棉籽殼飼用現(xiàn)狀研究

?？←?，張文舉

(1.石河子大學 動物科技學院，新疆 石河子 832000；2. 中國農(nóng)業(yè)科學院 北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193)

棉籽殼(cotton seed hull)是棉籽外部堅硬的褐色籽殼，經(jīng)過棉籽剝殼處理獲得，稍帶有未脫盡棉花短絨和部分未脫盡破裂的棉仁，其重量約占全棉籽總重的40%～50%[1]，是產(chǎn)量多、來源廣的粗飼料資源。中國是一個棉花大國，據(jù)《2015國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》[2]數(shù)據(jù)顯示，2015年全國棉花種植面積380×104hm2，棉花總產(chǎn)量560.5×104t。新疆是全國棉花生產(chǎn)主區(qū)，棉花產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的62.5%，約為350.3×104t。棉花加工業(yè)會產(chǎn)生大量棉籽餅粕、棉籽殼等副產(chǎn)品。一般每生產(chǎn)1 t皮棉就可生產(chǎn)2 t棉籽，每噸棉籽約可產(chǎn)450 kg棉粕和260 kg棉籽殼[3]。

1 棉籽殼的營養(yǎng)成分

表1是國內(nèi)外一些研究者對棉籽殼營養(yǎng)成分測定的數(shù)據(jù)。一般棉籽殼粗蛋白含量為4%～6%，粗纖維含量為43%～48%左右，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量較高，分別為85%左右、65%～68%，木質(zhì)化程度中等。棉籽殼主要營養(yǎng)成分豐富，含量差異與棉花的品種、棉籽殼的加工工藝、所含棉籽量、是否帶絨以及帶絨的長度等有關(guān)。

2 棉籽殼在動物上的飼喂情況

棉籽殼中夾雜部分含有較高蛋白和脂肪的棉仁，適量的棉籽殼能改善粗飼料適口性增加采食量[7]，采食量大是棉籽殼日糧的重要特性之一，采食量最高可達到動物體重的3.1%。此外，棉籽殼粗纖維含量較高，對于反芻動物來說是一種較好的纖維來源，它可以作為一種纖維補充料來調(diào)節(jié)不平衡的高濃度日糧[8]，并且能防止酸中毒、瘤胃黏膜潰瘍和蹄病[9]。

2.1 棉籽殼在羊上的飼喂情況

棉籽殼單獨飼喂羊時消化率達到40%，當補充礦物質(zhì)后消化率提高到44%[10]；綿羊?qū)γ拮褮た偰艿谋碛^消化率和纖維表觀消化率分別為43.59%和66.60%，鈣和磷的表觀消化率也較高[11]。未脫毒棉籽殼替代雄性細毛羊日糧50%蘆葦和100%蘆葦，可提高胴體重和凈肉質(zhì)量[12]；每只斷奶羔羊飼喂用量在150和300 g/d時，40～60 d日增重和凈增重均隨日采食量增加而增加，并且育肥羔羊飼料中添加適量棉籽殼可增加羊的胴體質(zhì)量和屠宰率，即可通過提高生產(chǎn)性能來增加經(jīng)濟效益[13]。Whitney等[14]認為棉籽殼可取代30%的日糧高粱來飼喂羔羊。此外，有學者對棉籽殼作為肉羊育肥飼料的安全性進行了研究，結(jié)果表明在育肥羊飼料中添加低于40%的棉籽殼，不會對畜產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來影響，是安全可行的，并不會對人體產(chǎn)生危害[15]?？ɡ瓗鞝栄蛉占Z中棉籽殼含量高達90%時，試驗羊未出現(xiàn)中毒癥狀，并且各項血液生化指標除膽固醇和低密度脂蛋白外均在正常范圍內(nèi)[16]。

表1 棉籽殼的營養(yǎng)成分(以干物質(zhì)計)Table 1 Nutritional components of cottonseed hulls(dry matter) %

2.2 棉籽殼在牛上的飼喂情況

未脫毒棉籽殼替代部分日糧粗飼料時，能通過改善粗料適口性增加犢牛育肥的采食量，加速犢牛生長，進而提高犢牛的胴體質(zhì)量和屠宰率[17-18]。牛對棉籽殼總能的消化率是44%[19]，并且健康研究表明棉籽殼[22]給泌乳牛飼喂棉籽殼能使產(chǎn)奶量(校正體重后計)增長33.2%，飼養(yǎng)利潤提高47.84%，乳脂也得到提高[20]，并且不影響畜產(chǎn)品質(zhì)量安全。

3 棉籽殼中棉酚含量及其危害

棉副產(chǎn)品中存在棉酚、單寧、非淀粉多糖和植酸等抗營養(yǎng)因子。棉酚是棉籽色素腺體中的一種黃色色素。根據(jù)棉酚在棉副產(chǎn)品中存在形式，可將其分為游離棉酚和結(jié)合棉酚這2類。

3.1 棉酚的毒性

通常認為游離棉酚對人和動物體是有毒害的，結(jié)合棉酚則無害。棉酚的毒性歸納為：(1)對細胞、神經(jīng)系統(tǒng)和血管均有毒性；(2)與一些多功能蛋白質(zhì)、重要的酶以及鐵結(jié)合，使其失去活性[21]；(3)破壞雄性動物睪丸生精上皮造成死精、少精甚至無精[22]，使母畜子宮收縮而引起流產(chǎn)、死胎[23]等；(4)與賴氨酸結(jié)合，降低飼料中氨基酸的有效性[24]；(5)使肝腎出現(xiàn)炎癥和功能性障礙[25]。

3.2 棉酚的含量

在所有棉副產(chǎn)品中，如棉粕、棉仁、棉油、棉籽殼、棉秸稈、棉葉等均含有不同量的棉酚，棉粕中游離棉酚含量最高，其次為棉花秸稈，含量最低的是棉殼[26]。一般棉酚在棉籽殼中含量為100～2 500 mg/kg[27]。除了棉花品種外，加工工藝對棉籽殼中棉酚含量也有較大影響。我國GB13078-2017對飼料原料以及飼料產(chǎn)品游離棉酚允許量進行了嚴格的規(guī)定[28](見表2)。

表2 中國游離棉酚的允許量[28]Table 2 Allowable amount of free gossypol in China

不同種類動物對棉酚的耐受量不同，家禽、單胃動物和種公畜飼喂前則必須進行脫毒處理，奶牛、肉牛等反芻動物由于其瘤胃微生物使游離棉酚與可溶性蛋白結(jié)合后形成結(jié)合棉酚[29]，因此對飼料中含有的棉酚具有較大的耐受力，可限量直接飼喂。但是對于幼畜來說，其瘤胃功能發(fā)育不全，棉酚還是具有一定的毒性。

3.3 飼喂棉籽殼的不良影響

有不少研究發(fā)現(xiàn)長期或大量飼喂棉籽殼會對畜禽產(chǎn)生不良影響。

吳高風等[30]報道稱，每天添加0.5 kg棉籽殼，新疆細毛羊精液品質(zhì)高于不添加組和添加1 kg組，說明適當飼喂棉籽殼能一定程度上提高細毛羊精液品質(zhì)，過量會降低精液品質(zhì)。吐爾遜帕夏[31]研究發(fā)現(xiàn)，給新疆雄性細毛羊飼喂棉籽殼后其血清胰島素、T3和T4均明顯下降，且高劑量組的睪丸曲精小管破裂，細胞數(shù)量顯著減少、壞死，降低精液品質(zhì)。棉酚誘導線粒體上的Ca2+釋放，選擇性地破壞生精細胞線粒體功能，從而中斷精子發(fā)生、變態(tài)和成熟的過程[32]。長期大量飼喂棉籽殼會導致母畜繁殖率降低，且母畜胎衣不下、流產(chǎn)等疾病增加[33]，這可能與棉酚阻止胚胎發(fā)育和卵巢靜止有關(guān)[23]。

此外，長期大量飼喂棉籽殼會誘發(fā)新疆雄性細毛羊產(chǎn)生尿結(jié)石[34]。棉籽殼中的游離棉酚大部分集中在畜禽的肝臟和腎臟。棉酚抑制腎臟Na-K-ATP酶降低鉀離子的回流，可損傷腎臟腎小球和腎小管，為結(jié)石結(jié)晶的滯留和粘附提供了條件；棉籽殼中維生素A含量較少，且富含的棉酚和磷又破壞血液對維生素A的吸收，加劇維生素A的缺乏，容易引起尿路上皮角質(zhì)化、脫落，促進尿結(jié)石形成[27]。礦物質(zhì)代謝失衡是棉籽殼引發(fā)牛羊尿結(jié)石的主要原因[35]。成鳳岐[36]認為棉副產(chǎn)品引起綿羊尿石癥是由于鈣磷比失衡。棉籽殼是一種低鈣高鉀飼料，大劑量棉籽殼使飼料有較高的磷、鉀、鎂，這些離子從血液中通過腎臟代謝，使尿液中磷酸根、鉀、鎂離子增加，尿液非常容易飽和，加上綿羊尿液的堿性環(huán)境，使尿液中磷酸鹽結(jié)晶析出形成結(jié)石。有研究發(fā)現(xiàn)日糧中添加棉籽殼或棉籽餅后，試驗動物飲水量變化不大，排尿量和尿中干物質(zhì)含量顯著減少[34，37]。棉籽殼引起機體代謝物在泌尿系統(tǒng)滯留可能是引發(fā)動物患尿結(jié)石的原因之一。添加不同低劑量的氯化銨、適量利尿劑[38]以及對棉副產(chǎn)品進行脫棉酚或間歇式飼喂均能起到預防尿結(jié)石的作用[39]。

4 棉籽殼中棉酚脫毒方法

棉籽殼含有的棉酚是制約其在畜牧業(yè)廣泛應用的主要因素，為了避免棉酚對動物機體的損害，提高棉籽殼利用率，對其進行脫毒是最有效的方法之一。常用的方法有化學法、物理法、混合溶劑萃取和微生物發(fā)酵法。游離棉酚經(jīng)物理或化學脫毒處理后雖然可降低含量，但處理后產(chǎn)品的營養(yǎng)成分遭到了破壞或流失，降低其營養(yǎng)價值，在實際利用上有很大的局限性，難于普遍推廣。而生物發(fā)酵具有成本低、安全性高、效果好等優(yōu)點，最具較大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?/p>

生物發(fā)酵法是通過微生物發(fā)酵對飼料中的棉酚轉(zhuǎn)化或降解作用而達到脫毒效果，同時能夠提高飼料的營養(yǎng)價值[41]。生物脫毒技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為：配套的工程設(shè)備；合理的工藝設(shè)計；優(yōu)良的菌種。最關(guān)鍵也最具有決定性的是菌種選擇。目前國內(nèi)在脫毒菌種的培養(yǎng)與篩選方面取得了顯著成果。施安輝等[42]用篩選的霉菌和酵母菌進行脫毒試驗，高效降解棉酚的菌株總脫毒率在80%以上。生物發(fā)酵法包括坑埋法、微生物發(fā)酵法和微生物固體發(fā)酵法等，一般脫毒工藝的流程如下:

棉籽殼篩分除雜→配料計量→底物混合→滅菌處理→底物接種→發(fā)酵→烘干→包裝

4.1 坑埋法

棉籽殼與水1∶1的比例調(diào)濕，坑埋60 d左右，利用棉籽殼或泥土中存在的微生物進行自然發(fā)酵，達到脫毒的目的。

4.2 瘤胃微生物發(fā)酵法

瘤胃液微生物發(fā)酵法是將棉籽餅粕粉碎成粉末，加水調(diào)成糊狀，接種牛羊瘤胃物凍干品，再加入一定量的新鮮瘤胃液和還原劑，充分混合后在40℃下發(fā)酵48小時，然后壓濾干燥即為產(chǎn)品。

4.3 微生物固體發(fā)酵法

該方法可采用酵母、霉菌、食用菌等單一菌株或混合菌株進行固體發(fā)酵，均能不同程度的脫毒。所用菌種不同，但固體發(fā)酵工藝基本相同：菌種曲盤擴大培養(yǎng)，加入棉籽殼后淺盤發(fā)酵或發(fā)酵池發(fā)酵，最后烘干包裝。

5 棉籽殼脫毒后飼喂效果

對棉籽殼進行脫毒處理后，其棉酚含量降低，飼喂家畜效果較好。脫毒棉籽殼飼喂奶牛不產(chǎn)生中毒癥狀[43]，不影響羔羊生長發(fā)育[44]，解決了飼草結(jié)構(gòu)及來源的問題，降低了奶牛場飼草成本。

此外，通過栽培食用菌后的棉籽殼菌糠與棉籽殼相比，質(zhì)地柔軟細膩，具有濃郁的菌香味，適口性好，某些棉籽殼菌糠的營養(yǎng)價值與玉米、麩皮相當[45]，部分替代棉籽殼可降低飼養(yǎng)成本，提高經(jīng)濟效益[46-47]。將棉籽殼與其他粗飼料混貯或微貯也是提高棉籽殼有效應用的方法之一[48-49]。

6 總結(jié)展望

棉籽殼作為來源充足、價格低廉的優(yōu)質(zhì)原料，常被用作食用菌培養(yǎng)基以及制取棉酚、糠醛，木糖醇、活性炭、鉀鹽、乙酸丙酸和植物激素等。棉籽殼粗纖維含量較高，是反芻動物很好的纖維來源，而其含有的棉酚會對單胃動物產(chǎn)生一定的危害，通常要對棉籽殼進行棉酚脫毒處理，不過適量飼喂棉籽殼或保證日糧礦物質(zhì)平衡均可有效避免其對畜禽尿結(jié)石的危害。目前，國內(nèi)外對棉籽殼均進行了較深的研究，但仍有很多問題丞待完善和解決，如棉籽殼生物發(fā)酵脫毒機理，脫毒方法工藝優(yōu)化等。了解棉籽殼特性，發(fā)揮其優(yōu)勢，進一步發(fā)掘其開發(fā)利用潛力。