棉酚在肉禽體內(nèi)的毒性和殘留及其營養(yǎng)對策的研究進展

曾秋鳳 柏 鵬

(四川農(nóng)業(yè)大學動物營養(yǎng)研究所，教育部動物抗病營養(yǎng)重點實驗室，雅安 625014)

棉籽餅粕作為棉籽榨油后的副產(chǎn)物，其粗蛋白質(zhì)含量高達40% ～45%，是動物良好的非常規(guī)蛋白質(zhì)飼料原料。但因棉籽餅粕中含有棉酚(gossypol)，含量為1 500～18 000 mg/kg，極大地限制了棉籽餅粕在飼料工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。棉酚為一種多酚化合物，廣泛分布于棉類植物的根、莖、葉和種子的色素腺體細胞中，是一種不溶于水而溶于有機溶劑的黃褐色聚酚色素，其為細胞、血管、神經(jīng)性毒素。目前，除了進一步提高和完善棉籽餅粕的加工工藝，降低棉籽餅粕的用量外，利用營養(yǎng)措施來緩解棉酚的毒性也不失是一種有效的方法，但仍有待進一步研究與提高。關(guān)于棉籽餅粕及棉酚的綜述較多［1－4］，本文重點圍繞棉酚的分類，棉酚對肉禽的毒性效應(yīng)及其殘留與消除規(guī)律以及營養(yǎng)緩解措施等作一簡要綜述。

1 棉酚的結(jié)構(gòu)及分類

1.1 棉酚的結(jié)構(gòu)

早在 1938年，Adams等［5］對棉酚的比例、反應(yīng)和氧化產(chǎn)物進行了經(jīng)典研究，首次確定了棉酚的結(jié)構(gòu)，并闡明了棉酚大量不尋常的化學反應(yīng)。在 Adams等［5］確定棉酚結(jié)構(gòu)后 20 年，Edwards［6］通過合成棉酚再次確定了棉酚的結(jié)構(gòu)。

棉酚的結(jié)構(gòu)由2個萘環(huán)通過各自的內(nèi)部萘單環(huán)的2－和2’－碳原子聯(lián)合而成。位于萘單元上1－和1’－位的2個羥基非?；顫姡苓B同與其臨近的8－，8’－位的醛基使棉酚分子的化學性質(zhì)活潑。這2個醛基自身也具有很多有趣的化學作用，在棉酚的互變異構(gòu)體中起到了重要作用，被認為是棉酚產(chǎn)生毒性的主要原因［7］。棉酚有3種互變異構(gòu)體，雙醛式(ald-ald)、雙內(nèi)醚式(lac-lac)和雙烯酮式(ket-ket)，熔點分別為214、199、184℃，其存在形式隨介質(zhì)的不同而有所不同［8］。棉酚除了互變異構(gòu)體外，由于其3，3’－甲基和1，1’－羥基的相互作用導致了2，2’－萘鍵的阻塞，引起此鍵的旋轉(zhuǎn)，從而出現(xiàn)了棉酚的立體異構(gòu)體(圖1)。一般將2種對映體命名為(+)－和(－)－對映體(通常簡稱為右旋和左旋)。這2種對映體均在棉籽餅粕中廣泛分布，不過因棉籽品種不同，其比例有所不同。如皮馬棉(pima)主要含左旋棉酚，而高地棉(upland)主要含右旋棉酚。

圖1 棉酚的對映體Fig.1 The enantiomers of gossypol［8］

1.2 棉酚的分類

棉酚主要分為游離棉酚(FG)和結(jié)合棉酚(BG)，二者一起被稱為總棉酚(TG)。

Boatner［9］報道指出，棉酚至少含有15種棉酚類似物或衍生物，其中9種被分離并定性。9種類似物或衍生物中大部分都是棉酚氧化物或聚合物。這些類似物和衍生物由于具有活性醛基和羥基，因此被認為有毒。AOCS［10］定義棉酚中易被乙醚或丙酮水溶液提取的物質(zhì)(包括棉酚和棉酚衍生物及類似物)為FG，TG簡單定義為BG和FG以及二者的衍生物和類似物的總和。BG一般包括與氨基酸結(jié)合的棉酚、與磷脂結(jié)合的棉酚和與小肽結(jié)合的棉酚［11－12］，這些化學鍵不易被打破，所以認為BG無毒。然而Pons［11］發(fā)現(xiàn)與磷脂結(jié)合的棉酚和FG毒性相當，而氨基酸BG和小肽BG無毒，而Berardi等［13］發(fā)現(xiàn)BG除了降低棉籽餅粕的營養(yǎng)價值外，可能在單胃動物消化道內(nèi)釋放出FG，同時Calhoun等［14］發(fā)現(xiàn) FG并不總是與毒性有關(guān)。因此，雖然不否定將FG作為棉籽餅粕毒性根源的正確性，但以上研究結(jié)果也說明了僅將FG作為棉籽餅粕毒性的衡量指標可能存在一定的局限性。

在20世紀60年代，國外學者發(fā)現(xiàn)了棉酚存在左旋和右旋對映體，并逐漸開始將棉酚分為了左旋棉酚和右旋棉酚2類。隨著科技的進步及高端儀器的普及，在醫(yī)學上對左旋棉酚和右旋棉酚進行了大量研究［15］，結(jié)果表明，左旋棉酚的毒性遠高于右旋棉酚，有的學者甚至發(fā)現(xiàn)右旋棉酚在一些動物上基本沒有毒性。棉酚旋光性的問題也已被營養(yǎng)學家所重視，家禽營養(yǎng)學家已開始將TG，以及左旋TG、右旋TG連同F(xiàn)G共同作為棉酚的毒性指標［16－20］。但由于左右旋棉酚的測定方法比較困難繁瑣，又沒有出臺相應(yīng)的國家標準，同時必須依靠高效液相色譜測定，其測定費用昂貴，現(xiàn)在主流的分類還是FG和BG。

2 棉酚對肉禽的毒性效應(yīng)

2.1 肉雞

棉酚的毒性主要由活性醛基和羥基產(chǎn)生，大量棉酚進入消化道后可刺激胃腸黏膜引起胃腸炎，并能通過消化道進入血液，隨血液循環(huán)廣泛分布于動物體內(nèi)，損害心、肝、腎等實質(zhì)性器官［2］。棉酚中毒表現(xiàn)為食欲減退、體重下降、全身水腫、虛弱、呼吸困難、血紅蛋白尿、出血性腸炎、肺水腫、肝臟和心肌變形壞死［21］。Sharma 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，雛雞采食含有FG 90 mg/kg(不去殼棉籽餅粕15%)的飼糧，雛雞出現(xiàn)嚴重的生長抑制。Kakani等［20］進一步的研究證實，給肉雞飼喂 TG為400 mg/kg飼糧會造成肉雞肝臟重量明顯升高，隨著肉雞TG中左旋棉酚含量的增加肉雞生長性能隨之下降，其體增重與肉雞血漿、肝臟、心臟、腎、肌肉中左旋棉酚的含量呈負相關(guān)，這表明棉酚對肉雞的毒性主要是由左旋棉酚引起。但Hermes等［23］認為當飼料中的 FG含量低于250 mg/kg時，肉雞生長性能不會受到影響。可見肉雞對飼糧棉酚的耐受范圍較廣，Nagalakshmi等［3］總結(jié)出肉雞對飼糧FG的耐受范圍為90～1 000 mg/kg。從以上報道可看出，盡管肉雞對飼料棉酚的耐受范圍較寬，但棉酚依然是肉雞健康生產(chǎn)中的一個安全隱患，由于棉酚本身的毒性與棉花的品種、產(chǎn)地、棉籽餅粕的加工工藝等密切相關(guān)，肉雞飼糧棉酚的安全限量仍需嚴格控制。

2.2 肉鴨

在肉鴨飼料中棉籽餅粕的用量較大，但關(guān)于棉酚在肉鴨上的研究罕有報道。肉鴨對飼糧FG或TG的耐受范圍以及對飼糧棉酚的敏感性如何至今也未見相關(guān)報道。周聯(lián)高等［24］分別用0、3%、6%和9%的棉籽餅粕代替豆粕飼喂14日齡櫻桃谷肉鴨至35日齡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3%和6%組在生長性能和屠體性能上和對照組沒有顯著差異，而9%組的體增重顯著低于對照組，而肝臟器官指數(shù)顯著高于對照組，但作者并未對飼糧或棉籽餅粕原料中的FG以及肉鴨體內(nèi)殘留的FG進行準確測定，只估計了棉籽餅粕的FG≤450 mg/kg，相當于9%棉籽餅粕組飼料 FG＜40.5 mg/kg。王雅倩等［25］同樣分別用含0、3%、6%和9%的棉籽餅粕飼喂21日齡櫻桃谷肉鴨至35日齡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各組體增重、料重比和屠體性能以及肝臟器官指數(shù)無顯著差異，3%組和6%組肉鴨的谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性和對照組沒有明顯差異，但9%組肉鴨的谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性顯著高于對照組。同樣，作者也沒有測定飼糧或棉籽餅粕中FG的含量以及在肉鴨體內(nèi)殘留情況。本課題組采用棉籽餅粕等蛋白替代玉米－豆粕型基礎(chǔ)飼糧中0、25%、50%、75%和100%豆粕，飼喂14日齡櫻桃谷肉鴨至35日齡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，100%替代組(棉籽餅粕的用量為23.27%)肉鴨體增重及胸肌率極顯著低于其他各組，料重比極顯著升高，肝臟指數(shù)以及血液谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性等各組之間沒有顯著差異，100%替代組飼糧FG實測值為156 mg/kg。從以上研究結(jié)果可推測，肉鴨對飼料棉酚的敏感性高于肉雞，且病理表現(xiàn)形式或靶器官可能不一致，但關(guān)于肉鴨對飼料棉酚的耐受性及其殘留和消除規(guī)律目前并未見研究報道，且研究深度不夠，僅停留在棉籽餅粕對肉鴨生長性能的影響。

3 棉酚在家禽體內(nèi)的殘留規(guī)律

Henry等［26］發(fā)現(xiàn)FG在家禽體內(nèi)的殘留具有劑量和時間效應(yīng)，并認為家禽對于FG的耐受力除了劑量和時間外還受飼糧賴氨酸(Lys)水平、鐵離子含量、家禽品種、家禽年齡、家禽性別等因素的影響［27］。

近年來，食品安全正逐漸成為人們?nèi)找骊P(guān)注和重視的問題。美國食品及藥物管理局規(guī)定食品中FG殘留不超過450 mg/kg。中國《國家衛(wèi)生標準》(GB2716—88)規(guī)定，棉籽油FG含量不超過200mg/kg，而蘇聯(lián)國家標準為不超過100 mg/kg［4］。這些標準說明了FG在食品中限量缺乏統(tǒng)一的標準。在中國，除了對棉籽油中FG含量做了規(guī)定外，并沒有對他食品中FG含量做出規(guī)定。然而很多研究已經(jīng)表明動物采食含棉籽餅粕飼糧后，動物內(nèi)臟、肉、蛋、奶等畜產(chǎn)品中會殘留一定量的棉酚，這些棉酚是否對人類健康產(chǎn)生潛在的危害，目前并不清楚，同時由于對畜產(chǎn)品中棉酚殘留及消除規(guī)律的研究太少，缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)支撐。

Kakani等［20］分別用左旋棉酚和右旋棉酚比例為 258.8∶141.2、191.2∶208.8 和 134.8∶265.2 的飼糧飼喂肉雞發(fā)現(xiàn)，無論飼糧中左旋棉酚和右旋棉酚的比例為多少，左旋棉酚在肝臟、腎臟、血漿、肌肉等組織中的殘留規(guī)律均為左旋棉酚低于右旋棉酚。Gamboa等［16］和 Lordelo 等［17］也研究發(fā)現(xiàn)對于肉雞和蛋雞，左旋棉酚在臟器的累積低于右旋棉酚。而Lordelo等［18］飼喂育成期種雞發(fā)現(xiàn)在開產(chǎn)前更換棉籽餅粕飼糧為正常豆粕飼糧后左旋棉酚這一棉酚毒性主要因素的消退快于右旋棉酚，這為日后規(guī)定在肉禽上市前做一個類似休藥期為棉酚的消除提供了一個很好的參考。

中國現(xiàn)行飼料衛(wèi)生標準(GB13078—2001)對于飼料中FG允許量規(guī)定為≤1 200 mg/kg棉籽餅粕原料，配合飼料中肉用仔雞、生長雞≤100 mg/kg，產(chǎn)蛋雞≤20 mg/kg，生長肥育豬≤60 mg/kg［4］。然而在實際生產(chǎn)中，棉籽餅粕更多用于肉鴨飼料中，但該標準并未對肉鴨飼糧中FG允許量作出相應(yīng)的規(guī)定。

4 棉酚毒性消除的營養(yǎng)對策

棉酚在動物體內(nèi)能與蛋白質(zhì)、Lys的ε－氨基和鐵等結(jié)合，使體內(nèi)一些功能性蛋白酶失活，如棉酚可與胰蛋白酶和胃蛋白酶結(jié)合，還可以與胃蛋白酶原發(fā)生不可逆結(jié)合。目前，消除棉酚毒性的營養(yǎng)對策并不完善，有待進一步的研究。

4.1 提高飼糧Lys水平或利用氨基酸模式配制飼糧

Henry等［26］給1～21日齡雛雞飼喂含20%商品棉籽餅粕(FG含量為75 mg/kg)的飼糧導致體重下降，飼料轉(zhuǎn)化率降低，當時被認為是棉酚的作用。但在該基礎(chǔ)飼糧中添加2%Lys緩解了棉酚對于肉雞生長性能的負面效果，因此，推測雛雞生長性能的降低可能是由于棉酚與Lys結(jié)合后造成Lys缺乏導致的。Gamboa等［16］以可消化氨基酸配制飼糧發(fā)現(xiàn)，給1～21日齡肉雞飼喂含28%棉籽餅粕飼糧(FG含量為500 mg/kg)對肉雞體增重沒有負面影響。同時Watkins等［28］給1～21日齡肉雞飼喂含30%棉籽餅粕飼糧也對肉雞體增重沒有顯著影響，這或許說明肉雞對FG的耐受性要高于過去的估計，而過去棉籽餅粕對肉雞生長性能的負面影響可能和氨基酸的可消化性及棉籽餅粕的加工工藝有關(guān)。Sterling等［27］認為適量提高飼糧蛋白質(zhì)水平，棉籽餅粕飼糧可以代替豆粕飼糧而獲得相似的生長性能。趙茹潔［29］以平衡氨基酸模式配制棉籽餅粕飼糧(飼糧FG含量為179 mg/kg)飼喂28周齡蛋雞發(fā)現(xiàn)蛋雞生長性能沒有受到顯著影響，但試驗前4周蛋雞紅細胞計數(shù)差異顯著，同時，當飼糧中 FG含量高于100 mg/kg后，蛋雞將產(chǎn)變色蛋。

4.2 提高飼糧鐵離子濃度

棉酚能與鐵離子結(jié)合，形成螯合物，當棉酚通過血液循環(huán)時，可與血紅蛋白結(jié)合，使動物的紅細胞減少，造成動物貧血。同時，在飼料制備過程中，棉酚極可能與飼料中的鐵離子結(jié)合，導致飼料中實際可利用鐵離子低于理論值。

Waldroup［1］總結(jié)到，當不額外添加鐵時，飼糧FG含量在100 mg/kg可以接受，當額外添加鐵時，飼糧FG含量可以達到400 mg/kg。Watkins等［28］發(fā)現(xiàn)以鐵∶FG 為2∶1時，含有30%棉籽餅粕(FG含量為400 mg/kg)飼糧對1～42日齡肉雞的生長性能沒有負面影響，但顯著增加了肉雞采食量，提高了料重比。方琴音［30］以不同含量 FG(30～200 mg/kg)的棉籽餅粕飼糧飼喂37周齡蛋雞，發(fā)現(xiàn)蛋雞飼糧中FG含量不能超過30 mg/kg，而作者同時以鐵離子∶FG=1∶1、1.5∶1、2∶1 的比例添加到飼糧中后發(fā)現(xiàn)，以1∶1添加的脫毒效果最佳。然而，額外添加鐵也有缺點，第一，鐵元素較為昂貴;第二，添加額外的鐵會增加糞中的金屬離子濃度，導致環(huán)境污染;第三，添加鐵會降低磷的利用率［31］。

4.3 添加抗氧化能力強的飼料添加劑

Janero等［32］早在1988年就研究發(fā)現(xiàn)，棉酚通過促進自由基的形成而與生物膜發(fā)生反應(yīng)，使生物膜的正常生理功能受損。給大鼠飼喂高劑量的棉酚后大鼠體內(nèi)抗氧化物質(zhì)如維生素E、維生素C的濃度和谷胱甘肽過氧化物酶的活性均顯著降低［33］。Willard 等［34］也指出，棉酚對動物生長性能及毒性效應(yīng)與促進動物體內(nèi)自由基形成或降低動物體內(nèi)抗氧化物質(zhì)如α－生育酚和β－視黃醇含量有關(guān)，近年來在醫(yī)學方面的研究較為深入。這就提示我們，在緩解棉籽餅粕中棉酚毒性問題上，除了應(yīng)用加工工藝，物理、化學、生物脫毒以外，能否進一步通過在畜禽飼料中添加抗氧化能力強的飼料添加劑如L－肉堿、植物精油、益生菌或益生素、維生素E和維生素C等來緩解以提高棉籽餅粕的用量有待進一步探討。

5 小結(jié)

綜上所述，含不同水平棉酚飼料對家禽生長性能及健康的影響以及在家禽體內(nèi)的殘留與消除規(guī)律有待進一步研究，尤其在肉鴨上需要更多更為系統(tǒng)的研究，為肉鴨商品配合飼料中棉酚允許量的規(guī)定提供數(shù)據(jù)與理論支撐。飼料棉酚對家禽健康造成潛在隱患的閾值以及造成健康危害的機制也需要進一步探討，為畜產(chǎn)品安全和抗病營養(yǎng)積累新的資料。同時，利用現(xiàn)有的先進營養(yǎng)理念和措施開展更多營養(yǎng)領(lǐng)域的研究，對進一步提升營養(yǎng)緩解棉酚毒性方法和手段，增加家禽尤其肉鴨飼料中棉籽餅粕的用量，節(jié)約飼料成本具有重大的現(xiàn)實意義。

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