菜子粕的抗?fàn)I養(yǎng)因子及其脫毒研究進(jìn)展

劉敏佳

摘要：菜子粕是我國(guó)是重要的飼用蛋白源。文章通過(guò)描述菜子粕抗?fàn)I養(yǎng)因子的特點(diǎn)和現(xiàn)階段菜子粕脫毒工作的研究進(jìn)展，為廣大相關(guān)工作者提供一些研究信息。

關(guān)鍵詞：菜子粕；抗?fàn)I養(yǎng)因子；微生物發(fā)酵；進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S816.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007-273X（2016）03-0009-03

據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，從2011年起，中國(guó)已經(jīng)連續(xù)5年飼料產(chǎn)量居全球第一，2015年飼料產(chǎn)量突破2億t大關(guān)。中國(guó)主要的蛋白原料卻嚴(yán)重依賴進(jìn)口，譬如2015年我國(guó)僅大豆的進(jìn)口量就達(dá)到了歷史最高峰的8 100多萬(wàn)噸，相對(duì)于國(guó)產(chǎn)大豆1 200多萬(wàn)噸的產(chǎn)量，進(jìn)口比例達(dá)到80%以上；另一方面作為我國(guó)第二大蛋白質(zhì)原料資源的菜子粕，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2012年以后，我國(guó)油菜子的產(chǎn)量維持在1 400多萬(wàn)t/年，菜子粕產(chǎn)量維持在800多萬(wàn)t/年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大豆粕的年產(chǎn)量和使用量。眾所周知，菜子蛋白是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的全價(jià)蛋白[1，2]，其賴氨酸的含量和大豆蛋白接近，而且蛋氨酸含量比大豆蛋白還高。但是菜子粕中除含有30～45%優(yōu)質(zhì)菜子蛋白之外，還含有大量的抗?fàn)I養(yǎng)因子，這些抗?fàn)I養(yǎng)因子是限制菜子粕在飼料中的運(yùn)用的主要原因。自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，各國(guó)科學(xué)家在如何去除菜子粕抗?fàn)I養(yǎng)因子方面進(jìn)行了大量科研研究，并取得了一定的成果。盡管如此，到現(xiàn)在菜子粕脫毒工作還處于研究開(kāi)發(fā)階段，沒(méi)有獲得能真正運(yùn)用于企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的方法。

1 菜子粕的抗?fàn)I養(yǎng)因子

1.1 硫代葡萄糖甙及其代謝產(chǎn)物

硫代葡萄糖甙又名硫甙，一類廣泛存在于十字花科（Cruciferae）植物根、莖、果實(shí)的糖甙化合物，易溶于水、乙醇、甲醇等溶劑。菜子粕中硫甙含量會(huì)因菜子制油工藝的不同而發(fā)生變化，溶劑浸出制油工藝得到的菜子粕中硫甙的含量比脫皮制油工藝得到的菜子粕中的高，壓榨餅中硫甙含量最低[3]。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)不僅硫甙本身含有毒性，且其主要的分解產(chǎn)物異硫氰酸酯（ITC）、噁唑烷硫酮（OZT）、硫氰酸酯（TC）和腈類（RCN）等化合物是菜子粕主要的抗?fàn)I養(yǎng)因子。ITC對(duì)動(dòng)物黏膜有強(qiáng)烈的刺激作用，且具有揮發(fā)性，長(zhǎng)期或大量飼喂菜子餅粕時(shí)易引起腹瀉，在經(jīng)肺及經(jīng)腎臟排出的過(guò)程中可刺激并損害該組織器官，從而引起腎炎及支氣管炎。OZT、ITC、TC都能抑制甲狀腺中碘的有機(jī)化過(guò)程，致使動(dòng)物的甲狀腺腫大進(jìn)而降低動(dòng)物的生長(zhǎng)率，且通過(guò)在飼料中添加碘并不能消除OZT的抗甲狀腺作用[4]。RCN是這幾個(gè)抗?fàn)I養(yǎng)因子中毒性最強(qiáng)的，通常是OZT的5-10倍，可引起動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)窒息；慢性中毒使肝臟和腎臟受到侵害，導(dǎo)致其腫大，嚴(yán)重會(huì)出血和壞死的癥狀。

1.2 芥子堿

芥子堿是一種簡(jiǎn)單酚類化合物，相對(duì)分子質(zhì)量為310.37。芥子堿易溶于甲醇、乙醇和水。油菜子中芥子堿及其衍生物主要存在于菜子仁中，菜子粕中芥子堿含量在0.8%～3.0%之間。芥子堿影響菜子粕的飼用性能主要表現(xiàn)為，①能影響飼料適口性，芥子堿是一種苦味的化合物，能明顯降低動(dòng)物的采食量，是脫除了硫苷的油菜子產(chǎn)品仍具有苦的味道的主要原因。相同摩爾水平下苦味等級(jí)排名是：芥子堿>芥子酸>膽堿。③能降低蛋白質(zhì)的消化吸收率。③能影響雞蛋風(fēng)味[5]。

1.3 植酸

植酸在菜子中的含量為3%～7%，易與磷結(jié)合形成不易消化吸收的植酸磷。因單胃動(dòng)物及水生動(dòng)物體內(nèi)缺乏植酸酶，無(wú)法酶解植酸磷，造成了磷的極大浪費(fèi)。另外，植酸能與與Fe2+、Mg2+、Zn2+和Ca2+等金屬離子結(jié)合形成絡(luò)合物，影響了動(dòng)物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收，嚴(yán)重時(shí)是會(huì)使動(dòng)物出現(xiàn)缺鋅綜合征[6]。植酸還能與一些蛋白質(zhì)形成難溶混合物，影響蛋白質(zhì)的消化吸收。

1.4 單寧

菜子單寧主要存在于菜子皮殼中，含量為0.6%～3.0%，具有苦澀味，影響飼料的適口性，降低飼喂動(dòng)物采食量；且能和蛋白質(zhì)、金屬離子、酶類、糖類、維生素B12及一些金屬離子等結(jié)合形成難以降解物質(zhì)，而降低飼料利用率。反芻動(dòng)物在長(zhǎng)期攝入含有大量單寧的飼料后能對(duì)抑制瘤胃蛋白質(zhì)降解菌的生長(zhǎng)，從而降低其對(duì)蛋白質(zhì)的消化吸收率。大量食用高劑量的單寧后，動(dòng)物消化道會(huì)受到不同程度的損傷[7]。單寧也可以對(duì)食用動(dòng)物產(chǎn)生直接的毒害作用[8]，故需慎用單寧含量高的原料。

2 菜子粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的去除方法

目前所有菜子粕的脫毒方法總體來(lái)說(shuō)可分為四大類，即物理脫毒法、化學(xué)脫毒法、生物脫毒法和遺傳育種法。

2.1 物理脫毒法

2.1.1 熱處理法 熱處理能較好的去除菜子粕中的硫甙。當(dāng)處理?xiàng)l件100 ℃， 30 min，能去除500 μmol/mmol的硫甙而不影響菜子蛋白的品質(zhì)[9]，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，相同處理?xiàng)l件下，不同種類硫甙的去除效果也不同[10]。但是熱處理法有很強(qiáng)的限制性，該方法對(duì)熱敏性抗?fàn)I養(yǎng)因子有效，且過(guò)高的處理溫度會(huì)使菜子：蛋白中的賴氨酸和淀粉產(chǎn)生美拉德反應(yīng)而影響使用效果。

2.1.2 擠壓熱噴膨化法 Mukhopadhyay等試驗(yàn)證明[11]，在溫度為82.5℃，擠壓速度為90 rpm，物料水分為41.22%時(shí)，單寧去除率達(dá)到61.25%。肖志剛等[12]研究認(rèn)為在擠壓溫度在50℃，螺桿轉(zhuǎn)速166 r/min，物料含水率在25%時(shí)，單寧含量可降至原有的50%左右。牟永義等[13]發(fā)現(xiàn)在對(duì)菜子粕熱噴膨化后，膨化脫毒率可達(dá)88%，芥子甙含量由0.56%降到0.09%，單寧含量也明顯減少苦味降低，也有人報(bào)道干法擠壓膨化菜粕能使其總硫甙含量降低到193-428 μmol/mmol[14]。但是Fenwick等[15]利用擠壓法進(jìn)行菜子：粕脫毒的研究后，認(rèn)為在150 ℃下擠壓膨化能有效鈍化其芥子酶，但對(duì)硫甙含量的影響很小。故擠壓膨化法對(duì)菜子粕的脫毒效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.1.3 加工工藝改進(jìn)法 傳統(tǒng)菜子粕的加工工藝主要有低溫冷榨、螺旋熱榨、預(yù)壓浸提工藝，但這幾種工藝均不能去除菜子粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)脫皮處理后菜子粕蛋白質(zhì)含量提高到42%以上，口感由苦澀味變?yōu)槁詭饾叮m口性也有顯著改善。李文林等[16]的研究表明，采用脫皮低溫壓榨膨化工藝技術(shù)可使賴氨酸的損失率由預(yù)榨工藝的60.2%下降為25.1%，含硫氨基酸由原來(lái)的40.8%下降為9.7%，使菜子粕在雞、奶牛、魚(yú)、豬等動(dòng)物中的用量提高40%以上 。胡小華等[17]也研究了菜子粕后脫皮工藝（菜子粕—粉碎—篩分一風(fēng)選一脫皮菜子粕），發(fā)現(xiàn)雖能使36.78%蛋白含量的菜子粕通過(guò)該工藝獲得蛋白44%的新產(chǎn)品，但是由于其只有28%出品率，影響其大規(guī)模推廣。改進(jìn)菜粕加工工藝能對(duì)降低菜粕的抗?fàn)I養(yǎng)因子具有一定的實(shí)踐價(jià)值，也有待科學(xué)工作者進(jìn)一步對(duì)其加工參數(shù)進(jìn)行改良優(yōu)化。

2.2 化學(xué)脫毒法

化學(xué)脫毒法主要有溶劑浸出法、酸堿金屬鹽降解法、酶解法等幾大類。

2.2.1 溶劑浸出法 該法是利用化學(xué)溶劑的性質(zhì)與菜子餅中抗?fàn)I養(yǎng)因子相似相溶的原理，浸出并提取抗?fàn)I養(yǎng)因子，以到達(dá)脫毒的目的，現(xiàn)在這些方法一般用于醫(yī)藥方面較多，也是能提高菜粕附加值的一種有效方法。水洗法主要針對(duì)菜子粕硫甙，去除范圍360～900 μmol/mmol；丙酮浸出法針對(duì)硫甙和芥子甙；醇洗法是可以去除硫甙、多酚物質(zhì)等溶于醇類水溶液的物質(zhì)。劉玉蘭等[18]在認(rèn)為高溫菜子粕醇洗最佳工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，固液比1∶7，醇洗溫度50℃，醇洗次數(shù)3次，醇洗時(shí)間50 min。醇洗后菜子濃縮蛋白的蛋白質(zhì)提高至61.02%，硫苷降至5.25 μmol/g，植酸降至0.55%，單寧降至0.36%，蛋白質(zhì)必需氨基酸含量提高至19.32%，KOH蛋白質(zhì)溶解度由39.09%提高至53.18%，粗纖維降低至9.68%，得到了一種是不亞于大豆?jié)饪s蛋白的優(yōu)質(zhì)蛋白源[19]。

2.2.2 酸堿金屬鹽降解法 該方法是利用化學(xué)試劑處理菜子粕，使其和菜子粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子相互反應(yīng)，生成無(wú)毒或低毒物質(zhì)達(dá)到脫毒目的。堿處理較理想，既可使部分硫甙水解，又可使游離態(tài)植酸中和生成植酸鹽，使植酸鹽封閉。將粉碎的菜子餅中加入1.4%純堿溶液，在加壓下蒸煮，可以完全去除硫甙。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)Na2CO3的去毒為最佳，能100%破壞硫甙，90%～100%破壞芥子堿，但會(huì)增加了脫毒餅的苦味。波蘭的S.Apolinary 等用15%工業(yè)硫酸在60℃下處理6 h，所得粕不含硫甙，粕中蛋白質(zhì)的氨基酸組成基本上維持不變，硫甙的水解使葡萄糖含量增加至 21%。該粕對(duì)于動(dòng)物而言，是可消化的而且是無(wú)毒的。另外 CuSO4溶液也有很好的脫毒效果，能滅活其中的ITC和OZT，能去除 900 μmol/mmol 的硫甙。在肉雞和豬的日糧中添加CuSO4溶液處理過(guò)的菜子餅粕80～160 g/kg，發(fā)現(xiàn)對(duì)生長(zhǎng)、甲狀腺功能、碘的吸收、血漿中Zn含量及堿性磷酸酶活性都有很好的改善作用。

2.2.3 酶解法 在飼料工業(yè)上，可以通過(guò)菜子本身含有的芥子酶，將硫甙降解為異硫氰酸酯、噁唑烷硫酮和腈類，然后在提油過(guò)程中提取出來(lái)獲得脫脂菜子粉。還可通過(guò)外加天然的硫甙酶制劑和少量化學(xué)添加劑對(duì)菜子餅粕進(jìn)行脫毒。在菜子粕中直接添加外源植酸酶，在條件為溫度45℃、pH值4.7、反應(yīng)時(shí)間90 min、酶濃度2.4%（菜子粕量），植酸酶解率可達(dá)60%。

Mirakzehi等[20]報(bào)道肉仔雞飼料中酶制劑處理后的菜子粕添加量可提高到30%，對(duì)生產(chǎn)性能無(wú)負(fù)面影響。在其他行業(yè)中，還可以添加蛋白酶等酶類將菜子粕中的蛋白質(zhì)充分溶出，利用酶工程技術(shù)將菜子餅粕轉(zhuǎn)化為人類優(yōu)質(zhì)的食品源。

2.3 生物脫毒法

生物脫毒法，是菜子粕脫毒工作中比較重要的研究課題。原理是利用微生物種類多，數(shù)量大，繁殖快，易培養(yǎng)，酶系復(fù)雜等特點(diǎn)，采用發(fā)酵技術(shù)來(lái)去除菜子粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。且該技術(shù)在豆粕上已經(jīng)運(yùn)用成熟，其發(fā)酵產(chǎn)物——發(fā)酵豆粕已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外飼料廠家認(rèn)可，并大量運(yùn)用于在乳仔豬飼料中，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)微生物發(fā)酵法來(lái)去除菜子粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，不僅可以去除大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子，而且可以大大地改善了菜子餅的口感。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，混合菌種發(fā)酵優(yōu)于單一菌種發(fā)酵；發(fā)酵過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)去毒效果的影響大小為水料比>發(fā)酵時(shí)間>接種量>接種比[21]。張宗舟等[22]通過(guò)發(fā)酵法可使菜子粕硫甙脫除率達(dá)到99%以上，植酸分解率94.5%，單寧分解率達(dá)到93.7%。Vig等[23]用Rhizopus oligosporus和Aspergillus sp在固態(tài)發(fā)酵條件下（料∶水=1∶3，25 ℃，有氧條件，10d），能夠滅活黑芥子酶。硫甙、噁唑烷硫酮、植酸、粗纖維的含量分別降低了43.1%、34%、42.4%、25.5%。劉軍等[21]報(bào)道了酵母菌Y2、Y5和絲狀真菌A1（添加5%麩皮，含水量53%-58%， Y2∶Y5∶A1=1∶1：2，接種量為8%，自然pH，30℃，64 h），其硫甙降解率達(dá)99.66%，菜粕色澤和適口性變好。孫林[24]采用乳酸菌：蠟樣芽抱桿菌：酪酸竣狀芽抱桿菌：枯草芽抱桿菌=6%∶6%∶2%∶6%，34℃，水料比1.5∶1，起始pH值6.0，添加麩皮10%，48h，菜子粕硫甙降解率達(dá)到85.19%，植酸含量為90.15%，單寧降解率達(dá)98.17%，粗蛋白提高4.37%（干基），小麩含量提高2.91%（干基）。潘雷[25]用Pichia guilliermondii和Geotrichum candidum兩種菌采用固態(tài)發(fā)酵（水料比=3∶2，接種量10%，接種比1∶1，5 d），發(fā)酵后菜子粕中ITC+OZT脫除率為 87.88%，蛋白增加率為 9.11%，蛋白消化率增加為 10.16%。胡永娜等[26]利用枯草芽孢桿菌、植物乳桿茵和啤酒酵母三菌種組合發(fā)酵菜子粕。菜子粕粗蛋白質(zhì)提高了5.37%，硫苷、OZT、單寧、植酸降解率分別為93.44%、99.99%、34.86%、18.15%（干基）。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵菜子粕等氮替代基礎(chǔ)飼糧中25% 的豆粕具有提高肉仔雞生長(zhǎng)性能、免疫功能和腸道消化酶活性的作用[27]。肖萌[28]利用納豆芽孢桿菌和短乳桿菌在水料比1∶1，接種量1.5%，接種比1∶1，37 ℃， pH自然，發(fā)酵96 h后菜子粕中納豆激酶酶活達(dá)到3 785.702U/g，小肽含量為5.36%，硫甙降解率為42.5%，植酸和單寧也分別降低了10.1%和5.4%。由此可以看出微生物發(fā)酵工藝在去除菜子粕抗?fàn)I養(yǎng)因子具有良好的作用。但是有關(guān)菜子粕發(fā)酵后產(chǎn)物運(yùn)用于養(yǎng)殖動(dòng)物的系統(tǒng)研究報(bào)告較少，另一方面如何將好的科研成果運(yùn)用到實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的研究也有待開(kāi)展。

2.4 遺傳育種法

遺傳育種法普遍認(rèn)為是一種解決菜子粕抗?fàn)I養(yǎng)因子的最根本的方法，也是普遍提升菜子粕利用價(jià)值的方法。普通菜子餅粕中硫甙含量較高，一般在125～207μmol/g，平均在166μmol/g（絕干，不含油），而隨著基因工程技術(shù)的開(kāi)展，雙低菜子硫甙平均含量可降低至38μmol/g（絕干，不含油），而加拿大培育出更低硫甙含量的菜子品種 Canola，硫甙含量低于25μmol/g （絕干，不含油）。我國(guó)從20個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始認(rèn)識(shí)到雙低油菜的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始在育種和種植上進(jìn)行試驗(yàn)和推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)近幾年我國(guó)雙低雜交種油菜的種植面積已達(dá)到菜子總播種面積的70%以上，相信不僅的將來(lái)隨著雙低油菜子逐步替代普通油菜子，菜子粕的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子含量也會(huì)進(jìn)一步降低。

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