棉籽餅粕在水產養殖中的應用

東北農業大學動物科學技術學院 王裕玉 楊雨虹＊劉大森

棉籽餅粕作為畜禽和水產動物的蛋白源之一，不僅可緩解我國蛋白質資源缺乏的現狀，而且還可降低飼料成本，提高經濟效益。然而，棉籽餅粕中含有很多限制其應用的抗營養因子，尤其是游離棉酚，它們通過對肝臟和甲狀腺的影響進而影響養殖動物的生長，因此棉酚脫毒已成為開發棉籽餅粕飼料的首要問題。棉籽餅粕經過脫毒處理后，可以作為蛋白質原料添加到飼料中。本文對棉籽餅粕的營養價值及其在水產飼料中的應用、影響因素和改善措施等方面作一綜述，為棉籽粕在水生動物上的合理使用提供指導。

1 棉籽餅粕的營養價值

棉籽餅粕是棉籽經壓榨或浸提法去油加工后的副產品，經壓榨后的副產品為棉籽餅，浸提法加工后的副產品為棉籽粕。棉籽餅粕的營養成分因棉籽質量、加工方式和脫殼程度不同而異，其粗蛋白質含量高且變化大，通常含粗蛋白質40%～46%，其含有豐富的蛋氨酸、胱氨酸，但是賴氨酸含量較低（1.97%～2.13%），精氨酸過高（4.65%～4.98%）；與豆粕相比，粗纖維含量較高（＞13%），而能值僅為豆粕的65%；棉籽餅粕維生素E和B族維生素含量豐富，磷的含量也在1.0%以上，鈣的含量則低于0.03%。

2 棉籽餅粕在水產養殖中的應用

2.1 對水生動物生長性能及飼料利用率的影響目前，廣大研究者在斑點叉尾 （Barros等，2002；Robinson，1991）、 尼羅羅非魚 （Mbahinzireki等，2001）、日本鱸（羅琳等，2005）、虹鱒（Rinchard 等，2003）等上進行了棉籽粕的研究，這些研究結果顯示，用棉籽蛋白部分替代其他蛋白源飼喂水生動物是可行的，但其適宜替代水平因棉籽餅粕的品質、飼料加工方法、試驗魚的種類、大小和養殖條件而存在較大差異。林仕梅等（2007）用菜籽粕、棉籽粕（1∶2）等量替代 6%、12%和 18%的豆粕，8周的生長試驗結果表明，隨菜籽粕、棉籽粕替代水平的增加，羅非魚的生長和飼料利用均顯著下降；Cheng和Hardy（2002）對虹鱒幼魚的研究發現，當高溫壓榨棉籽粕魚粉在飼料中添加量超過15%時，魚體增重率和飼料轉化效率就顯著降低；Robinson和Brent（1989）研究指出，斑點叉尾 飼料中添加15%棉籽粕是可行的；Robinson（1991）報道，在沒有添加賴氨酸的情況下，預壓榨的浸提棉籽粕能夠替代斑點叉尾 幼魚飼料中50%的豆粕，不會對斑點叉尾 的生長性能產生影響，而在補充賴氨酸的條件下，可100%替代魚粉；Barros等（2002）研究指出，無魚粉的豆粕日糧中補充鐵，棉籽粕替代50%豆粕會提高斑點叉尾 的增重和改善飼料利用率；Blom等（2001）發現，飼料中棉籽粕完全替代魚粉飼養虹鱒6個月，不影響魚生長和成活率，但會降低雌性親本的繁殖性能；沈維華等（1995a）以棉籽粕代替飼料中70%的大豆粕喂養團頭魴魚種，結果表明，在不添加賴氨酸的情況下，以棉籽粕替代豆粕，用量過高會導致魚的生長和飼料轉化率顯著下降；羅琳等（2005）用含0%、15.2%、30.5%和46%脫酚棉籽蛋白的飼料喂養日本鱸，結果顯示，在鱸魚飼料中用棉籽蛋白替代50%以下的魚粉蛋白 （對照魚粉為45%）時，對鱸魚的生長、飼料消化率及魚體成分組成無顯著不良影響，當脫酚棉籽蛋白的添加量增加到46%時，各項生長指標與對照組有顯著差異；Lim （1996）對凡納濱對蝦的研究發現，當26.5%浸提棉籽粕等氮替代40%的復合海洋蛋白源，對蝦的生長、飼料利用和成活率均無顯著影響，比例增加會導致其生長性能降低，這可能是因為少量添加時，不會顯著影響飼料的適口性和氨基酸組成，不會抑制魚類的生長；但是添加量較高時，則會顯著降低飼料的適口性，改變飼料的氨基酸組成，從而嚴重抑制魚類的生長。由此可見，用棉籽蛋白部分替代其他蛋白源是可行的。

2.2 對水生動物非特異性免疫指標的影響 谷丙轉氨酶（GPT）和谷草轉氨酶（GOT）廣泛存在于以肝臟為主的細胞線粒體中，參與氨基酸代謝，在機體蛋白質代謝中起著重要作用，血清轉氨酶活力反映了肝胰臟受損傷的程度，當組織受到損傷，細胞膜滲透增大時，細胞內的轉氨酶大量釋放出來進入血液中，血清中轉氨酶的活性升高，血清中GPT和GOT可以作為魚類評價肝臟損傷程度以及確定一些營養素需求量的重要指標。超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）是兩種重要的抗氧化酶，SOD可以消除 O2-，CAT能夠清除H2O2，減少自由基對正常細胞的損傷。林仕梅等（2007）用菜籽粕、棉籽粕（1∶2）等量替代 6%、12%和18%的豆粕，結果表明，100%替代組血清GPT、GOT酶活力顯著升高，而血清SOD、溶菌酶（LZ）酶活力顯著降低；伍代勇等（2009）報道，隨著棉籽粕和菜籽粕使用比例的增加，對蝦血清SOD活力顯著上升，但是血清GOT活性和GPT活性均無顯著差異。這些研究表明，飼料中不同的蛋白源能夠顯著影響魚類的免疫系統，從而使其免疫應答反應出現差異。

2.3 對水生動物器官指數的影響 棉酚的毒性主要由活性醛基和活性羥基引起。棉酚可導致肝、腎細胞及血管神經受損，中樞神經活動受抑制，心臟驟停或呼吸麻痹。一旦游離棉酚溶于磷脂在神經細胞中積累，可導致神經細胞的功能發生紊亂。棉酚在機體分布不均，肝臟中含量最多，其次是膽汁、血液和腎臟，而淋巴結、脾臟、心臟、肺、胰臟中的含量較低。

3 影響棉籽餅粕在水產養殖中應用的因素

3.1 適口性的影響 魚類的攝食率主要受其食欲及食物適口性的影響。Dias等（1997）對歐洲鱸的研究發現，歐洲鱸對富含植物蛋白的飼料的攝食量明顯低于以魚粉為主的飼料的攝食量，而在飼料中添加誘食劑后可提高攝食量；羅琳等（2005）研究發現，隨著棉籽蛋白替代量的增大，日本鱸的日攝食率逐漸下降，尤其是替代魚粉蛋白量達到75%時，其攝食率明顯低于對照組。這可能是因為隨著棉籽餅粕的添加量的增加，異味物質逐漸增多，抑制了魚類的食欲，使攝食率降低，進而影響生長，因此飼料的適口性差可能是高比例棉籽餅粕替代組魚類生長不良的原因之一。

3.2 抗營養因子的影響

3.2.1 棉酚 棉酚是棉籽餅粕中主要的有毒有害物質，直接影響棉籽餅粕的飼用價值。棉籽粕中的棉酚有結合棉酚和游離棉酚兩種形式，具有毒性的是游離棉酚。游離棉酚是細胞、血管及神經毒素，其酚基或酚基氧化產物醌基與蛋白質分子中的游離氨基和賴氨酸中ε-氨基結合可生成不溶性復合物，直接降低了蛋白質和賴氨酸的利用率，還可與消化道的蛋白水解酶結合而降低其活性，進而降低蛋白質利用率 （鐘國清，1999；吳波等，1996）；棉酚還可與鐵等礦物質結合，使飼料的營養成分損失，從而引起動物缺鐵性貧血。另外，游離棉酚能引起雄性動物的繁殖障礙，因而限制了棉籽餅粕在家禽和其他單胃動物日糧中的應用。3.2.2 環丙烯類脂肪酸 環丙烯類脂肪酸主要包括蘋婆酸和錦葵酸，能使家禽形成“桃紅蛋”、“海綿蛋”，影響蛋品質。棉籽在壓榨或浸提法去油過程中，大量環丙烯脂肪酸被抽提出，但仍有部分環丙烯脂肪酸存在于棉籽粕殘油中，其對水產動物的影響主要表現在抑制生長，肝損害和肝中糖原沉積增加等方面。棉籽粕中含有的環丙烯脂肪酸也會影響飼料的營養價值。

3.2.3 植酸 水產飼料中使用的大多數植物蛋白原料中含5～30 g/kg的植酸，其中60%～70%的總磷與植酸結合形成植酸磷，植酸磷是植物蛋白中主要的抗營養因子之一，它是一種很強的螯合劑，可以與飼料中的鐵、鎂、鋅、鈣、磷等結合形成不溶性和不易被腸道吸收的螯合物，從而降低這些必需礦物質元素的生物學有效性；植酸還可與蛋白質堿性殘基結合，抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶活性，降低蛋白質的有效利用率，使飼料營養價值大大降低（Francis等，2001）。由于單胃動物缺少內源性的植酸酶系統，飼用過量的棉籽餅粕，影響魚類的生長和飼料效率。

3.3 氨基酸組成不平衡 水生動物對蛋白質的需求實際上就是對必需氨基酸和非必需氨基酸混合物的需求，因此，飼料中氨基酸的組成在很大程度上決定了該飼料的營養價值。與魚粉相比，植物蛋白源的必需氨基酸含量較低，且缺乏某種或某幾種必需氨基酸，其中最主要的限制性氨基酸為蛋氨酸和賴氨酸。當飼料中植物蛋白源的添加量逐漸升高時，其氨基酸的不平衡性表現得越來越明顯，影響蛋白質的合成，對生長的抑制作用也就越來越顯著（Ai和Xie，2005）。棉籽餅粕中氨基酸不平衡，必需氨基酸含量少，特別是限制性氨基酸賴氨酸缺乏，這主要是由于棉籽在加工過程中，由于過熱作用，造成賴氨酸、蛋氨酸及其他必需氨基酸被破壞，利用率很低，尤其是游離棉酚會與賴氨酸的ε-NH2結合，發生褐變反應，從而大大降低賴氨酸的有效成分，嚴重降低賴氨酸消化率，因此賴氨酸是棉籽粕的第一限制性氨基酸，賴氨酸含量較低 （1.97%～2.13%），另外，精氨酸過高（4.65% ～4.98%）； 遠遠超出了100∶120的理想值，賴氨酸和精氨酸之間存在拮抗；蛋氨酸含量較低，0.35%左右。

3.4 消化率低 消化率的高低直接影響到水生動物對植物蛋白源的利用，抗營養因子和氨基酸組成不平衡是植物蛋白源消化率低的主要影響因素。有研究指出，隨著飼料中棉籽餅粕添加量的提高，魚類對飼料中的消化吸收率將逐漸下降。Cheng和 Hardy（2002）認為，飼料中含 10%棉籽粕不會影響虹鱒的生長性能，而飼料中棉酚含量的增加會降低粗蛋白質的表觀消化率。這一結果與Mbahinzireki等（2001）在尼羅羅非魚上的研究結果一致；飼料中添加大豆蛋白降低了營養物質的表觀消化率，可能歸結于兩方面的原因：一是大豆蛋白制品中抗營養因子；另一個原因是氨基酸不平衡。另外，飼料中其他成分也會影響營養成分的消化吸收率，如未脫殼的棉籽餅粗纖維含量很高（18% ～26%），即便是脫殼的棉仁粕，仍含有10%～14%的粗纖維，約相當于豆粕的2倍，而魚類缺乏相應的酶類，因而往往難以消化吸收纖維素含量高的棉籽餅粕。在棉籽餅粕中，非淀粉多糖（NSP）主要包括纖維素、阿拉伯木聚糖、果膠、β-葡聚糖和甘露聚搪等。NSP是影響營養成分消化利用率的重要因素，其中，起作用的主要是可溶性NSP，它可以形成高度黏性溶液，降低消化酶和底物擴散速率，阻止它們在胃腸表面發生有效的相互作用，同時，未被消化吸收的碳水化合物快速通過腸道時也會帶走部分未被消化的蛋白質，從而也影響了蛋白質的消化吸收，另外，NSP還顯著增加內源性蛋白質、氨基酸和脂質的分泌。然而，羅琳等（2005）認為，在日本鱸的飼料中利用脫酚棉籽蛋白替代魚粉對蛋白質和干物質消化率無不良影響。不同研究者測得的消化率差異較大，這可能與魚的種類及生理狀況、棉籽餅粕生產工藝、蛋白質水平及糞便收集方法不同有關。

4 改善棉籽餅粕應用效果的措施

4.1 調整適口性 在植物性蛋白質飼料中，由于氣味、顏色或有毒有害物質的存在，適口性都較差，因此，生產中應該根據具體原料加以調整，如向飼料中添加一定量的著色劑或誘食劑等。

4.2 脫毒處理

4.2.1 水熱處理法 其原理是根據棉籽餅粕在水中可破壞棉籽色素腺體，使游離棉酚釋放出來，在高溫下與蛋白質、氨基酸結合形成結合棉酚脫毒（Nagalakshmi等，2002），這是傳統的處理工藝，一般采用蒸煮或蒸汽等加熱加壓方法脫毒。該法脫毒效果不穩定，且耗水耗能，由于加熱溫度高對棉籽餅粕營養成分破壞嚴重，目前該法較少使用。近年來，一種熱噴技術（膨化法）使棉籽餅粕經熱噴后，游離棉酚含量可降至400 mg/kg以下。熱噴后，棉籽餅粕中的粗蛋白質、粗脂肪等有效營養成分損失較少。

4.2.2 硫酸亞鐵法 硫酸亞鐵（Fe2+）可以和游離棉酚結合形成螯合物，使游離棉酚的活性羥基失去作用而達到脫毒目的，從而減低棉酚的毒性。張嗣炯和顧镕（1995）在適宜的條件下，采用FeSO4·7H2O溶液對棉籽餅粕粉進行脫毒試驗，結果顯示脫毒率達到81.75%，但是，脫毒后棉籽餅粕中的蛋白質損失2.2%，賴氨酸損失3.6%。其原因是游離棉酚除了與Fe2+結合外，還與蛋白質和氨基酸結合，尤其與賴氨酸可發生美拉德反應。該法脫毒率相對較高，操作簡便，成本低，目前普遍使用。但不足之處是會造成蛋白質和賴氨酸均有不同程度的損失，脫毒棉籽餅粕色澤較暗，難以商業化利用。因此建議，硫酸亞鐵中鐵對于游離棉酚的質量比為1∶1即可減低棉酚的毒性。

4.2.3 堿處理法 該法是利用游離棉酚作為酚類顯酸性，能夠與堿反應生成鹽而脫毒。因此可以在棉籽餅粕中添加堿性化合物如氫氧化鈉、純堿或石灰水等進行脫毒。任選2%的熟石灰水溶液、1%的氫氧化鈉溶液或2.5%的碳酸氫納溶液中的一種，將粉碎的棉籽餅粕浸泡其中24 h，再用清水沖洗4～5遍，即可達到脫毒目的。該法成本低，操作簡便，處理后棉籽餅粕易消化，但餅粕風味較差，大量用水沖洗，產品干燥困難，不適合工業化生產。

4.2.4 尿素處理法 該法是利用游離棉酚與尿素在一定溫度和濕度下生成西佛堿類加成物，再經干燥脫水生成西佛堿，使游離棉酚轉化為結合棉酚，達到脫毒目的。脫毒處理后餅粕含氮量有所增加但各種必需氨基酸有一定程度的損失，異亮氨酸和亮氨酸有所增加。

4.2.5 溶劑萃取法 利用棉酚在醇類溶劑中的溶解性，用有機溶劑將游離棉酚從棉籽餅粕中提取出來，達到脫毒目的。這些溶劑包括乙醇、丙酮、正丁醇、異丙醇、甲醇、二氯甲烷等。由于不經過高溫處理，因此該法避免了蛋白質的熱變性和蛋白質氨基酸與游離棉酚的結合，但具有有機溶劑與餅粕分離困難，有機溶劑消耗量大，且混合溶劑對提取油的質量造成不良影響，使油品質下降，產品具有異味等缺點。

4.2.6 液-液-固三相萃取法 將脫殼得到的棉仁，經低溫軟化、壓胚、成型、烘干后，進入浸出提油系統，經溶劑提取油脂后，濕粕進入脫酚浸出器，再經溶劑兩次萃取使棉酚含量達到工藝要求，脫去溶劑后，進行低溫烘干，最后得到含酚量小于0.04%，蛋白質含量大于50%棉籽蛋白成品。該技術具有以下特點：（1）采用兩種溶劑分步萃取油和棉酚，保證了脫酚徹底和油質量，并有一系列措施保證溶劑的分離和回收，使溶劑的消耗降低到最低程度；（2）采用直接浸出，盡可能避免了油脂制取過程中蛋白質的破壞；（3）脫毒工序是在浸出提油之后，對含溶劑的濕粕直接進行了萃取提酚，未經高溫烘干處理，避免了蛋白質的熱變性，保證了產品的營養價值不受損失。

4.3 添加外源性酶制劑 抗營養因子是限制棉籽餅粕利用的主要因素之一。大量研究證實，在棉籽餅粕日糧中添加NSP酶、α-半乳糖苷酶、植酸酶等酶制劑，可消除棉籽餅粕中抗營養因子，提高棉籽餅粕代謝能值和營養物質利用率，增強機體免疫力，改善動物生產性能。目前關于棉籽餅粕型飼料中添加外源酶制劑的研究主要集中在畜禽研究中，在水產動物中的研究還很少。

4.4 添加晶體氨基酸或蛋白源混合搭配提高飼料氨基酸的平衡性 蛋白質的營養實質是氨基酸的營養，氨基酸的平衡與適量尤其是賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸三大限制性氨基酸的平衡問題是影響動物生產水平的關鍵因素。與其他植物蛋白一樣，棉籽餅粕氨基酸比例不平衡，賴氨酸含量較低（1.3% ～1.5%），只相當于大豆粕的50% ～60%；精氨酸含量高達3.67%～4.14%，是餅粕飼料中精氨酸含量較高的飼料，營養價值比魚粉差，其限制性氨基酸賴氨酸是影響魚類生長的主要因素。有試驗表明，在棉籽粕日糧中添加賴氨酸，魚類生產性能可達豆粕組水平；當斑點叉尾

日糧中含51%的棉籽粕時，日糧賴氨酸僅能滿足需要量的68%，添加賴氨酸后，能明顯地加快其生長（沈維華，1995）。Robinson（1991）研究證實，在添加賴氨酸的情況下，預壓榨的浸提棉籽粕能夠100%替代斑點叉尾 幼魚飼料中魚粉而不影響其生長性能。

由于賴氨酸含量較低，精氨酸過高，因而，在飼料中使用棉籽餅粕，不僅要添加賴氨酸，還要與含精氨酸少的飼料配伍。許多研究證實，菜籽餅粕和其他餅粕（棉籽餅、豆粕等）適當搭配使用，可有效地控制毒物含量，有利于氨基酸的互補，尤其是菜籽粕與棉籽餅搭配使用，可以平衡飼糧的氨基酸，動物表現良好的生產性能 （彭健和蔣思文，2001）。雙低菜籽粕中氨基酸的利用率較低，尤其是賴氨酸的含量和有效性低，因此不論單獨使用或與棉籽餅粕配合使用，最好在飼糧中補充適量的合成賴氨酸或添加適量的魚粉、血粉等動物性蛋白質。

4.5 微生物發酵 微生物脫毒與其他方法相比有以下優點：（1）脫毒效率高達80% ～90%；（2）原料經發酵后產生大量有機酸，具有特殊香味，適口性好；（3）發酵可提高產品營養價值，提高棉籽餅粕蛋白質含量和利用率；（4）產生大量活性益生菌，調節動物機體胃腸道微生態平衡；（5）發酵過程中可產生多種水解酶，富含B族維生素等；（6）底物發酵過程中產生纖維素酶，其能夠對底物粗纖維作用，從而降低粗纖維含量，提高棉籽粕營養品質。顧賽紅等（2003）研究發現，發酵后棉籽粕的粗蛋白質提高10.92%，必需氨基酸除精氨酸外均增加，賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸分別提高12.73%、22.39%和52.00%；施安輝等（1998）報道，高效降解棉酚菌株的脫毒率可達82.2%，棉籽粕經微生物脫毒后各種氨基酸含量明顯提高；張文舉等（2006a）研究發現，復合發酵可極顯著降低游離棉酚含量，粗蛋白質及其體外消化率分別提高27.83%和20.90%，發酵效果顯著優于單菌株發酵；夏新成等（2010）探討了發酵對棉籽粕脫毒效果及粗蛋白質含量等的影響，結果表明：與發酵前相比，底物中游離棉酚含量顯著降低，降解率最高，達86.24%；且粗蛋白質含量顯著提高11.43%～26.32%。張文舉等（2006b）報道指出，發酵底物的滅菌處理，可使部分游離棉酚和蛋白質中游離氨基結合，形成結合棉酚，微生物分泌的酶類可降解游離棉酚，從而使棉酚含量降低。發酵處理后底物粗蛋白質含量的提高主要是由于微生物生長代謝作用引起，微生物生長代謝過程中，氧化消耗糖類物質，微生物大量生長繁殖，微生物菌體蛋白豐富，增加了粗蛋白質的含量 （張文舉等，2006b；孫建義等，1995），這都說明微生物發酵對棉籽粕脫毒及營養價值改善產生了顯著作用。

4.6 育種法和基因工程途徑 由于棉籽中色素腺體的數量與棉酚含量有直接的關系，腺體越少，棉酚量越低，因此，通過遺傳學方法，培育和推廣無腺體棉花品系，這種方法可以從根本上除去棉酚，此方法有較大前景，同時也是最經濟、有效的方法。大量研究證明，無毒棉的營養價值顯著高于有毒棉。沈維華（1989）報道，在不同的加工條件下，無毒棉餅有效賴氨酸含量為2.07%，而普通棉餅僅含1.43%。

5 小結

棉籽餅粕是一種利用價值很高的蛋白質資源，其作為蛋白質源一方面可以節約飼料成本，降低養殖成本，另一方面可以減少魚粉的使用量，保護海洋漁業資源，符合水產養殖業可持續發展要求，然而，由于棉籽餅粕含有棉酚、植酸等有毒物質和抗營養因子，限制了其在水產飼料中的添加量。因此，通過作物育種、改進加工技術、外源酶制劑的應用，棉籽餅粕的營養價值可望得到進一步改進和提高，棉籽餅粕替代魚粉的研究必將會取得更大的進展，這對我國豐富的棉籽資源的開發利用具有十分重大的意義，同時對緩解我國蛋白質飼料資源短缺起到很好作用。

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