植物性饲料中的有毒有害物质

植物性饲料中的有毒有害物质植物性饲料中的有毒有害物质对牲畜影响巨大。饲用植物中已知的有毒化学成分或抗营养因子，大致可以分类为：生物碱、甙类、非蛋白氨基酸、毒肽与毒蛋白、酚类及其衍生物、有机酸、非淀粉多糖、硝酸盐及亚硝酸盐、胃肠胀气因子、抗维生素因子等。（一）生物碱生物碱（alkaloids）是一类存在于生物体内的含氮有机化合物，有类似碱的性质，能和酸结合生成盐。广泛分布于植物界。毒性生物碱是植物有毒成分中占很大比例的一类化学成分。它们对动物具有强烈的生物活性。许多生物碱是常用的药物，同时也是重要的毒物。生物碱种类繁多，具有多种毒性，特别是具有显著的神经系统毒性与细胞毒性。例如紫云英属植物所含吲哚里西定烷类生物碱—斯旺松宁（swainonine）是一类特殊或强效的甘露糖酶抑制剂，能使家畜产生甘露糖病。在植物体中的存在形式在植物细胞中，除少数极弱碱性生物碱如秋水仙碱类以外，所有的生物碱都是与酸结合成盐的形式存在，常见的酸有柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、琥珀酸等有机酸。在植物体内的分布生物碱在植物体组织各部分都可能存在，但往往集中在某一部分或某一器官。一般来说，生物碱多存在于植物生长最活跃的部分，如子房、新发育的细胞、根冠、木栓形成层以及受伤组织的邻近细胞中。其次分布于表皮组织，如叶表皮细胞、毛茸、根毛等。其它如维管束内的细胞及其周围组织以及乳管中，也都有存在。（二）甙类甙类(glycosides)又称配糖体，它是糖或糖醛酸等与另一非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物。其中非糖部分称为甙元或配基（aglycone），其连接的键称为甙键。饲料中可能出现有毒有害物质的甙类有氰甙、硫葡萄糖甙和皂甙。氰甙的毒性氰甙本身不表现毒性，但含有氰甙的植物被动物采食、咀嚼后，植物组织的结构遭到破坏，在有水分和适宜的温度条件下，氰甙经过与共存酶的作用，水解产生氢氰酸（HCN）而引起动物中毒。单胃动物由于胃液呈强酸性，影响与甙共存酶的活性，所以氰甙的水解过程多在小肠进行，中毒症状出现较晚。反刍动物由于瘤胃微生物的活动，可在瘤胃中将氰甙水解产生氢氰酸，中毒症状出现较早。氢氰酸急性中毒发病较快，反刍动物在采食15～30min后即可发病，单胃动物多在采食后几小时呈现症状。主要症状为呼吸快速且困难，呼出苦杏仁味气体，随后全身衰弱无力，行走站立不稳或卧地不起，心率失常。中毒严重者最后全身阵发性痉挛，瞳孔散大，因呼吸麻痹而死亡。氰甙（cyanogenicglycoside）广泛存在于植物中，是指一类α-羟腈的甙。在植物界约有2000多种生氰植物。生氰植物是指能在体内合成生氰化合物，经水解后释放氢氰酸的植物。生氰植物在体内合成氰甙的过程为不同的氨基酸可以产生不同的氰甙，饲料中最常见的氰甙有亚麻苦甙（linamarin），是由L-缬氨酸形成的，百脉根甙(lotanstralin)是由L-异亮氨酸形成的，蜀黍甙则是由L-酪氨酸形成的。氰甙的水解通常由酶催化进行，在含氰甙的植物中，都存在β-葡萄糖甙酶（β-glucosidase）和羟氰裂解酶(oxynitrilase)。在完整的植物体内，氰甙与其水解的酶在空间上是隔离的，即二者存在于植物体同一器官的不同细胞中。因此，在生活期间的植物体内，氰甙不会受到水解酶的作用，不存在游离的氢氰酸。只有当植物体完整的细胞受到破坏或死亡后，使氰甙与其水解酶接触时，水解反应才会迅速地进行。氰甙的脱毒与利用氰甙可溶于水，经酶或稀酸可水解为氢氰酸。氢氰酸的沸点低（26℃），加热易挥发。故一般采用水浸泡、加热蒸煮等办法即可脱毒。磨碎和发酵对去除氢氰酸也有作用。应用含氰甙的饲料时，应限量饲喂，如木薯块根在配合饲料中的用量一般以10%为宜。也可通过培育低毒品种控制饲料中氰甙的含量。硫葡萄糖甙种类与含量硫葡萄糖甙（glucosinolate）是一类葡萄糖衍生物的总称，广泛存在于十字花科、白花菜科等植物的叶、茎和种子中。硫葡萄糖甙的一般结构式是：硫葡萄糖甙由上式可以看出，其分子结构是由非糖部分和葡萄糖部分通过硫甙键连接起来的。其中R基团是硫葡萄糖甙的可变部分，随着R基团的不同，硫葡萄糖甙的种类和性质也不同。油菜植株的各部分都含有硫葡萄糖甙，以种子中含量最高，集中在种子的子叶和胚轴中，其它部分较少。不同器官中含硫葡萄糖甙的顺序为种子＞茎＞叶＞根。硫葡萄糖甙不同类型油菜种子中，硫葡萄糖甙的含量各不相同。徐义俊等（1982）对中国油菜品种进行了分析，大部分品种的硫葡萄糖甙含量在3%～8%之间，甘蓝型油菜含量范围为1.10%～8.62%，白菜型油菜含量范围为0.97%～6.25%，芥菜型油菜含量范围为2.73%～6.03%。同样类型中，春油菜硫葡萄糖甙含量都低于冬油菜。硫葡萄糖甙硫葡萄糖甙的降解在含有硫葡萄糖甙的植物中，都含有与该糖甙共存的酶，称为硫葡萄糖甙酶(glucosinolase)或称为芥子酶(myrosinase)。油菜籽在榨油加工过程中或被动物摄入后，硫葡萄糖甙酶因与硫葡萄糖甙接触而使其水解。硫葡萄糖甙在硫葡萄糖甙酶的作用下，降解为葡萄糖、硫酸氢根离子及配糖体。因降解条件不同，配糖体可降解为硫氰酸脂、异硫氰酸脂（isothiocyanate，ITC）或脱去硫原子形成腈(nitrile，CN)，某些R-基团含有羟基的ITC可自动环化为噁唑烷硫酮(oxazolidinethione，OZT)硫葡萄糖甙硫葡萄糖甙降解产物的毒性硫葡萄糖甙本身并不具有毒性，只是其水解产物才有毒性。硫氰酸脂、异硫氰酸脂和噁唑烷硫酮可引起甲状腺形态学和功能的变化，例如，异硫氰酸脂和硫氰酸脂中的硫氰离子（SCN－）是与碘离子（I－）的形状和大小相似的单价阴离子，在血液中含量多时，可与I－竞争，而浓集到甲状腺中去，抑制了甲状腺滤泡浓集碘的能力，从而导致甲状腺肿大。噁唑烷硫酮的致甲状腺肿大作用与硫氰酸脂不同，它是通过抑制酪氨酸的碘化，使甲状腺生成受阻，同时干扰甲状腺球蛋白的水解，进而影响甲状腺素的释放。腈主要引起动物肝脏、肾脏肿大和出血。硫葡萄糖甙在较低的温度及酸性条件下酶解时会有大量的腈生成，大多数腈进入体内后通过代谢迅速析出氰离子（CN－），因而对机体的毒性比ICT和OZT大得多。硫葡萄糖甙脱毒及利用培育“双低”油菜品种是解决菜籽饼粕去毒和提高其营养价值的根本途径。“双低”油菜是指油菜籽中硫葡萄糖甙和芥酸含量均低的品种。加拿大在全国范围内实现油菜“双低”化，其饼粕中硫葡萄糖甙含量仅为一般油菜饼粕含量的1/10左右。在中国，“双低”油菜品种的选育工作也有了很大进展，已开始在全国推广。硫葡萄糖甙通过改进制油工艺、饼粕脱毒、控制饲喂量都可控制硫葡萄糖甙降解产物对动物的毒性。国外研究了在预榨浸出制油以前，先灭活菜籽中芥子酶的新工艺。我国采用先蒸炒整粒油菜籽使芥子酶灭活，然后再去壳和预榨浸出制油的工艺比较合适。菜籽饼粕的脱毒方法中以含水乙醇浸出法、化学添加剂处理法较好。菜籽饼粕的安全限量与菜籽品种、加工方法、饲喂动物的种类和生长阶段有关。一般来说，蛋鸡、种鸡为5%，生长鸡、肉鸡为10%～15%，母猪、仔猪为5%，生长肥育猪为10%～15%。皂甙皂甙由皂甙元（sapogenins）和糖、糖醛酸或其它有机酸组成。广泛存在于植物的叶、茎、根、花和果实中。分类和理化性质按照皂甙被水解后生成的皂甙元的化学结构，可将皂甙分为甾体皂甙(steroidalsaponins)和三萜皂甙（triterpenoidsaponins）2大类。各种饲用植物如苜蓿、油茶籽饼、大豆中的皂甙均为三萜皂甙。皂甙多具苦味和辛辣味，因而使含皂甙的饲用植物适口性降低。皂甙一般溶于水，有很高的表面活性，其水溶液经强烈振摇产生持久性泡沫，且不因加热而消失。皂甙生物活性和毒害作用①降胆固醇作用：皂甙能与胆固醇结合生成不溶于水的复合物，可以减少胆固醇在肠道的吸收，因而具有降低血浆中胆固醇含量的作用。反刍动物摄入皂甙后不会降低血浆及组织中的胆固醇含量，是由于皂甙在瘤胃中受微生物的作用而发生了变化。②溶血作用：皂甙水溶液能使红细胞破裂，故具溶血作用。一般认为溶血作用与皂甙和红细胞膜中胆固醇的相互作用有关。将皂甙水溶液注射入血液，低浓度时即产生溶血作用，但皂甙经口摄入时无溶血毒性。③臌气作用：当反刍动物大量采食新鲜苜蓿时，由于皂甙具有降低水溶液表面张力的作用，可在瘤胃中和水形成大量的持久性泡沫夹杂在瘤胃内溶物中。当泡沫不断增多，阻塞喷门时，使嗳气受阻，致使形成瘤胃臌气。④毒鱼作用：皂甙对鱼类、软体动物等冷血动物有很强的毒性，致死量每千克体重为100mg。（三）非蛋白氨基酸、毒肽和毒蛋白1.非蛋白氨基酸2.毒肽和毒蛋白（1）植物红细胞凝集素（2）蛋白酶抑制剂（3）脲酶非蛋白氨基酸饲用植物中，有些氨基酸不是组成一般蛋白质的成分，称为非蛋白质氨基酸（nonproteinaminoacids）在正常情况下，动物机体中不存在这些氨基酸，一旦它们被摄入机体后，由于这些异常氨基酸与正常的蛋白质氨基酸的化学结构类似，可成为后者的抗代谢物，从而引起多种类型的毒性作用。毒肽和毒蛋白植物中天然存在一些肽类化合物，包括一些呈环状结构的多肽。它们具有特殊的生物活性或强烈的毒性。通常将这些具有一定毒性的肽类和蛋白质类化合物分别称为毒肽和毒蛋白。饲用植物中，影响较大的毒蛋白是植物红细胞凝集素（haemagglutinin）、胰蛋白酶抑制剂（trypsininhibitor，TI）和尿酶。毒肽和毒蛋白之植物红细胞凝集素植物红细胞凝集素是一类可使红细胞发生凝集作用的蛋白质。这种凝集素在作物中普遍存在，尤其多存在于豆科作物种子中。不同豆科植物种子中的凝集素对红细胞的凝集活性不同，如以大豆的凝集活性按100%计，则豌豆为10%，蚕豆为2%，豇豆和羽扇豆几乎为零。大豆粉中约含有3%的凝集素。植物凝集素降低饲料中营养物质在消化道的吸收率，并且可使动物的生长受到抑制或停滞，甚至还可呈现其它毒性。凝集素不耐热，只要对饲料进行充分的热处理，使凝集素灭活或破坏，就不会对动物引起危害。在常压下蒸汽处理1h，便可使凝集素完全破坏。凝集素在湿热处理时较干热处理时容易破坏。毒肽和毒蛋白蛋白酶抑制剂蛋白酶抑制剂在自然界已发现数百种蛋白酶抑制剂，其中对动物营养影响最大的是胰蛋白酶抑制剂。胰蛋白酶抑制剂主要存在于大豆、豌豆、菜豆和蚕豆等豆科籽实及其饼粕中。胰蛋白酶抑制剂具有抗营养作用，主要表现为降低蛋白质的利用率、抑制生长和引起胰腺肥大。毒肽和毒蛋白蛋白酶抑制剂蛋白酶抑制剂抑制动物生长的原因，一般认为是由于它能抑制肠道中蛋白水解酶对饲料蛋白质的分解作用，从而阻碍动物对饲料蛋白质的消化利用，导致生长减慢或停滞。蛋白酶抑制剂都是一些糖蛋白，对热不稳定，充分加热可使之失活，从而消除其抗营养作用。但过度加热会使一些营养物质如氨基酸、维生素受到破坏，故应适度加热。加热处理的方法可采用湿加热法和干加热法。一般认为湿加热法较为有效。可采用常压蒸气加热30min。毒肽和毒蛋白脲酶脲酶生大豆中脲酶活性很高，本身对动物生产无影响。若和尿素等非蛋白氮同时使用，饲喂反刍动物，会加速尿素等分解释放的氨，进而引起氨中毒。脲酶不耐热。脲酶和胰蛋白酶抑制因子在加热时能以相近的速率变性，且脲酶活性容易测定，故常用其活性来判断大豆蛋白加热强度及胰蛋白酶抑制因子被破坏的程度。（四）酚类衍生物酚类衍生物1.棉酚2.单宁。酚类衍生物棉酚棉酚（gossypol）是棉籽中色素腺体所含的一种黄色多酚色素，分子式为C30H28O6，含量约占棉饼干物质量的0.03%，并以结合或游离2种状态存在。棉酚和氨基酸或其它物质结合的棉酚称结合棉酚。具有活性羟基和活性醛基的棉酚称游离棉酚。游离棉酚游离棉酚的毒性由其活性醛基和活性羟基产生毒性和引起多种危害。棉酚被家畜摄入后，大部分在消化道中形成结合棉酚由粪中直接排出，只有小部分被吸收。游离棉酚的排泄比较缓慢，在体内有明显的蓄积作用，因而长期采食棉籽饼会引起慢性中毒，游离棉酚①游离棉酚是细胞、血管和神经的毒物。棉酚进入消化道后，可刺激胃肠粘膜，引起胃肠炎。吸收入血后，增强血管壁的通透性，促使血浆和血细