菜籽粕中抗營養(yǎng)因子去除方法的研究進展

孫 林，劉 平，曾作財，吳禮明，堯國榮

（1.江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院，江西 樟樹 331200；2.江西省上猶縣猶樂養(yǎng)殖場，江西 贛州 341300）

我國蛋白質飼料資源嚴重不足，尤其豆粕、魚粉、肉骨粉等優(yōu)質蛋白質飼料缺乏，必須大量依賴進口。伴隨中美貿易戰(zhàn)的爆發(fā)，豆粕等蛋白質飼料資源不足的問題更加凸顯。我國菜籽粕產(chǎn)量豐富，產(chǎn)量居世界首位，每年油菜籽榨油產(chǎn)生的副產(chǎn)物菜籽粕達700萬t[1]。菜籽粕的粗蛋白質含量高達33%～38%，僅次于豆粕，蛋白質氨基酸組成合理，潛在的營養(yǎng)價值很高。但由于其含有大量的抗營養(yǎng)因子使得菜籽粕在動物生產(chǎn)中的應用受到了限制。菜籽粕中含有硫代葡萄糖甙，在本身芥子酶的分解下可以生成異硫氰酸酯、惡唑烷硫酮、硫氰酸酯、腈等物質，都有一定毒性，能損害動物的內臟器官，尤其異硫氰酸酯與惡唑烷硫酮能使動物的甲狀腺腫大和降低動物的生長率[2]。菜籽粕中的植酸能與菜籽粕中的礦物質離子牢固地結合，形成難溶性的植酸鹽絡合物，降低礦物質元素的生物效能；還可以與蛋白質結合，形成不溶性的絡合物，阻止蛋白質酶解，降低消化利用率。菜籽粕中的單寧可結合動物體內的脂肪酶、胰蛋白酶、淀粉酶而使之失活，影響動物的消化吸收機能，生長遲滯，同時具有澀味和辛辣味，影響菜籽粕的適口性和動物采食量[3]。

隨著養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，在飼料蛋白質資源日益缺乏的今天，開發(fā)利用菜籽粕蛋白質具有重要的意義。國內外對菜籽粕脫毒的研究在20世紀70年代就已經(jīng)開始，隨著研究的深入和科技的發(fā)展，脫毒的方法多種多樣，總體可以歸納為物理脫毒、化學脫毒、生物脫毒3個方面。

1 物理脫毒方法

物理脫毒方法的原理是通過物理性的高溫加熱、擠壓膨化或者振蕩洗滌等方法殺滅菜籽餅中的微生物，滅活芥子酶與其它酶系，使菜籽粕中硫甙等抗營養(yǎng)因子分解并隨蒸氣或者水分去除掉。常用的物理脫毒方法是加熱脫毒法、輻射脫毒法、擠壓膨化法等。

1.1 加熱脫毒法

加熱脫毒法是人們進行脫毒研究時最早開始使用的方法。Jensen等（1995）對菜籽粕進行加熱，100℃加熱時間從為5 min到60 min，菜籽粕的硫甙去除率從24%達到70%，加熱2 h，硫甙去除率甚至達到95%，但隨著加熱時間從5 min升到120 min，菜籽粕蛋白質的可溶性由85%降到40%，菜籽粕蛋白質的實際消化率也大幅度降低，由79%降為71%[4]，嚴重影響了蛋白質的營養(yǎng)價值。目前國內對菜籽粕的加熱脫毒研究主要采用蒸汽爆破的方法。賀永惠等（2017）使用2.0 MPa蒸汽維壓時間為60 s，菜籽粕的總硫甙、異硫氰酸酯的含量顯著降低，營養(yǎng)物質消化率無顯著影響[5]。高溫處理的菜籽餅粕中硫代葡萄糖甙部分降解，但其它抗營養(yǎng)因子不會分解，如植酸鈣是一種比較穩(wěn)定的物質，不易受高溫破壞；單寧在高溫下部分水解，其降解速度較慢，無法全面脫毒。

1.2 輻射脫毒法

輻射脫毒法也是較為常見的物理脫毒法，主要通過輻射滅活菜籽粕中的芥子酶，達到硫甙分解的目的。國外最早使用微波輻射進行脫毒[6]，降低硫代葡萄糖甙含量，同時改善菜籽粕的適口性。近年來，隨著新技術的發(fā)展，國內開始采用電子束輻射脫毒菜籽粕。崔龍等（2017）以 1、2、3、5、7、9 kGy劑量的電子束對菜籽粕進行輻照處理，研究輻照對硫代葡萄糖甙及其水解產(chǎn)物、植酸、單寧的影響，發(fā)現(xiàn)電子束輻照可有效降低餅粕類飼料中硫代葡萄糖甙及其水解產(chǎn)物、植酸、單寧等的含量，其中7 kGy下異硫氰酸酯降低17.17%，9 kGy下惡唑烷硫酮、硫代葡萄糖甙、單寧分別下降14.17%、15.83%、18.18%[7]。目前該方法脫毒作用不明顯，但拓展了菜籽粕脫毒的思路。

1.3 擠壓膨化法

擠壓膨化法是一種通過蒸汽、電或者擠壓摩擦加熱后突然減壓而使原料膨脹以去除其中不利成分的方法，脫毒效率較高。Mukhopadhyay等（2008）將加熱筒溫度設定為82.5℃、擠壓速度90 r/min、水分含量41.22%時，菜籽粕中單寧去除率達到61.25%[8]。國內肖志剛等（2008）的研究也得到類似結果[9]。倪海球等（2017）采用雙螺桿干法擠壓膨化機對飼料級菜籽粕進行擠壓膨化加工，測定菜籽粕中硫苷和植酸含量顯著降低，異硫氰酸酯和惡唑烷硫酮含量低于檢測限0.15 mg/g，但總氨基酸含量也隨之下降了1.75%，半胱氨酸、賴氨酸和精氨酸含量顯著降低[10]。因此擠壓膨化法對菜籽粕的營養(yǎng)價值有較大影響。

2 化學脫毒法

化學脫毒法是通過添加化學試劑與菜籽粕的有毒成分發(fā)生化學反應而脫毒的方法?；驹頌楦鶕?jù)菜籽餅粕中某些有毒成分的理化性質，進行分解、中和、溶解、結合等，以去除毒性。目前化學脫毒法主要有酸堿溶液處理法、醇類溶液處理法、鹽處理法等。

2.1 酸堿溶液處理法

酸堿溶液處理法，即使用酸堿溶液對菜籽粕進行浸泡或者加熱蒸煮，水解硫甙，中和游離態(tài)的植酸生成植酸鹽，使植酸鹽不易與動物體內的礦物質結合生成難溶物質。臧海軍等（2007）將粉碎的菜籽餅粕中加入濃度為14 g/kg的氫氧化鈉水溶液，加壓蒸煮，可以較大程度地去除硫甙[11]。蘭文菊等（2012）使用濃度4%硫酸按照固液比為1∶20（g/mL），60℃下浸提60 min，經(jīng)硫酸溶液脫毒后菜籽粕中植酸、單寧、硫代葡萄糖甙、異硫氰酸酯和惡唑烷硫酮的脫除率分別為92.16%、90.45%、93.37%、90.85%和 88.97%[12]。彭勝等（2015）使用濃度3%硫酸按照料液比為1∶20（g/mL），脫毒溫度90℃，振蕩浸提90 min，脫毒2次，菜籽粕中單寧、植酸、硫甙的脫除率分別為68.21%、71.03%、72.46%[13]。酸堿溶液處理法的脫毒效果較理想，但增加了脫毒餅的苦味。另外研究發(fā)現(xiàn)使用堿處理菜籽粕營養(yǎng)損失達到10%，同時提高了粗纖維的百分比，降低了菜籽粕蛋白質的可溶性，不利于飼用[14]。

2.2 醇類溶液處理法

醇類溶液處理法是利用菜籽餅粕中某些有毒成分如硫代葡萄糖甙、多酚物質等均可溶于醇類水溶液的特點進行的。卜路霞等（2011）在7℃溫度下采用質量分數(shù)為80%的甲醇溶液浸泡菜籽粕4 h，浸提出硫甙含量最高（45.68 μmol/g），菜籽粕硫甙含量明顯降低[15]。羅倉學等（2013）使用濃度64%的乙醇，溫度 62 ℃，時間 3 h，液料比 20∶1，在此條件下得到的硫甙濃度為51.825 μmol/g[16]。蘭文菊等（2012）使用混合溶劑甲醇/乙醇∶硫酸∶水體積比為80∶4∶16，液固比為 8∶1，45 ℃下浸提 40 min，脫毒1次。經(jīng)甲醇硫酸水體系脫毒后菜籽粕中植酸、單寧、硫甙、異硫氰酸酯和惡唑烷硫酮的脫除率分別為 88.52%、82.44%、92.01%、87.91%和 81.65%，乙醇硫酸水體系中分別為89.34%、83.57%、91.60%、88.32%和82.71%，效果較理想[17]。利用醇類溶液浸泡菜籽餅粕可以減少一定的毒性，但一些不溶于醇類溶液的有毒成分無法排除，且很多營養(yǎng)成分也易溶于醇類水溶液而造成營養(yǎng)的極大損失，配制大量的醇類水溶液脫毒成本較高，因此限制該方法的推廣。

2.3 鹽處理法

鹽處理法是利用硫甙的部分水解產(chǎn)物可以與鹽中游離的陽離子起螯合作用，形成不易被動物吸收的高度穩(wěn)定的絡合物，從而減小了菜籽粕的毒性。朱文優(yōu)等（2012）向菜籽粕中加入2.5%的FeSO4·7H2O（七水硫酸鐵）、3.0%的 CuSO4·5H2O（五水硫酸銅），調節(jié)其水分含量為65.0%，在0.1 MPa下蒸煮60 min，菜籽粕的硫代葡萄糖甙脫毒率可達85.2%[18]。Das等（2005）也有過類似的報道[19]。但一些研究認為鹽處理法效果不如水煮加熱處理的效果好，雖然成本較低，但菜籽粕營養(yǎng)損失嚴重，同時帶有一定的污染問題，且因金屬鹽的增加，影響脫毒餅的適口性[20]。

3 生物脫毒法

生物脫毒法是指通過添加外源酶或添加微生物菌株進行發(fā)酵產(chǎn)生的酶系分解去除菜籽粕中抗營養(yǎng)因子以達到脫毒菜籽粕的目的。生物學脫毒法主要可以分為添加酶制劑法和微生物發(fā)酵法。

3.1 添加酶制劑法

目前添加酶制劑法通常添加的酶有植酸酶、淀粉酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶等。Guggenbuhl等（2007）通過向飼喂菜籽粕的仔豬飼糧中添加植酸酶，發(fā)現(xiàn)植酸酶可以提高氨基酸的利用率，從而提高了菜籽粕的營養(yǎng)價值[21]。Shim等（2003）也得出相同的結論[22]。國內劉軍等（2009）在菜籽粕中直接添加濃度2．4%（菜籽粕量）的外源植酸酶，作用于菜籽粕，溫度45℃、pH 4．7、反應時間90 min，植酸酶解率可達60%[23]。朱秋華等（2013）也做過類似的研究，結論一致[24]。向菜籽粕中添加蛋白酶并結合過濾、鹽處理等手段也是目前國內常用的脫毒方法。楊雪等（2017）采用堿溶酸沉法提純菜籽粕蛋白，再用堿性蛋白酶酶解菜籽粕蛋白制備菜籽多肽，處理后菜籽多肽中的硫甙含量下降了84.32%[25]。嚴梅榮等（2010）使用堿性蛋白酶直接水解菜籽粕制取菜籽多肽，并添加亞硫酸鈉的影響及使用膜分離技術去除產(chǎn)物中的硫代葡萄糖甙，產(chǎn)物的硫代葡萄糖甙質量比從1.36 mg/g降低到0.39 mg/g[26]。袁建等（2010）研究了淀粉酶法與堿提法結合提取蛋白質的工藝，通過添加2.5%淀粉酶，酶解時間3 h；堿提pH 10，堿提溫度55℃，堿提時間2 h，料液比1∶12，菜籽粕蛋白的單寧脫除率為 56．65%，植酸脫除率為 62．77%，硫甙脫除率達93.66%[27]。目前添加酶制劑脫毒的方法主要集中在兩個方向：一是直接添加植酸酶降低菜籽粕中植酸的抗營養(yǎng)作用，其脫毒效果有局限性，無法脫除硫甙等毒素。二是添加蛋白酶在菜籽粕蛋白提取過程中進行物理或者化學脫毒，操作復雜，不實用。

3.2 微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法相對于其它方法具有成本小、操作簡單、營養(yǎng)成分損失小等優(yōu)點，引起人們的關注。目前國內外對菜籽粕發(fā)酵采用的菌種只要集中在乳酸菌、芽孢桿菌、霉菌、酵母菌等菌種，且多采用混菌固態(tài)發(fā)酵的方式。隨著近年來研究的深入，乳酸菌和枯草芽孢桿菌對硫甙突出的降解能力逐漸被人們所發(fā)現(xiàn)。吳正可等（2018）以菜籽粕中硫甙為唯一碳源，從發(fā)酵青貯與土壤混合液中分離出54株菌株，以硫甙降解率篩選發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的硫甙降解菌株屬于嗜酸乳桿菌，硫甙降解率達30.73%[28]。孫林等（2009）使用植酸乳酸菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、酪酸梭狀芽孢桿菌進行混菌固態(tài)發(fā)酵，菜籽粕硫苷含量從107.758 mol/g降至15.959 mol/g，硫甙降解率達85.19%，同時粗蛋白質含量也有所提高，菜籽粕營養(yǎng)品質得到較大提高[29]。胡永娜等（2012）以選用的枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、植物乳桿菌、啤酒酵母、季也蒙畢赤酵母及黑曲霉等菌種混菌株發(fā)酵，硫代葡萄糖甙（硫苷）、惡唑烷硫酮（OZT）、單寧、植酸降解率分別為 93.44%、99.99%、34.86%、18.15%[30]。朱少華等（2014）利用釀酒酵母、乳酸菌、枯草芽孢桿菌混菌發(fā)酵脫毒菜籽粕也得到類似的結果[31]。另外，人們研究發(fā)現(xiàn)曲霉菌等可以產(chǎn)生植酸酶、糖酶，利用黑曲霉發(fā)酵菜籽粕可以較好地降低菜籽粕中的植酸和硫甙含量[32]。國內也有相關的研究。陸豫等（2007）使用白地霉和米曲霉混菌發(fā)酵脫毒菜籽粕，在水料比2∶1，29℃發(fā)酵47 h，菜籽粕的硫甙去除率達到97%，取得了較好的效果[33]。陳娟等（2010）使用白地霉、產(chǎn)朊假絲酵母、黑曲霉和熱帶假絲酵母4種菌種組合發(fā)酵菜籽粕，菜籽粕中的植酸和粗纖維素含量降低，改善菜籽粕的品質，同時提高粗蛋白質含量[34]。肖翼等（2011）使用米曲霉發(fā)酵菜籽粕，菜籽粕中芥子堿與多酚的脫除率達到50.6%和67.2%[35]。在微生物脫毒菜籽粕的研究中，也有人采用添加酶制劑和微生物發(fā)酵相結合的方法，并取得了一定的進展。魏炳棟等（2014）使用乳酸菌和酸性蛋白酶復合固態(tài)發(fā)酵菜籽粕，菜籽粕的粗蛋白質含量有效提高，異硫氰酸酯和惡唑烷硫酮有效降解，植酸的降解能力有限[36]。趙娜等（2014）采用益生菌菌種和組合酶共同作用酶解發(fā)酵菜籽粕，菜籽粕經(jīng)酶解發(fā)酵后硫苷降解率達83.32%，菜籽粕經(jīng)酶解發(fā)酵后酸溶蛋白質含量提高234.11%，93.85%的磷以無機磷形式存在，更有利于動物機體對磷的消化吸收，粗纖維經(jīng)酶解發(fā)酵處理后含量下降明顯，達到32.17%。酶解發(fā)酵后菜籽粕干物質體外消化率可以提高16%以上，粗蛋白質體外消化率提高23%，菜籽粕的營養(yǎng)品質得到較大幅度的改善[37]。

生物脫毒法相對于物理脫毒法、化學脫毒法具有成本小、易于操作等突出優(yōu)點，成為脫毒菜籽粕的首選方法。隨著生物脫毒法的研究深入，菜籽粕中硫甙、植酸等抗營養(yǎng)因子得到大幅度降解，但其中纖維素、半纖維素、木質素等含量仍然很高且很難降解，只能在反芻動物飼養(yǎng)中使用，畜禽生產(chǎn)中只能少量應用于成年家畜或家禽。

4 小結

綜合菜籽粕的脫毒方法，生物脫毒法的優(yōu)勢明顯，也是人們研究的重點。未來的發(fā)展方向是降低菜籽粕中抗營養(yǎng)因子的同時，降低纖維素、木質素等難消化物質含量以提高菜籽粕的消化利用率，才能從根本上實現(xiàn)菜籽粕替代豆粕的目標。菜籽粕的脫毒方法也不應該僅僅局限于生物脫毒法，可以物理脫毒、化學脫毒法聯(lián)用。隨著飼料加工工藝的不斷改進，菜籽粕脫毒技術不斷更新，高營養(yǎng)低毒菜籽粕將在養(yǎng)殖行業(yè)中發(fā)揮出更大的價值，解決我國蛋白質資源缺乏的問題。