《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Full-fat soybean origin and thermal processing affect protein secondary structure, in vitro digestion kinetics, and predicted standardized ileal amino acid digestibility in broiler chickens
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背景：本研究评估了3个加工历史未知的肯尼亚全脂大豆（FFSB）样品（S1、S2、S3）的化学成分、蛋白质二级结构、粗蛋白（CP）溶解度和体外氨基酸（AA）消化率，并与加拿大样品比较：生FFSB、160.0 °C挤压FFSB，以及136.7 °C、151.7 °
背景：本研究评估了3个加工历史未知的肯尼亚全脂大豆（FFSB）样品（S1、S2、S3）的化学成分、蛋白质二级结构、粗蛋白（CP）溶解度和体外氨基酸（AA）消化率，并与加拿大样品比较：生FFSB、160.0 °C挤压FFSB，以及136.7 °C、151.7 °C或154.4 °C烘烤FFSB。采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）表征蛋白质结构。采用两相体外消化模型测定CP溶解度和AA消化率。将使用136.7 °C烘烤FFSB的一项研究获得的体内标准化回肠消化率（SID）观测值对相应体外AA消化率值进行回归，以生成预测SID值。结果：热加工使加拿大FFSB的胰蛋白酶抑制剂活性（TIA）从生FFSB的17.42 TIU/mg降至挤压FFSB的3.85 TIU/mg，并降至136.7、151.7和154.4 °C烘烤样品的4.77、4.59和2.30 TIU/mg。相反，肯尼亚样品1、2和3的残余TIA值分别为8.00、6.00和12.00 TIU/mg。样品间蛋白质二级结构存在差异（P < 0.001），其中136.7 °C烘烤样品具有较高的聚集β-折叠和β-转角含量，且无规卷曲含量低于大多数样品。各消化时间点样品间CP溶解度存在差异（P < 0.001）。在肠相结束时，加工加拿大样品的CP溶解度高于生FFSB，但彼此无差异；而肯尼亚样品2和3与加拿大生FFSB相当。所有AA的体外AA消化率在样品间存在差异（P ≤ 0.001）。就平均总AA消化率而言，154.4 °C和151.7 °C烘烤样品最高；肯尼亚样品1高于样品2和3，样品3与生FFSB无差异。回归模型显示在均值水平上一致，但赖氨酸、天冬氨酸和脯氨酸的预测误差较大，表明存在AA特异性限制。结论：总体而言，加工条件和原料来源影响FFSB质量，151.7–154.4 °C烘烤产生有利的结构和消化率响应。肯尼亚样品间观察到的变异性凸显了在饲料配方前对商业FFSB进行常规质量评估的必要性。
研究背景与问题：大豆因粗蛋白（crude protein, CP）含量高和氨基酸（amino acid, AA）谱优于其他植物蛋白，是单胃动物营养中广泛使用的植物蛋白源。全脂大豆（full-fat soybean, FFSB）同时提供能量和蛋白质，常用于家禽和猪饲粮。然而，FFSB营养品质变异大，受大豆品种和加工条件影响。热处理不足会残留胰蛋白酶抑制剂和凝集素等抗营养因子（antinutritional factors, ANF）；过度加工则可诱导蛋白质变性和聚集，降低AA消化率。烘烤、挤压、微化和jet-sploding等加工方式影响不同，农场烘烤因设备、操作和过程控制差异而变异较大；挤压可更充分灭活ANF，但可促进美拉德反应和蛋白质聚集。近年来蛋白质二级结构被认为是决定消化行为的重要因素，β-折叠丰富蛋白常抵抗酶解并可能在消化中再聚集，α-螺旋结构则较易消化。ATR-FTIR可无损量化α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。体外消化模型可控制、机制性地研究蛋白质结构对溶解和水解动力学的影响。现有研究对商业饲料厂或农场来源、尤其加工历史未知地区FFSB的蛋白质构象与消化率关系研究有限。因此，本研究评估加工历史和原料来源对FFSB化学组成、残余TIA、蛋白质二级结构、CP溶解动力学和体外AA消化率的影响，并将体内SID与体外AA消化率回归，探讨体外模型的预测价值和AA特异性限制。
研究开展、结论与意义：研究人员比较了3个肯尼亚市场来源、加工历史未知的FFSB样品与5个加拿大农场来源、加工条件明确的样品（1个生样、160.0 °C挤压样及136.7、151.7、154.4 °C烘烤样）。研究得出，加工条件和原料来源共同影响FFSB质量；151.7–154.4 °C烘烤产生低TIA、较有利的蛋白质结构、较高肠道CP溶解度和较高AA消化率；肯尼亚商业样品变异较大，表明配方前需常规质量评估。其意义在于强调FFSB质量不能仅凭TIA、加工温度或单一结构指标判断，而应结合完整热加工史和结构-消化响应评价。
关键技术方法：研究人员采用来自肯尼亚市场、加工历史未知的3个FFSB样品（S1、S2、S3）及来自加拿大农场、加工条件明确的5个样品（1个生样、160.0 °C挤压样和136.7、151.7、154.4 °C烘烤样）。关键技术包括：ATR-FTIR测定Amide I区蛋白质二级结构；两相体外消化模型（胃相和肠相）测定CP溶解度；AOCS法测定TIA；SDS-PAGE在还原和非还原条件下分析未消化及消化后蛋白谱；3 h肠相水解物进行AA分析；并将136.7 °C烘烤FFSB的体内SID观测值与体外AA消化率回归，评价预测能力。
研究结果：
化学组成与TIA：通过化学成分分析和AOCS法测定，加拿大样品干物质差异小于2个百分点，烘烤样略高；CP在加拿大样品为34.57%–36.66%，肯尼亚样品为37.90%–40.99%；不溶性膳食纤维在生FFSB为21.51%，烘烤样为23.31%–26.65%，挤压样为24.80%；粗脂肪为18.79%–20.45%，无清晰来源或加工模式。生加拿大FFSB的TIA最高（17.42 TIU/mg），加工加拿大样品为2.30–4.77 TIU/mg（烘烤）和3.85 TIU/mg（挤压）；肯尼亚样品为6.00–12.00 TIU/mg，低于生加拿大FFSB但高于加工加拿大样品。
未消化FFSB的SDS-PAGE图谱：通过还原和非还原SDS-PAGE观察，各样品主要蛋白条带分子量区域大致相似，说明主要蛋白组分保留，但条带明显程度视觉不同；还原条件下生FFSB条带清晰，136.7 °C烘烤样条带较弱；约100 kDa条带在151.7和154.4 °C样品更明显，151.7 °C样品在约11–25 kDa区也更清晰；136.7和154.4 °C样品凝胶顶部保留物提示高分子聚集体或未充分分辨的蛋白复合物。未进行条带定量，结果仅作描述。
ATR-FTIR光谱：通过ATR-FTIR观察，O–H和N–H伸缩区中加工加拿大和肯尼亚样品吸收数值低于生FFSB，挤压样降低最大；C–H伸缩区谱形大体相似；Amide I和Amide II带存在视觉和数值变异，136.7 °C烘烤样和挤压样较生FFSB Amide I/II吸收降低且带型改变；高于136.7 °C的烘烤样Amide I谱与生和挤压样不同，肯尼亚样品在Amide I区吸收分布数值变异较大。
蛋白质二级结构组成：通过去卷积ATR-FTIR Amide I区分析，样品间二级结构组成差异显著（P < 0.001）。136.7 °C烘烤样具有最高聚集β-折叠和β-转角含量及最低无规卷曲含量；无规卷曲在肯尼亚S1和S3最高，其次为151.7和154.4 °C烘烤样；分子内β-折叠在生FFSB和151.7 °C烘烤样最高，136.7 °C和S1较低；α-螺旋在肯尼亚S2最高、136.7 °C最低；挤压样多数结构成分居中，但反平行β-折叠较高，与S3相当。
粗蛋白溶解度：通过两相体外消化模型在各时间点测定，胃相和小肠相各时间点样品间CP溶解度均差异显著（P < 0.001）。胃相0 h生FFSB最高、挤压样最低；0.5 h所有样品升高，生FFSB仍最高，151.7和154.4 °C烘烤样高于挤压样及S1、S3。肠相0 h生FFSB和S2最高，S1和S3最低；1 h烘烤样（136.7、151.7、154.4 °C）和挤压样高于生FFSB和S2；3 h 154.4 °C烘烤样最高，生FFSB和S3最低。
消化后SDS-PAGE图谱：通过肠相末SDS-PAGE观察，处理间分子量分布存在视觉差异；约100和75 kDa条带仅见于151.7 °C样品；约48 kDa条带见于所有样品，生FFSB视觉最强；约35 kDa条带在151.7 °C最强、154.4 °C次之，在挤压和136.7 °C样品弱或不可见；11–25 kDa区多条带存在于各处理，151.7 °C视觉强度较低；挤压样约11 kDa条带相对明显但弱于生FFSB；151.7 °C样品在11 kDa以下近凝胶底部有宽条带。因未定量，仅作定性解释。
体外氨基酸消化率：通过3 h肠相水解物AA分析，所有必需和非必需AA的体外消化率在样品间差异显著（P < 0.001）。生FFSB各AA消化率最低；热加工提高消化率，烘烤样一般高于挤压样；154.4 °C烘烤样常居最高，136.7 °C烘烤和挤压样居中；肯尼亚样品变异明显，S1多数AA最高，S3最低且多个AA与生FFSB无差异；非必需AA和平均总AA消化率呈相同处理模式。
预测标准化回肠消化率：通过将136.7 °C烘烤FFSB的体内SID观测值与体外AA消化率回归，预测SID一般接近体内观测值，残差为?6.58至6.11个百分点；预测准确度因AA而异，天冬氨酸、脯氨酸和赖氨酸绝对误差较大，组氨酸、异亮氨酸和缬氨酸误差较小；均值置信区间较窄，预测区间较宽，残差有正有负。
讨论总结：讨论指出，FFSB营养品质由加工历史、残余TIA、蛋白质结构修饰和消化行为共同决定，而非仅由加热温度决定；存在最佳加工窗口，出口温度不能脱离水分、停留时间、传热效率、设备设计和机械剪切单独解释。TIA是有用的加工充分性指标，但不能独立解释蛋白质消化。肯尼亚S1虽TIA较高但多数AA消化率较高，并具较高无规卷曲和较低分子内β-折叠；S2 TIA最低、α-螺旋最高、聚集β-折叠最低，消化率居中，其初始肠相CP溶解度未能持续；S3 TIA最高、肠相CP溶解度和AA消化率最低或较低，符合加工不足或不稳定。生加拿大FFSB胃相CP溶解度虽高，但肠相溶解度和AA消化率低，说明早期酸相溶解度不能代表高营养价值。挤压显著降低TIA但AA消化率仅居中，并伴较低初始胃相溶解度和较高反平行β-折叠，提示有效灭活抑制剂可能被结构变化部分抵消。136.7 °C烘烤样聚集β-折叠和β-转角最高、无规卷曲和α-螺旋最低，其AA消化率高于生FFSB但低于151.7和154.4 °C样品；其停留时间较长，响应反映总热历史而非仅出口温度。151.7和154.4 °C烘烤样TIA低、肠相CP溶解度高、平均必需和非必需及总AA消化率高，较高无规卷曲与展开和酶可及性增加一致，但两温度相似不能确立普遍最优温度。无规卷曲与消化率关系并非所有处理一致，ATR-FTIR应作为加工相关结构变化的补充指标而非独立预测指标。SDS-PAGE结果与处理依赖的蛋白结合和水解变化一致，但未定量，应结合CP溶解度和AA消失定性解释。热加工改善多数必需AA消化率，151.7和154.4 °C样品赖氨酸仍高度可消化，提示未发生严重热损伤；赖氨酸体外-体内预测误差较大，可能涉及反应性赖氨酸、体外方法限制或批次不匹配。蛋氨酸和半胱氨酸处理模式不同，含硫AA氧化、二硫键重排和交联可能参与，但未测氧化产物。非必需AA趋势与必需AA类似；体外体系无肠黏膜和内源蛋白分泌，差异反映原料来源AA的酶解释放或回收。回归模型均值一致但个别AA误差较大，静态酶法可能更可靠预测总体蛋白消化而非每个AA；体内SID还受转运、分泌、内源损失、吸收、微生物和生理调节影响，且模型仅用一个加工条件和不匹配批次，应视为探索性。肯尼亚与加拿大样品差异混杂基因型、农艺、储藏、采后和加工历史，不能独立证明地理来源效应。
研究结论（翻译）：总体而言，FFSB质量评估不应仅依赖TIA、加工温度或单一结构指标。生FFSB和样品3显示不利的消化特性，而挤压和136.7 °C烘烤样品TIA降低但消化率仅为中等。相反，在所评价条件下，151.7和154.4 °C烘烤产生低TIA、蛋白质结构修饰、肠道CP溶解度和AA消化率的最有利组合。这些发现与动物研究一致，即适当加工的FFSB支持有利的AA利用，而加工不足或过度加工损害消化率、生长或效率。因此，持续生产高质量FFSB需要控制完整热过程，包括温度、水分、停留时间、机械能和传热效率。
