蓖麻餅粕綜合開發(fā)利用研究進展※

●袁樸芳 文艷鵬 霍玉淼 任文靜 高 昶 崔 凱 李瑞英 黃鳳蘭，4※※

（1.內(nèi)蒙古民族大學生命科學與食品學院 內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.赤峰市森林草原保護發(fā)展中心 內(nèi)蒙古 赤峰 024000；3.內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗林業(yè)和草原局 內(nèi)蒙古 赤峰 024300；4.蓖麻育種國家民委重點實驗室/內(nèi)蒙古自治區(qū)高校蓖麻產(chǎn)業(yè)工程技術研究中心/內(nèi)蒙古自治區(qū)蓖麻育種重點實驗室/內(nèi)蒙古自治區(qū)蓖麻產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心/蓖麻產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新內(nèi)蒙古自治區(qū)工程研究中心 內(nèi)蒙古 通遼 028000）

蓖麻（Ricinus CommunisL.），大戟科蓖麻屬雙子葉1年生或多年生草本植物，是一種用途廣、經(jīng)濟效益高的不可直接食用作物，為世界十大油料作物之一，具有很高的附加價值[1]。蓖麻種子提煉出的油——蓖麻油被廣泛應用于國防、化工、輕紡、醫(yī)藥等行業(yè)。而提煉蓖麻油剩下的蓖麻餅粕含有豐富的粗蛋白、粗纖維、碳水化合物以及多種礦物質(zhì)元素[2]，同時含有少量天然毒素物質(zhì)，具有巨大的開發(fā)潛力。

1 蓖麻餅粕的物質(zhì)成分及含量

1.1 基本成分

一般情況下，不經(jīng)脫皮加工的蓖麻籽粒壓榨后，其餅粕含量大約是55%，且富含多種營養(yǎng)成分。近年來，國內(nèi)外學者對蓖麻餅粕的營養(yǎng)成分及價值進行了大量研究，結(jié)果顯示其中以蛋白質(zhì)、氨基酸為主要成分[3]。蓖麻餅粕中的營養(yǎng)成分主要是粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、粗灰分等，其次還含有鈣、磷等無機元素。蓖麻餅粕中粗蛋白質(zhì)比例為30%～40%，是糧食作物的3倍；粗蛋白中包括球蛋白60%、谷蛋白20%、清蛋白16%，還富含十余種氨基酸。國外的學者對蓖麻餅粕中的主要氨基酸成分作了分析：蓖麻餅粕中蛋白質(zhì)含量雖然比大豆餅粕低一些，但和菜籽餅粕、葵花餅粕相當；蓖麻餅粕中氨基酸含量與菜籽餅差不多，只有賴氨酸含量略少；大豆餅粕中賴氨酸含量較豐富，而蓖麻餅粕中蛋氨酸含量較多，二者搭配使用，能實現(xiàn)營養(yǎng)相補的目的。另外，由于反芻動物降解蛋白質(zhì)及氨基酸的效率較低，而蓖麻餅粕可以提供大量的過瘤胃蛋白及氨基酸，對提高反芻動物的飼料利用效率可起到重要作用[4]。

蓖麻餅粕中含有33.87%粗纖維、7.37%粗脂肪、6.51%粗灰分以及1.10%鈣、5.00%氮、2.00%磷、1.90%鉀等礦物質(zhì)元素。其中粗纖維可作為農(nóng)藥載體、壓塑填料等；粗脂肪含量是影響蓖麻籽粒質(zhì)量的主要因素；粗灰分含量是衡量飼料產(chǎn)品和飼料原料中營養(yǎng)成分的重要指標之一，對指導飼料及其原料的加工都具有很大意義；礦物質(zhì)元素是畜禽飼料和土壤施肥的重要營養(yǎng)物質(zhì)。

1.2 蓖麻餅粕中的有毒成分

經(jīng)過榨油后得到的蓖麻餅粕中還含有一定量的天然毒性物質(zhì)，如變應原、蓖麻堿、蓖麻毒蛋白和血球凝集素，可以利用膠體金側(cè)流層析法快速檢測出蓖麻毒素[5]。

1.2.1 蓖麻毒蛋白蓖麻毒蛋白包含多種類型，目前已發(fā)現(xiàn)的結(jié)晶型有B1型、Tb型、Cl型和D型，其中毒性最為烈的是D型。蓖麻毒蛋白的分子式是［C8H8N2O2］n，分子量是65.0 kDa，為高聚合蛋白，純品是白色粉末或者結(jié)晶型固體，無氣味，在乙醚、乙醇、甲苯、三氯甲烷等有機溶劑中不溶解，但能在鹽溶液或者酸性稀溶液中溶解，也可在硫酸銨飽和溶液里沉淀[6]。在水里煮沸或加壓蒸氣可以使其固化、變性，從而使其喪失毒性，但是在干燥加熱的環(huán)境中不易發(fā)生變性。該毒素不僅在種子中有0.5%～4.5%的存在，而且還少量存在于蓖麻根、莖和葉中，而在蓖麻餅粕中其含量多少與榨取方法有關，在加熱情況下榨出的蓖麻毒蛋白含量幾乎為0。蓖麻毒蛋白是蓖麻毒素中毒性最烈的一種，幾乎所有哺乳類動物都對此較為敏感，當毒素分子侵入細胞時會導致蛋白合成全部停止。

1.2.2 蓖麻堿蓖麻堿的分子式為C8H8N2O2，分子量為164.16 Da，學名是3-氰基-4-甲氧基-1-甲基-2-吡啶酮。純的蓖麻堿是一種具有白色針狀或棱狀結(jié)晶性質(zhì)的生物堿，熔點范圍是201～205℃，在170～180℃、2.667 kPa時升華[7]。蓖麻堿容易在高溫三氯甲烷及熱水中溶解，在高溫酒精里亦有一定溶解性，但在乙醚、石油醚和苯中不易溶；在水中則是中性，不易與酸反應形成鹽；它的堿性溶液可以和高錳酸鉀發(fā)生反應，并產(chǎn)生氫氰酸。蓖麻堿是一種含有劇毒的生物堿，其毒性與其分子中的氰基相關，具有非常強的毒性。蓖麻堿被人體攝入后會引起惡心、嘔吐、血壓下降、出血性腸胃炎、肝腎損害、呼吸衰竭等諸多癥狀，嚴重會導致死亡。另外蓖麻堿還可作為藥用，具有殺蟲、保肝、鎮(zhèn)痛和令中樞神經(jīng)興奮等多種生理作用[8-9]，可通過超聲波聯(lián)合微波輔助萃取高純度的蓖麻堿[10]。

1.2.3 變應原變應原分子式為C10H16NOC4H4，分子量為281.3 Da。變應原的純品表現(xiàn)為白色粉末狀固體，是從蓖麻籽粒中分離出的一種會導致人體過敏的物質(zhì)，可溶于水，在沸水中能穩(wěn)定存在，可在25%的乙醇溶解，但在75%的乙醇不能溶解。變應原主要處于蓖麻籽粒中未含油性的胚乳當中，通常為2%～3%多糖與蛋白質(zhì)所形成的一種脲基高分子，多糖增加了變應原的敏感性。變應原有很強的敏感性和抗原性，1 mg/kg的水溶液會引起過敏，給動物注射后會產(chǎn)生抗體。變應原的毒性只是引起過敏，并不致命，主要表現(xiàn)為鼻子燙痛、眼睛發(fā)紅、氣喘、打噴嚏、呼吸困難、全身不適等。對動物的傷害要大得多，但也不會致命。

1.2.4 凝集素凝集素分子結(jié)構(gòu)與蓖麻毒蛋白類似，其分子量是130 kDa。由于凝集素屬于高分子蛋白質(zhì)毒素，它能在某種程度上與特定的糖分子相結(jié)合，在熱環(huán)境中不能保持其穩(wěn)定性，可以在l00℃下對其進行30 min的加熱，從而使其失去活性，所以在高溫下榨取后得到的蓖麻餅粕基本不含凝集素。凝集素在蓖麻餅粕里存在極少，僅為0.005%～0.015%。凝集素與蓖麻毒蛋白相比，前者對動物的毒性僅為后者的1%，但是其對紅細胞的吸附能力卻是蓖麻毒蛋白的50倍，進入動物的身體會引起血紅蛋白的凝聚。根據(jù)有關學者研究，凝集素對小白鼠最低致死劑量（MLD）是 1.9 mg/kg·bw[11]。

2 蓖麻餅粕的開發(fā)利用

2.1 用作飼料

蓖麻餅粕含有豐富的蛋白質(zhì)，其中粗蛋白質(zhì)的含量和菜籽餅粕（36.40%）接近，僅含有極少難以被動物吸收的醇溶蛋白，并且絕大部分蛋白質(zhì)會被動物消化、吸收及利用。近年來，隨著中國畜牧業(yè)和飼料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高蛋白飼料的需求缺口日益增大，所以研制新型的蓖麻餅粕蛋白飼料已成為行業(yè)內(nèi)關注的新焦點。采用物化法、微生物發(fā)酵法、聯(lián)合法等工藝對其進行脫毒處理后，可以作為家畜禽飼料。有研究結(jié)果表明，使用蓖麻餅粕作為飼料不僅具有較高的安全性，而且可以降低養(yǎng)殖成本，具有很好的開發(fā)利用價值[12]。蓖麻餅粕脫毒后，用作家畜禽飼料，具有三個顯著優(yōu)勢：第一，具有高蛋白和高質(zhì)量的氨基酸。在分離殼粕的情況下，蓖麻餅粕中粗蛋白的含量可達到44.10%，在當下諸多餅粕類飼料中其蛋白質(zhì)含量處于較高水平。第二，適口性較好。在蓖麻餅粕中，谷氨酸含量超過11.7%，為其他餅粕所不能及，對絕大多數(shù)家畜禽具有較好適口性。第三，較高的可利用能。有研究表明，對于蓖麻餅粕的消化能力，豬和肉雞的代謝能分別為1.21×104kJ/kg和9.28×103kJ/kg，均接近于豆粕，對于畜禽來說是一種優(yōu)質(zhì)的有效能來源。國外有研究人員用脫毒的蓖麻餅粕代替口糧中的豆粕分別飼喂肉牛、山羊以及綿羊，提高了飼喂和反芻效率，且沒有產(chǎn)生攝入、消化率和攝取行為方面的負面影響[13-15]。因蓖麻餅粕中含少量毒素，所以以蓖麻餅粕作為飼料時的添加量應控制在10%～20%，這樣不會對畜禽的生長發(fā)育及生產(chǎn)性能造成影響，不會出現(xiàn)用量過多而導致營養(yǎng)物質(zhì)平衡失調(diào)的現(xiàn)象，否則會引起畜禽生長被抑制、生理組織變異、飼料利用率降低等后果[16]。已有研究人員對蓖麻餅粕進行酶解，發(fā)現(xiàn)不但能除去其中毒素，而且能提高其營養(yǎng)價值，從而進一步促進畜禽的消化和吸收[17]。

2.2 用作殺蟲劑

有關學者研究表明，蓖麻對粉虱、綠豆螟、日本麗金龜、乳草長蝽、跳蚤、蒼蠅、蚊子、虱、飛蝗等害蟲有很好的毒性作用；蓖麻餅粕對煙草害蟲都具有很強的觸殺活性，尤其是對蚜蟲的觸殺死亡率高達95%以上[18]。有研究人員利用生物浸泡法，以蓖麻餅粕提取液制備植物源毒殺劑并用福壽螺做試驗，結(jié)果表明：蓖麻餅粕提取液會導致福壽螺肝臟組織損傷、機體代謝紊亂，從而達到毒殺效果[19]。還有將蓖麻餅粕浸提物作為白菜或甘藍的殺蟲劑通過飼喂法和噴霧法殺滅菜青蟲。

2.2.1 飼喂法將長短為6 cm左右的白菜葉等量浸泡在不同濃度的蓖麻餅粕粗提液及氯仿萃取液中20 s，用濾紙過濾掉多余藥液，再將處理過的白菜葉移進裝有濾紙的培養(yǎng)皿里，供給成年菜青蟲食用。每個培養(yǎng)皿里接45～52頭成年蟲體，蓋上培養(yǎng)皿蓋，在室溫下觀察它們的生長情況。同時對照組采用清水，各處理重復3組。

2.2.2 噴霧法將不同濃度的蓖麻餅粕粗提液和氯仿萃取液分別噴染在長短為6 cm左右的白菜葉上，再飼喂給成年菜青蟲，在24 h、48 h、72 h后觀察記錄殺滅效果。記錄活蟲和死蟲數(shù)量，可以如常爬行的為活蟲類，其余（不能爬行、仰臥或完全死亡）為死蟲類。

蓖麻餅粕中的粗提液對菜青蟲有很強的毒殺效果，觀察時間越久，其致死率也隨之增加；在一定濃度范圍內(nèi)，蓖麻堿濃度越高，毒殺的效果更好。但是，當蓖麻餅粕粗提液濃度過高時，會引起菜青蟲排斥[20]，反映出昆蟲取食傾向?qū)Ρ吐轱炂纱痔嵋簹⑾x活性的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，蓖麻餅粕提取液對于菜青蟲有很好的毒殺作用，能作為植物源農(nóng)藥進行改良推廣。

2.3 肥藥一體改良土壤

蓖麻餅粕是一種氮、磷、鉀、微量元素較高的有機肥料，氮含量為7.50%、磷為2.25%、鉀為6.96%、可溶性糖為2.58%以及鐵1490 mg/kg、銅93.5 mg/kg、鋅107.0 mg/kg、錳52.8 mg/kg。蓖麻餅粕中的氮、磷、鉀3大肥力要素含量高，當中的磷脂可以通過土壤微生物的發(fā)酵、分解合成為磷酸鹽，在溶于水后可作為補給被植物直接吸收[21-22]。用蓖麻餅粕生產(chǎn)的復合肥料，既可以激活固氮菌，又可以促進植株開花結(jié)果，提高結(jié)實率，使種子果實更飽滿，并能使作物更快成熟，其肥力持久，還不會破壞土壤。田間試驗結(jié)果表明：使用蓖麻餅粕肥料后，西瓜幼苗長得更結(jié)實，并且葉片墨綠、瓜色油亮、果肉鮮紅、香甜可口。蓖麻餅粕是一種高品質(zhì)的優(yōu)質(zhì)化肥，可廣泛運用于各種農(nóng)作物的推廣應用。加入蓖麻餅粕的復合肥料施在土壤中可以改良土體。蓖麻餅粕含有豐富的蛋白質(zhì)，能在土壤中利用酶分解產(chǎn)生氨氣，經(jīng)氧化后產(chǎn)生硝酸銨鹽，供給植株直接吸收利用，從而滿足其生長所需氮源。將蓖麻餅粕作為肥料施在土壤中，對土壤中的地下害蟲也有一定的抑制作用，例如將其施用于葡萄秧苗根部可以殺滅地下害蟲，預防及治療葡萄霜霉病與銹??；將粉碎處理后的蓖麻餅粕直接施灑在植株根部，對根結(jié)線蟲、蠐螬等地下害蟲也有很好的防治效果。

3 展望

盡管蓖麻餅粕用于飼料與殺蟲劑這兩方面已經(jīng)得到一些發(fā)展和綜合應用，但其中還有很多難關需要攻破。如以脫毒型蓖麻餅粕作為家畜禽蛋白飼料，由于添加量增加而導致適口性下降、畜禽食用量下降從而引起生產(chǎn)能力下降等問題。蓖麻餅粕用作殺蟲劑，只是做了初步嘗試，如何使之高效、安全、穩(wěn)定是研究的重中之重。深化對蓖麻餅粕毒素去除及蛋白酶解工藝的研究，去除蓖麻餅粕中的毒素并酶解其中的蛋白，使其更利于畜禽消化和吸收，擴大蓖麻餅粕用作飼料使用的空間；進一步探索蓖麻餅粕中諸類毒素針對目標害蟲的殺滅效應及機理，再結(jié)合物理、化學、生物等工藝對毒素進行改進，可以有效地控制害蟲造成的損失，從而使其在未來代替部分化學殺蟲劑預防蟲害。

蓖麻餅粕運用在肥藥一體改良土壤方面的前景較好，營養(yǎng)、殺蟲和保土三方面同步完成，能有效地減少化肥與農(nóng)藥的用量，并改善土壤的肥力?，F(xiàn)已用西瓜、葡萄、桃樹等植株做過試驗，但還需要用多種植物做大量試驗，與之相關的數(shù)據(jù)需要更全面合理的試驗與統(tǒng)計，而后大批量的實際生產(chǎn)技術也需要進行研究和開發(fā)。在未來實現(xiàn)蓖麻餅粕的肥藥一體改良土壤施用于各種糧食作物、蔬菜及果樹等，代替化肥的施用，改善土壤理化性質(zhì)，緩解土壤污染。