González-Vega J C， Kim B G， Htoo J K，Lemme A，Stein H H

（伊利諾斯州立大學(xué)動(dòng)物科學(xué)系，烏爾班納市 61801）

生大豆含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，熱處理能改善大豆和豆粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因?yàn)闊崽幚砟苁沟鞍鬃冃?，破壞蛋白酶抑制因子及生大豆中可能存在的?他 抗 營(yíng) 養(yǎng) 因 子 （Goebel 和 Stein，2011；Purushotham等，2007）。然而，過熱處理會(huì)導(dǎo)致氨基酸被破壞，并產(chǎn)生不能被生物利用的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物（Pahm等，2008）。美拉德反應(yīng)是氨基酸的氨基和還原糖的縮合反應(yīng)，在所有氨基酸中賴氨酸是最易發(fā)生美拉德反應(yīng)的氨基酸，因?yàn)樗幸粋€(gè)暴露在外的ε-氨基，能與還原糖的羧基相結(jié)合（Pahm等，2008）。這個(gè)反應(yīng)的縮合產(chǎn)物轉(zhuǎn)變成希夫堿，經(jīng)葡糖胺重排形成1-胺基-1去氧-2酮糖化合物。1-胺基-1去氧-2酮糖化合物是早期美拉德反應(yīng)不能被測(cè)定的賴氨酸基團(tuán)的主要存在形式（Hurrel和 Carpenter，1981）。過熱處理豆粕會(huì)產(chǎn)生美拉德反應(yīng)高級(jí)產(chǎn)物，如類黑素前體，它能與其他氨基酸反應(yīng)，從而使這些氨基酸不能被生物利用。因此，熱處理的方式和程度能影響豆粕的氨基酸表觀回腸消化率（AID）（Chang 等，1987）。然而，關(guān)于熱處理時(shí)間是如何影響豆粕的氨基酸表觀回腸消化率（AID）和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率（SID）鮮見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)的目的是測(cè)定豆粕熱處理方式和時(shí)間是否會(huì)影響生長(zhǎng)豬的氨基酸表觀回腸消化率和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率。

1 材料和方法

本試驗(yàn)方法通過伊利諾伊大學(xué)試驗(yàn)動(dòng)物保護(hù)委員會(huì)的評(píng)審和批準(zhǔn)。本試驗(yàn)使用的豬為長(zhǎng)白豬（3/4）×大白豬（1/4）的雜交閹公豬。

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物 選擇初始體重為（25.3±2.0）kg的10頭閹公豬。采用Stein等（1998）所述的方法分別在試驗(yàn)豬只的回腸末端安裝一個(gè)T-型瘺管。采用5×5拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將試驗(yàn)豬隨機(jī)分成5個(gè)處理組，采用基于電子數(shù)據(jù)表程序來平衡潛在的殘差效應(yīng)。每個(gè)拉丁方有5種日糧，5個(gè)周期。每只試驗(yàn)豬分別圈養(yǎng)在1.2 m×1.5 m的豬欄里，豬舍內(nèi)安裝空調(diào)。豬欄為全漏縫鋼筋地板，每欄安裝一個(gè)飼喂器和一個(gè)乳頭式飲水器。

1.2 日糧和飼喂方法 常規(guī)去殼豆粕被分成4組，一組不經(jīng)過熱處理，另外3組分別在125℃高壓蒸汽處理15 min，125℃高壓蒸汽處理30 min，125℃烘箱處理30 min（表1）。制定5種日糧配方 （表2和表3）。4組豆粕分別用于一種玉米淀粉-豆粕型日糧配方中，作為該日糧唯一氨基酸來源，另外用無氮日糧來評(píng)估基礎(chǔ)內(nèi)源性蛋白和氨基酸損失量。日糧配方中的維生素和礦物質(zhì)含量滿足或超過目前生長(zhǎng)豬需要量（NRC，1998），所有日糧添加0.4%氧化鉻作標(biāo)記物。

日糧提供3倍維持能量需要量（NRC，1998），在 08∶00 和 17∶00 時(shí)提供同等的日糧。 在每個(gè)試驗(yàn)周期開始時(shí)校正每頭豬的飼料營(yíng)養(yǎng)水平，每頭試驗(yàn)豬進(jìn)行稱重并記錄。整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)豬自由飲水。

1.3 樣品采集 每個(gè)試驗(yàn)周期持續(xù)7 d。其中前5 d為預(yù)試期，第6、7天收集8 h的回腸食糜樣品。用尼龍?jiān)鷰⑺芰洗诏浌苌?，食糜流入塑料袋中被收集起來。每?0 min收集并更換塑料袋，所有食糜樣品保存于-20℃條件下，防止食糜中氨基酸被微生物降解。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，回腸食糜樣品在室溫下解凍，混勻同一頭豬的收集樣品，用于化學(xué)分析?；啬c食糜樣品凍干后碾細(xì)用于化學(xué)分析。

測(cè)定所有試驗(yàn)日糧及食糜樣品干物質(zhì)含量（AOAC 方法 930.15，2007）和粗蛋白質(zhì)含量（AOAC方法990.03，2007）。測(cè)定日糧和豆粕樣品的灰分（AOAC方法942.05，2007）和酸水解乙醚提取物含量（AOAC方法954.02，2007）。分析所有樣品氨基酸組成，用茚三酮柱前衍生，亮氨酸作內(nèi)標(biāo)（日立氨基酸分析儀L8800，日立高新技術(shù)美國(guó)有限公司，普萊森頓，加拿大）。分析之前，樣品用6 mol/L的鹽酸在110℃下水解 24 h（AOAC方法 982.30E，2007）。在水解之前，用冰甲酸氧化過夜，然后進(jìn)行蛋氨酸和半胱氨酸分析，分別以蛋氨酸砜和磺基丙氨酸/半胱氨酸形式計(jì)。硝酸-高氯酸濕灰分樣品制備（AOAC 方法 968.088D，2007）后，測(cè)定日糧和回腸食糜樣品的鉻含量，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測(cè)（AOAC方法990.08，2007）。

表1 熱處理后豆粕的化學(xué)組成

糠氨酸含量分析，用6 mol/L鹽酸水解，用反相高效液相色譜儀梯度洗脫進(jìn)行分析 （0.1%三氟乙酸溶于去離子水作為流動(dòng)相A；0.1%三氟乙酸溶于甲醇溶液作為流動(dòng)相B）。用5個(gè)糠氨酸鹽酸鹽標(biāo)準(zhǔn)物作為外標(biāo)法進(jìn)行定量分析（Neo MPS，Neosystems實(shí)驗(yàn)室，斯特拉斯堡，法國(guó)）。

豆粕的顏色判定用L*值、a*值和b*值來描述（美國(guó)亨特利便攜式測(cè)色儀45/0-L，美國(guó)亨特利公司，萊斯頓，維吉尼亞州），使用Holmer等（2009）所述方法用黑白色卡校準(zhǔn)光譜色度計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 計(jì)算每種豆粕的表觀回腸消化率和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率（Stein等，2007）。用SAS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

由表1可知，所有豆粕的干物質(zhì)、灰分和粗蛋白質(zhì)含量相似，與豆粕的熱處理方式無關(guān)。然而，未經(jīng)熱處理豆粕的精氨酸、賴氨酸和半胱氨酸含量分別為3.64%、3.05%和0.71%，而高壓蒸汽處理15 min的豆粕的含量分別為3.53%、2.83%和0.65%，高壓蒸汽處理30 min的豆粕的含量分別為3.40%、2.69%和0.62%。未經(jīng)熱處理的豆粕賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)比為6.29%，但是高壓蒸汽處理15 min和30 min的豆粕的賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)比分別為5.75%和5.57%。未經(jīng)處理的豆粕、高壓蒸汽處理15 min和30 min的豆粕的L*值分別為 77.7、61.8和 52.5，a*值分別為 3.4、10.0和12.5。這些變化表明，高壓蒸汽處理導(dǎo)致顏色更黑更紅，且能通過樣品感官評(píng)估觀察得到。用烘箱處理的豆粕樣品和未經(jīng)熱處理的樣品的賴氨酸、半胱氨酸、糠氨酸、賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)比、L*和a*值相近。由表3可知，所有日糧配方的干物質(zhì)、灰分和粗蛋白質(zhì)含量相似。添加高壓蒸汽處理30 min的豆粕日糧，其賴氨酸和半胱氨酸濃度分別為1.06%和0.24%，而添加其他處理豆粕的日糧賴氨酸含量為1.17%～1.19%，半胱氨酸含量為0.27%～0.28%。

豆粕的粗蛋白質(zhì)表觀回腸消化率和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率所有氨基酸含量都隨著高壓蒸汽處理時(shí)間的增加而呈線性下降（P＜0.01）（表4和表5）。賴氨酸和天門冬氨酸含量降低的最顯著。雖然烘箱烘干處理的豆粕和未經(jīng)熱處理的豆粕相比，其大多數(shù)氨基酸的表觀回腸消化率和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率在數(shù)值上有降低，但在統(tǒng)計(jì)意義上均不顯著。

3 討論

未經(jīng)熱處理的豆粕營(yíng)養(yǎng)組成和現(xiàn)有報(bào)道一致 （Baker 和 Stein，2009；Cervantes-Pahm 和Stein，2008）。本試驗(yàn)用高壓蒸汽處理豆粕，其賴氨酸和半胱氨酸含量降低，這與Johannes等（2007）的研究結(jié)果一致，其研究報(bào)道，高壓蒸汽處理大豆產(chǎn)品、玉米酒精糟可溶物（DDGS）和未經(jīng)高溫處理的樣品，其賴氨酸和半胱氨酸含量均降低。高壓蒸汽處理的豆粕樣品精氨酸濃度降低，與加熱處理的小麥DDGS數(shù)據(jù)一致，其精氨酸濃度也降低（Cozannet等，2010）。 然而，與 Johannes等（2007）結(jié)果一致，其他氨基酸濃度不受熱處理的影響。研究表明，熱處理蛋白源賴氨酸和半胱氨酸濃度會(huì)降低 （Karr-Lilienthal等，2005；Shirley 和 Parsons，2000）。 這些物質(zhì)減少可能是由于美拉德反應(yīng)，這與高壓蒸汽處理豆粕顏色形成棕色一致。由于賴氨酸ε-氨基和還原糖的羥基發(fā)生反應(yīng)，賴氨酸是受美拉德反應(yīng)影響最大的氨基酸。半胱氨酸含量的降低可能是由于在美拉德反應(yīng)中形成交聯(lián)化合物（Gerrard，2002；VanBarneveld 等，1994a）。

表4 不同處理豆粕飼喂生長(zhǎng)豬的粗蛋白質(zhì)和氨基酸表觀回腸消化率

表5 不同處理豆粕飼喂生長(zhǎng)豬的粗蛋白質(zhì)和氨基酸標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率

未經(jīng)熱處理豆粕的多數(shù)氨基酸標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率與先前的報(bào)道一致 （Goebel和Stein，2011；Kim等，2009；Cervantes-Pahm 和 Stein，2008）。 隨著高壓蒸汽處理時(shí)間的逐漸增加，豆粕中粗蛋白質(zhì)和氨基酸的表觀回腸消化率和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率均降低，這與 Moughan 和 Rutherfurd（1996）的報(bào)道一致，其報(bào)道指出乳糖和酪蛋白日糧經(jīng)121℃高壓蒸汽處理3.5 min，所有氨基酸的消化率降低。Martinez-Amezcua和Parsons（2007）研究發(fā)現(xiàn)，120℃高壓蒸汽處理DDGS 45 min，家禽的氨基酸消化率降低。

美拉德反應(yīng)后期，賴氨酸和其他氨基酸及蛋白質(zhì)中的多肽鏈間會(huì)形成交聯(lián)化合物，可能會(huì)降低蛋白水解酶的效率 （Martinez-Amezcua和Parsons，2007；Moughan 和 Rutherfurd，1996）。 美拉德反應(yīng)期間，deoxyketosyl化合物繼續(xù)形成褐色素或類黑素，這也可能是高壓蒸汽豆粕能看出顏色變化的原因。類黑素可能由于空間位影響吸收，也可能會(huì)降低氨基酸和小肽的消化，最終導(dǎo)致氨基酸標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率降低（Hurrell，1990）。

先前研究表明豬和家禽賴氨酸消化率降低是由于豆粕（Boucher等，2009a；Johannes等，2007）、玉米 DDGS （Boucher等，2009b；Pahm 等，2008）、紫花豌豆 （VanBarneveld 等，1994a、b）、 骨肉粉（Shirley 和 Parsons，2000）和魚粉 （Boucher等，2009）等物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)。100℃烘箱干燥的DDGS賴氨酸含量和消化率降低（Pahm等，2008；Martinez-Amezcua和 Parsons，2007）。 但本試驗(yàn)表明，125℃烘箱干燥30min對(duì)豆粕標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸的影響極小。烘箱干燥對(duì)DDGS和豆粕影響的差異可能是由于DDGS在生產(chǎn)過程中受到了熱應(yīng)激，DDGS中糖的含量比豆粕多（Johannes等，2007）。因此，飼料成分造成熱損傷的溫度讀數(shù)不僅取決于加熱方式和時(shí)間長(zhǎng)短，也受原料本身的影響。的飼料原料本身決定。

高壓蒸汽是結(jié)合壓力、水分、高溫，而烘箱干燥只有熱處理一個(gè)因素。因此，高壓蒸汽對(duì)表觀回腸可消化氨基酸和標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸的影響比烘箱干燥造成的影響大，可能是由于高壓蒸汽有壓力和水分共同作用。高壓條件下氨基酸穩(wěn)定性差，濕度增加時(shí)，氨基酸的氨基團(tuán)和葡萄糖之間的反應(yīng)率增加 （（Qian等，1993；Schwartz和Lea，1952）。美拉德反應(yīng)程度取決于水分活度、溫度、pH、加熱時(shí)間，以及底物的種類和可利用程度 （Jaeger等，2010；Rufián-Henaresetal等，2009）。中間水分含量，溫度超過50℃，pH為4～7時(shí)是美拉德反應(yīng)的最合適條件 （Guerra-Hernandez等，2001）。

棕褐色的形成是美拉德反應(yīng)的指示劑 （類黑素），高壓蒸汽處理的豆粕可見棕褐色。近來研究表明棕色與小麥DDGS標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化賴氨酸的減少相關(guān)（Cozannetetal，2010）。 然而，烘箱干燥的豆粕呈淡黃色，表明沒有形成美拉德反應(yīng)產(chǎn)物（Hurrell，1990）。很有可能是烘箱中水分含量太低而不能形成美拉德反應(yīng)產(chǎn)物。

糠氨酸是伴隨著糠氨酸是葡糖胺化合物經(jīng)酸水解后生成的產(chǎn)物。研究表明酸水解過程中，飼料組成32%的限制性賴氨酸轉(zhuǎn)化為糠氨酸（Pahmetal，2008）。因此，如果可以檢測(cè)飼料組成中糠氨酸含量，通過計(jì)算可能得到總限制性賴氨酸濃度（Pahm等，2008）?？钒彼徇@一過程被廣泛的應(yīng)用在檢測(cè)干燥奶產(chǎn)品熱損傷中 （Gimenez等，2004），這個(gè)過程也被成功用于評(píng)估DDGS熱損傷程度（Cozannet等，2010；Pahm 等，2008）。 研究表明，伴隨著豆粕熱損傷豆粕中糠氨酸濃度增加。本研究發(fā)現(xiàn)糠氨酸可以被用于評(píng)估豆粕熱損傷。

飼料的熱損傷程度也可以通過計(jì)算賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)比值來評(píng)估，因?yàn)闃悠肥軣釗p傷，賴氨酸濃度降低，而蛋白濃度未降低 （Stein等，2009）。隨著高壓蒸汽時(shí)間增加，豆粕中賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)值降低，然而，烘箱干燥豆粕的賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)與未經(jīng)熱處理豆粕相似。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步表明高壓蒸汽樣品可造成熱損傷，而烘箱干燥樣品則不會(huì)造成熱損傷。因此，賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)比值支持利用糠氨酸和顏色判定結(jié)果。賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)降低的研究曾被報(bào)道在受熱損傷的DDGS 中（Stein 等，2009；Cozannet等，2010）。 本次研究發(fā)現(xiàn)豆粕受熱損傷后賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)降低。因此，如果豆粕受熱損傷，計(jì)算賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)是一個(gè)快速、可靠的評(píng)判方法，并且該方法也可被用于豆粕粉碎工廠和飼料廠來評(píng)價(jià)豆粕質(zhì)量。

4 小結(jié)

125℃高壓蒸汽處理為豆粕提供了水和壓力，降低了樣品中精氨酸、賴氨酸、半胱氨酸的濃度和氨基酸表觀回腸消化率和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率。增加高壓蒸汽處理時(shí)間其副作用更大。相比之下，125℃烘箱干燥30 min不會(huì)降低豆粕中氨基酸濃度和消化率。因此，應(yīng)選擇最佳的熱處理方式來防止豆粕的氨基酸消化率降低。顏色、糠氨酸濃度、賴氨酸∶粗蛋白質(zhì)等指標(biāo)可以用來評(píng)估豆粕受熱損傷的程度。

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