饲料原料棉粕和菜籽粕的研究应用

饲料原料棉粕和菜籽粕的研究应用畜牧业的主要产品（肉、蛋、奶等）是维持人类生存所必需的蛋白质的重要来源。畜牧业生产时，常用谷物类、饼粕类、草类等配制动物日粮。随着畜牧业生产的快速发展，这些常规饲料越来越不能满足生产需要，尤其是常规蛋白质饲料源供应的不足，以及价格的上涨，严重制约了我国乃至整个世界畜牧业的发展。我国是蛋白质饲料资源贫乏的国家，目前畜牧业所需的豆粕用大豆约70％需要进口。根据国家饲料工业办公室的估算，按照我国人民膳食结构与养殖业的发展规划要求，到2020年所需的蛋白饲料会有更大的缺口。为了解决目前常规蛋白质饲料价格高且资源不足的问题,人们开始开发和利用棉籽粕、菜籽粕等杂粕饲料。虽然这些蛋白质饲料中的氨基酸消化率低,限制性氨基酸含量偏低,氨基酸间的均衡性差,以及还含有一定量的抗营养物质,但如果经过适当的加工处理以及合理的利用，仍可以部分甚至全部替代常规蛋白质饲料，降低饲料成本，提高经济效益。一、菜籽粕概述（一）菜籽粕的饲用价值油菜籽是提供食用油脂的主要原料之一，在动物养殖过程中，油菜籽榨油后剩余的菜籽饼粕是重要的蛋白原料之一，适宜在温带气候条件下生长，主要种植在北半球，是我国的重要油料作物之一（张子仪1992）。最近几年统计表明，油菜籽在我国的种植面积相对稳定，约10500万亩左右，分布于我国的西北、华北、内蒙古及长江流域各省，全国油菜籽年产量1100万t左右，主要用于榨油，以中小规模的油厂为主，油厂一般采用浸出工艺，所以每年产出的约700万t菜籽饼粕以菜籽粕为主，菜粕已经成为我国三大蛋白原料（豆粕、棉粕、菜粕）之一（王加武等2005）。目前通用的浸提法加工菜籽，菜粕产出率可达60%以上。现在市面上油菜品种已经很多改为双低品种，但仍有相当部分属于老品种，其加工的菜粕中硫代葡萄糖甙及其降解产物含量仍然很高，单宁、芥子碱、植酸、抗蛋白酶因子等抗营养因子也存在，作为一种重要的蛋白原料，菜粕因为粗纤维、粗灰粉含量高，造成相对能量含量较低，部分需要高能量饲料的动物对其利用受到一定限制（李建凡等1995）。为了减少菜粕中毒素影响，得到低毒产品，从上个世纪70年代起各国植物育种学家开始了大量关于双低油菜品种的研究，并取得了巨大进步，双低油菜得到迅速推广。用其生产的双低菜粕不需脱毒即可广泛的在动物饲料中使用，减少了饲料对豆粕的需求压力，同时缓解了食品工业对大豆蛋白的需求压力（袁莉等2003）。目前，双低油菜已在全世界得到了全面的推广普及。1、菜籽粕的营养成分菜籽粕是油菜籽取油后的副产物。压榨取油后的称饼，浸提或预榨浸提取油后的称粕。受工艺影响，现在市面上绝大部分为菜粕，根据品种不同，菜粕的营养成份不同，目前大致分为两类，一类为普通菜粕，另一类为双低菜粕，加拿大进口油菜和菜粕在我国菜粕总量中的比重越来越高，其基本为双低品种（见表1）。表1-1普通菜籽饼粕、双低菜籽饼粕、大豆饼粕的常规营养成分（%）注:①中国饲料成分及营养价值表（2007年第18版）；②高玉鹏（2000）；③陈晓春（2004）。一般情况下，菜籽饼粕含粗蛋白35.0%~45.0%，以清蛋白和球蛋白为主，易被动物利用（王宁娟2001）。由于蛋白品质主要受氨基酸组成影响，所以饼粕类原料的氨基酸组成比例与其总量一样重要，其中的必需氨基酸含量决定其价值，菜粕中的蛋氨酸达0.63%，胱氨酸达0.87%，总含硫氨基酸1.50%，明显高于豆粕含量（1.40%），赖氨酸含量（1.30%）低于豆粕，相同蛋白和氨基酸水平下，菜粕比豆粕便宜，蛋白效价为3.0~3.5，比豆粕高(李建凡等1995；张麟1998；)。菜籽粕中矿物质、微量元素以及维生素含量比豆粕丰富，钙、磷、镁是豆粕3.0倍，铁、锰、硒均是豆粕数倍，胆碱2倍，维生素E、烟酸数倍与豆粕(席鹏彬等2004)；同时含有的钼也较高(卿中全等2000)。2、菜籽粕中的抗营养因子及有毒物质菜籽粕中的抗营养因子主要为粗纤维、抗蛋白酶因子和植酸，其对菜粕的使用影响不大。主要影响菜籽使用的是有毒物质。（1）硫代葡萄糖甙(GLS)硫代葡萄糖甙(glucosinolateGLS)是菜粕中的主要毒素，简称硫甙，又称芥子甙，已经发现有110多种，是一类糖与非糖物质连接而成的化合物，其在油菜生长防御方面有重要作用，有抗癌作用，具有特殊的风味形成能力，是十字花科植物重要的次生代谢产物，其他植物一般不产生该毒素，该类毒素具有相同的R-C结构（B-D硫吡喃葡萄糖甙结），根据结构中可变的R基不同将硫甙分为：芳香类硫代葡萄糖甙、脂肪类硫代葡萄糖甙、吲哚类硫代葡萄糖甙。目前只找到13种，主要有2-羟基-3丁烯基硫甙、3丁烯基硫甙、2-羟基-4戊烯基硫甙、4戊烯基硫甙、吲哚硫甙和烯丙基硫甙（戚存和和张洁夫1991）。在1982年以前，研究人员认为菜籽粕的毒性物质主要是硫甙的酶解产物OZT、ITC和氰化物，硫甙本身是非活性的，直到Luethy提出了新的观点，通过对菜籽粕中主要毒素的研究，Luethy提出，不仅硫甙的酶解产物有毒，其本身也具有一定的毒性（张菊珍等1992）。其他学者进行了相似研究，得出的结论基本相同，在使用含较高量GLS的日粮饲喂动物时，如果简单的直接使用，会严重影响动物的生长（程进1993）。硫甙在动物消化道微生物的芥子酶或植物自身所含芥子酶作用下，在动物采食后消化的过程中或加工、储存过程中，随时会酶解为异硫氰酸盐（进一步分解为恶唑烷硫酮（OZT））、硫氰酸盐、氰化物等有毒有害物质，这些物质普遍味道辛辣，对动物的采食量有明显的抑制作用，有学者认为，就硫甙的负面影响而言，其影响采食量的情况更严重，致甲状腺肿大的影响相对较小（刘恒烈等1994）。Schone等(1997)研究认为,用含硫甙0~19μmol/g的试验饲料饲养20~50kg体重猪时,若饲料中硫甙含量超过2.4μmol/g,猪的摄食率下降。（2）异硫氰酸盐(ITC)异硫氰酸盐(isotiocyanate,ITC)是硫甙酶解的产物，通过硫代葡萄糖甙酶的水解，硫代葡萄糖甙产生作用下产生的有毒物质之一，存在于十字花科植物中，其分子式为：R-N=C=S（ManeshC2006）。与碘离子一样，异硫氰酸盐(isotiocyanate,ITC)的硫氰离子也为单价阴离子，而且外形和碘离子相似，它一方面通过在机体内转化为硫氰化物(SCN+)发挥抗甲状腺作用，另一方面与组织内的氨基作用生成硫脲衍生物，产生硫脲样抗甲状腺作用。通过添加碘可以缓解它的毒性作用甚至解决；异硫氰酸盐通过其强烈的辛辣味对黏膜刺激，在达到一定浓度后，其对动物采食量有明显影响，长时间饲喂含有超过允许量的3氰酸盐的日粮可引起腹泻，严重的可能导致出血性胃肠炎。异硫氰酸盐还可以引起肺水肿，其作用机理现在比较清楚，主要是在经过肺挥发出体外的过程中刺激肺导致其受到伤害，进而引发炎症，对肾脏有类似的伤害作用。异硫氰酸盐除了有上述危害外，也有其正面作用，有学者认为其具有化学防癌功能，某些脱毒酶的活性可通过其作用增加或上调，从而促进清除致癌物、降低癌症发生的概率（王景梓和蔺新英2005）。（3）恶唑烷硫酮（OZT）恶唑烷硫酮（oxazo-lidinethione,OZT）又被称做甲状腺肿因子(goitrin)，由异硫氰酸盐分解而形成，是菜粕的主要的有毒物质之一，是硫代葡萄糖甙酶解后的二级产物，其典型的临床症状是导致甲状腺肿大（主要阻碍甲状腺素合成）。恶唑烷硫酮通过抑制酪氨酸的碘化使甲状腺生成受阻，导致甲状腺肿大，其同时通过干扰甲状腺球蛋白的水解来影响甲状腺素的释放。由于不是简单的碘缺乏导致甲状腺肿，因此大量补充碘不能解决恶唑烷硫酮造成的影响。（4）硫氰酸盐硫氰酸盐(thiocycauate)也是硫代葡萄糖甙的分解产物，它的毒害作用临床症状和恶唑烷硫酮相似，但作用机理不同，主要是通过其结构（硫氰酸盐的分子式：CH2=CH-CHOH-CH2-S-C≡N）上的硫氰离子与I-离子的竞争来影响甲状腺泡细胞对碘的吸收，导致甲状腺素成不足，从而使甲状腺因缺碘代谢紊乱，即使日粮中有足够含量的碘，但由于硫氰酸盐的竞争也难于被甲状腺利用，动物临床出现甲状腺肿大、生长受阻。（5）氰化物氰化物特指带有氰基（CN）的化合物，多有剧毒，故而为世人熟知，菜粕中本身不含氰化物（nitrile），是异硫氰酸盐分解后得到氰离子(CN+)，氰离子(CN+)有剧毒，，它可引起肝、肾等器官组织细胞的内窒息。因为其降解需要低温和强酸的环境，在实际生产中条件不多，故毒性实际表现有限，对动物影响不大。（6）单宁单宁（Tannins）分子式为C76H52O46,分子量1701.22，是多酚中高度聚合的化合物，也称单宁酸，鞣酸（石碧和狄莹2000），和大多数植物一样，菜籽皮是单宁的主要集中部位。目前没有经过脱壳处理的菜粕占主要比重，其单宁平均含量约为3.65%，单宁分为水解单宁和缩和单宁，菜粕中属于缩合单宁，同葡萄酒中要求单宁不同，饲料中单宁有很大的负面作用，其一方面因味道苦涩而严重影响动物采食量，另一方面因其可与日粮中的蛋白质在动物消化道中结合不能利用而造成蛋白质浪费，还可以与消化酶结合，造成能量很蛋白原料不能被很好消化，不但影响动物对能量、蛋白的利用，同时其还可对小肠黏膜造成损伤，其聚合性同时干扰矿物质元素钙、铁、锌等的利用（张晓庆和郝正里2006）。因为影响面广，所以高含量单宁对动物的生长和饲料转4率的提高有明显不良影响，菜粕中含量不高。（7）芥子碱芥子碱分子式为C6H25O6N，分子量为327，是芥子酸和胆碱反应生成的酯类物质。芥子碱具对菜粕使用不利主要是因为其固有的苦味，可影响动物的适口性，降低采食量，不同品种菜粕含量差异大，一般菜籽粕中的含量约为1.0%~1.5%。也有报道称，菜粕中的芥子碱与腥味蛋的产生有关系（HobartRetal1985）。（8）植酸植酸（phyticacid）分子式为C6H18O24P6，分子量为660.08，其化学名称叫肌环已六醇-b-磷酸酯，主要存在于植物子实和糠、饼类中，是磷和肌醇在植物中的主要存在形式，，菜籽粕中植酸含量约为2.0%~5.0%。它是一种很强的螯合剂，在很宽的pH范围内(尤其是在pH3.0~4.0)均带负电荷，对日粮中的Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+等带正电荷的营养性矿物质和微量元素产生威胁，通过螯合作用，使动物不能吸收这些营养物质，对蛋白质分子而言同样面临被螯合而损失的情况，植酸螯合物很难溶解，由于植酸含量高，影响较大，各阶段的科研人员都在努力进行突破，在现阶段，通过使用植酸酶可以较好的分解其，提高菜粕利用率。（9）粗纤维菜籽粕中粗纤维主要包含：不溶性的中性洗涤纤维(NDF)（细胞壁多聚体和美拉德产物所组成）；中性可溶性多糖(NDSP)。因品种和加工工艺不同，菜粕粗纤维含量不同，除开脱壳菜粕（试验中），一般在12%左右。粗纤维也是动物必需的营养成分，主要作用是促进胃肠蠕动，能帮助消化并维持消化道健康，当然，在饲料中，它主要起负面作用。饲料中将粗纤维归类为非营养性物质，单胃动物不能将其消化吸收（反刍动物除外）（孔学民1994；何国菊2004；姜芳2009），因为粗纤维的存在，饲料中的有效营养物质浓度被降低，增加了动物的饱感，不能达到最佳营养采食量，降低了饲料效率，（齐莉莉2001）。在动物消化过程中，首先需要将植物细胞的细胞壁破坏，使的营养物质能够和动物消化道中酶接触，然后才能消化吸收营养物质，粗纤维作为细胞壁的主要成分，能很好的维持其稳定，阻止细胞内的营养物质与动物胃肠道中的酶的接触(彭健和B．A．Slominski2001)，降低了日粮营养效价，过多的粗纤维因为机械摩擦还可引起消化道损伤，降低营养成分吸收率。因为粗纤维过量占据动物的采食量，营养成分总量过低时，会出现严重的营养不良，进而降低动物免疫功能（SlominskiBAetal2001；哈志刚和彭健2001；韩华琼和李伟格，1997；高立海和曲悦2004）。3、菜籽粕在动物饲料中的应用（1）菜籽粕在鸡饲料中的应用随着对菜籽粕研究的不断深入，鸡日粮中的应用已经普及，在价格适当时甚至