Сокращение антипитательных факторов ANF в соевых бобах путем гидротермической обработки
Д-р Михаил Долуд, Х. В. Лухт, Амандус Каль ГмбХ & Ко., 21465 Райнбек, Германия
1. Антипитательные факторы (ANF) в соевых бобах
Протеин бобовых содержит все незаменимые аминокислоты. Богаты бобовые растения и витаминами, участвующими в белковом обмене, а некоторые из них, например люпин, соя, богаты жирами и поэтому они особенно ценны как ингредиенты для комбикормов. Однако питательная ценность любого продукта зависит не только от содержания в нем аминокислот, но и от их способности усваиваться организмом животных. К сожалению, многие белки бобовых культур и особенно сои в сыром состоянии содержат естественные ядовитые вещества представляющие опасность для здоровья животных. Несмотря на высокое содержание протеина, жира других питательных веществ соевые бобы и продукты их переработки (шрота, жмыхи) содержат ряд антипитательных факторов (далее ANF): ингибиторы протеаз, гемагглютинины, сапонины, аллергены, соин, уреазу, факторы, вызывающие гормональные расстройства и способствующие развитию рахита и др., что делает невозможным использование необработанных бобов в кормлении животных. Таким образом сырые соевые бобы оказывают пагубный эффект на моногастричных животных (цыплят, свиней, кроликов), сказывающийся в слабом росте и плохой утилизации корма. Наличие антипитательных факторов сказывается на переваримость и использовании энергии и других питательных, биологически активных и минеральных веществ из корма. Речь идет в первую очередь о ингибиторах протеазы, которые влияют на усвоение протеина. У соевых бобов речь идет в первую очередь о ингибиторах трипсина. Кроме этого имеются еще лектины (фазины), но в меньшем количестве, чем в бобах фасоли. В настоящее время наука разработала достаточно методов, способов и технологических приемов инактивации ядовитых антипитательных факторов компонентов комбикормов, а так же подготовить их к легкому и быстрому усвоению организмом животных. Самым простым и доступным методом является тепловая обработка. Для понимания необходимости и эффекта обработки необходимо познакомить со следующими понятиями:
Трипсин – это присущий животному фермент, вырабатываемый поджелудочной железой (Pancreas) и действующий в первом сегменте тонкого кишечника – в двенадцатиперстной кишке. Трипсин является самым важным ферментом группы протеиназы, задачей которой является расщепление протеина на аминокислоты (например, лизин, метионин, цистин и т.д.).
Ингибиторы трипсина (Рис. 1) являются веществами растительного происхождения, и принадлежат к группе ингибиторов протеазы. Они образуют в пищеварительном тракте соединение с трипсином. За счет этого фермент меняется таким образом, что принцип «Ключ - замок» между ферментом и субстратом (протеином) не срабатывает, и не происходит расщепления на аминокислоты.
Уреаза –это растительный, расщепляющий мочевину фермент (на NH3). Для пищеварения животных этот фермент играет незначительную роль. Уреаза также, как и ингибитор трипсина (оба содержатся в соевых семенах), инактивируются при тепловой обработке. Посколько аналитическое определение активности ингибитора трипсина (TIA) является очень дорогостоящим, то для сравнения используют более простой способ, а именно определение активности уреазы.
Активность уреазы в N/г мин 30°C
Сырые бобы: 8 до10 мг N/г мин
При оптимальной обработке: 0,05 до 0,2 мг/г мин
При недоствточной обработке: менее 0,02 мг/г мин
При избыточной обработке: болле 0,4 мг/г мин
Активность уреазы в Δ pH
Сырые бобы: 2 до 3 Δ pH
При оптимальной обработке: 0,02 до 0,1 Δ pH
Показатель дисперсности протеина (PDI - Protein Dispersibility Index):
Ферменты представляют собой белковые вещества, поэтому при тепловой обработке, чтобы инактивировать антипитательные факторы, происходит денатурация протеина, т.е. растворимость протеина в воде или растворе KOH уменьшается. Эта денатурация протеина означает, следовательно, повреждение аминокислот, а именно лизина. Поэтому уменьшение растворимости используется как масштаб для возможного повреждения протеина.
Ниже приводятся значения PDI:
PDI в воде в %:
Сырые бобы: 80 - 90 %
При оптимальной обработке: 20 - 30 %
При избыточной обработке: менее 15 %
Для защищенного протеина для КРС: менее 10 %
PDI в KOH в %:
Сырые бобы: более 90 %
При оптимальной обработке : 80 - 85 %
При избыточной обработке: менее 75 %
2. Материал и методы
В университете в г. Геттинген проводили опыты по воздействию 5 различных видов обработки (Рис. 2) с применением различных методов предварительного измельчения, кондиционирования и механического воздействия. Исследовалось при этом влияние тепловой обработки на уменьшение антипитательных факторов (ANF) в соевых бобах, а также влияние на рост бройлеров.
Используемые способы обработки соевых бобов приведены в таблице 1.
Таб. 1: Способы бработки соевых бобов
Способ A: 40 минутная обработка в гидротермическом реакторе;
Соевые бобы предварительно подвергнуты грубому дроблению на вальцовой дробилке;
Способ D: Обработка в 10-ти минутном кондиционере плюс обработка в экспандере;
Соевые бобы предварительно подвергнуты грубому дроблению на вальцовой дробилке;
Способ G: Как D, только соевые бобы измельчались на молотковой дробилке;
Способ H: Как G, но только без обработки в 10-ти минутном кондиционере, но с кратковременной обработкой в смесителе-кондиционере;
Способ I: С измельчением на молотковой дробилке и кратковременным кондиционированием. Использование экспандера с «гибкой» заторной дисковой вставкой. Эта система вызывает лучшее распределение вносимой энергии, обеспечивает более длительное пребывание в экспандере и более интенсивную обработку продукта паром.
Используемые параметры обработки соевых бобов приведены в таблице 2.
Tab. 2: Параметры обработки соевых бобов
Способ A D G H I
Измельчение Вальцовая дробилка Вальцовая дробилка Молотковая дробилка Молотковая дробилка Молотковая дробилка
Время кондиционирования 40 мин. 10 мин. 10 мин. 20 сек. 20 сек.
Температура кондиционирования 100 °C 100 °C 100 °C 90 °C 90 °C
Добавка пара кг/т 60 60 60 50 80
Экспандер кВтч/т - 20 20 25 15
Экспандер с напорной дисковой вставкой - - - - Ja
Температура в экспандере - 120 °C 120 °C 130 °C 120 °C
Обработанные продукты испытывались в Институте физиологии животных университета Геттинген на бройлерах на предмет их роста, а также баланса. Для этой цели изготавливались смеси с долью обработанных соевых бобов 36%. Чтобы результаты не смазывались дополнительной тепловой обработкой, корм давался в виде рассыпного корма. Состав комбикорма и анализ компонентов представлен в таблице 3.
Таблица 3: Рецептура и компоненты базисной смеси
Доля компонентов (%) Компоненты (%)
Молотая кукуруза 54,4 Сырой протеин 22,02
Обработанные соевые бобы 36,0 Сырой жир 9,74
Пшеничная клейковина 5,0 Сырая зола 6,26
Смесь минеральных веществ 3,3 Сырая клетчатка 3,27
Смесь витаминов 1,0 NfE (не содержащие азота экстракционные вещества) 58,71
DL-Метионин 0,2 Метионин 0,548
L-Треонин 0,1 Цистин 0,405
MJ ME N-korr/kg 13,38
3. Результаты и дискуссия
Эффект обработки вначале проверялся аналитически. Эти результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4: Аналитические данные обработки соевых бобов
Способ: A D G H I
TIU (единица ингибиторов трипсина) (TIU / мг сух.вещ.)1 < 1 2,5 3 15 8
TI (ингибиторы трипсина) (мг / g)2 0,070 0,093 0,095 0,322 0,138
Уреаза (мг N / г x мин.) 0,03 0,12 0,22 0,8 0,1
PDI в воде (%)3 25 21 20 40 16
1 Метод: по KAKADE, модифицированный IFF (необработанное сырье 80 TIU/мг сух.вещ.)
2 Метод: van Ort u.a. (фотометрический)
3 Метод: Сборник методик III, модифицированный IFF (сырье 6 - 8 мг N / г x мин)
Для оценки оптимальной обработки всегда по необходимости брались 2 значения вместе с описанием применяемого метода:
Активность уреазы: Это значение показывает, состоялась ли достаточная инактивация TIU и она должна быть ниже 0,2. Это соответствует нормам Германского права по комбикормам.
PDI-значение: Это значение показывает, что имело место повреждение протеина или аминокислот. Более низкое значение PDI < 15 % не исключает повреждения протеина. Оптимальное значение PDI, ничего не говорит о том, было ли снижение значения TIU достаточным. То же самое мы видим при способе обработке H. Значение PDI очень хорошее, но показатели TIU и уреазы показывают, что обработка методом I была недостаточной.
Анализ TIU, проведение которого технически очень трудоемко, должно подтвердить значения активности уреазы. Как показывает таблица 4, это не всегда имеет место, в особенности при тесте I. Хотя и наблюдается более низкая активность уреазы, но содержание TI здесь выше.
К анализу всегда необходимо привлекать показатели сырья, т.к. значение TIU и активности уреазы в зависимости от сорта и района произрастания бобов могут существенно отличаться, поэтому требуются различные параметры обработки.
Общая оценка результатов анализа таблицы 4:
Обработка по методу A - D - G - I выявила приемлемые аналитические показатели, обработка по методу H является недостаточной.
Обработка по методу D по всем результатам анализа является оптимальной.
В целом можно сказать:
Для снижения показателей TIU и активности уреазы необходима влажность
Чем суше ведение процесса, тем больше опасность повреждения протеина. Поэтому методы сухой экструзии или обжарки являются неподходящими.
Обработка в течение более длительного времени при более низкой температуре всегда является более бережным для продукта методом.
Кратковременная обработка при высоких температурах является методом на грани между избыточной или недостаточной обработкой.
Результаты анализов дополняются результатами испытаний по росту бройлеров. Рис. 3 показывает прибавку в живом весе, измеренную в течение 21 дня (от 7. до 28. дней).
4. Резюме и выводы
Оценка данных анализа в сочетании с опытами по кормлению птицы приводят к следующим выводам:
Традиционная обработка A 100 °C / 40 минут ведет к лучшим результатам относительно снижения ингибитора трипсина при одновременно очень хорошем значении PDI - 25 %.
Лучшим сочетанием все же является 10-ти минутное кондиционирование и обработка в экспандере. Это подтверждает обработка методом D, при которой наряду со снижением ANF необходимо механическое изменение структуры клетки, чтобы сделать масло сои более доступным для животного. Лучшие результаты поэтому дает обработка D, даже по сравнению с G. Это показывает, что измельчение на вальцовой дробилке лучше, чем на молотковой. Вальцовые дробилки дают более равномерную структуру и обеспечивают тем самым более равномерную обработку всех частичек.
Обработка в экспандере с кратковременным кондиционированием по методу H показывает наихудшие результаты. В первую очередь, это объясняется недостаточным расщеплением ANF и вследствие этого недостаточной обработкой. Практически такой метод соответствует традиционному методу обработки в экструдерной установке. Для достаточного расщепления ANF требуется более интенсивная обработка при более высоких температурах. Это, в свою очередь, ведет к более низкому значению PDI и тем самым к повреждению аминокислот.
В опытах с «гибкой заторной вставкой» и более высокой добавкой пара были получены приемлемые результаты, но их все же нельзя сравнить с результатами, полученными по методу D. Метод I показывает также, что при уменьшении активности уреазы, сравнимой с методом D, не было достигнуто схожих результатов по росту птицы. Это может объясняться как недостаточным снижением ингибиторов трипсина (TI), так и более низким значением PDI.
Данное исследование однозначно показывает, что 10-ти минутное кондиционирование при умеренной температуре 100 °C в сочетании с кратковременной обработкой в экспандере для лучшего механического расщепления клеток масличных культур, обеспечивает оптимальную обработку продукта. Эта система существенно более бережная, чем обычная обработка в экструдере, где процессы ведутся при чрезмерном температурном режиме.