全脂大豆作为猪日粮的蛋白质源

Whole Soybeans as a Protein Source for Swine 作者：Gary L. Cromwell教授 (美国肯塔基大学动物科学系) 译者：秦崇德（上海市农业科学畜牧兽医研究所）

 

大豆的历史背景

大豆是人类所知最古老的栽培作物。据认为，大豆在将近五千年前起源于中国。大豆在1804年首次被引入美国，但在许多年间却更多地被认为是一种珍稀植物而并非一种具有经济意义的作物。 大豆在1829年首次种植于美国并被用于多种用途，包括生产酱油、用作咖啡的廉价代用品、用作绿肥作物以及牲畜的饲草。George Washington Carver于1900年代早期在Tuskegee研究所进行的先驱性研究，为将大豆非简单地用作饲草而用作蛋白质源和食用油的来源开辟了新的途径。然后，在1929年从中国引进了大约10000个大豆品种供美国的学者进行研究，这就为美国迅速上升为世界第一大豆生产国奠定了基础。

一个重要的历史事件——第二次世界大战——促进了大豆在美国的应用。战前，美国所需食用油脂中将近一半依赖进口。战时，食油供应量缩减，所以加工商和用户转而生产和使用豆油。大战期间军队对肉和肉制品的需求，也是促使人们增加在食品和饲料中采用其它蛋白质源的一个原因。这些事件对于美国大豆业的发展产生了重大影响。

上世纪五十年代早期，豆粕成了一种应用非常普遍的廉价高蛋白畜用饲料。维生素B12作为高蛋白动物性副产品中“动物蛋白质因子”的被发现，以及此后这一维生素和其它维生素生产技术的发展，使猪、禽饲养业得以采用谷物－豆粕型日粮。

大豆在世界上的重要性

大豆是世界上最重要的蛋白质源和食用油的来源。大豆大约含蛋白质35%和油18%。大多数大豆都被用来生产豆油，主要用来供人类食用和工业使用；小部分大豆用于动物饲料之中。豆粕是大豆被提取了豆油之后的残留物，广泛地作为蛋白质源被用于动物饲养之中，此外，大豆粉和其它形式的大豆蛋白质用于人类的食品中。

美国的大豆产量大约占世界大豆总产量的４７％，其余依次为巴西(20%)、阿根廷(11%)和中国(10%)。全世界大豆产量占世界油籽总产量的54%，其余依次为油菜籽(12%)、棉籽(12%)、花生(10%)、葵花籽(8%)、椰子仁(2%)和棕榈仁(2%)。 豆粕在畜禽饲料中的应用 毫无疑问，豆粕是世界各地畜禽饲养中应用最广的蛋白质饲料。从全世界的情况来看，豆粕在畜禽饲料中所用各种蛋白质源中占63%，其余依次为菜籽(canola低毒菜籽)粕(12%)、棉籽粕(8%)、葵籽粕(6%)、鱼粉(4%)、花生粕(4%)、棕榈仁粕(2%)和椰仁粕(1%)。 在美国，豆粕的年用量为2800万吨，占据饲喂畜禽所用油籽粕总量的92%。养禽业和养猪业是豆粕的主要用户。美国国内所产豆粕的５３％左右用于家禽饲料，其余依次为：27%用于猪饲料，14%用于牛饲料，3%用于宠物饲料，1%用于水产动物饲料。 豆粕在家禽和猪饲料中的广泛应用是由于其蛋白质含量较高(44～49%)，同时其有着优良的氨基酸构成，并且其氨基酸的消化率很高。豆粕常常被称为与其它蛋白质源进行对比的“黄金标准”。没有任何一种其它植物蛋白质源象豆粕那样有那么优良的必需氨基酸构成。大豆蛋白的蛋基酸构成虽然并不完美(其中蛋氨酸和胱氨酸的含量较低)，但其含有丰富的赖氨酸、色氨酸、苏氨酸、异亮氨酸以及在玉米、高粱以及作为能量源经常饲喂给猪、禽的其它谷物中严重缺乏的一些别的氨基酸。 全脂大豆 多年以来人们就有兴趣于在畜禽饲料中采用全脂大豆，这主要是因为大豆中有很高的油含量。全脂大豆是一种向动物提供额外能量的优良载体。然而，生大豆中含有可严重抑制动物生长的抗营养因子，除非在饲喂动物之前通过热处理将这些抗营养因子破坏掉才能将大豆饲喂给动物。 生大豆中存在数种抗营养因子，但据认为，主要的生长抑制因子是胰蛋白酶抑制因子。现已鉴别了至少5种胰蛋白酶抑制因子，其中两种(Kunitz和Bowman-Birk)已被提纯。表1显示了猪饲喂未经加热的生大豆时表现的生长抑制效应。猪生长性能的降低，主要是因为胰蛋白酶抑制因子阻止了胰蛋白酶对消化道内蛋白质中肽键的水解作用。生长抑制效应看来在年轻猪比在年长猪更为严重，如表1所示。

表1 饲喂添加豆粕和生大豆的谷物日粮时生长猪和肥育猪的性能表现ａ 豆粕 生大豆 生长猪（16～30千克） 日增重（千克） 0.56 0.28 耗料/增重 2.12 3.58 肥育猪（55～96千克） 日增重（千克） 0.81 0.63 耗料/增重 3.43 4.07 a 7个生长试验（208头猪）和9个肥育试验（752头猪）的平均值。

低胰蛋白酶抑制因子大豆 1969年发现了一种Kunitz胰蛋白酶抑制因子含量很低的大豆品种；1986年，通过将这种大豆亲体本供体的种质整合入一种商品大豆品种中，生产出了一种低胰蛋白酶抑制因子大豆。这一过程产生了一种新的大豆品种，其中胰蛋白酶抑制因子的含量大约只及传统大豆中品种中含量的一半，但这种大豆的产量却同商品大豆品种不相上下。 对低胰蛋白酶抑制因子大豆的研究表明，这种大豆作为蛋白质源饲喂给猪时的效果优于传统大豆（表2）。然而，低胰蛋白酶抑制因子大豆中的胰蛋白酶抑制因子含量仍然足以抑制猪的性能，尤其是喂给幼猪时。我们大学用回肠瘘管猪所作的研究表明，低胰蛋白酶抑制因子大豆中氨基酸的利用率却大大低于传统豆粕中氨基酸的利用率。

表２ 以玉米为基础的日粮中添加未加热传统大豆、未加热低胰蛋白酶抑制因子大豆和豆粕对 生长猪和肥育猪生产性能的影响ａ 生大豆 低胰蛋白抑制因子大豆 豆粕 生长猪（15～29千克） 日增重（千克） 0.56 0.28 耗料/增重 2.12 3.58 肥育猪（59～102千克） 日增重（千克） 0.81 0.63 耗料/增重 3.43 4.07 胰蛋白酶抑制因子（毫克/克） 氨基酸表观消化率（回肠消化率） 赖氨酸（%） 苏氨酸（%） 所有必需氨基酸平均值（%） a 4个生长试验（289头猪）和2个肥育试验（136头猪）的平均值。

热加工全脂大豆 对大豆和豆粕进行热处理就可破坏胰蛋白酶抑制因子，Osborne和Mendel(1917)年首次证明了这一点。他们对大豆粉进行了湿热处理，结果观察到大鼠的生长得到了明显改善。图1和图2的例子显示了加热的时间长度对大豆中胰蛋白酶抑制因子活性的影响以及对雏鸡饲喂不同时间长度热处理大豆对体增重的影响。

加热，始终是大豆加工中的一个重要步骤。在上世纪二十年代早期，都是用机械压榨法进行加工而榨出豆油。这一过程会产生相当大量的热，从而使抑制因子被破坏掉。但是，这一过程产生的过量的热会使大豆加热过度，从而降低大豆蛋白质的生物学价值。如今用溶剂提取法来提取豆油，然后在受控条件下对豆粕进行精心焙烤，以提供足够的热量以便将抑制因子破坏掉而又不至于加热过度而破坏豆粕中的蛋白质。溶剂提取法产生的豆粕具有比过去机械加工法产生的豆粕高得多的营养价值。 全脂大豆可以数种方法进行加工，但挤压膨化和焙烤是两种最常用的方法。通常的挤压过程包括：先对大豆进行预湿润，然后在高压和蒸汽下强制大豆通过压模或小孔。大豆进入挤压机后在不到30秒的时间内就在150℃左右的温度下从挤压机内被压出。另一种挤压方式是在不使用蒸汽的情况下强制大豆通过小孔。这通常被称为“干燥挤压”。迫使大豆通过挤压机的压力会产生所需的热量。焙烤则是使大豆通过一个用火焰加热的小室。在这一过程中，大豆进入焙烤机后在110～125℃的温度下经过大约2～5分钟的时间从中出来。 采用上述任何一种加工方法都应十分注意要产生足够的热量以确保能破坏抑制因子，但又不能对大豆加热过度而破坏大豆中的蛋白质。过度加热是特别有害的，因为这会使氨基酸被部分破坏或者变得不可被利用。赖氨酸对过热特别敏感。过热会使赖氨酸的ε－氨基与碳水化合物相结合梅拉德反应从而使赖氨酸不能被动物利用。此外，过热还会使赖氨酸与丙氨酸发生反应而在蛋白质中生成不可消化的赖氨酸－丙氨酸交联。此外，其它氨基酸胱氨酸、蛋氨酸、色氨酸也会因过热而部分地被破坏。图２显示了动物采食过热大豆时生长率受到的负面影响。 通常以尿素酶试验为工具来测定大豆或豆粕是否得到了充分加热。尿素酶是豆粕中存在的一种天然酶，对动物是无害的。它与胰蛋白酶抑制因子以大致相同的速度被破坏。豆粕中存在微量的尿素酶（0.05～0.20单位）则表示热处理适当。但是如果完全不存在尿素酶，则既可能表示加热适当，也可能表示加热过度。可用其它试验来测定大豆是否加热过度，但这些方法都比较复杂。