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不同动物饲料中美拉德反应终产物研究(包含宠物食品)

2022-11-27 1272 返回列表
动物日粮配制前和配制时的加工大都会采用热处理方法,不同的原料和加工方法会影响产品中美拉德反应产物的浓度。加工条件在很大程度上决定了主要饲料原料的营养价值,这很可能取决于导致美拉德反应产物形成的加热过程中温度和湿度这两个参数的组合作用。高温会使牛奶和其他乳制品中的乳清蛋白、糖发生糖基化,并产生晚期糖基化终产物;干燥加热不仅会促使乳清蛋白发生聚集,还会形成与可溶性晚期糖基化终产物结合的配体,影响食品化合物的免疫原性,最终影响日粮蛋白质的营养价值。


牛奶和乳清蛋白粉中的晚期糖基化终产物

乳制品行业会在生产中产生大量的液态奶酪乳清,这些乳清加工后可以生产出各种乳清产品,包括浓缩乳清蛋白、分离乳清蛋白和多种单独的乳清蛋白。这些加工过的乳清产品可广泛用作动物饲料的添加剂,用于母猪和新生仔猪、幼龄反刍动物(犊牛)、狗、猫、家禽和水产动物的饲料。
在养猪业,仔猪早期断奶已成为提高猪场生产效率和经济效益的常规做法。食物由母乳向固态饲料的突然转变,饲养环境的改变,都会给仔猪及其健康带来巨大的挑战。为了尽量减少由此产生的应激,越来越多的猪场会使用代乳料来稳定仔猪肠道微生物菌群,防止肠道发生功能性紊乱,从而提高仔猪的生长性能。牛奶由于含有均衡的营养成分而成为新生仔猪合适的饲料。作为奶酪制造行业的一种副产物,奶牛业甚至还将乳清蛋白喂给奶牛。目前已经应用的产品包括液态、固态或者浓缩乳清及其衍生物。此外,家禽业也在家禽饲料中添加乳糖和乳清粉。由于不能分泌乳糖酶,家禽并不能通过肠道完全吸收乳糖。相反,乳糖发酵会产生乳酸和挥发性脂肪酸(VFA),这些产物能促使乳酸杆菌在鸡肠道中定植。肠道中高浓度的VFA被认为有益于家禽的健康,因为它们能够降低盲肠内环境的pH,并会改变氧化还原电位,两者联合作用能够抑制潜在病原菌的生长。因此,在日粮中添加乳清蛋白粉是提高肉鸡生产力的一种有效方法。
在热加工过程中,高温会使牛奶和其他乳制品中的乳清蛋白、糖发生糖基化,并产生晚期糖基化终产物(AGEs)。在牛奶中,乳清蛋白是受热后最易被破坏的蛋白质﹐并且易发生糖基化。密集的加热已经被证实能够促进乳清发生美拉德反应,并形成相应的产物。在较低水活度(aw=0.23)条件下进行密集的干燥加热,乳清蛋白会出现聚集,并发生美拉德反应。此外,干燥加热不仅会促使乳清蛋白发生聚集,还会形成与可溶性晚期糖基化终产物(sRAGEs)结合的配体,后者会影响食品化合物的免疫原性。RAGEs被认为是与动物先天性免疫相关的一种模式识别受体,主要识别蛋白质构象(二级结构),例如β–折叠和纤维样蛋白,而不是蛋白质的主要氨基酸序列(一级结构)。这表明加热可能会诱导蛋白质形成更多的β–折叠,促使乳清蛋白聚集,同时与sRAGEs结合。加热过程中蛋白质变性的影响对乳清蛋白而言是众所周知的。因此,研究这些AGEs修饰态蛋白和免疫细胞受体(作为一个重要的接触互作点)之间的互作似乎是值得的。

宠物食品中的晚期糖基化终产物

在大多数情况下,宠物(包括狗和猫)在其一生中会被喂给经过高度加工后的商业性宠物食品。这些食品的加工主要依赖于热处理(例如膨化、杀菌、干燥),以提高营养物质的消化率、保质期和安全性。热处理后,宠物食品中的活性赖氨酸比例平均占总赖氨酸含量的73%(范围39%~100% ),而在生长期狗的日粮中添加的赖氨酸数量可能低于动物营养需要量的推荐值。因此,与长期食用这些加工食品的健康狗(对照组狗)相比,患糖尿病和肾功能损伤的狗。
用于配制宠物食品的原料和加工方法是影响终产品中美拉德反应产物(MRPs)浓度的关键因素。平均而言,如果以干物质计,罐头食品中 MRPs和AGEs的总浓度要高于颗粒食品和膨化食品中的。
van Rooi jen等研究发现,商业性宠物食品中N-羧甲基赖氨酸[N-(carbox ymethyl) lysine,CML]和羟甲基糠醛(hydroxymethylfurfural,HMF)的平均含量介于报道的人类加工食品中的含量范围。但是,狗和猫对HMF的平均日摄入量分别为成年人平均日摄入量的122倍和38倍,而对CML的平均日摄入量与成人的相当。该研究还强调了测定狗生长期断奶日粮中活性赖氨酸含量的重要性。
重要的问题仍然是在已报道的宠物食品中MRPs和AGEs的含量是否会影响动物的生理活动,这在一定程度上取决于这些MRPs的生物利用率。观察表明,随着猫增加采食量,其尿液中MRPs的浓度增加,这说明日粮中的MRPs被成年猫的胃肠道吸收,并随尿液排出。研究还发现,随着猫采食量增加,其泌尿功能恢复受阻,表明MRP是猫消化、吸收、代谢或者排尿的一个限制因素。到目前为止,还没有研究报道这种能被吸收的日粮MRPs是否会对宠物的健康产生长期的影响。

猪日粮中的晚期糖基化终产物

蛋白质是猪日粮中主要的营养物质,因此,了解动物对蛋白质的吸收和利用对养猪生产及行业的可持续发展具有重要意义。储存和加工,尤其是加工条件,在很大程度上决定了主要饲料原料的营养价值,这很可能取决于导致MRPs形成的加热过程中温度和湿度这两个参数的联合作用。
饲料原料生产商常用多种不同加工方式处理猪日粮的原料(例如豆粕、干酒糟及其可溶性物、玉米、玉米蛋白粉)。在生产油籽原料(豆粕、菜籽粕、葵花籽粕和棉籽粕)时,通常需要采用热加工工艺来提高营养价值,以去除油脂提取过程中所使用的萃取剂。这些步骤包含了不同程度的热处理对蛋白质营养价值的影响,尤其是采用高温处理工艺时。正如上述所讨论的赖氨酸——猪日粮营养成分中第一限制性氨基酸——是美拉德反应(Maillard reaction,MR)中活性最大的氨基酸。因此,赖氨酸通常会被以晶体态的形式加入猪日粮中,以确保吸收的氨基酸和可用的氨基酸的平衡与蛋白质合成的需求完全一致,确保动物获得最佳生产性能。

牛饲料中的晚期糖基化终产物

奶牛场通常会定期给奶牛饲喂浓缩料,浓缩料含有热加工产生的MRP和 AGEs,而这些化合物能在牛奶中被检测出。有机饲养的奶牛只喂给未经热加工的日粮,例如青草或青贮饲料。因此,有机牛奶含有较低水平的糖基化蛋白,其含量和组分能被检测。饲料中的MRP(如吡咯素)可以在血液净化时形成的尿液中被检测到,因此可以预测奶牛在哺乳期能够将AGEs分泌至牛奶中,随后哺乳给新生牛犊。在过去数十年中,奶牛的产奶量有了显著提高,与奶牛的天然食物原料相比,奶牛需要更高水平的能量和氮。
因此,在奶牛生产中,奶牛场越来越多地给奶牛饲喂加工过的糖蜜、豆粕和菜籽粕,与此同时伴随着可能会提高奶牛摄入高水平MRP的风险。饲料中的MRP能够影响奶牛瘤胃中的微生物组成。此外,用来配制奶牛日粮的粗饲料往往具有很低的消化率,因此,为确保乳制品的生产率,奶牛场有必要给奶牛饲喂可以被吸收的含有MRP的浓缩饲料。使用水解和热诱导糖基化加工的牛奶蛋白表现出抗氧化和抗炎活性,从而提高其功能性。生的牛肉和猪肉天生含有一小部分的蛋白态AGEs (protein-bound AGEs),而生的鸡胸脯肉含有更高水平的此类AGEs。因此,在牛肉中,蛋白含量不会显著影响蛋白态AGEs的总水平。商用加工方法将在很大程度上决定蛋白态AGEs的总含量。

讨论

热加工会改变食品成分的化学和物理特性,例如加热会导致MRPs和 AGEs产生。MR态蛋白质是在糖和加热的共同作用下产生的。这些分子在非均匀混合物中以不同形式存在,正是这些不同的存在形式证明它们具有不同的生物活性。
饲料的成分和配方以及饲料加工工艺决定了动物肠道的健康和对疾病的抵抗力。含有MRP和AGEs的蛋白质原料能够导致动物肠道微生物扩张,再与能够损伤肠道屏障的化合物聚集一起作用,损坏肠上皮细胞的屏障功能,激发机体的免疫应答反应,最终导致动物生长变缓、生产性能下降和疾病的暴发。

综上所述,在食品和饲料的热加工过程中,蛋白质会发生变性、糖基化以及凝聚。蛋白质结构上的这些改变提高了它们对抗原递呈细胞上细胞受体,即 sRAGEs、CD36、SR-AI和半乳糖凝集素-3的亲和力。虽然加热处理后的蛋白质和糖基化蛋白均具有较强的受体结合亲和力,但是糖基化的效果通常明显高于热处理的效果。尽管已经证实,MR通过破坏氨基酸和矿物质的生物利用率,降低蛋白质消化率,并提高蛋白质免疫反应性来影响蛋白质的质量,但是为了动物的健康、福利、生长和生产性能,迫切需要更多关于动物食用富含MRPs的日粮对其生理和免疫影响的信息。


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