■ 赵一鸣 徐 文 安容容 王 淼 李沁泽 张颖超

（华北理工大学生命科学学院，河北唐山 063210）

饲料中抗营养因子又称营养抑制因子(antinutritional factor，ANF)，是植物为抵御外界不利因素以及平衡自身营养结构所生成的物质，含量过高会对畜禽生长和繁殖造成不利影响，可较大程度上延缓机体发育并危害动物健康[1]，是饲料成分检测的关键指标之一。

饲草中的抗营养因子主要有单宁、木质素、植酸、硫代葡萄糖苷、植物凝集素、生物碱、皂苷、蛋白酶抑制因子、草酸、硝酸盐及亚硝酸盐等。其中，单宁、硫代葡萄糖苷和植酸均为目前研究关注的重点。单宁是一类多酚化合物，是植物重要的次级代谢产物，广泛存在于苜蓿[2]、菜籽粕[3]和木本植物等常见饲料中；硫代葡萄糖苷作为防御性物质广泛参与十字花科植物体内的防御反应，在植物应对环境改变的过程中具有重要作用，主要存在于菜籽粕、油菜植株的各部分[4]；米糠粕是豆粕减量替代的非常规饲料资源，但其含有抗营养因子植酸，比例高达8%。植酸化学性质稳定，常规加热等物理方法难以破坏其结构，动物体内也没有相应酶体系可以将其消化降解，因此探究植酸对畜禽的影响及其降解方法是当前研究热点[5]。

综上，本文就单宁、硫代葡萄糖苷和植酸在饲料中的含量、对畜禽的影响及其在日粮中的阈值和降解方法进行综述，以期为提高饲料综合利用和畜禽生产性能提供参考。

1 单宁在饲料中的含量、阈值及降解方法

1.1 单宁在饲料中的含量

单宁属于天然酚类化合物，是植物的重要次级代谢产物，依据结构和活性分为水解单宁（hydrolyzable tannin, HT）和缩合单宁（condensed tannin, CT）两类[6]。水解单宁化学式为C76H52O46，由没食子酸酯或含糖基的鞣酸及其衍生物组成，相对分子质量较小，容易被酸、碱和酶水解，以单宁酸（tannin acid，TA）最为常见[7]。缩合单宁化学结构则主要取决于来源，彭凯等[8]报道，紫色达利菊叶和花中提取的缩合单宁，结合蛋白质的能力高于茎中提取的缩合单宁，主要原因是茎中的缩合单宁聚合度高；同时，不同植物提取的缩合单宁，其结构、分子量和生物活性也各不相同。合理利用单宁有消炎、抑菌、抗寄生虫和提高过瘤胃蛋白比例的作用[9]；日粮中单宁含量过高则表现出抗营养作用。水解单宁和缩合单宁检测方法不同，文献中直接称为单宁的是水解单宁，表1 列举了部分饲料的单宁含量。总体来说，木本植物饲料因其为灌木或半灌木，茎叶中单宁含量较高，是其作为饲料的主要抗营养因子之一。

表1 部分饲料的单宁含量

1.2 单宁在畜禽日粮中的阈值

日粮中适量添加单宁可以减少反刍动物的甲烷排放、尿素氮含量，调节瘤胃微生物区系，改善肉品质[16]。反刍动物对单宁的耐受阈值也较高，因为反刍动物瘤胃中含有可降解单宁的微生物，同时反刍动物对蛋白质等营养物质的消化主要在肠道中，单宁可与蛋白质络合，增加过瘤胃蛋白量，进而提高蛋白质在肠道中的消化率，如绵羊[17]和肉牛[18]日粮中单宁含量不能超过3.5%和4.5%。日粮中单宁浓度过高时，主要通过四个方面表现抗营养作用：第一，缩合单宁与Fe、Zn等金属离子结合形成沉淀物，与维生素B12结合形成复合物，降低饲料利用率；第二，单宁与唾液蛋白作用产生涩味，降低适口性；第三，单宁结合淀粉、蛋白质、Ca、Fe、Zn 等金属元素形成螯合物，降低营养物质消化率；第四，单宁在消化道中与胃肠黏膜表面的蛋白质（或某些消化酶）结合，减少肠道对营养物质的吸收[7]。

单胃动物对单宁的耐受度比反刍动物低很多。保育猪[19]、蛋鸡[20]、肉仔鸡[21]日粮中单宁的含量不能超过0.4%、0.15%和0.2%，否则动物前期表现为厌食、嗜睡、暂时性腹泻，后期可发展成为肝坏死、肾炎和急性胃肠炎，并且对免疫器官有明显的抑制作用[22]。

1.3 饲料中单宁的降解方法

降解饲料中单宁的方法有生物学方法、物理方法、化学方法、贵金属催化氢解法以及树脂催化法。其中，生物学方法更加安全、高效，可操作性强，是近几年研究重点，主要包括添加外源酶或选育降解单宁的微生物对饲料进行发酵。外源酶主要是单宁酶，该酶能够催化没食子单宁等底物中酯键和缩酚键水解，生成没食子酸和葡萄糖[23]。其中，工业化生产单宁酶大多源自微生物[24]。微生物降解植物单宁具有毒副作用小、残留量低等优点，真菌中黑曲霉、青霉、米曲霉和细菌中革兰氏阴性菌均有可降解单宁[25]的分离菌株。

微生物降解饲料单宁主要通过厌氧发酵和固体发酵方式。其中，厌氧发酵主要是进行青贮加工，张建国等[26]探究了添加蔗糖和乳酸菌青贮处理降解银合欢中含羞草素和单宁的效果，结果去除率达54.7%。何敏[27]探究了不同乳酸菌种对高粱青贮单宁降解的影响，发现添加不同菌株时的降解率差异较大，乳酸菌菌株YM3 单宁降解率最高，为71.21%。若利用固体发酵降解单宁，则需要探索不同菌株、材料和单宁互作的效应，其发酵条件对单宁降解率影响很大。黄文等[28]研究发现，在pH 为5.8 时，降解4 d，橡婉单宁的去除率高达64%。另有研究发现，以牛羊粪为菌源分离筛选革兰氏阴性菌，降解缩合单宁（落叶松），发酵72 h 降解率可达90%以上[29]。产单宁酶优质菌株的筛选对于降解单宁异常重要，研究显示优质乳酸菌菌株单独添加酶解效率（78%）[30]比乳酸菌与酵母菌混合添加降解效率（50.94%）[31]高。

物理方法去除饲料中单宁的主要流程包括溶液浸提、干燥、脱壳、挤压。单宁在豆类种皮中含量较高，因此脱壳可以去除这类饲料的单宁。挤压则通过其过程中产生的高温来破坏单宁结构。另有研究发现，γ射线可以降解包括单宁在内的多种抗营养因子，且随着剂量增加降解能力增强[32]。

化学方法降解包括酸降解和碱降解。酸降解操作简单、设备价格低廉、降解率高，有盐酸降解、亚硫酸降解和固体酸降解三种方式，是单宁化学降解的主要方式，但酸的腐蚀性较高，对牲畜影响不明朗，因此酸降解并不常用于饲料中单宁的降解。碱降解可利用NaOH 或Na2SO3，不同温度和时间条件下降解程度不同，具有成本低和操作简单的特点，但不易把控降解条件。

贵金属催化氢解法指的是通过贵金属催化和氢气氢解将C4—C8键断裂，从而使缩合单宁催化氢解为儿茶素等小分子量的低聚物，低聚物可被动物所利用。Li 等[33]利用3 MPa 氢气、3 mg Pd/C、100 ℃、1～3 h 处理高粱麸皮原花青素聚合物，可使降解率达到最高，低聚物最高产率达到38.8%。Zhu 等[34]以Ru/C为催化剂，通过催化氢解对落叶松树皮中原花青素进行解聚，发现解聚产物中Ru 金属含量较少，符合食品安全标准。总体来说，氢化降解缩合单宁对安全性要求较高，操作方便简洁，对仪器设备腐蚀性小。

最后，树脂也可被用于单宁降解。姜贵全等[35]利用CR57 树脂催化降解落叶松树皮多聚原花青素，每100 mL 多聚原花青素中加入18 mL 树脂，76 ℃反应1.8 h，在此条件下降解产物的平均聚合度为3.76，产物包含儿茶素、表儿茶素、原花青素B1等。树脂催化法操作简便、对仪器腐蚀性小、成本低、反应条件温和，但树脂催化法往往应用于树皮的开发利用获得降解产物，并未见其应用于饲料加工上。

2 硫代葡萄糖苷在饲料中的含量、阈值及降解方法

2.1 硫代葡萄糖苷在饲料中的含量

硫代葡萄糖苷是菜籽粕中主要的抗营养因子，菜籽粕是畜禽饲粮组成中重要的原料，因此研究较多。现已分离的硫代葡萄糖苷有200 多种，其分子结构的主要差异在侧链。根据侧链结构可把硫代葡萄糖苷分为三大类：含有直链或支链烷基的脂肪族硫代葡萄糖苷、含有苯环的芳香族硫代葡萄糖苷和含有吲哚环的吲哚族硫代葡萄糖苷。不同植物来源的硫代葡萄糖苷结构不同，如甘蓝型油菜副产品中，脂肪族硫代葡萄糖苷主要是甲状腺肿素源和葡萄糖芫菁芥素，芳香族硫代葡萄糖苷主要是4-羟基芸苔葡萄糖硫苷；芥菜型油菜副产品中主要的脂肪族和芳香族硫代葡萄糖苷是葡萄糖芫菁芥素和4-羟基芸苔葡萄糖硫代葡萄糖苷[36]。硫代葡萄糖苷主要存在于植物种子中，因此饼粕类饲料含量均较高。含有硫代葡萄糖苷的常见饲料见表2。

表2 部分饲料硫代葡萄糖苷含量

2.2 硫代葡萄糖苷在日粮中的阈值

油菜籽副产品是畜禽日粮中仅次于豆粕的蛋白质和氨基酸来源，其含有大量硫代葡萄糖苷。硫代葡萄糖苷本身没有抗营养作用，但饲料（如油菜籽）中与硫代葡萄糖苷并存的还有芥子酶，油菜籽在榨油加工过程中或被动物摄入后，芥子酶与硫代葡萄糖苷接触而使其水解，大大提高其毒性，酶解产生的硫氰酸铁、异硫氰酸盐、腈类和恶唑酮类化合物，是毒性较大的抗营养因子。长期过量摄入会引发动物采食量下降，阻碍动物对碘的吸收与转化，动物体缺碘，导致甲状腺肿大[44]；其中腈类化合物的毒性使肝脏和肾脏受损肿大，甚至导致肝出血、肝坏死等症状，危及生命[45]。

直接研究硫代葡萄糖苷对畜禽影响的报道较少：日粮中硫代葡萄糖苷水平≥2.75 µmol/g 时，对猪产生负面影响；猪只对芥菜型溶剂萃取菜籽粕硫代葡萄糖苷的耐受水平低于甘蓝型。但研究菜籽粕中硫代葡萄糖苷对畜禽的影响较多，如张桂洁等[46]研究发现，日粮中添加双低菜籽饼粕量不应超过10%，否则会使蛋鸡产蛋率和饲料转化率下降，甲状腺受到影响；另有研究探究了发酵菜籽粕代替豆粕对肉鸡的影响，发现发酵菜籽粕替代比例超过15%时，肉鸡采食量开始下降，平均日增重开始减少[47]。除此之外，仔猪[48]和生长育肥猪[49]饲粮中添加菜籽粕的量应分别低于5%和20%，否则将显著降低猪只的生长性能。肉牛[50]和乳牛[51]对含硫代葡萄糖苷的菜籽粕耐受能力并不强于单胃动物，阈值分别为17.4%和5.0%。

2.3 饲料中硫代葡萄糖苷的降解方法

饲料中硫代葡萄糖苷的降解方法主要有物理法、化学法、溶剂浸出法和微生物发酵法。物理法主要有热水蒸煮、焙炒等方法，但会引起水溶性固形物的损失；化学法有醇加氨法、碱处理法、铁盐法等，但这些方法会降低饼粕适口性；溶剂浸出法主要是利用硫代葡萄糖苷溶于乙醇或水的特点，使硫代葡萄糖苷浸出，但容易引起醇溶性蛋白质和水溶性蛋白质的损失；还有物理化学结合法，主要指微波化学脱除法，如利用CaCl2处理菜籽饼粕后，在700 W 微波条件下微波处理2.29 min，硫代葡萄糖苷脱除率为69.27%[52]。

微生物发酵法指利用微生物发酵来降低饲料中硫代葡萄糖苷含量，常用的菌种有乳酸菌、酵母菌、少孢子根霉菌混合培养得到的复合菌系等[53]。微生物发酵法成本低、安全性高、无污染、方法简单，且可提高饲料营养价值，但需确保所生成物质无毒副作用[54]。微生物发酵菌种的选育和条件的选择对降解率至关重要。刘林等[55]用比例为2∶1∶2的白地霉、产朊假丝酵母、植物乳杆菌处理发酵菜籽饼粕，硫代葡萄糖苷的去除率高达74.85%。付敏等[56]利用接种量为16%、料水比为1∶1、比例为3∶1∶1 的枯草芽孢杆菌、黑曲霉、白地霉发酵菜籽饼4 d，硫代葡萄糖苷的去除率高达93.53%。除此之外，还有学者探究了菌酶协同处理菜籽粕的效果，发酵条件为菜籽粕与麸皮比例7∶3、吐温80 添加量0.05%、初始发酵水分60%，硫代葡萄糖苷的降解率也高达96.18%[57]。由此可见，利用微生物发酵法降解硫代葡萄糖苷，需注意料水比、优质菌种的选育和配比。

3 植酸在饲料中的含量及降解方法

3.1 植酸在饲料中的含量

植酸可与蛋白质、淀粉、脂肪、矿物质元素等营养物质结合，显著降低饲料营养的生物利用率而被列为抗营养因子[58]。含麸皮谷物中植酸是含量最多的抗营养因子，如大米植酸含量为1.00～5.52 g/kg，小米为3.54～7.96 g/kg，全麦粉为6～10 g/kg，小麦麸皮为25～58 g/kg，燕麦糠为20 g/kg，大米米糠为58 g/kg，燕麦、裸麦和大麦为4～7 g/kg。植酸在种子中的分布也并不相同，有的植物在糊粉层，如小麦和大米的植酸84%～88%存在于麸皮和米糠中；有的在盾片层，如玉米90%的植酸存在于胚芽中[59]。非常规饲料水稻麸皮是豆粕减量替代极具潜力的饲料，但因含有大量植酸，成为限制其替代豆粕用于饲料中的因素，亟需解决，如何安全高效降解植酸是当前研究热点。部分饲料中植酸含量见表3。

表3 部分饲料中植酸含量

3.2 植酸对畜禽的影响

植物性饲料中的磷大部分以植酸磷的形式存在，磷是动物骨骼、牙齿等组织的重要构成成分，也是参与体内能量代谢、蛋白质合成等许多生命活动过程的重要元素[60]。单胃和无胃动物体内均缺乏分解植酸磷的酶，无法将植酸磷分解为可用的无机磷，显著影响动物生长速率、降低饲料消化率和骨骼健康[62]。除此之外，植酸还通过三方面表现出抗营养因子的作用：第一，植酸对多种消化酶都有抑制作用，如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，这就导致动物胃肠状态改变，进而影响物质的消化吸收；第二，植酸与淀粉以氢键结合，影响淀粉的消化，同时还与脂肪相互作用形成脂联素，在家禽肠道中形成金属肥皂，影响脂类能量的利用[63]；第三，植酸中有6 个带负电的磷酸基团，其可与带正电的金属离子形成稳定的络合物，使谷物中Zn、Fe、Ca等矿物质的吸收受到抑制[64]。

关于植酸及植酸磷对畜禽的影响，大多数研究意在探究降解植酸对畜禽的影响。Zhai 等[65]研究了磷酸钙和植酸酶对断奶仔猪磷的消化率和骨矿化度的影响，发现增加磷酸钙可线性增加体重、采食量和骨骼矿化能力，添加植酸酶可提高磷的表观总消化率。另有文献研究了1 000 U/kg和1 800 U/kg植酸酶对公鸡饲料中小麦麸和大米麸植酸含量的影响，结果表明1 800 U/kg植酸酶能显著降低植酸磷的含量[66]。除此之外，Moita 等[67]研究发现，添加植酸酶不仅可以提高营养物质消化率和肉鸡生长性能，还能够通过调节肉鸡肠道微生物群来增强肠道健康。

3.3 植酸的降解方法

植酸结构比较稳定，不易通过常规的物理方法降解，因此植酸降解的研究主要集中在生物加工，包括生物发酵和酶处理。多数发酵过程都可降解植酸，尤其加入有降解植酸功能的针对性微生物，其主要依靠以下三个途径降解植酸：第一，发酵过程中的酸化激活谷物中内源性植酸酶的活性；第二，微生物生长代谢过程中分泌外源性植酸酶；第三，微生物分泌的磷酸酶水解植酸。与此同时，研究发现外源性植酸酶比植物内源性植酸酶的活跃度高[68-69]。但在进行生物发酵时，也需要评定菌种的安全性，确保菌种降解植酸所产生的物质对动物无害。生物发酵主要利用酵母菌或乳酸菌进行固态发酵，Tu等[70]利用芽孢杆菌进行固态发酵，发酵6 d 后，植酸可从7.33 g/kg 降至5.93 g/kg。有研究表明，利用乳酸菌和酵母菌混合发酵，植酸降解率高于单一菌发酵，如利用短链乳杆菌、植物乳杆菌和酵母菌混合发酵，植酸降解率达69.76%[71]。

酶处理则通过外源性添加植酸酶来调控植酸水平，根据酶切位点的位置又分为3-植酸酶和6-植酸酶。3-植酸酶主要来源于真菌，6-植酸酶来源于细菌，主要差别在于水解终产物肌醇磷酸衍生物的结构不同[72-73]。外源添加植酸酶可有效保持饲料中干物质和矿物质含量以及活性，快速降解植酸，是一种行之有效的方法。

4 小结与展望

饲料安全是保障畜牧业发展的重要因素，饲料中抗营养因子的含量和降解方法一直是畜禽养殖户关注的要点。根据畜禽对不同抗营养因子的耐受阈值调配日粮，可最大程度上避免抗营养因子的不良影响；同时，抗营养因子的降解是饲料加工方向重要的研究内容，有助于饲料提质增效，但要注意辨别不同降解方法的产物，避免产物毒性大于原料毒性，应加强降解产物对畜禽影响的研究。