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大豆抗营养因子研究进展
中国农业大学动物科技学院／游金明 李德发
摘要：大豆抗营养因子是限制大豆在动物饲料中利用效率的关键因素之一。鉴于对动物生产的重要影响，人们对大豆
抗营养因子进行了广泛的研究并获得了一些进展。文中简要介绍了大豆中存在的抗营养因子，并对几种主要的大豆抗营养因子的作用机理进行了综述，同时对今后的研究方向和重点工作进行了初步的探讨。
关键词：大豆抗营养因子；膜蛋白酶抑制因子；大豆凝集素；大豆寡糖；大豆抗原蛋白
大豆因其蛋白质含量高和氨基酸平衡性好而成为人和动物优秀的植物性蛋白质源（Ｈａｎｃｏｃｋ ｅｔ ａ１．，２０００Ｆｒｉｅｄｍａｎ ａｎｄ Ｂｒａｎｄｏｎ，２００１）。伴随着各国畜牧科技的不断进步和养殖业的快速发展，大豆及其加工制品已在世界饲料原料贸易中占据重要地位。在我国，由于近年来市场需求的迅猛增加，昔日的大豆主产国已一跃成为世界上最大的大豆进口国。据世界粮农组织统计，２００５年我国大豆进口量达到了２６５９万ｔ。
遗憾的是，大豆中含有多种抗营养因子，包括膜蛋白酶抑制因子、凝集素、异黄酮、抗原蛋白、抗维生素因子、单宁、皂甙、脲酶、赖丙氨酸、硫葡萄糖甙和生物碱等（Ｂｉｒｋ，１９８９）。这些抗营养因子通过干扰营养物质的消化吸收、破坏正常的新陈代谢和引起动物不良的生理反应等多种方式危害动物尤其是幼龄动物的生长和健康，从而在一定程度上降低了大豆及大豆制品在动物中的利用。因此如何在当前蛋白质资源极为紧缺的形势下加大对大豆抗营养因子的研究力度、深度和广度，以期在实际生产中降低大豆抗营养因子的负面影响、提高大豆及大豆制品的利
用效率是摆在我们畜牧业科技工作者面前的一个重大课题。自从发现大豆中存在抗营养因子以来，人们就一直试图通过营养学、微生物学、组织学、分子生物学和生物化学等研究方法解释引起大豆在动物体内抗营养作用的可能方式和机理。经过多年的努力，一些大豆抗营养因子的部分机理先后被揭示。
１ 大豆抗营养因子的种类和特性
按照抗营养作用方式的不同，通常将大豆抗营养因子分为以下６类：抑制蛋白质消化和利用的因子，包括胰蛋白酶抑制因子、糜蛋白酶抑制因子和凝集素等；影响碳水化合物消化的因子，包括酚类化合物（单宁）和寡糖等；降低矿物元素利用的因子，如植酸；抗维生素因子，包括抗维生素Ａ、维生素Ｄ、维生素Ｅ和维生素Ｂ
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等因子；剌激免疫系统的抗营养
因子，如致过敏反应蛋白等以及其它一些抗营养因子，包括致甲状腺肿因子、皂甙、异黄酮和生氧糖甙等。其中胰蛋白酶抑制因子、糜蛋白酶抑制因子、凝集素、致甲状腺肿因子及抗维生素因子具有对热敏感的特性，而皂甙、单宁、异黄酮、寡糖、致过敏反
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应蛋白及植酸等对热稳定。制因子的失活程度。实验室采用的酶化学检测方法步骤繁琐、灵敏度不高，而且测定加热过度产品时，结果变异性较大，所以实际生产中很少采用。相比之下，酶联免疫吸附测定法（ＥＬＩＳＡ）灵敏度高、特异性强、准确性好、简便快捷。目前，以ＥＬＩＳＡ检测方法为基础，抗大豆胰蛋白酶抑制因子（ｋｕｎｉｔｚ ｔｒｙｐｓｉｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒ，ＫＴＩ）单克隆抗体检测试剂盒的研制于近年首次在国内获得成功，其检测限可达０．０１ １ｇ／ｍＬ（王冬艳２００３）。ＥＩＩＳＡ检测试剂盒的研制与推广应用，将使一般条件的实验室和生产单位简便快捷地测定出大豆中胰蛋白酶抑制因子的含量，为饲料与食品工业的质量检测提供依据，为优化大豆产品加工工艺参数提供理论指导，为研究大豆胰蛋白酶抑制因子ＫＴＩ的生物学功能与抗营养作用机理提供方便。
２ 大豆抗营养因子的作用机理
２．１ 大豆蛋白酶抑制因子
大豆蛋白酶抑制因子是指能和蛋白酶的必需基因发生化学反应，从而抑制蛋白酶与底物结合，使蛋白酶的活力下降甚至丧失的一类物质。通常所说的蛋白酶抑制因子是指蛋白质类胰蛋白酶抑制因子（Ｔｒｙｐｓｉｎ Ｉｎｈｂｉｔｏｒｓ，ＴＩ）。根据其结构组成可分为库尼兹大豆胰蛋白酶抑制因子（ｋｕｎｉｔｚ ｔｒｙｐｓｉｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒ，Ｋ ＴＩ）和包曼－伯克膜蛋白酶抑制因子（Ｂｏｗｍｍ－Ｂｉｒｋ ｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ，ＢＢＩ）两类，生大豆中含有１．４％的ＫＴＩ和０．６％ＢＢＩ。ＢＢＩ能够对胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶起抑制作用，ＫＴＩ主要对胰蛋白酶有特异性的抑制。因此，ＫＴｌ含量的高低在很大程度上决定了大豆的抗营养作用的强弱。
大豆蛋白酶抑制因子是大豆中的主要抗营养因子之一。生大豆抗营养作用的４０％是由蛋白酶抑制因子引起的。这类抗营养因子能抑制人和动物肠道内胰腺分泌的蛋白水解酶，如膜蛋白酶、糜蛋白酶和弹性蛋白酶等的活性，引起生长停滞、胰腺增生和肥大等（Ｈｕｉｓｍａｎ和Ｊａｎｓｍａｎ，１９９０）。动物采食含蛋白酶抑制因子的日粮会使采食量和日增重下降，饲料转化率降低，其影响程度受到日粮中蛋白酶抑制因子水平的影响。以仔猪为例，当基础日粮中ＫＴＩ的添加水平为２．４ｇ／ｋｇ时，其生长速度比基础日粮组下降１３％；当ＫＩＩ水平添加到７．２ｇ／ｋｇ时，生长速度下降３２％（Ｓｃｈｕｌｚｅ等，１９９３）。此外，肉鸡的生长性能（李素芬等，２０００）和蛋鸡的产蛋率（贺英等，１９９８）也受日粮中大豆蛋白酶抑制因子的不同程度的影响。
多年来，科学家们运用各种可能应用的方法，在大豆蛋白酶抑制因子对畜禽的危害机理，大豆品种间蛋白酶抑制因子变化规律，动物对蛋白酶抑制因子耐受规律以及失活方法等方面进行了深入的研究并有独到的发现，其研究成果尤其是膨化全脂大豆生产技术得到了广泛的应用。但有关大豆蛋白酶抑制因子测定方法方面的研究相对薄弱。目前饲料工业和食品工业还只是用脲酶活性间接表示大豆胰蛋白酶抑
２．２ 大豆凝集素
凝集素是自然界广泛存在的一类能凝集细胞、多糖或糖复合物的非源于免疫反应的糖蛋白（Ｋｏｃｏｕｒｅｋ和Ｈｏｒｅｊｓｉ，１９８３）。人类对凝集素的认识已有１００多年的历史。大豆凝集素（ＳＢＡ）也是大豆中主要的抗营养因子之一，在成熟种子中的含量高达蛋白质总量的１０％左右。日粮中高含量的大豆凝集素对动物生长有较强的抑制作用。这种抑制作用随动物种属、年龄和大豆凝集素剂量等因素而异。一般来说，单胃动物、小鼠、大鼠和雏鸡对大豆凝集素较为敏感，而大豆凝集素对成年反刍动物的生长性能则没有显著影响（李振田等，２００３）。大豆凝集素在进入胃肠道内后其糖蛋白结构能抵抗消化酶的降解作用，并与小肠粘膜上皮细胞结合导致微绒毛萎缩，随后在其受体的介导下内吞入肠上皮细胞后引起蛋白质合成的加快，并促进腺窝细胞的分裂，进而严重影响小肠和相关组织的代谢，这个组织和生理变化过程可能是大豆凝集素造成生长抑制的主要原因。另有研究发现，大豆凝集素与大鼠小肠上皮细胞可以广泛的结合（Ｏｖｔｓｃｈａｒｏｆｆ和Ｉｃｈｅｖ，１９８４：汤树生，２００６）。这种结合改变了大鼠小肠黏膜表面的糖基化模式，增加了某些细菌在肠道表面的附着位点，其原理可能是由于大豆凝集素诱导小肠粘液过度分泌、上皮细胞损失增加、日粮蛋白消化率降低，最终给细菌提供了丰富的营养
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（Ｐｕｓｚｔａｉ，１９９３）。大豆凝集素对内脏器官结构的影响也较显著。大豆凝集素可诱导大鼠胰腺和小肠的增生，同时造成大鼠脾脏和肾脏的退化（藏建军等，２００６），这为解释大豆凝集素抑制动物生长的机理新增加了一个理论依据。
其中Ｇｌｙｃｉｎｉｎ和－ｃｏｎｇｌｙｃｈｉｎ是大豆中免疫原性最
－ｃｏｎｇｌｙｃｈｉｎ主要
强的２种抗原蛋白。ＧＩｙｃｉｎｉｎ和
引起仔猪、等幼龄动物，特别是断奶仔猪的过敏反应。该反应的症状主要表现为腹泻。Ｇｌｙｃｉｎｉｎ和－ｃｏｎｇｌｙｃｈｉｎ引起幼龄动物过敏反应的基本机制为：幼龄动物采食含大豆蛋白质的日粮后，大部分Ｇｌｙｃｉｎｉｎ和
－ｃｏｎｇｌｙｃｈｉｎ被降解为肽和氨基酸，由
－
２．３ 大豆寡糖
大豆寡糖（ｓｏｙ ｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅ）是大豆中一类低聚糖的总称，主要包括蔗糖，棉籽糖，水苏糖以及少量的毛蕊花糖。大豆寡糖在动物体内的生物学作用曾一度引起学者们的争论。最早认为大豆制品中寡糖的存在对人类和其它单胃动物不利，因为大豆寡糖是一种抗营养因子，其被微生物利用后能产生较多的Ｃ０、Ｈ２、ＣＨ２
等气体，从而导致动物胃肠胀气、不４
于幼龄动物肠道发育不成熟，小部分ＧＩｙｃｉｎｉｎ和
ｃｏｎｇｌｙｃｈｉｎ穿过小肠上皮细胞间或上皮细胞内的空隙完整地进入血液和淋巴，刺激肠道免疫组织，产生包括特异性抗原抗体反应和Ｔ淋巴细胞介导的迟发性过敏反应，前者剌激肥大细胞释放组胺，引起上皮细胞通透性增加和黏膜水肿，后者主要引起肠道形态变化。大豆抗原蛋白引起幼龄动物过敏反应的结果将使血清中大豆抗原特异性抗体滴度升高，小肠绒毛萎缩，隐窝细胞增生（Ｌｉ等，１９９０），同时导致消化吸收障碍、生长受阻以及过敏性腹泻（Ｒｉｓｌｅｙ，１９８８）。
关于断奶仔猪腹泻的原因，目前存在２种理论，其中传统理论认为病原微生物是引起断奶仔猪腹泻的根本原因，该理论形成于２０世纪６、７０年代，由以Ｒｉｃｈａｒｄｓ等（１９６１）为代表的兽医学学者提出。与之相左的是，一种新的理论反对把断奶仔猪腹泻的根本原因归结于病原微生物，并认为日粮抗原才是导致断奶仔猪腹泻的先决条件，病原微生物感染只是断奶仔猪断奶后的继发性原因。该理论主要由以Ｍｉｌｌｅｒ等（１９８４）、Ｓｔｏｋｅｓ等（１９８７）和Ｌｉ等（１９９０）为代表的营养学家所倡导。在新仔猪腹泻理论的指导下，利用改善饲料原料抗营养因子的特性来提高饲料的可消化性并促进仔猪（特别是断奶仔猪）的生长和健康已经在实际生产中发挥了极为重要的作用。大豆抗原蛋白对仔猪、犊牛等幼龄动物的过敏反应由来已久，人们对Ｇｌｙｃｉｎｉｎ和
－ｃｏｎｇｌｙｃｉｎｉｎ理化特性、稳定性以及对
适，甚至提高动物胃肠腔渗透压，引起渗出性腹泻（Ｇｕｍｂｍａｎｎ和Ａｕｒｉｃｃｈｉｏ，１９６５Ｒｉｃｈａｒｄｓ等，１９６８Ｃａｌｌｏｗａｙ等，１９６６）。但是，２０世纪９０年代以来，营养学家发现一些非消化性寡糖对动物具有功能性营养作用。其中果寡糖、大豆寡糖、以及甘露寡糖等被认为是化学益生元。其作用机制是寡糖能被有益微生物双歧杆菌利用增殖，而不能为病源菌利用。有益菌的增殖产生代谢产物乳酸和短链脂肪酸，降低肠道ｐＨ值，从而抑制了病原菌的生长，并促进了动物机体的健康，增强了动物的抵抗力（ｓｍｉｒｉｃｋｙ－Ｔｊａｒｄｅｓ，２００２ａ２００２ｂ；２００３）。
近年来，人们对大豆寡糖进行了很多的研究，主要集中于大豆寡糖对养分利用率、肠道微生物区系和肠道代谢产物的影响。研究的结果证实，大豆寡糖发挥抗营养作用或益生元作用是有较强的选择性的。例如日粮中的大豆寡糖在１％以下时可以促进断奶仔猪肠道有益微生物的增殖。但大豆寡糖在１％以上时对断奶仔猪日增重有负效应，且主要发生在断奶后前２周，当大豆寡糖达到２％时，可显著降低断奶仔猪的饲料转化效率（Ｐ＜０．０５），同时提高断奶仔猪的腹泻率（Ｐ＜０．０５）（张丽英等，２０００）。
不同动物的影响进行了广泛的研究。但过去的研究工作还不足以完整地解释大豆抗原蛋白的免疫原性及其致过敏机理。不过，最近抗
－ｃｏｎｇｌｙｃｉｎｉｎ单克
－ｃｏｎｇｌｙｃｉｎｉｎ
２．４ 大豆抗原蛋白
大豆中的抗原蛋白主要包括大豆球蛋白（Ｇｌｙｃｉｉｎ）和３种伴大豆球蛋白（á－ｃｏｎｇｌｙｃｉｎｉｎ、－ｃｏｎｇｌｙｃｈｉｎ和
－ｃｏｎｇｌｙｃｉｎｉｎ）（Ｃａｔｓｉｍｐｏｏｌａｓ和Ｅｋｅｎｓｔａｍ，１９６９）。
隆抗体的成功制备对大豆抗原蛋白
免疫原性的定量分析提供了一个有效工具，同时为
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－ｃｏｎｇｌｙｃｉｎｉｎ在断奶仔猪肠道上皮细胞的定位、通透情况乃至致敏机理研究中将提供一个有效的技术手段。
认识，其抗营养作用的部分机制也逐渐被揭示。尽管如此，但许多深层次的重要问题目前仍未能得到解决。大豆凝集素的受体结构的存在以及由受体介导的信号传导通路还有待于进一步证实。大豆寡糖选择性生物学功能发挥的具体环境条件（体内和体外）还需要通过大量的试验去获得。在大豆抗原蛋白单克隆抗体成功制备并建立免疫学定量检测方法后，对大豆抗原蛋白在断奶仔猪肠道上皮细胞的定位和通透情况的研究、大豆抗原蛋白结构与功能关系的研究以及在动物体内的降解过程研究等内容将成为今后工作的方向和重点。不过，要真正全面、系统地阐释
２．５ 其他
由于大豆蛋白酶抑制因子、凝集素、寡糖、抗原蛋白等对动物生长性能和生理健康影响较大，因此一直以来对上述几种大豆抗营养因子的研究较多。其他一些抗营养因子如异黄酣、抗维生素因子、单宁、皂甙、脲酶、赖丙氨酸、硫葡萄糖甙和生物碱等也常有报道，但对其研究的深度还有待于进一步加强。
３ 结 论
作为动物主要饲料原料的大豆在现实生产中发挥着极其重要的作用。但大豆中存在的多种抗营养因子是限制大豆利用效率的关键因素之一。因此一直以来对其的研究也成为学者们关注的热点。经过长期的探索，大豆抗营养因子的基本理化特性逐渐被
这些大豆抗营养因子在动物体内的相关作用机理还需要不断地从动物医学、免疫学、营养学和分子学等方面深入探讨。只有这些研究从理论上获得全面突破，才能实现在生产中掌握灭活大豆抗营养因子活性的方法，有效监控大豆制品的质量以及保障大豆制品在动物饲料中的安全、高效利用。
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