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小肽产品在实际应用中存在的问题
王石瑛 吴 岘
近年来人们对小肽的认识逐步深入,小肽的研究工作也取得了较大进展。在饲料行业,小肽营养已被越来越多的研究证实是蛋白质营养中必不可少的重要组成部分。随着生物技术和基因工程的迅速发展,小肽制品在动物生产中的应用越来越广泛。但是,目前在对小肽产品的实际应用中尚存在许多问题,如小肽含量的检测问题、生产标准问题、实际使用效果问题、正确使用方法问题等。由于对以上问题尚缺乏正确认识或认识不清,导致许多生产者对小肽产品的功用产生怀疑,甚至在使用上失去信心,造成小肽产品在畜牧生产中未得到普遍应用。笔者在小肽产品应用实践的基础上,结合饲料生产企业、养殖企业在使用小肽产品中存在的一些普遍问题进行了总结,以帮助用户正确认识和使用小肽产品。
1 小肽的概念
1.1 小肽的分子学概念
小肽是动物降解蛋白质为氨基酸过程中的中间产物,是动物的重要营养物质,是除氨基酸之外的蛋白质营养吸收代谢的重要方式之一。其分子结构是介于氨基酸和蛋白质之间的一类化合物,氨基酸是构成肽的基本基团。含氨基酸残基50个以上的通常称为蛋白质,低于50个的称为肽,肽中氨基酸残基低于10个的称为寡肽,含2~3个氨基酸残基的为小肽。
在实际应用中,无论小肽生产者还是使用者,大多对其产品中肽结构的描述含混不清。如目前国内研究比较透彻的小肽产品被视为酪蛋白磷酸肽,其核心结构为:-Ser(P)-Ser(P)-Ser(P)-Glu-Glu-(Ser为丝氨酸,Glu为谷氨酸,P为磷酸基),其分子结构中有5个氨基酸残基,从分子学角度讲,应归为寡肽。又如,美国肽专家 Webb、Shieh已证实的成纤维细胞生长因子肽同样被称为小肽,但其分子结构Tyr-Arg-Ser-Arg-Lys-Tyr-Ser-Ser-Trp-Tyr中含10个氨基酸残基,从分子学角度讲,同样也应归为寡肽。同样由Webb、Shieh证实的诱食肽(Ghy-Gly)、风味肽(Gly-His-Gly)、免疫调节肽(Tyr-Gly、Tyr-Gly-Gly等),由于其分子结构中仅含2~3个氨基酸残基,因此才属分子学上的小肽。
从实际应用的角度出发,笔者认为小肽应为小分子肽的总称,既包含2~3个氨基酸残基的分子学小肽,也包含氨基酸残基低于10个的寡肽,即在实际应用中,氨基酸残基在10个左右的小分子肽产品均可归为小肽产品。
1.2 小肽的分类
按小肽所发挥的功能将其分为两大类,即营养性小肽和功能性小肽。营养性小肽是指不具有特殊生理调节功能,只为蛋白质合成提供氮架的小肽。功能性小肽指能参与调节动物的某些生理活动或具有某些特殊作用的小肽,如抗菌肽、免疫肽、抗氧化肽、激素肽、表皮生长因子等。功能性小肽在无公害养殖、高品质产品养殖上的应用前景非常广阔,其环保价值可促进养殖事业的可持续发展。
从实际应用的角度讲,添加量为3%~6%的多为营养性小肽,其添加形式多为小肽+酶解底物,即酶解后并未提纯小肽,同酶解底物并称小肽制剂。其中酶解出了何种小肽,其各种小肽含量多少,也许连生产厂家自己都不知道。其特点是含有较高的蛋白,应用价值以取代配方中的蛋白为主,此类产品目前在国内很多,事实上其并未充分发挥小肽的生物学功能。
添加量为3‰~6‰的可视为功能性小肽,这类产品多为将小肽从酶解物中提取出来,然后根据养殖的不同需要重新整合而成,其中含有何种小肽,含量多少应该是比较清楚的。由于提纯了小肽,并根据不同动物以及不同养殖要求而进行了针对性整合,小肽的生物学功能被重视并发挥出来。
2 小肽的生产
小肽生产的关键是成本降低到可以被用户所接受。常用的小肽生产方法主要有:化学合成、酶法分解(提取)和DNA重组技术。
2.1 化学合成
化学合成法发展较早,技术成熟,已广泛应用于生产高价值的药用肽,有固相与液相两种方式,操作虽然不同,但原理基本一样。该方法缺点是,产品有消旋化现象,而且侧链官能团需要保护;整体生产效率低,生产中使用大量的有毒溶剂,对环境和健康有害且成本高。
2.2 DNA重组技术
此法避免了化学合成法的缺点,但在基因表达和回收上存在问题,并且生产小肽的种类受限制,不能生产酰胺肽,也不适合制备短链肽。
2.3 酶法分解(提取)
用此法较适宜生产小肽,成本低,所用基质、反应剂、反应条件无害,而且反应具有空间立体性,产物没有消旋化现象,反应位点具有方向性。主要缺点是,蛋白酶的水解作用会产生许多不必要的产物,此外缺乏合适的蛋白酶,产率较低。
酶解合成法较适合于国内企业生产,其安全性高、价廉,易于推广。通过选择适当的底物和蛋白酶,将蛋白质进行酶解,即可得到大量的具有各种生理功能的生物活性肽。一般来讲,动物蛋白可释放较大比例的肽,而植物蛋白释放较多的为游离氨基酸,为此,酶解底物以选择高品质的动物蛋白为宜,如鱼粉。但某些小肽并不能通过酶解而产生,比较典型的如胸腺肽,大多从猪或牛的胸腺中提取。
与小肽酶解生产效果密切相关的因素主要包括温度、pH值、酶浓度、底物浓度、时间等。需要指出的是,目前国内尚没有制取或提取小肽的标准生产方法,其工业生产模式也还处于摸索阶段,特别是添加量为3‰~6‰的功能性小肽,国内能提取纯度为98%的小肽产品的企业还非常少,企业在使用时一定要慎重。
3 小肽的检测
饲料小肽的质量检测指标主要包括肽含量和肽分子质量的分布比例等,但目前还没有简单省时、成熟可靠的饲料肽产品质量的检测方法。目前国内有采用超滤法直接从发酵产物中分离出纯度较高的肽,也可将此法作为一种检测手段用来分析发酵产物中组分的相对分子质量分布;采用电泳技术来测定蛋白质水解物中肽分子质量分布,也可得出比较准确的结果。但目前国内使用较多的为色谱法,据介绍,高效液相色谱尤其是反相高效液相色谱法可有效用于蛋白质水解物中肽的分离和肽分子质量分布的测定。当HPLC技术用于测定蛋白质水解物的肽分子质量分布时,可使用TSK柱。Nakamura等在HPLC上使用两个TSK凝胶G3000pwxl柱估测了蛋白质水解物的肽分子质量分布。在测定乳清蛋白水解物的分子质量范围时两个柱子可以连在一起使用。目前认为,用高效液相色谱可检测大多数小肽,其优点是:检测的分辨率和灵敏度高,分析速度快,重复性好,定量精度高,应用范围广。适用于分析高沸点、大分子、强极性、热稳定性差的化合物。其缺点是:价格昂贵,要用各种填料柱,容量小,分析生物大分子和无机离子困难,流动相消耗大且有毒性的居多。
国内目前还没有建立一套灵敏度高、简单易行的目标小肽的活性检测体系,小肽产品也尚无国家标准,各生产企业也基本采用企业内部标准进行生产、检测。市面上大多数小肽产品以蛋白原料形式出售,有添加剂批文的小肽产品极少。由于尚缺乏管理手段,目前小肽市场非常混乱,这造成很多使用单位由于使用伪小肽产品,或因使用方法不当而对小肽失去信心。
4 小肽的应用效果及使用
4.1 小肽的应用效果
目前的研究认为,小肽的作用效果集中体现在:①促进蛋白质的合成;②促进矿物质的吸收与利用;③增强机体的免疫力;④具有生理调节作用等方面。但对某一小肽或几种小肽相配合究竟能改善动物的哪种生产性能或能改变多少尚缺乏动物试验数据的支持。目前国内研究较为透彻的仅有酪蛋白磷酸肽,其在促进钙、磷等的吸收转换方面的效果已被认同。此外,几种小肽的功能性价值也开始被认知,如: 胸腺肽能提高机体免疫力;阿片肽能调节神经系统,从而有诱食及调整睡眠等功能;谷氨酰二肽在修复仔猪肠道粘膜上有特殊功能(有效用量1%)等。要使小肽产品得以在畜牧生产中普及应用,基础的动物营养试验研究还有待深入。
此外,值得注意的是,使用了小肽产品的饲料,生产成本通常有一定提高,但饲料生产企业通常不能获取其效益的反馈,而是由养殖企业所获得,这一矛盾也是目前制约饲料企业使用小肽产品的重要原因。
笔者认为,如在生产成本不变或略有增加的前提下,正确使用市面上添加量3‰~6‰的小肽产品(功能性小肽),将对改善幼龄动物采食量、提高日增重、提高机体免疫力、减少腹泻、降低料肉比、改善动物表观性状、提高肉品品质、减少粪便污染等方面均有非常明显的效果。对育肥阶段动物而言,小肽产品的作用更多体现在稳定生长性能方面。
4.2 小肽的使用
营养性小肽的使用比较简单,即以此按一定比例替代配方中的高品质蛋白原料即可,对养殖效果而言,差异不大,使用者可以此来降低配方成本。功能性小肽的使用可有多种方法,基本思路可以下面的方式考虑: 对动物生长影响由小到大的因素依次是抗生素、蛋白质、氨基酸。我们可首先考虑以功能性小肽取代配方中的抗生素,然后是蛋白质,最后是人工合成氨基酸,也可考虑取代酶制剂、诱食剂、香味剂等。这就涉及两个方面的问题,最好的办法是改变预混料配方,即以功能性小肽取代抗生素、诱食剂、香味剂,甚至酶制剂,而大配方不动,饲料的粗蛋白、能量不变,这有可能会增加成本,但对利润较高的预混料来讲还是可以接受的;如果尚对功能性小肽的生物学功能无信心,可以不改变预混料配方,而改变大配方,改变大配方可用该品按(1:5)~(1:10)替代大配方中的高品质蛋白原料,补充一些低廉蛋白或者能量原料,配方成本可较大幅度下降,而品质反而会提高。但这种方法面临的问题是饲料粗蛋白下降1%~2%甚至更多,这可能会带来与饲料产品标准的冲突。
5 小结
国内饲料产品大多同质,技术差异并不明显,创造出自己产品的技术特色,无疑对增强企业的竞争力是有帮助的,小肽有能力成为构建饲料产品技术特色最有效的物质。进一步深入开展各类小肽的基础营养研究试验、建立健全小肽的活性检测体系、规范工业化生产模式、以及降低小肽产品的使用成本是目前迫切需要解决的问题。
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(编辑:张学智,mengzai007@163.com

王石瑛,浙江省金华广播电视大学,321022,浙江金华。
吴岘(通讯作者),畜禽业杂志社。
收稿日期:2007-08-06
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