芽糖酶淀粉酶蔗糖酶谷氨酰基肽基转移酶等)的分泌,导致糖、氨基酸和维生素B12的吸收不良以及离子运转不畅,严重影响和抑制肠道的消化吸收,使动物对蛋白质的利用率下降,生长受阻甚至停滞。由于损伤,肠粘膜上皮通透性增加,使植物凝集素和其他一些肽类以及肠道内有害微生物产生的毒素吸收进入体内,对器官和机体免疫系统产生不良影响。此外,植物凝集素还引起肠内肥大细胞的去颗粒体作用,血管渗透性增加,使血清蛋白渗入肠腔。它还能结合淋巴细胞,从而产生IgG类体液抗凝集素。植物凝集素能影响脂肪代谢,还显著拮抗肠道产生IgA,多数受损伤后的小肠壁表面对肠道内的蛋白水解酶有抗性。

    多酚类化合物

    包括单宁、酚酸、棉酚和芥子碱等,主要存在于谷实类、豆类籽粒、棉菜籽及其饼粕和某些块根饲料中。 

    单宁又称鞣酸,是水溶性多酚类物质,味苦涩,分为具有抗营养作用的缩合单宁和具有毒性作用的可水解单宁。缩合单宁是由植物体内的一些黄酮类化合物缩合而成。高粱和菜籽饼中的单宁均为缩合单宁,它使菜籽饼颜色变黑,产生不良气味,降低动物的采食量。缩合单宁一般不能水解,具有很强极性而能溶于水。单宁以羟基与胰蛋白酶和淀粉酶或其底物(蛋白质碳水化合物)反应,从而降低了蛋白质和碳水化合物的利用率;还通过与胃肠粘膜蛋白质结合,在肠粘膜表面形成不溶性复合物,损害肠壁,干扰某些矿物质(如铁离子)的吸收,影响动物的生长发育。单宁既可与钙、铁和锌等金属离子化合形成沉淀,也可与维生素B12形成络合物而降低它们利用率。 

    酚酸包括对羟基苯甲酸,香草酸香豆素咖啡酸芥子酸丁香酸原儿茶酸绿原酸阿魏酸等。它们的酚基可与蛋白质结合而形成沉淀。 

    棉籽中含有棉酚、棉籽酚、二氨基棉酚等,游离棉酚为棉籽色腺的主要组成色素,属多酚二萘衍生物,是细胞、血管及神经毒素。含活性醛基和活性羟基的游离棉酚的酚基或酚基氧化产物醌基可以和饲料中蛋白氨基酸残基的活性基团(如赖氨酸的ε-氨基、半胱氨酸的巯基)结合生成不溶性复合物,并且还可以与消化道中的蛋白质水解酶结合,抑制其活性,由此降低了蛋白质的利用率。游离棉酚对胃肠粘膜有刺激作用,引起胃肠粘膜发炎和出血,并能增加血管壁的通透性,使血细胞和血浆渗出到外周组织,致受害组织发生血浆性浸润。它还可与蛋白质和铁结合,损害血红蛋白中铁的作用,引起家禽缺铁性贫血。棉酚使机体严重缺钾,能导致低钾麻痹症,肝、肾细胞及血管神经受损,中枢神经活动受抑,心脏骤停或呼吸麻痹。游离棉酚溶于磷脂后,在神经细胞中积累,导致神经细胞的功能发生紊乱。日粮中的游离棉酚浓度高于100mg/kg时,可导致公鸡睾丸严重损伤,抑制成熟的卵泡分泌雌二醇孕酮,造成卵巢萎缩、卵子破裂,严重者可失去排卵功能而丧失繁殖能力,并抑制生长、降低饲料效率,机体的维生素A代谢障碍、发生消化、呼吸、泌尿等粘膜的炎症和变性,甚至导致眼炎和失明。

    植酸

    植酸即肌醇-6-磷酸酯,其磷酸根可与多种金属离子(如Zn2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、Mo2+和Co2+等)螯合成相应的不溶性复合物,形成稳定的植酸盐,而不易被肠道吸收,从而降低了动物体对它们的利用,特别是植酸锌几乎不为畜禽所吸收,若钙含量过高,形成植酸钙锌,更降低了锌的生物利用率。植酸广泛存在于植物体内,在禾谷籽实的外层(如麦麸米糠)中含量尤其高;豆类、棉籽、油菜籽及其饼粕中也含有植酸。植酸可结合蛋白质的碱性残基,抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶的活性,导致蛋白质的利用率下降。植酸盐还能与内源淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶结合而降低它们的活性,使整个日粮的消化受到影响。常用植物性饲料中的磷大约有2/3是以植酸磷的形式存在的,因家禽的消化道中缺乏植酸酶,而不能利用它们。

    抗维生素

    抗维生素的化学本质和结构有多种类型。根据抗营养作用机理,可将抗维生素因子分为两种类型,一种是通过破坏维生素的生物学活性,而降低其效价。如抗维生素A(脂氧化酶),它能催化某些不饱和脂肪酸为过氧化合物,过氧化物又将脂肪中的VA、VD和VE等脂溶性维生素及胡萝卜素破坏。过氧化物与大豆中凝集素的形成有关,使维生素B12的消耗量增加,因此长期饲喂全脂大豆的动物易发生维生素缺乏症,肉鸡的反应最为敏感。同时脂肪氧化酶与脂肪反应生成的较多的乙醛,使破碎后的大豆带豆腥味,严重影响大豆的适口性。抗维生素B1(硫胺素酶)可以分解维生素B1;抗维生素B6可以与维生素磷酸化,生成磷酸吡哆醛结合物而使其失活。另一种是化学结构与某种维生素相似,在体内代谢过程中对该维生素构成竞争性抑制,由此干扰机体对该维生素的利用,而导致该维生素缺乏。如抗维生素K因子(双香豆素),它与维生素K的结构非常相似,在体内与维生素K发生竞争性拮抗,干扰了机体对维生素K的利用,使凝血机制发生障碍。

    非淀粉多糖

    谷实类籽粒细胞壁主要由非淀粉多糖组成。非淀粉多糖是除淀粉以外的多糖类物质,有戊聚糖β-葡聚糖果胶、葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖、鼠李半乳糖醛酸聚糖、阿拉伯糖半乳聚糖阿拉伯半乳聚糖等,它们抗营养作用的主要原因是溶于水后具有的高度粘性。家禽采食后,增加了肠道食糜的粘度,由于体内不能产生降解它们的酶类,降低了胃肠道运动对食糜的混合效率,从而影响消化酶与底物接触和消化产物向小肠上皮绒毛渗透扩散,阻碍酶对饲料的消化和养分的吸收。非淀粉多糖还可与消化酶或消化酶活性所需的其它成分(如胆汁酸和无机离子)结合而影响消化酶的活性。另外,引起肠粘膜形态和功能的变化,导致雏禽胰腺肿大。由于非淀粉多糖是细胞壁的组成成分,不能被消化酶水解,大分子消化酶也不能通过细胞壁进入细胞内,因而对细胞内容物形成一种包被结构,使得内容物不能被充分利用。 

    糖苷

    油菜芥菜及其其他十字花科植物及油饼中含有的抗营养因子以硫葡萄糖苷(芥子苷)为主,通常以钾盐形式存在,本身无毒,在芥子水解酶的作用下,产生有毒的噁唑烷硫酮(OZT)、异硫氰酸酯(ITC)和硫氰酸酯等。噁唑烷硫酮影响机体对碘的利用,阻碍甲状腺素的合成,引起腺垂体的促甲状腺素分泌增加,导致甲状腺肿大,同时还影响肾上腺皮质脑垂体,使肝脏功能受损,引起新陈代谢紊乱,影响蛋白质、氨基酸的生物合成,造血功能下降和贫血。此外还抑制生殖系统发育,破坏繁殖机能,使蛋的保存品质下降,不同程度地影响家禽的生长发育,甚者导致中毒死亡。异硫氰酸酯有辛辣味,长期或大量饲喂会引起肠炎。

    高粱、小麦和豌豆中含有氰糖苷,其分解产物氢氰酸可以麻痹呼吸系统,妨碍组织代谢并破坏组织细胞。

    皂苷属于五环三萜烯化合物,广泛存在于植物之中,在苜蓿、大豆、花生、羽扇豆甜菜、油菜和莜麦(裸燕麦)等中均含有各自的皂苷,豆科植物中的皂苷含量较低。苜蓿皂苷味苦,能影响单胃动物的采食量,抑制消化酶和代谢酶,并可与锌形成不可溶的络合物,此外还具有溶血作用。 

    其他抗营养因子

    生物碱、致佝偻病因子、芥子碱、脲酶等在机体内均产生抗营养效应。

    羽扇豆、马铃薯等含有糖基生物碱,其中主要是茄蛋白酶,它可引起动物肠道和神经功能紊乱。 

    致佝偻病因子干扰骨骼钙化,生大豆中含量约为0.1%。 

    油菜、芥菜、其他十字花科植物及油饼中含有能导致精子不成熟,引起生殖功能障碍的芥酸,饲喂时应作处理或限制用量在5%以内。芥子碱是芥酸的胆碱酯,有苦味,影响菜籽饼的适口性,缺乏三甲胺氧化酶的褐壳系蛋鸡采食芥子碱后,芥子碱在肠道内转变的三甲胺不能被继续氧化而沉积于蛋中,使鸡蛋出现鱼腥味。

    生大豆中的脲酶在适宜的水分、温度和pH值条件下被激活,将含氮化合物分解成氨,降低蛋白质、非蛋白氮的利用率,产生的大量氨气可引起动物中毒。大豆蛋白本身的抗原性也会影响饲料报酬和饲料的利用率,动物饲喂生大豆饼粕会引起血清中抗大豆球蛋白抗体(IgG)的含量升高,日增重下降。 

    马铃薯发芽产生的有毒性的龙葵素,可降低禽的产蛋量,形成软壳蛋,严重者因呼吸麻痹而死亡。 

    银合欢叶粉是家禽日粮中的色素来源,其中含羞草素为有毒的非蛋白质氨基酸,其代谢产物3,4-二羟吡啶(DHP),容易引发机体的甲状腺肿大。在日粮中的添加量应小于5%。 

    此外,某些块根饲料中的胃肠气胀因子可干扰胃肠功能。一些新鲜的饲草中,常含有毒性的生物碱、光敏毒素等。

    对抗方法/抗营养因子 编辑

    消除或灭活饲料中抗营养因子的目的是为了提高饲料营养物质的消化率或生物利用率,消除抗营养因子对动物机体所产生的不良的生理生化作用,提高动物的生产性能和健康水平。抗营养因子活性的钝化或消除方法主要包括如下几个方面:物理加工、化学处理、生物技术等。有些抗营养因子经处理后,可明显改善饲料的饲用价值;有些抗营养因子用多种方法处理均有效,某些处理方法对饲料营养或适口性造成影响;而有些处理方法不仅能灭活或消除抗营养因子,而且可以改善饲料其它方面的品质;有些处理方法对多种抗营养因子的消除均有效,但有些抗营养因子至今仍无有效的消除方法。

    物理方法

    1、加热 

    有干热法的烘烤、微波辐射和红外辐射等,湿热法的蒸煮、热压和挤压等。几种方法可以结合使用,如浸泡蒸煮、加压烘烤、加压蒸汽处理和膨化等。通过微波磁场(波长1~2nm)使原料中的极性分子(水分子)震荡,将电磁能转化为热能,从而灭活饲料(如大豆和花生饼粕等)中的蛋白质毒素和抗营养因子。处理效果与原料中水分的含量和处理时间相关。水分低,则胰蛋白酶抑制因子的残留量高;一般加热15min,胰蛋白酶抑制因子的活性可降低90%。 

    2、机械加工 

    非淀粉多糖、单宁、木质素和植酸等抗营养因子主要集中于禾谷籽实的表皮层,通过机械加工进行去壳处理,可以大大减少它们的抗营养作用。用此法可除去高粱和蚕豆的种皮而除去大部分单宁。 

    3、水浸泡法 

    利用某些抗营养因子溶于水的性质将其除去。缩合单宁溶于水,将高粱用水浸泡再煮沸可除去70%的单宁。麦类中的非淀粉多糖也可以通过水浸泡,以更多地除去抗营养因子,但是此法易引起营养物质,如可溶性蛋白质和维生素的损失,因而很少采用。将豆类籽实浸泡在水(或盐水、碱水)中煮一定时间(10~20min)晾干后,虽蚕豆和豌豆中的胰蛋白酶抑制因子和植物凝集素全部被灭活,但同时饲料中部分养分也随之丢失。

    化学钝化法

    在饲料中加入一定量的某种化学物质,并在一定条件下处理(反应),使抗营养因子失活或活性降低,达到钝化的目的。 

    以5%~6%的尿素+10%~20%水在常温下处理生大豆20~30天,可破坏其中胰蛋白酶抑制因子的二硫键,而使其灭活;尿素水解生成NH3和OH-,它们可使胰蛋白酶抑制因子的二硫键断裂,所生成的游离巯基与其他基团重新结合为无活性的分子基团,从而使胰蛋白酶抑制因子失去活性。也可以用亚硫酸钠、半胱氨酸以及H2O2+CuSO4来进行处理。

    硫葡萄糖苷的水解产物可用硫酸铜灭活,其他金属如铁、镍、锌的盐类也能去除硫葡萄糖苷的水解产物。硫酸亚铁中的亚铁离子则能与游离棉酚结合,使之失去活性。

    用1%硫酸亚铁处理菜籽粕可显著减轻采食所至肉仔鸡的甲状腺肿大,提高了日增重和饲料效率。在棉籽饼中按照棉酚重量添加1:1的硫酸亚铁(亦可在每100kg棉籽饼中添加1kg硫酸亚铁),降低棉酚的毒性;采用限制喂量和间歇饲喂,并补充青绿饲料或添加多维也可减少棉酚的负面效应。此外还可以用碱法、生物发酵等法对棉籽饼进行脱毒处理。

    饲料中加入适量的蛋氨酸或胆碱作为甲基供体,可促单宁甲基化作用后使其经代谢排出体外;或加入聚乙烯吡哆酮、吐温80、聚乙二醇等非离子型化合物,可与单宁形成络合物,从而避免单宁与饲料中的蛋白质和动物体内的内源性蛋白质结合,提高饲料利用率。酸碱处理对降低某些抗营养因子也有效。

    在使用化学钝化法时,应根据饲料原料的情况合理选用化学钝化剂,严格控制用量,避免其残留对动物体产生毒副作用。

    生物学方法

    1、酶水解法

    将粉碎的谷粒或糠麸在热水中浸泡,通过饲料中内源性植酸酶、戊聚糖酶对相应底物的作用,既可消除其抗营养作用,而且生成的盐和非淀粉多糖分解成的小分子聚合物能作为底物被利用,提高了营养价值。

    添加外源性酶制剂也可获得同样的效果,外源性酶制剂不仅可以补充、保持动物体内的酶活性,维持动物对酶的需求,提高饲料利用率,而且还可以灭活和钝化饲料中的抗营养因子。利用分离霉菌可以使生大豆中的蛋白酶抑制剂KTI和BBI失活。饲料中加入适量植酸酶,即可使植酸对金属离子的螯合作用消除,又可使植酸生成磷酸盐被动物吸收利用。

    饲料中添加的酶制剂有单一酶制剂和复合酶制剂。植酸酶是应用最广泛的单一酶制剂。添加植酸酶可降低蛋鸡日粮中无机磷的添加量,增加钙、镁、磷等在体内的沉积。复合酶制剂是由一种或几种酶制剂为主体,加上其它单一酶制剂混合而成的,可以同时降解多种需要降解的底物(抗营养因子或营养成分),能最大限度的提高饲料的营养价值。由β-葡聚糖酶、果胶酶、阿拉伯木聚糖酶、甘露聚糖酶、纤维素酶组成的非淀粉多糖酶就能对多种饲料起作用,可以根据原料的不同来选择合适的复合酶。例如,大麦(燕麦)-豆粕型饲粮添加以β-葡聚糖酶和果胶酶为主,辅以纤维素酶和α-半乳糖苷酶的复合酶,可以提高饲料养分的利用率。添加β-葡聚糖酶能提高大麦+豆粕日粮的粗蛋白、能量和大部分氨基酸的消化率;也能提高小麦+豆粕日粮的能量消化率。而在含有米糠、麦麸和次粉的日粮中则考虑添加具有阿拉伯木聚糖酶的酶制剂。

    2、微生物法

    利用微生物的发酵可以对银合欢中的含羞草素、饲料中的亚硝酸盐、游离棉酚、羽扇豆中的生物碱、苜蓿中的皂甙、草木樨中的双香豆素等进行消除处理。一些细菌和真菌可消除硫葡萄糖甙及其降解产物的抗营养作用。

    3、萌发处理

    有些植物性饲料类的抗营养因子(蛋白酶抑制因子、凝集单宁等)的作用在于保护籽实免遭微生物、昆虫、鸟类及其他天敌的破坏。种子萌发后,抗营养因子被内源酶破坏。Tan-Wilson等(1982)报道,在萌发的第13天时,子叶中的胰蛋白酶抑制因子BBI活性降到0。另有报道植物凝集素在萌发的第4天活性降低90%。因此萌发处理可借助内源酶的作用消除抗营养因子的负面影响。

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