菜籽粕營養(yǎng)價值及菜籽濃縮蛋白在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用

滿銘叁+王旋+周慧慧+麥康森+何艮

摘 要：全球魚粉資源的短缺迫使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)相關(guān)從業(yè)者尋找可替代水產(chǎn)飼料中魚粉的優(yōu)質(zhì)蛋白源，菜籽粕是一種來源廣泛、蛋白含量高、氨基酸組成相對平衡、富含礦物元素和維生素的具有較高利用價值的植物蛋白源。本文總結(jié)了近年來關(guān)于菜籽粕在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用的研究進(jìn)展，綜述了菜籽粕的營養(yǎng)價值和限制因素，同時介紹了菜籽粕的加工產(chǎn)物—菜籽濃縮蛋白的營養(yǎng)價值及其在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用，論述了菜籽濃縮蛋白在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞：菜籽粕；菜籽濃縮蛋白；營養(yǎng)價值；替代；生長

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，全球魚粉資源短缺的問題日益嚴(yán)峻，致使水產(chǎn)養(yǎng)殖成本上升，嚴(yán)重制約了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此尋找和開發(fā)可替代水產(chǎn)飼料中魚粉的優(yōu)質(zhì)蛋白源已經(jīng)成為水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)迫切需要解決的關(guān)鍵問題。而植物原料可以提供高效、持續(xù)的營養(yǎng)供應(yīng)。眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，菜籽粕作為一種來源廣泛且廉價的飼料原料，具有較高的蛋白含量及適宜的氨基酸組成，在水產(chǎn)飼料中具有極大的發(fā)展?jié)摿?。而其加工產(chǎn)物——菜籽濃縮蛋白也受到了越來越多的關(guān)注，現(xiàn)已有諸多關(guān)于菜籽濃縮蛋白在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用的研究。本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，對菜籽粕的營養(yǎng)價值和菜籽濃縮蛋白在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用作一概述。

1 菜籽粕資源特征及營養(yǎng)價值

1.1 菜籽粕資源特征

油菜通常生長在溫帶地區(qū)，其種子——油菜籽是世界主要的產(chǎn)油作物之一[1]，在全球有著豐富的產(chǎn)量。2009年，全球油菜籽產(chǎn)量為6 160萬t，僅低于大豆（22 220萬t）和棉花種子（6 400萬t）[2]，是全球第三大油料種子；2011年，全球油菜籽產(chǎn)量上升為6 250萬t[3]。中國是油菜種植大國，油菜籽產(chǎn)量位居世界第一，產(chǎn)量達(dá)到了1 446萬t。目前，中國油菜籽產(chǎn)量占到了全球油菜籽產(chǎn)量的21.14%。

油菜籽是生產(chǎn)菜籽油的主要原料。油菜籽萃取過油脂后即為菜籽粕（水分10%），其含有約35%的粗脂肪、35%的粗蛋白、6%的粗灰分和12%的粗纖維。此外還含有約4%的植酸、15 mmol/g的芥子油甙[4]、多酚和多種重要的必需氨基酸（精氨酸、蛋氨酸、賴氨酸等）[3]。由于萃取過油脂后菜籽粕中的粗蛋白含量較高，被廣泛應(yīng)用于動物飼料中。

1.2 菜籽粕營養(yǎng)價值

菜籽粕是一種重要的植物蛋白源，具有來源廣泛、蛋白含量高（干物質(zhì)的粗蛋白含量為32%～45%）、氨基酸組成相對平衡[4]等優(yōu)點(diǎn)，同時還含有豐富的微量元素（如鈣、磷、硒等）和維生素（易被人體吸收利用的煙酸、VB1、膽堿、VB2、生物素等）[1，5]。菜籽粕蛋白含量高于除豆粕外的其它油籽粕，而且相對于其他植物蛋白，菜籽粕有較為理想的氨基酸組成。菜籽粕中的氨基酸成分類似于鯡魚粉，對于大西洋鮭和虹鱒等肉食性魚類來說，其營養(yǎng)價值要優(yōu)于豆粕[6-7]。因此，菜籽粕作為水產(chǎn)飼料的原料越來越受到重視。已有大量的研究表明菜籽粕是一種可部分替代水產(chǎn)飼料中魚粉的重要植物蛋白源[8-13]。

菜籽蛋白（Rapeseed protein） 是從油菜籽中提取得到的蛋白質(zhì)，是一種完全蛋白，含有多種不同的蛋白質(zhì)，其中80% 為儲藏蛋白，其余為膜蛋白。儲藏蛋白質(zhì)主要由12S球蛋白和2S清蛋白組成，兩者在菜籽蛋白中分別占到了蛋白總量的25%～65%和20%，除去球蛋白和清蛋白，菜籽蛋白還含有一些較小的蛋白質(zhì)，如胰島素抑制劑和脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白。菜籽蛋白具有相對合理且平衡的氨基酸組成，營養(yǎng)價值高，與其他谷物相比含有較多的堿性氨基酸（Lys） 和含硫氨基酸（Met），基本符合FAO與WHO的推薦模式。這使得菜籽蛋白的總體品質(zhì)優(yōu)于大豆蛋白，與酪蛋白或動物蛋白不相上下，在消化率、生物價、蛋白質(zhì)效率、凈蛋白質(zhì)利用率等方面也優(yōu)于其他植物蛋白[5]。

2 菜籽粕的限制因素及提高利用性的途徑

目前菜籽粕已在水產(chǎn)飼料中得到了應(yīng)用，但是其替代效果受到很多限制。菜籽粕作為飼料蛋白源在多種魚類上進(jìn)行了研究，例如虹鱒[10，12，14-17]、斑點(diǎn)叉尾鮰[11]、羅非魚[18]、鯉魚[19]和大菱鲆[12，20]等。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然菜籽粕氨基酸組成平衡，但其營養(yǎng)質(zhì)量仍然低于魚粉[3]，這很大程度上是由于其蛋白水平較低和抗?fàn)I養(yǎng)因子（Antinutritional factors，ANF）的存在[21]。

和大多數(shù)其他植物蛋白源類似，菜籽粕中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，主要包括芥子油甙、植酸、芥子酸、酚類成分（如單寧）和難以消化的碳水化合物[6，22，23]，這些抗?fàn)I養(yǎng)因子嚴(yán)重影響了菜籽粕的營養(yǎng)價值[2]，同時抑制了菜籽粕的有效利用。有研究表明纖維、低聚糖、芥子油甙、單寧和植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子可降低營養(yǎng)物質(zhì)的消化率[22，24]。在肉食性魚類中的研究表明，植物性原料中低水平的抗?fàn)I養(yǎng)因子也會對飼料蛋白消化率產(chǎn)生不利影響[21]。此外，芥子油甙、芥子酸和植酸還會影響飼料風(fēng)味，降低飼料的適口性，進(jìn)而影響飼料攝食率。

2.1 菜籽粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子

2.1.1 芥子油甙 芥子油甙會影響魚體的甲狀腺功能（引起甲狀腺腫大，血漿甲狀腺激素水平降低）、飼料吸收、肝腎功能及生長性能[4，10]。芥子油甙在遇水、芥子酶或水解酶時，會分解產(chǎn)生不穩(wěn)定的甙元和葡萄糖，甙元進(jìn)一步分解產(chǎn)生噁唑烷硫酮、硫氰酸酯、異硫氰酸酯和腈等有害的物質(zhì)[1]，這些酶解產(chǎn)物都會對魚體的內(nèi)臟器官造成損傷。噁唑烷硫酮、硫氰酸酯、異硫氰酸酯被稱為致甲狀腺腫素，是抗甲狀腺物質(zhì)，會抑制器官與碘結(jié)合；而另一種水解產(chǎn)物，硫氰酸鹽，會抑制甲狀腺對碘的攝取[4]。因此，有害的物質(zhì)不是芥子油甙本身，而是它們的水解產(chǎn)物。因此當(dāng)飼料中添加菜籽粕致使芥子油甙含量上升時，補(bǔ)充碘不能緩解甲狀腺功能不全的癥狀。此外，芥子油甙會降低超氧化物歧化酶（SOD）的活性，并且會降低三碘甲狀腺氨酸和甲狀腺素的濃度，進(jìn)而削弱生物體的免疫力[25]。

2.1.2 芥子酸 芥子酸是菜籽油的組成成分，作為工業(yè)潤滑油有很高的生產(chǎn)價值，但對牲畜和魚類具有毒害作用。芥子酸具有心臟毒性，會造成大鼠心肌病變。因此在利用菜籽粕時應(yīng)盡量降低芥子酸的含量。目前已培育出芥子酸含量較低的油菜品種，此外，在機(jī)械榨油之后用溶劑萃取可以降低菜籽粕中芥子酸的含量以避免對魚類產(chǎn)生病理影響[4]。

2.1.3 植酸 植酸是菜籽粕中含量較高的抗?fàn)I養(yǎng)因子，會影響動物的生長發(fā)育。菜籽粕中的植酸能與飼料中的微量元素相互結(jié)合[1]，進(jìn)而降低了微量元素的有效性。在肉食性魚類（如鱒魚和鮭魚）和雜食動物（如鯰魚）中，植酸會降低某些二價陽離子，特別是鋅的有效性[4]。同時，植酸是磷的主要儲存形式，在菜籽粕中的總磷含量為11 g/kg，植酸磷約為8.3 g/kg，占到了菜籽粕總磷的75%，但魚類對植酸磷的利用率是非常低的，并且已有一些研究顯示植酸會降低磷和蛋白質(zhì)的表觀消化率，抑制生長[10]。另有研究顯示，蛋白質(zhì)和磷表觀消化率的增加會促進(jìn)魚體生長并更有效地利用植物蛋白源[26]，因此如何有效地利用或除去植酸就成為了一個亟須解決的問題。植酸除了影響蛋白質(zhì)的表觀消化率，還會影響某些蛋白質(zhì)的功能，例如抑制淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等消化酶的活性。此外，有研究顯示植酸水平的升高會引起虹鱒白內(nèi)障和幽門盲囊結(jié)構(gòu)的變化[6]。

2.1.4 單寧 單寧是一種具有苦澀味和辛辣味的物質(zhì)，會降低飼料的適口性和攝食率。單寧對動物的影響與植酸有很多相似之處：維生素、礦物元素和碳水化合物等都能與單寧結(jié)合，引起菜籽粕營養(yǎng)價值的降低。單寧可以與飼料中的蛋白質(zhì)結(jié)合，形成難以被利用的螯合物，降低蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值和消化利用率，同時單寧可以抑制鈣的吸收，降低鈣的利用率[1]。此外，單寧可以使消化酶（蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等）失活，進(jìn)而影響動物的消化、吸收和生長。在中性和堿性條件下，單寧容易被氧化而發(fā)生聚合反應(yīng)，降低菜籽粕的營養(yǎng)價值。

2.1.5 粗纖維 適量的纖維素能促進(jìn)動物對食物的消化吸收，但過量的粗纖維會使飼料難以被消化利用，大大降低飼料的消化率，同時可能導(dǎo)致腹瀉，這都不利于動物的生長[1]。此外，粗纖維可能會影響飼料中礦物元素的吸收和利用。菜籽粕中粗纖維的含量約為10%，因此粗纖維也成為了限制菜籽粕利用的因素之一。

除了以上幾種物質(zhì)，菜籽粕中的淀粉也必須經(jīng)過一定的處理，因?yàn)閷τ谌馐承贼~類來說，飼料中的淀粉難以消化且會影響營養(yǎng)物質(zhì)的利用。有研究顯示菜籽粕中難以消化的碳水化合物難以被鮭魚利用并會減少飼料中其他成分的營養(yǎng)價值[10]。

2.2 菜籽粕提升營養(yǎng)價值的方法

通過相應(yīng)的處理技術(shù)降低菜籽粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子水平，是提高菜籽粕營養(yǎng)價值的主要途徑。脫殼、高溫處理、有機(jī)溶劑（正己烷）萃取、超濾等方法可以降低芥子油甙、植酸、粗纖維、纖維素、半纖維素、芥子酸、單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量[2，27-29]并提高蛋白質(zhì)水平[7]。

2.2.1 有機(jī)溶劑萃取 雖然菜籽粕的蛋白含量較高（干物質(zhì)的粗蛋白含量為32%～45%），但是依然低于魚粉的粗蛋白含量（一般在60%以上），同時菜籽粕還含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子。使用有機(jī)溶劑處理菜籽粕不僅可以有效降低菜籽粕中各類抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量，同時還會提高粗蛋白含量，進(jìn)而提高菜籽粕的營養(yǎng)價值。有研究報(bào)道，用甲醇–氨、乙醇或正己烷處理菜籽粕可提高蛋白含量并有效地去除芥子油甙、酚類化合物、可溶性糖（如蔗糖）、寡糖（如棉子糖和水蘇糖）等抗?fàn)I養(yǎng)因子[2，29]。

2.2.2 高溫處理 高溫處理也是一種提高菜籽粕營養(yǎng)價值的有效途徑。研究表明高溫處理菜籽粕影響大菱鲆幼魚中營養(yǎng)物質(zhì)和能量表觀消化率[12]。在大菱鲆中，與未經(jīng)高溫處理的菜籽粕相比，經(jīng)過高溫處理的菜籽粕的營養(yǎng)物質(zhì)和能量表觀消化率提高了：干物質(zhì)消化率由57%上升為65%、蛋白消化率由83%上升為92%、能量消化率由69%上升為81%，磷的消化率由49%上升為65%。研究表明蛋白質(zhì)和磷表觀消化率的增加會促進(jìn)生長并使生物體更有效地利用植物蛋白源[26]，而經(jīng)過高溫處理后菜籽粕的蛋白消化率和磷消化率都發(fā)生了顯著的上升，由此可見高溫處理也是提高菜籽粕利用率、促進(jìn)魚類生長的有效方法。

2.2.3 添加外源酶 以植酸為例，減少菜籽粕中植酸影響的有效方法就是添加植酸酶來水解菜籽粕中的植酸或?qū)ふ抑菜岷枯^少的優(yōu)良油菜品種。已有眾多研究表明添加植酸酶會提高植物蛋白飼料中磷和蛋白質(zhì)的消化率[30-33]。另外在大菱鲆中的實(shí)驗(yàn)表明：在投喂含有菜籽濃縮蛋白的飼料時，植酸酶添加組的攝食率和生長均顯著好于無植酸酶添加組，而且隨著植酸酶的添加，蛋白質(zhì)和磷的表觀消化率同樣顯著增加了[26]。以上結(jié)果表明，向富含植酸的植物蛋白飼料中添加植酸酶促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和利用率，這對大菱鲆的生長有積極作用。雖然植酸酶能提高磷和蛋白的消化率，但是在被利用到水產(chǎn)飼料中之前，還有很多問題需要解決，例如植酸酶的熱敏感性及其活性溫度等問題[4]。

除了通過技術(shù)手段提高菜籽粕的營養(yǎng)價值，還可以通過選育優(yōu)良品種來獲得優(yōu)質(zhì)原料。近年來隨著品種的選育，菜籽粕的質(zhì)量也有了提高，已經(jīng)培育出了含有低濃度芥子油甙的油菜，例如普通菜籽粕中含有3%～8%的芥子油甙，而加拿大菜籽粕中芥子油甙的含量低于0.2%，低于對魚類造成的生理影響的水平[4]。優(yōu)良品種的選育也成為一條提供優(yōu)質(zhì)植物蛋白源的途徑。

3 菜籽濃縮蛋白的營養(yǎng)價值

現(xiàn)已有眾多的加工工藝，如種子脫殼、高溫處理、有機(jī)試劑萃取、飼料過篩和超過濾等被用于分離純化蛋白，通過這些手段蛋白會與其它成分分開，包括抗?fàn)I養(yǎng)因子[21]。菜籽粕經(jīng)過進(jìn)一步的加工生產(chǎn)能夠得到一種分離蛋白，稱為菜籽濃縮蛋白（Rapeseed protein concentrate，RPC）。

一般來說，給肉食性魚類投喂含有植物蛋白的飼料會由于味道而引起飼料適口性的降低和攝食困難，進(jìn)而引起生長性狀的受損。但是通過純化可以將芥子油甙和其他抗?fàn)I養(yǎng)因子從菜籽粕中移除，這使得菜籽粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量（芥子油甙26～40 μmol/g；植酸41.5～44.3 g/kg）顯著下降（RPC中芥子油甙1.32 μmol/g；植酸17.7 g/kg）[21]。此外，菜籽濃縮蛋白的粗蛋白含量（70%左右）相比于菜籽粕（32%～45%）有了顯著的提高，蛋白含量與優(yōu)質(zhì)魚粉相似[4]。

通過查閱文獻(xiàn)，菜籽濃縮蛋白作為飼料原料的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：（1）蛋白含量高，與魚粉相似，可以滿足魚類生長對蛋白質(zhì)的需求；（2）氨基酸的成分理想，符合FAO和WHO的推薦模式[5]，其富含的含硫氨基酸，具有抗氧化、拮抗致癌物質(zhì)、解除蛋白抑制等生理功能；（3）抗?fàn)I養(yǎng)因子含量低，減少了對飼料適口性、消化、吸收、利用的影響，進(jìn)而避免了對生長過多的負(fù)面影響[21]；（4）菜籽蛋白消化率很高，達(dá)到了95%～100%，蛋白效價為3.0～3.5，高于大豆蛋白（2.25），也高于酪蛋白（2.5），是魚類理想的蛋白源；（5）含有豐富的微量元素（鈣、磷、硒等）及維生素（VB1、煙酸、膽堿、VB2、生物素等）[1]。

4 菜籽濃縮蛋白在水產(chǎn)飼料中的研究進(jìn)展

現(xiàn)已有多項(xiàng)菜籽濃縮蛋白在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用的研究，而在不同的魚類中，菜籽濃縮蛋白的利用性也有所不同。Slawski等人[2]用菜籽濃縮蛋白分別替代了六須鯰魚飼料中0%、25%、50%和75%的魚粉蛋白。養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對照組和25%替代組的增重率、特定生長率、攝食率、飼料轉(zhuǎn)化率和蛋白質(zhì)效率均無顯著差異，而更高的替代水平會影響飼料品質(zhì)和適口性，導(dǎo)致攝食率和飼料效率的下降，進(jìn)而抑制魚體的生長。而在鯉魚[34]中的研究發(fā)現(xiàn)，用菜籽濃縮蛋白替代33%的魚粉時，特定生長率、攝食率、飼料轉(zhuǎn)化率、蛋白質(zhì)效率、能量的攝入等方面與魚粉組相比都沒有顯著差異，而66%和100%替代組的以上各指標(biāo)均發(fā)生了顯著的下降。在虹鱒[35]中的實(shí)驗(yàn)顯示用菜籽濃縮蛋白替代飼料中100%的魚粉也不會影響魚體的生長、攝食率和飼料效率。替代組的腸道形態(tài)沒有發(fā)現(xiàn)任何組織學(xué)異常。各項(xiàng)血液指標(biāo)（紅細(xì)胞比容、血紅蛋白、葡萄糖、甘油三酯和血漿總蛋白）也沒有顯著性差異。同樣是在虹鱒的研究中，Thiessen等人得到了相似的結(jié)果：用菜籽濃縮蛋白替代飼料中75%的魚粉，魚體的生長沒有發(fā)生顯著的差異[17]。不僅是生長，在研究中發(fā)現(xiàn)菜籽濃縮蛋白適量的替代也不會對魚體的體組分造成顯著影響[2，34，35]。在消化率方面菜籽濃縮蛋白也表現(xiàn)出了極高的可利用性：在Thiessen等人的研究中[17]，菜籽濃縮蛋白和魚粉蛋白在干物質(zhì)消化率和粗蛋白消化率方面無顯著差異；更有研究顯示菜籽濃縮蛋白的蛋白表觀消化率均高于魚粉[36]。這些結(jié)果均顯示菜籽濃縮蛋白作為水產(chǎn)飼料中的魚粉替代品具有很高的利用價值，但為了更好地利用這種飼料原料還有很多問題需要解決，例如有實(shí)驗(yàn)表明在用菜籽蛋白替代魚粉后，大菱鲆的生長指標(biāo)降低主要是受攝食率的影響[21]，為了解決大菱鲆及其他肉食性魚因飼料中添加了菜籽蛋白而引起的攝食降低的問題，未來的研究可集中研發(fā)高質(zhì)量的誘食劑。

5 結(jié)語

上述關(guān)于菜籽粕的研究表明，菜籽粕在水產(chǎn)飼料中具有較高的利用價值，但是抗?fàn)I養(yǎng)因子限制其利用效率。因此，降低菜籽粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量可以有效提高其營養(yǎng)價值。我國油菜籽產(chǎn)量豐富，同時又是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，在水產(chǎn)養(yǎng)殖快速發(fā)展、魚粉短缺的現(xiàn)狀下，在水產(chǎn)飼料中合理高效地利用菜籽粕對于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和油菜種植業(yè)都具有重大意義。因此優(yōu)化、開發(fā)植物蛋白加工工藝和選育優(yōu)良油菜品系是今后研究的重點(diǎn)。同時，關(guān)于菜籽濃縮蛋白的研究結(jié)果表明，菜籽濃縮蛋白的利用價值在不同種類的魚類中存在較大差異，因此，菜籽濃縮蛋白在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用需要更深入的研究。

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Abstract：The shortage of global fishmeal resources has forced aquaculture industry practitioners to look for high-quality protein sources which can replace fishmeal in aquatic feeds.Rapeseed meal is often cited as an important source of plant protein for its high availability，high content of protein，the relative balance of amino acid profile，rich source of minerals and vitamins.This paper summarized the research on rapeseed meal in recent years and reported the nutritional value and limiting factors of rapeseed meal.At the same time，introduced the nutritional value of rapeseed protein concentrate （the processed product of rapeseed meal） and its effect on the growth of fish in aquaculture，discussed the feasibility of application of rapeseed protein concentrate in aquatic feed.

Key words：rapeseed meal； rapeseed protein concentrate； nutritional value； substitution； growth

（收稿日期：2017-03-24）