菜籽粕抗营养因子脱除方法研究进展

菜籽粕抗营养因子脱除方法研究进展毛小伟;兰时乐;肖调义【摘要】文章介绍了我国菜籽粕现状及其抗营养因子的研究进展,着重对近几十年菜籽粕脱毒方法,特别是具有较大潜在价值的微生物发酵法和酶法进行汇总概述。

%This paper paid a brief introduction of RSM status quo and antinutritional factors research, then put more emphasis on summarizing the detoxification methods in recent decades, especially microorganism fermentation methods and enzymic methods with which h【期刊名称】《饲料博览》【年(卷),期】2011(000)007【总页数】4页(P13-16)【关键词】菜籽粕脱毒;抗营养因子;植物性蛋白源【作者】毛小伟;兰时乐;肖调义【作者单位】湖南农业大学水生生物学实验室,长沙410128;湖南农业大学生物科学技术学院,长沙410128;湖南农业大学水生生物学实验室,长沙410128【正文语种】中文【中图分类】TQ925;S814我国是油菜种植大国，2000年以来，菜籽粕年产量均突破600万t，2005、2006年更是突破了750万t。

菜籽粕营养丰富，蛋白含量为35%～45%，其中真蛋白占83%～87%，富含赖氨酸、蛋氨酸，几乎不存在限制性氨基酸，是一种理想的植物性蛋白源。

同时，菜籽粕中富含钙、磷、铁、铜、锰、硒等微量元素和多种维生素[1]。

然而由于菜籽粕中含有硫甙、粗纤维、植酸和单宁等多种抗营养因子，很大程度上限制了菜籽粕的利用，导致资源严重浪费。

1 菜籽粕中主要抗营养因子1.1 硫甙硫甙（GS）是影响菜籽粕大量使用的限制性因素，普通菜籽粕中GS含量超过103 μmol·g-1，早期Canola品种中也近30 μmol·g-1[2]。

研究表明，GS主要存在于十字花科、白菜花科等植物中，已证实的至少有120多种类型，其中在油菜籽类中发现的有13种[3]。

早期研究中，对GS晶体X射线分析证明，所有GS的核心结构都是8-D-葡萄糖连接一个磺酸盐醛肟基团和一个来源于氨基酸的侧链。

试验表明，GS具有抗癌和抗肿瘤的功效。

Steinbrecher等首次进行单GS摄入试验，结果显示，GS的摄入量与前列腺癌的发生呈负相关，当摄入量约7.9 mg·d-1时，发生前列腺癌和肿瘤的概率显著性下降[4]。

另外，GS对动物生长发育有不良影响，Burel等采用低GS菜籽粕替代鱼粉饲喂虹鳟试验，结果显示，干物质消化率降低，P含量减少，肝脏、肾和脑受损，甲状腺功能减退，新陈代谢紊乱[5]。

早期毒性研究认为，GS本身没有毒性，直到1982年才提出GS本身有毒的新观点，Lemng等的研究印证了这一观点[6]。

GS主要降解产物为噁唑烷硫酮（OZT）、异硫氰酸酯（ITC）、硫氰酸盐（TC）和腈（Nitrile）4种，产物因条件而异。

这4种产物都是抗营养因子，并具有一定的副作用，OZT可抑制酪氨酸碘化，阻碍甲状腺对碘的吸收，还干扰甲状腺球蛋白分解，抑制甲状腺素的释放导致甲状腺肿大。

ITC具有挥发性，有辛辣味，影响饲料的适口性，同时对甲状腺也有损坏。

TC的SCN+在甲状腺处聚集，导致甲状腺代偿性增生。

剧毒产物腈的毒性为OZT的5～10倍，主要引起细胞内窒息，损伤动物的肝肾[7]。

1.2 粗纤维菜籽粕中粗纤维（CF）主要来自菜籽皮壳、胚和美拉德产物中的中性洗涤纤维。

CF是细胞壁的主要组成成分，动物体内本身没有能降解的相关酶类，含量过高会使细胞内容物沉淀、蛋白质和矿物质不能被释放吸收，黏稠度增加，影响生长发育，机体受损。

1.3 植酸植酸（PA）是造成饲料营养流失的主要抗营养因子，占菜籽含量3%～7%，易与磷结合。

非反刍动物尤其是单胃动物体内缺乏植酸酶，无法酶解植酸磷，造成了磷的极大浪费。

另外，PA具有很强的螯合能力，特别是与Fe2+、Mg2+、Zn2+和Ga2+等二价金属离子螯合，影响了动物对矿质元素的吸收。

PA还与肠道中一些蛋白质形成络合物，不利于蛋白质的酶解吸收，影响动物的生长发育，造成动物营养失调。

1.4 单宁菜籽单宁主要存在于菜籽皮壳中，含量为0.6%～3.0%。

单宁是多元酚类化合物，有苦涩味，影响饲料的适口性；在中性和碱性条件下易被氧化聚合，导致颜色变黑并产生不良气味。

另外，单宁能与胰蛋白酶和淀粉酶或酶的底物反应形成沉淀，降低蛋白质和碳水化合物，与维生素B12形成络合物而降低其利用率。

菜籽粕中其他抗营养因子还有芥子碱（Sinapine）、胆固醇（Cholesterol）、皂素（Saponin）等，多为影响饲料适口性的成分。

2 菜籽粕抗营养因子脱除方法从20世纪60年代开始，各国科学工作者尝试了多种菜籽粕抗营养因子脱除方法，取得了一定程度的效果，归结起来主要有理化法、生物学法及遗传育种法。

2.1 理化法2.1.1 物理脱毒物理脱毒是菜籽粕脱毒中研究最早的，至今还采用较多的一种方法。

主要有钝化芥子酶法、脱皮壳倾轧法和挤压膨化法。

钝化芥子酶法是基于GS本身没有毒性的这一认识上的脱毒方法。

主要原理是通过加热钝化菜籽粕中芥子酶，阻止GS降解而减少毒性，方法有干热处理、湿热处理、压热处理和蒸汽处理等。

不过由于近些年关于GS本身带有毒性的研究成果相继出现，钝化酶法的实际效价有待进一步研究[6]。

脱皮壳倾轧法是基于菜籽皮壳富含粗纤维，且菜籽中＞90%的植酸、单宁和大部分的芥子碱和少量硫甙都存在于种皮之中。

有研究表明，菜籽通过脱皮壳倾轧，蛋白质消化率和能量消化率明显提高，菜籽粕的饲用价值得到提高。

挤压膨化是一种通过蒸汽、电或者挤压摩擦加热后突然减压而使原料膨胀以去除其中不利成分的方法，脱毒效率较高。

研究表明，采用连续挤压蒸煮去除油籽中单宁成效明显，Mukhopadhyay等试验表明，加热筒温度为82.5℃，挤压速度90 rpm，水分含量41.22%时，单宁去除率达到61.25%[8]。

肖志刚等研究得出，在温度50℃、转速166 rpm、水分含量25%时，单宁去除率达到50%[9]。

2.1.2 化学脱毒化学脱毒是基于GS及多元酚类化合物的结构特点和化学特性所采取的方法，主要有酸碱处理、氨处理、溶剂浸出法和硫酸亚铁处理。

酸碱处理是基于GS等物质在酸碱性条件下易降解去除而采用的一种方法。

常采用溶液有Na2CO3、 Ca（OH）2和NaOH，胱毒效果以Na2CO3为最佳，有报道添加Na2CO31.4%在加压条件下蒸煮菜籽粕，GS基本去净，无OZT，芥子碱去除率超过90%；用H2SO40.2 mol·L-1处理，效果理想[10]。

氨处理是基于氨能与GS发生化学反应生成无毒硫脲。

美国曾有专利指出在1 kg·cm-2条件下，用氨加热菜籽粕，先后在110和82℃下保持30 min，可以基本去除GS和OZT。

溶剂浸出法是一种使用较为广泛的方法，常用的溶剂有甲醇、乙醇和水等。

刘大川等用95%的乙醇作溶剂，在浸出温度78℃，每次浸出15 min条件下进行浸出，单宁含量1.4%，植酸含量5.12%，硫甙含量2.77 mg·g-1[10]。

有研究表明，在此基础上开发的双液相萃取法的效果极好，脱毒率＞90%。

我国学者秦辉、陆艳和刘军海等对溶剂浸出法的使用也有改进，菜籽粕脱毒效果都比较理想[11-13]。

硫酸亚铁主要是在ITC的形成中起作用，有学者研究表明，亚铁离子在allyl-ITC形成中起作用，且随pH波动极大，在pH 4.5～5.5时阻碍作用极大，pH 6.5时抑制作用开始降低，至pH 7.5时作用基本消失。

超滤法、水洗法、微波法和菜籽粕脱毒剂等也常用于菜籽粕抗营养因子（ANFs）的脱除[14-17]。

2.2 生物学方法生物学方法是近十几年发展的最迅猛的一种菜籽粕脱毒方法，也是取得成果最多的一种方法。

生物学方法脱毒具有高效安全，产物营养全面、无毒副的特点，主要有微生物发酵法和酶法两种。

2.2.1 微生物发酵法微生物发酵法是借助微生物生命代谢活动直接分解转化ANFs的方法，条件温和，工艺简单，能高效降解GS等有毒物质，消除大量影响适口性的单宁、芥子碱、皂素，降解和软化粗脂肪，分泌与合成大量活性益生菌、生物活性小肽类氨基酸、各种生化酶、促生长因子等营养与激素类物质。

微生物发酵主要有单菌发酵和复合菌株发酵，Vig等采用少孢根霉固态发酵菜籽粕，GS、OZT、PA、CF的含量分别降低了43.1%、34%、42.4%和25.5%[18]。

刘爱华等筛选、紫外线诱变得到高产纤维素酶的芽孢杆菌，发酵菜籽粕后CF降低31.28%[19]。

复合菌株发酵是微生物发酵的发展方向，通过复合菌株发酵工艺的优化，可得到发酵周期短、降解成效明显的复合菌株。

蒋玉琴等用少孢根霉、酵母菌复合菌株脱毒菜籽粕，CP含量提高了1.6个百分点，GS含量下降35%，P含量提高0.4个百分点，K、Ba、Ca、Cu、Fe、Mn 均有不同程度的增加[20]。

陈娟等采用白地霉、产朊假丝酵母、黑曲霉和热带假丝酵母4个菌种组合发酵菜籽粕脱毒，CP和PA、CF降解率分别为46.9%、43.9%和9.8%[21]。

坑埋法是一种特殊的微生物发酵法，是利用菜籽粕表面微生物和土壤中微生物进行缓慢发酵，产生的可挥发性有毒成分（ITC等）重被土壤吸附，达到脱毒目的。

我国青海首次试验成功，脱毒效果非常强，GS的脱毒率达90%～93%，OZT残量仅有30 ppm，脱毒率达99.84%，ITC残量0.086%。

2.2.2 酶法酶法脱毒主要指酶催化水解法和酶制剂降解法。

酶催化水解法是酶处理和理化处理相结合脱毒菜籽粕的方法，主要有外加法和自动酶解法。

外加法是利用外加黑芥子酶或酶的激活剂，使GS加速分解，然后通过汽提或溶剂浸出达到脱除目的。

自动酶解法是利用菜籽中硫甙酶分解GS，部分酶解产物可在油脂浸出工序中提取出来，在后续加工过程中除去。

具体操作是将未经任何处理的菜籽粉粹后加水调至一定水分，在45℃下密闭贮藏一定时间，干燥后用乙烷或丙酮提取油脂。

酶制剂降解法主要有添加单酶和复合酶两种。

李成会等采用蚯蚓匀浆液中的植酸酶脱毒菜籽粕，在pH 6.1、反应8 h植酸磷降解率可达23.56%[22]。

杨家帅等采用中性蛋白酶脱毒菜籽粕，小肽含量提高4倍；GS含量降低了48.34%[23]。

复合酶在酶法脱毒中使用越来越普遍，基本有两种组成类型，一种是由多种单一酶混合调制而成，另一种是由一种微生物产生含多种酶系的复合酶制剂。