棉籽粕營養(yǎng)品質(zhì)的改善及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　

　　蛋白質(zhì)原料是動物飼料中重要的組成部分，也在飼料成分中占有最大比例。豆粕和魚粉是目前應(yīng)用最為廣泛的2種蛋白質(zhì)原料，但在我國相對匱乏，必須依賴大量進(jìn)口，且其原料價格波動較大，直接影響到養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。因此，尋找優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源已成為目前飼料資源開發(fā)的研究熱點(diǎn)。

　　我國是一個產(chǎn)棉大國，棉籽粕產(chǎn)量居世界第一。而棉籽粕中含有30%~50%的蛋白質(zhì)，精氨酸含量高，營養(yǎng)價值接近豆粕，是一種十分重要的蛋白質(zhì)原料。但棉籽粕中含有毒物質(zhì)游離棉酚（FG），F(xiàn)G可直接抑制腸道礦物質(zhì)離子和六碳糖轉(zhuǎn)運(yùn)，并影響?zhàn)B殖動物的生產(chǎn)性能。此外，棉籽粕的氨基酸消化率低，特別是賴氨酸的消化率較低。這些原因造成棉籽粕在飼料配方中的用量受到嚴(yán)格限制。由于棉籽粕來源和加工工藝及養(yǎng)殖動物品種不同，其在不同動物配方飼料中的用量和作用效果也不一致。目前，通過各種手段提升棉籽粕營養(yǎng)品質(zhì)，并通過優(yōu)化動物生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)來降低飼喂棉籽粕造成的負(fù)面影響，已成為蛋白質(zhì)資源開發(fā)的熱點(diǎn)。

　　1棉籽粕營養(yǎng)品質(zhì)的改良手段

　　微波作為一種重要的蛋白改性手段，與傳統(tǒng)制油工藝中高溫蒸炒壓榨工藝較為類似，但其熱量的產(chǎn)生源自物料自身水分子的高速運(yùn)動，大大縮短了熱處理時間，因而效率更高。目前，國外已采用微波手段對豆粕、棉籽粕、菜籽粕等多種植物蛋白原料進(jìn)行改良。Sadegi等采用微波（800w）方式對棉籽粕分別處理2min、4min、6min后發(fā)現(xiàn)，處理4min時的效果最佳，顯著提高了棉籽粕在動物腸道的消化利用。但其在菜籽粕上的研究表明，過度延長微波作用時間可能會引發(fā)蛋白變性及其他必需氨基酸的破壞，反而降低其蛋白消化率。因此，在采用微波提高蛋白品質(zhì)時，其強(qiáng)度和作用時間需要受到嚴(yán)格控制。

　　輻照處理是指采用離子射線對蛋白原料進(jìn)行處理，如γ射線、高能電子束和X射線等。輻照處理的最大優(yōu)點(diǎn)是對營養(yǎng)成分的影響較小，可有效去除植物蛋白中的植酸、FG、胰蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子。Ebrahimi-Mahmoudabad等采用15kGy、30kGy、45kGy（吸收劑量單位，1Gy=1.0J/kg）不同強(qiáng)度的電子束處理棉籽粕后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)G的含量與照射強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)。同時，電子束輻照還顯著提高了棉籽粕的蛋白體外消化率。Shawrang等采用γ射線和高能電子束以10kGy、15kGy、20kGy、25kGy、30kGy5個不同能量強(qiáng)度對棉籽粕進(jìn)行輻照時進(jìn)一步證實，輻照能夠顯著降低棉籽粕中的FG，并發(fā)現(xiàn)25kGy的輻照強(qiáng)度可以降低棉籽粕的FG至可被肉雞安全利用的范圍之內(nèi)。上述結(jié)果表明，輻照處理能有效提高棉籽粕飼用價值。

　　1.2蛋白酶酶解

　　蛋白酶酶解是蛋白改性的一種重要方式。一方面，棉籽粕中的蛋白質(zhì)大分子在蛋白酶的作用下降解為多肽、小肽及游離氨基酸等可溶性小分子。在動物對蛋白質(zhì)消化利用過程中，低分子量蛋白（特別是2個~3個氨基酸的小肽）的吸收，具有速度快、耗能低且不易飽和的特點(diǎn)，從而提高蛋白質(zhì)的利用效率。另一方面，蛋白質(zhì)水解物往往具有多種生物學(xué)活性，如抗氧化性、抗應(yīng)激等，大大擴(kuò)展了蛋白質(zhì)作為能量和氨基酸來源的傳統(tǒng)營養(yǎng)學(xué)認(rèn)識。Gao等試驗發(fā)現(xiàn)，木瓜蛋白酶對棉籽蛋白進(jìn)行水解后，能獲得具有抑制血管緊張素酶活性的棉籽肽。在相似的酶解條件下，又獲得了具有抗氧化活性的棉籽肽。最近的研究顯示，F(xiàn)G能夠抑制電子傳遞鏈作用，并刺激細(xì)胞產(chǎn)生活性氧自由基（ROS），因而可嘗試采用添加抗氧化劑的方式降低FG的不良作用。因此，通過蛋白酶酶解棉籽粕直接獲得抗氧化肽，可能也有助于減少FG對動物的毒性。

　　微生物發(fā)酵手段與蛋白酶解作用存在相似性，其實質(zhì)是利用微生物所產(chǎn)的各種功能酶將棉籽蛋白降解為小分子蛋白、小肽，并去除FG。但與酶法相比，微生物發(fā)酵能夠產(chǎn)生大量的益生菌、乳酸和未知生長因子等活性物質(zhì)，綜合提升棉籽粕的營養(yǎng)品質(zhì)。目前，用于棉籽粕發(fā)酵的微生物以真菌為主。Yang等研究發(fā)現(xiàn)，真菌能針對FG分泌多種降解蛋白，并認(rèn)為深入解析這些蛋白序列結(jié)構(gòu)可能為改良棉籽粕提供新的途徑。Zhang等利用6株真菌發(fā)酵棉籽粕表明，其發(fā)酵后總氨基酸最高可提高11.5%（P<0.05）。本實驗室研究結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌發(fā)酵可使棉籽粕中的FG含量降低74.3%，并顯著提高賴氨酸含量。因此，微生物發(fā)酵一方面降低了棉籽粕中有毒物質(zhì)的含量，另一方面提高了其營養(yǎng)價值。但目前對微生物通過何種方式降解棉酚尚未明確，有待進(jìn)一步研究。

　　2棉籽粕在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

　　目前，棉籽粕在禽類飼料中的添加十分普遍，但其安全合適的添加量尚未定論。Jalees等研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加13%的棉籽粕對飼料轉(zhuǎn)化效率和日增重都沒有影響，但會降低雄性個體的繁殖能力。Gamboa等將棉籽粕在肉雞飼料配方中的含量提高至28%后發(fā)現(xiàn)，其生長性能并無顯著影響，但在血漿、肝臟、腎臟和肌肉中都檢測到FG殘留，其中肝臟的殘留濃度最高。這表明肝臟可能是FG在禽機(jī)體內(nèi)代謝分解的主要器官。禽類對棉籽粕的耐受差異可能與肉雞品種、日齡和棉籽粕來源有關(guān)。此外，日糧的蛋白與氨基酸水平對棉籽粕的添加量也有影響。Sterling等研究表明，在添加棉籽粕的肉雞日糧中，適當(dāng)提高日糧的蛋白含量，能夠使肉雞的生產(chǎn)性能達(dá)到與飼喂豆粕一致的效果。這表明肉雞日糧中添加棉籽粕可能造成了日糧蛋白利用率的降低；而提高蛋白含量恰好可以彌補(bǔ)這一損失。另一方面，棉籽粕中賴氨酸的回腸真消化率在83%左右，據(jù)此估算的可消化賴氨酸需求量占日糧的比重為1.28%~1.55%，賴氨酸的不足可直接影響肉雞的生長性能。Azman等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中額外添加1.5%或3.0%的賴氨酸，可提高肉雞對棉籽粕的耐受力?？紤]到賴氨酸是棉籽粕的第一限制性氨基酸，加之FG在榨油過程中能與氨基酸，特別是賴氨酸結(jié)合，進(jìn)一步降低賴氨酸的有效含量，因而推測添加賴氨酸可能與提高棉籽粕蛋白利用率有關(guān)。

　　Fombad等試驗發(fā)現(xiàn)，在給生長育肥豬飼喂含有棉籽粕（300g/kg）的日糧后，顯著降低了豬日增重，推測這可能是由于棉籽粕中可消化賴氨酸的缺乏和FG的存在引起。Fombad等進(jìn)一步比較了添加富含賴氨酸的血粉與添加游離賴氨酸對生長豬的影響，并總結(jié)認(rèn)為添加血粉的效果要優(yōu)于游離氨基酸。但Moreira等研究表明，斷奶仔豬日糧中添加12%的棉籽粕對其生長性能無不良影響。因此，不同豬品種、生長階段和棉籽粕的FG含量可能是影響棉籽粕在豬日糧中添加量的主要原因。

　　目前為止，有關(guān)改良棉籽粕對動物生產(chǎn)的影響報道不多，且主要集中在發(fā)酵棉籽粕。本實驗室研究表明，黃羽肉雞日糧中添加8%的發(fā)酵棉籽粕，可顯著提高肉雞的日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率，同時提升血清中的免疫球蛋白含量和補(bǔ)體水平。同樣，添加5%發(fā)酵棉籽粕替代豆粕可顯著降低AA肉雞血清的尿素氮含量，但對生長性能沒有顯著影響以上結(jié)果表明，發(fā)酵棉籽粕對肉雞健康狀況和生產(chǎn)性能無顯著影響，但卻提高了肉雞的免疫功能，同時降低了飼料成本，為禽業(yè)的健康養(yǎng)殖提供了借鑒。但究竟是發(fā)酵棉籽粕本身，還是發(fā)酵產(chǎn)生的有益物質(zhì)，如短鏈脂肪酸、未知生長因子和益生菌影響了肉雞的生理功能還需要進(jìn)一步闡明。此外，丁超等研究表明，采用發(fā)酵棉籽粕替代豆粕同樣可顯著提高生長豬的生產(chǎn)性能和飼料報酬。由此可見，在不添加外源賴氨酸的情況下，發(fā)酵棉籽粕與普通棉籽粕相比其優(yōu)勢明顯。

　　2.2棉籽粕在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

　　由于水產(chǎn)動物的消化道較短，F(xiàn)G較容易排出體外，從而降低了FG的毒性。因此，棉籽粕在水產(chǎn)動物中的研究廣泛。棉籽粕對魚體生長的影響主要與魚類食性有關(guān)，一般肉食性越強(qiáng)的魚類，對棉籽粕（包括其中的FG）的耐受性就越低。在幼年鯰魚上，棉籽粕用量小于30%（替代魚粉），都不影響魚體生長、飼料消化和體成分；但當(dāng)用量超過59%時，顯著抑制魚體生長。而對銀鯽而言，日糧中棉籽粕的添加量可達(dá)到40%（或FG含量低于642mg/kg）對魚生長、體成分無顯著影響。Yue等研究發(fā)現(xiàn)，采用33.76%的棉籽粕替代羅非魚日糧中約60%的豆粕，對其魚體生長、消化和血清指標(biāo)沒有明顯影響。Saidy等進(jìn)一步證實，采用41.25%的棉籽粕替代日糧中75%的豆粕，對羅非魚的生長、飼料利用和體成分組成都無顯著不良影響。另一方面，魚類的生理階段也是影響棉籽粕在飼料中用量的一個重要因素。如Lee等發(fā)現(xiàn)，棉籽粕在虹鱒幼魚的合適用量為14.7%，不影響其生長性能。而在虹鱒成魚飼料中采用31%的棉籽粕完全替代日糧中的豆粕時，對魚體生長和飼料利用無顯著影響。此外，Barros等研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中補(bǔ)充鐵，以27.5%棉籽粕替代日糧中50%的豆粕，能有效改善斑點(diǎn)叉尾鲴幼魚的增重率和飼料效率；但當(dāng)采用55%棉籽粕完全替代豆粕后，其增重率、飼料效率等顯著降低。這表明通過適當(dāng)處理（補(bǔ)充礦物質(zhì)等）可以增加棉籽粕在水產(chǎn)動物飼料中的用量，但其具體機(jī)理需要進(jìn)一步研究。

　　棉籽粕的不同處理手段也是影響其在魚類日糧中替代豆粕或魚粉比例的重要因素。研究表明，鯽魚日糧中添加50g/kg棉籽蛋白水解物，可有效提高其生長，并增加魚體成分中的蛋白含量；調(diào)控血清超氧化物歧化酶、葡萄糖和皮質(zhì)醇含量。這表明酶解棉籽粕對魚的作用可能通過調(diào)控機(jī)體代謝過程來影響其生長。最近的研究顯示，發(fā)酵棉籽粕能夠提高羅非魚幼魚體組織中的抗氧化活性；同時降低FG在魚體肝臟中的殘留。因此，微生物發(fā)酵能提高棉籽粕的品質(zhì)，使其更利于在水產(chǎn)飼料中的添加。

　　2.3棉籽粕在瘤胃動物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

　　由于FG可在瘤胃中與氨基酸螯合成無毒的復(fù)合物，因此一般認(rèn)為棉籽粕對反芻動物是無毒的。Solomon等通過添加棉籽粕測定山羊消化性能和肉品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)后發(fā)現(xiàn)，300g/kg的添加量對提高山羊的生產(chǎn)性能的改善有顯著效果。但試驗表明，瘤胃對游離棉酚的脫毒作用受到棉籽粕飼喂量的影響，當(dāng)瘤胃動物飼喂高劑量的棉籽粕時，游離棉酚的鈍化脫毒作用就變得十分薄弱。此時，瘤胃動物表現(xiàn)出與單胃動物相似的病理反應(yīng)。Solaiman等在努比亞公山羊日糧中添加不同濃度的（0、15.7%和32.7%）棉籽粕后發(fā)現(xiàn)，其可耐受32.7%的棉籽粕添加量，但高劑量的添加對山羊血清指標(biāo)和繁殖性能都有不良影響。Pan等在長期飼喂高劑量棉籽粕的美利奴細(xì)毛羊的膀胱和腎臟中均發(fā)現(xiàn)結(jié)石，推測可能與日糧有關(guān)。目前對處理棉籽粕在反芻動物中的研究較少，需要繼續(xù)深入開展研究。

　　棉籽粕作為一種可替代豆粕和魚粉的蛋白原料，具備了很高的研究價值。采用微波及輻照、蛋白酶解和微生物發(fā)酵等處理手段可在去除FG的基礎(chǔ)上，提高其營養(yǎng)價值。不同養(yǎng)殖動物、養(yǎng)殖周期和棉籽粕品質(zhì)對動物的飼養(yǎng)效果差異很大。為了進(jìn)一步擴(kuò)展棉籽粕在動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用，以下幾個方面還有待深入研究：（1）不同處理手段的結(jié)合在提升棉籽粕營養(yǎng)品質(zhì)中的作用；（2）將養(yǎng)殖結(jié)果與改良手段有機(jī)結(jié)合，擴(kuò)展對棉籽粕營養(yǎng)特性的研究；（3）確定各種動物中棉籽粕最為經(jīng)濟(jì)的添加量，特別是開展其在豬養(yǎng)殖中的作用。