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当前位置:水产资料 → 大豆中抗营养因子及钝化 今天是:2017年07月25日 星期二

大豆中抗营养因子及钝化抗营养因子的方法研究

出处:德宁 作者: 中国水产养殖网 2017-06-07 08:53:00

1 抗营养因子的分类

根据抗营养因子的来源可以分为三大类:
1、蛋白质类,如胰蛋白酶抑制因子、凝集素、抗维生素、抗原蛋白等;
2、碳水化合物类,如大豆低聚糖和非淀粉多糖等;
3、次生代谢产物类,如皂甙、单宁、生物碱、植雌激素和植酸等。
 
根据抗营养因子造成的危害分为四类:
1、影响蛋白质消化和利用的因子,比如胰蛋白酶抑制因子、单宁和凝集素;
2、影响矿物质利用的因子,比如植酸、棉酚、草酸盐和芥子油甙;
3、抗维生素因子;
4、其他因子,比如毒枝菌素、含羞草素、氰、硝酸盐、生物碱、光敏成分、植物雌激素和皂甙。
 
根据热稳定性分类,植物蛋白源中的抗营养因子主要有两类:热敏性因子及热稳定性因子。热敏性因子包括胰蛋白酶抑制因子、凝集素、抗维生素因子等,热稳定性因子则主要是指大豆胰蛋白酶抑制因子、植酸、皂甙、雌激素、抗原蛋白、低聚糖、非淀粉多糖和一些酚类物质等。值得注意的是,过去一直认为是热敏因子的大豆抗原蛋白最近的研究发现应该属于热稳定性因子,因为大部分的抗原蛋白对热不敏感。
大豆蛋白组成成分就比较复杂(见表1),根据离心沉降和免疫学方法,可分为 2 S、7 S、11 S 和 15 S 四大类,其中大豆胰蛋白酶抑制因子、细胞色素 c 和 β-淀粉酶属于 2 S 组分,大豆凝集素、α-淀粉酶、脂肪氧化酶、β-伴球蛋白、γ-伴球蛋白和碱性球蛋白属于 7 S 组分,另外还有 11 S 球蛋白和 15 S 球蛋白等。大豆除了含有丰富的营养与功能物质,更含有胰蛋白酶抑制剂、脂肪氧化酶、和脲酶等抗营养因子。这些不良物质对对大豆营养效价、生物效价、适口性及动物危害较大。
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1.1、胰蛋白酶抑制剂
胰蛋白酶抑制剂是大豆中自然存在的高分子蛋白质,生大豆中胰蛋白酶抑制剂的含量约30mg/g。胰蛋白酶抑制剂在一定程度上可以保护植物,能够避免大豆发生分解代谢,从而导致大豆种子进入休眠状态。在另一方面,胰蛋白酶抑制剂可以调节大豆中蛋白质的合成反应与分解反应,而且有一定的抗虫害效果,所以它是大豆需要的成分。但是另一方面胰蛋白酶抑制剂能够和小肠液中的胰蛋白酶发生反应,生成没有活性的物质。从而降低和消耗胰蛋白酶的活性,影响肠道对蛋白质的消化、吸收及利用。而且胰蛋白酶抑制剂和小肠中胰蛋白酶发生后产生的化合物会随着粪便排出体外,导致小肠内胰蛋白酶数量减低,导致胰腺机能亢进,分泌量加大。胰蛋白酶包括大量的含硫氨基酸,如果发生补偿性排泄和分泌,一定会引起身体中含硫氨基酸的损耗,使机体中含硫氨基酸缺乏。全脂大豆饲料中本身就缺少含硫氨基酸的,动物体内的含硫氨基酸一方面不能进行有效地补充,另一方面大量含硫氨基酸又被消耗,促使动物机体内极度缺乏含硫氨基酸,引起动物机体的氨基酸代谢失调,最终发生营养性生长停滞或受阻。

1.2、脂肪氧化酶
脂肪氧化酶是一种单一的多肽链蛋白质,包括三种不同性质的同功酶,分别为Lox-1、Lox-2和Lox-3,在动植物不同阶段存在不同类型,这三种同功酶的最适pH为6.5。大豆含有约占蛋白质总量1%的脂肪氧化酶,对大豆的生长发育、伤害反应、衰老和抗有害生物有重要作用,也参与脱落酸和茉莉酸合成,脂肪氧化酶也作为营养储藏蛋白在正常的植物生长和生殖生长过程中,参与响应营养胁迫、脂类迁移等过程。在大豆蛋白制品中最先发现脂肪氧化酶,脂肪氧化酶氧化脂肪,生成过氧化物,过氧化物将脂肪中的VA、VD、VE等脂溶性维生素及胡萝卜素氧化破坏。近年发现过氧化物与大豆中的血球凝集素形成有关,使VB12的消耗量加大,导致长期饲用全脂生大豆的动物发生维生素缺乏症,动物中以肉鸡反应最为突出。另外,脂肪氧化酶可以催化大豆及其豆制品中不饱和脂肪酸的氧化,产生醛、酮等有害物质,发生酸败等劣变现象,并产生豆腥味,降低大豆的品质,并影响大豆新产品的开发。

1.3、脲酶
脲酶是一种含镍的寡聚酶,能特异性地催化尿素水解释放出氨和二氧化碳,其最适pH值为7.4。脲酶在植物的种子中分布广泛,尤其是大豆和刀豆中含量丰富。脲酶在大豆及豆制品中与胰蛋白酶抑制剂的含量相近,而且在热处理时脲酶活性失活程度与胰蛋白酶抑制剂相似。加热处理钝化抗营养因子的同时,脲酶活性也随着降低甚至失活,因此尿素酶活性的大小可以表示抗营养因子受到的破坏程度。而且大量氨的存在会引起动物氨中毒,因此脲酶活性是评定大豆及豆制品加工程度是否适当以及营养品质好坏的重要依据,而且脲酶活性的检测比其他抗营养因子的检测更加简便、快速、经济。

2、钝化抗营养因子的方法

目前有很多钝化大豆抗营养因子的方法,其中物理方法包括蒸煮、直接加热、挤压膨化、高压蒸汽、流化床、微波加热、射频加热和红外加热等方法,简单易操作、效率高、安全无毒害、实用性强;化学方法主要采用无机化学试剂破坏二硫键结构,如偏重亚硫酸钠、亚硫酸钠、CuSO4、尿素、乙醇等,会有化学物质残留并产生毒副作用,在国内应用较少;生物学方法主要包括酶制剂处理法、微生物发酵法、发芽处理法等,该方法比较繁琐、周期长。其中最常用的方法是物理方法。

2.1、脲酶的钝化技术
采用蒸炒法对脲酶进行钝化,在105℃下蒸炒90min后脲酶活性降到0.23,达到国家标准。用1kW电炉对大豆进行焙炒,焙炒30min后,脲酶活性降到0.14ΔpH,达到要求;蒸煮40min后,脲酶活性降到0.20ΔpH;采用800W微波炉烘焙4min后脲酶活性降到0.09ΔpH,但是微波加热5min后大豆开始发生焦糊现象,这说明可能已经发生加热过度,这可能是因为微波能够使全脂大豆中的水分快速散失。有研究认为加热适当的大豆粕,在120℃下热处理15min或在105℃下蒸煮30min为宜。在130℃下加热15min,使脲酶活性降到0.16,并使蛋白溶解度保持在70%左右。大豆在121℃高压蒸汽下处理15min,脲酶活性降到0.10-0.12个ΔpH。在135-150℃的热空气流化床和低于135℃的过热蒸汽流化床中可以使脲酶失活。在160℃下红外线照射10min足够使脲酶失活(ΔpH<0.3)。在3400W微波处理120s时,脲酶抑制率达80%,蛋白质溶解度约为40%。在130℃的流化床中干燥3min,脲酶完全失活。在1208W红外线下处理10min后脲酶活性可以达到要求(ΔpH<0.3)。

2.2、胰蛋白酶抑制剂的钝化技术
挤压膨化温度达120℃时,大约93%的胰蛋白酶抑制剂被钝化。工业上常采用加压烘烤,温度为130~133℃时,压力为2500kPa时能使胰蛋白酶抑制剂失活。大豆经过121℃高压蒸汽60min胰蛋白酶抑制剂失活率达96%。大豆胰蛋白酶抑制剂能够在湿热环境中迅速钝化,加热温度105℃,湿度19.5%~22%,加热时间40min为宜。用13.56-27.12MHz的射频(RP)加热大豆种子至120℃,能使其大豆胰蛋白酶抑制剂活性下降90%。在3400W微波处理120s时,胰蛋白酶抑制剂抑制率达80%,蛋白质溶解度约为40%。胰蛋白酶抑制剂在140℃下10min完全失活。在1342W红外线下处理15min使胰蛋白酶抑制剂失活97%。

2.3、脂肪氧化酶的钝化技术
在90℃以上湿热处理0.5min,就可以使脂肪氧化酶完全失活。在pH为(8±0.5)的条件下,在(94±2)℃加热4min可使脂肪氧化酶完全失活。在99℃下挤压可以使脂肪氧化酶完全失活。用热浸热磨法在90℃,50min后,残存酶活力为6%,采用超高温干热灭酶,在175℃热风下处理15s酶活性就可降到4%,但随后脂肪氧化酶活性随着时间的延长会有一定程度的回升。在1003w红外线下处理10min脂肪氧化酶完全失活。用高强射频电场技术(1KW、8MHz),通过大豆蛋自分子降解与改性,清除大豆有害生理活性物质脂肪氧化酶、脲酶、胰蛋白酶抑制剂等,同时尽可能多地保存具有功能性的水溶性蛋白。干法膨化处理可使大豆中胰蛋白酶抑制剂的活性破坏80%,脲酶和脂肪氧化酶活性降至较低水平(脲酶pH增值法测定为0.16),是目前国内外较理想的热处理方法。

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