综述

菜籽饼粕的营养价值、抗营养因子及其在猪饲粮中的应用

  • 唐辉 , 1, 2 ,
  • 谢正军 3 ,
  • 李瑞 , 1, 2, * ,
  • 周锡红 2
展开
  • 1 湖南农业大学动物科学技术学院,湖南畜禽安全生产协同创新中心,长沙 410128
  • 2 中国科学院亚热带农业生态研究所,中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室,畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室,动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室,长沙 410125
  • 3 双胞胎(集团)股份有限公司,南昌 330096
*李瑞,助理研究员,E-mail:

唐辉(1996—),男,湖南沅陵人,硕士研究生,从事猪饲料开发与应用研究。E-mail:

Copy editor: 陈鑫

收稿日期: 2024-02-02

  网络出版日期: 2024-07-09

基金资助

云南省重大科技专项计划(202202AE090032)

湖南省自然科学基金(2022JJ40532)

院企合作项目(E241020501)

Nutritional Value and Anti-Nutritional Factors of Rapeseed Cake Meal and Its Application in Swine Feeding

  • TANG Hui , 1, 2 ,
  • XIE Zhengjun 3 ,
  • LI Rui , 1, 2, * ,
  • ZHOU Xihong 2
Expand
  • 1 Hunan Co-Innovation Center of Animal Production Safety, College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
  • 2 Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Zone, National Engineering Laboratory of Pollution Control and Resource Technology in Livestock and Poultry Breeding, Hunan Key Laboratory of Animal Nutritional Physiology and Metabolic Processes, Institute of Subtropical Agricultural Ecology, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China
  • 3 Twin (Group) Co., Ltd., Nanchang 330096, China

Received date: 2024-02-02

  Online published: 2024-07-09

摘要

菜籽饼粕的粗蛋白质含量高,氨基酸组成合理,是一种优质的植物性蛋白质饲料资源。然而,菜籽饼粕中的抗营养因子,如硫苷、单宁、植酸、芥子碱等对猪的养分消化吸收和生长有负面影响。为提高菜籽饼粕的营养价值,原料常经过包括物理、化学和生物的方法进行脱毒,其中生物脱毒法的研究应用较为广泛,如采用酶法和发酵法去除抗营养因子,降低纤维素含量,提高菜籽饼粕的适口性和营养价值。本文主要就菜籽饼粕的营养价值、抗营养因子、脱毒方法以及其在猪饲粮中的应用进行综述,为菜籽饼粕的高效资源化利用提供参考。

本文引用格式

唐辉 , 谢正军 , 李瑞 , 周锡红 . 菜籽饼粕的营养价值、抗营养因子及其在猪饲粮中的应用[J]. 动物营养学报, 2024 , 36(7) : 4103 -4115 . DOI: 10.12418/CJAN2024.352

Abstract

Rapeseed cake meal is rich in crude protein with a well-balanced amino acid profile, making it a high-quality plant-based feed protein resource. However, the presence of anti-nutritional factors in rapeseed cake meal, such as glucosinolates, tannins, phytic acid, and erucic acid, has adverse effects on nutrient absorption and growth in pigs. To improve its nutritional value, raw materials are commonly detoxified using physical, chemical, and biological approaches. Among these, biological detoxification methods, such as enzyme treatment and fermentation, have been widely studied and applied to reduce anti-nutritional factors, lower fiber content, and improve the palatability and nutritional value of rapeseed cake meal. This review provides an overview of the nutritional value of rapeseed cake meal, anti-nutritional factors, detoxification methods, and its application in pig feed, aiming to facilitate the efficient utilization of rapeseed cake meal resources.

随着畜牧业的不断发展,预计到2050年,动物性蛋白质食品产量将翻一番,势必增加对饲用蛋白质饲料资源的需求[1-5]。然而,我国大豆及豆粕资源严重不足,进口依存度达80%以上,大豆和豆粕价格上涨以及供给不平衡的问题更加凸显。菜籽饼粕一直作为替代豆粕的研究对象,有其独特优势。菜籽饼粕的蛋白质含量与豆粕相当,并具有合理的氨基酸组成,又富含含硫氨基酸[1-3],具有广泛应用于饲用蛋白质饲料领域的巨大潜力。然而,菜籽饼粕中存在的抗营养因子对饲料消化率和动物健康产生负面影响,限制了其替代豆粕的比例。本文旨在从菜籽饼粕的营养价值、抗营养因子的特点及其影响、脱毒方法和菜籽饼粕在猪饲粮上应用现状进行综述,以便为其在畜牧业中的应用提供有益信息,促进畜牧业的可持续发展。

1 菜籽饼粕的分类

我国现种植的油菜品种有甘蓝型、白菜型和芥菜型3种,以甘蓝型为主,根据芥酸和硫苷含量又可分为普通油菜籽和双低油菜籽,双低油菜种植面积占90%[6-9]。油菜籽榨油后的主要副产物是菜籽饼粕,因品种、来源和加工方式的不同,得到的菜籽饼粕化学成分差异较大[1]。菜籽饼粕按照加工工艺可划分为3类:1)预压浸出工艺获得的菜籽粕,呈棕黄色粉末状,该工艺出油率高,适合大型菜籽油生产企业;2)蒸炒热榨工艺获得的菜籽饼,颜色依加工温度高低不同,有红、棕红、棕黄、黄和黄绿色等,出油率低于预压浸出工艺,广泛应用于中小规模的菜籽油加工厂;3)低温冷榨工艺获得的菜籽饼,因未经加热处理,颜色为绿色,此工艺处理量小、出油率比蒸炒热榨更低,存在于个体油坊或小的榨油坊[10-11]

2 菜籽饼粕的营养价值

国内外菜籽饼粕的营养价值参数见表1。由表1可知,菜籽饼粕油脂提取工艺不同,粗脂肪(EE)含量差异较大,且国内菜籽饼粕的粗蛋白质(CP)含量普遍较国外高,可能是其产地、品种、加工方式所致。
表1 菜籽饼粕的主要营养物质含量

Table 1 Primary nutrient contents of rapeseed cake and meal

序号
No.
饲料原料名称
Name of feed
raw material
总能
GE/(MJ/kg)
干物质
DM/%
粗蛋白质
CP/%
粗脂肪
EE/%
粗纤维
CF/%
粗灰分
Ash/%
中性洗
涤纤维
NDF/%
酸性洗
涤纤维
ADF/%

Ca/%

P/%
参考文献
References


1
菜籽饼
(压榨工艺)
19.43 92.40 36.13 9.19 16.73 6.72 39.50 23.74 0.68 0.99

猪营养需要
(2020)[12]
菜籽粕
(预压浸提)
17.33 90.03 37.35 1.57 12.74 7.96 32.14 20.48 0.75 0.87


2
双低菜籽饼
(压榨工艺)
93.11 35.19 9.97 9.77 6.39 23.77

NRC
(2012)[13]
双低菜籽粕
(预压浸提)
93.33 37.50 3.22 10.50
3 菜籽粕
(预压浸提)
88.70 33.70 2.30 12.40 7.00 28.30 19.60 INRA
(2004)[14]
4 双低菜籽饼
(压榨工艺)
21.09 92.40 39.09 9.94 18.15 7.31 42.70 25.68 0.74 1.08 李培丽[10]


5
菜籽粕
(预压浸提)
87.19 37.19 0.51 8.48 41.97 34.36 0.33 1.35

张莹等[15]
菜籽饼
(压榨工艺)
19.25 91.62 39.15 8.11 9.34 6.77 30.19 17.68 0.58 1.16
6 加拿大菜籽粕
(预压浸提)
90.00 36.50 3.60 11.60 26.00 18.20 0.70 1.20 Mejicanos
[2]
7 双低菜籽饼
(压榨工艺)
21.03 96.34 37.96 10.25 18.12 7.71 40.21 19.92 0.68 0.99 Wang
[16]


8
欧洲双低菜籽粕
(预压浸提)
17.59 88.96 36.82 6.87 0.74 1.07

Maison
[17]
欧洲双低菜籽饼
(压榨工艺)
19.75 91.83 35.58 6.23 0.68 1.04
最小值 Minimum value 17.33 87.19 33.70 0.51 9.34 6.23 23.77 17.68 0.33 0.87
最大值 Maximum value 21.09 96.34 39.15 10.25 18.15 8.48 42.70 34.36 0.75 1.35
平均值 Mean value 19.35 91.24 36.85 5.87 13.26 7.14 33.86 22.46 0.65 1.08

“ —” 表示此指标的数值在表中参考文献里未有报道。 表3同。

“ —” mean the values representing this indicator are not reported in the references in the table. The same as Table 3.

2.1 CP与氨基酸组成

不同油菜籽品种的CP含量存在显著差异。Mejicanos等[2]研究表明,黄色芥菜型加拿大菜籽粕CP含量为42.3%,黄色甘蓝型的CP含量为41.0%,黑色甘蓝型的CP含量为36.9%。同样,Theodoridou等[18]报道,黄色芥菜型加拿大菜籽粕CP含量为46.95%,而棕色甘蓝型和黑色甘蓝型的CP含量分别为39.98%和34.56%。Le等[19]的研究也表明,芥菜型加拿大菜籽粕CP含量更高。黄色芥菜型加拿大菜籽粕CP含量更高,这可能与黄色芥菜型菜籽种皮较薄、总纤维含量较低有关[19-20]。但在Khajali等[21]的报道中,黄色甘蓝型菜籽粕CP含量为49.8%,黄色芥菜型菜籽的CP含量为47.4%,黑色甘蓝型菜籽的CP含量为43.8%。出现这种结果,可能是由于加工过程的差异所导致。有研究结果表明,CP与纤维含量呈负相关[2,18-20]。这是由于过高温度和时间会使美拉德反应加剧,氨基酸与纤维结合,降低蛋白质消化率和氨基酸含量,增加纤维含量[11,22]。另外,加工过程中,残留油脂量过多亦降低CP含量,但是热加工过程能改变菜籽饼粕蛋白质三维结构,钝化黑芥子酶(硫代葡萄糖苷水解酶),减少抗营养物质产生[11,23]
Le等[19]的研究指出,黄色芥菜型加拿大菜籽粕较甘蓝型的赖氨酸含量低约0.2%,猪对芥菜型加拿大菜籽粕的氨基酸标准化回肠消化率(SID)与甘蓝型无差异,但能量的表观总消化率(ATTD)比甘蓝型更高。这表明猪对不同品种菜籽饼粕可能具有一定的生物利用率适应性,纤维组分不足以对含量差距较小的赖氨酸和蛋氨酸消化率产生影响,从而导致氨基酸消化率没有显著差异。
菜籽饼粕必需氨基酸组成及消化率的差别见表2。从表2中可以看出,相较其他杂粕,菜籽饼粕氨基酸组成较平衡(与动物需要比较)。但与豆粕相比,菜籽饼粕赖氨酸含量较低,氨基酸SID普遍在80%以下,但含硫氨基酸(蛋氨酸和胱氨酸)含量较高,可与豆粕互补[2,10]
表2 菜籽饼粕粗蛋白质及必需氨基酸组成

Table 2 Crude protein and essential amino acid composition of rapeseed cake and meal[12]%

项目
Items
菜籽饼 Rapeseed cake 菜籽粕 Rapeseed meal
含量
Content
表观回肠
消化率
AID
标准回肠
消化率
SID
含量
Content
表观回肠
消化率
AID
标准回肠
消化率
SID
粗蛋白质 CP 36.13 63 71 37.35 62 65
必需氨基酸 Essential amino acids
赖氨酸 Lys 1.70 66 69 1.87 65 68
蛋氨酸Met 0.85 88 89 0.76 77 80
苏氨酸 Thr 1.44 64 69 1.55 61 64
色氨酸 Trp 0.14 76 80 0.44 61 55
异亮氨酸Ile 1.33 74 77 1.31 68 71
亮氨酸 Leu 2.46 79 82 2.36 71 73
缬氨酸 Val 1.83 69 73 1.88 65 68
组氨酸 His 1.97 82 88 2.13 74 77
精氨酸 Arg 0.92 80 84 0.96 74 77
苯丙氨酸 Phe 1.28 79 83 1.35 70 73

2.2 EE

EE含量主要受加工因素影响,从表1可知,菜籽粕EE含量普遍低于4%,菜籽饼EE含量普遍高于9%。值得注意的是,欧美菜籽粕EE含量较高,这可能与它们采用了油脚回添工艺有关,油脚主要由糖脂、磷脂和一定量的脂肪及脂肪酸等组成[10]。高温高湿条件下储存菜籽饼粕,可导致油脂氧化,不饱和脂肪酸减少,而饱和脂肪酸增加[24]。此外,EE富含能量,可能对食糜性质和肠道吸收产生一定影响,从而对菜籽饼粕有效能值造成一定影响。

2.3 碳水化合物

植物的碳水化合物包括结构性碳水化合物(非淀粉多糖,NSP)和非结构性碳水化合物(低分子糖、寡糖、贮藏多糖)[25-27]。其中NSP不能被哺乳动物内源性消化酶分解,也不会被上消化道吸收[25]。但NSP可以在大肠阶段被微生物分解,以短链脂肪酸形式被宿主吸收供能。另外,NSP还可通过物理障碍或影响肠道生理状态形式,如增大食糜黏度,来影响其他营养物质吸收[26]。菜籽粕干物质中约含有35%的碳水化合物,非结构性多糖占干物质的3%~5%,而NSP占菜籽粕的20%~40%[25-28]。有报道称,甘蓝型菜粕中NSP含量为24%[28]。中性洗涤纤维(NDF)反映植物细胞壁中不可溶性纤维含量,是评估饲料中粗纤维(CF)含量和猪可消化能力的重要指标。表1中菜籽饼粕NDF含量基本在28%~40%,初雷[23]研究表明,菜籽粕NDF含量与热处理温度及时间呈正相关,与蛋白质溶解度以及体外消化率呈负相关。目前,体外发酵技术可在一定程度上降低纤维含量,添加酶制剂可提高碳水化合物消化率和猪体内纤维发酵程度,化学处理也可改变发酵程度,如用硫酸预处理可提高木质纤维素生物质中碳水化合物的利用率[29]。对菜籽粕进行碱性预处理,提高了菜籽粕在猪体内发酵效果[30]。另外,冷等离子体加工和高静水压处理是潜在的新兴技术[27]

2.4 矿物质和维生素

唐辉等[31]测得淮南、内江等地10个菜籽饼风干基础下的钙(Ca)、磷(P)含量分别为0.50%~0.62%、0.92%~1.30%。宋丹等[32]测得衡水、秦皇岛等地菜籽粕风干基础下的Ca、P含量分别为0.800%~0.844%、1.273%~1.481%,此外其研究还报道了菜籽粕钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)的平均含量分别为1.263%、0.007%、0.644%。于涛等[33]测得衡水、秦皇岛等地菜籽粕风干基础下的铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、硒(Se)平均含量分别为6.26、145.72、72.71、61.69、871.91 mg/kg。宋丹等[32]和于涛等[33]还测定了豆粕的常量和微量元素,研究结果显示,除钾外,菜籽粕其余元素含量都比豆粕略高。菜籽饼粕具有更高钙、磷含量,但其植酸含量高,易与金属元素形成螯合物,影响动物对菜籽饼粕矿物质的吸收利用。尽管如此,菜籽饼粕也是钙、铁、锰、硒和许多B族维生素的良好来源。菜籽饼粕非植酸磷是饲料原料中最丰富的来源之一(非植酸磷含量为0.38%,而豆粕、棉籽粕、小麦、麦麸、玉米和大麦的非植酸磷含量分别为0.28%、0.23%、0.09%、0.26%、0.07%和0.13%)[21]。维生素方面,菜籽饼粕含有大量B族维生素,也有利于动物生长发育。

3 抗营养因子

3.1 硫代葡萄糖苷(glucosinolate, GLS)

GLS简称硫苷,是芸薹属植物次生代谢产物[34-35]。就气候条件而言,热带产菜籽GLS含量高于温带产菜籽。菜籽饼粕主要含有3种GLS,其中丙磺酰谷氨酸或表丙磺酰谷氨酸含量最高,其次是葡萄糖芥子苷和葡萄糖芥子酸苷[36]。一般认为GLS本身无毒,然而油菜籽中含黑芥子酶,在水分存在和种子破裂条件下,GLS被黑芥子酶水解产生不稳定苷元,然后分解产生一系列产物[21]。GLS主要代谢产物为硫氰酸酯(SCN)、异硫氰酸酯(ITC)、腈、5-乙烯基-2-噁唑烷硫酮(VOT)和5-乙烯基-1,3-氧唑烷-2-硫酮(5-VOT)。毒性大小依次为: 腈类>噁唑烷硫酮>异硫氰酸酯>硫氰酸酯[37]。不同类型菜籽饼粕硫苷及其衍生物含量见表3
表3 不同类型菜籽饼粕硫苷及其衍生物含量

Table 3 Contents of glucosinolates and their derivatives in different types of rapeseed cake and meal[36]

菜籽饼粕类型
Types of rapeseed cake and meal
总硫苷
Total glucosinolate/
(μmol/g)
异硫氰酸酯
Isothiocyanate/
(mg/g)
噁唑烷硫酮
Erucin/(mg/g)
菜籽粕 Rapeseed meal 166 3.5(2.1~5.5) 9.2(5.2~14.9)
双低菜籽粕 Double low rapeseed meal 38 1.3(0.3~2.1) 2.4(0.3~4.5)
加拿大菜籽粕 Canadian canola meal 3.62
脱皮菜籽粕 Dehulled rapeseed meal 151 4.7 11.5
脱皮双低菜籽粕 Dehulled double low rapeseed meal 30 0.8(0.2~1.5) 1.6(0.3~3.7)
双低菜籽饼 Double low rapeseed cake 36 1.3(1.3~1.4) 3.5(3.2~3.8)
加拿大菜籽饼 Canadian canola meal 1.1
除总硫代葡萄糖苷(total glucosinolate, TGS)外,水解GLS时产生的SCN、腈和VOT是GLS含量的主要指标。摄入GLS对动物主要有害影响是适口性降低、生产性能下降[37]。饲料中丙磺酰谷氨酸和表丙磺酰谷氨酸含量在2.30~4.65 μmol/g影响适口性,而在较高水平时,采食量下降,腈类物质已知会影响肝肾功能,SCN干扰碘的有效性,而VOT则影响甲状腺形态和生理变化,导致肝脏、肾脏及甲状腺肥大,菜籽饼粕中GLS含量差异导致动物组织中GLS代谢产物水平不同,饲喂菜籽粕不影响胴体品质性状,但增加胴体和乳脂中不饱和脂肪酸(C22∶2和反式C18∶1)含量[37-40]。在对GLS敏感上,猪>兔子、家禽>反刍动物,幼年动物>成年、老年动物[21]。硫代葡萄糖苷对猪的生物学效应见表4
表4 硫代葡萄糖苷对猪的生物学效应

Table 4 Biological effects of glucosinolates on pigs[35]

饲料中的总硫苷含量
Total glucosinolate content in diets/(μmol/g)
对猪的影响
Impact on pigs
0.5 无不良影响
1.30~2.79 采食量减少和生长性能降低
7 严重生长抑制
9~10 诱导性肝脏、甲状腺肥大
10 诱发碘缺乏、甲状腺功能减退、骨和血清锌含量及碱性磷酸酶活性降低

3.2 单宁

单宁是复杂多酚化合物,分子质量在500~3 000 u,分为水解单宁和缩合单宁,缩合单宁表现出更稳定的结构,不易被水解,二者可结合蛋白质和其他有机物,从而降低饲料风味和营养价值[41]。油菜籽中70%~96%的单宁几乎不溶于水且主要存在于油菜籽壳中[21],可以推测其分散程度有限,导致其抗营养作用小于菜籽饼粕中的其他抗营养因子。

3.3 植酸

植酸(环己六醇磷酸酯)带有强烈负电荷,能与钙、镁、铁离子等阳离子螯合,从而影响动物对矿物质离子吸收[42]。植酸也能直接或间接地与某些蛋白质和淀粉结合,从而影响饲料营养物质吸收[43]。菜籽饼粕中,植酸含量为4%~8%,是肌醇和磷酸主要贮存形式[44]

3.4 芥子碱

菜籽饼粕中芥子碱含量为0.8%~3%,是一种酚酸酯类的苦味化合物,故而影响菜籽饼粕适口[45]。芥子碱还能使褐壳和白壳鸡蛋产生鱼腥味,原因在于蛋黄中含有肠道细菌降解芥子碱,并进一步作用于胆碱产生的三甲胺[46-47]。另外,芥子碱能与蛋白质和酶结合,降低蛋白质消化率。

4 菜籽饼粕脱毒方法

4.1 物理脱毒法

物理脱毒法主要有蒸汽爆破、挤压膨化、物理研磨、辐射脱毒、分级富集等,具有高效、环保的特点。贺永惠等[48]使用蒸汽爆破技术,在水料比为25%、蒸汽压强为2.0 MPa、维压时间为60 s时,TGS脱毒率最高,达86.98%。Kaczmarek等[49]采用挤压膨化工艺,使菜籽饼TGS含量降低了17%,但赖氨酸和蛋氨酸含量也下降了约4%。Kraljic等[50]在室温和零下温度下延长研磨时间,GLS的总量分别减少了34%和43%,但会增加单宁的含量。张宇等[51]通过将菜籽饼粕粉碎过筛、过氧化氢溶液处理和梯度辐照,使菜籽饼粕中抗营养物质降解脱除80%以上。Wockenfuss等[52]用空气分级和静电分离富集得到了脱脂菜籽榨饼中蛋白质。
物理脱毒法也能显著降低纤维含量,如脱除皮壳和种子分馏。有报道显示,加拿大菜籽粕脱皮后CF含量下降40%,ADF含量下降35%,NDF含量下降28%,CP含量增加7%;但对油菜籽粉碎行业实施去壳工艺发展具有障碍,其中最主要的影响是脱壳过程中油的损失,粕过细和油在饼中渗滤困难,另外脱出皮壳也会增加TGS含量。种子分馏处理旨在得到蛋白质含量大而纤维含量少的种子,可降低纤维含量[21]。气动分馏则可能是比种子分馏更高效的方法[24]
目前来看,物理脱毒法无法全面脱毒,并可能降低菜籽饼粕的营养价值,但它能显著降低NSP含量,可作为生物脱毒法或化学脱毒法的前处理,未来在如何降低成本、精准分离杂质和保存营养价值上仍需继续研究。

4.2 化学脱毒法

化学脱毒法主要有溶剂溶出、抗营养因子溶解分离、酸碱金属盐降解、双相萃取等。化学脱毒法具有脱毒效率高、耗时短的特点。彭胜等[53]用水体系3%硫酸、正交试验法得出的最佳工艺条件下,菜籽粕中单宁、植酸、GLS脱除率分别为68.21%、71.03%、72.46%。史兰[54]对菜籽粕有效成分提取分离,得到菜籽蛋白提取率49.69%的工艺路线,依次脱除了多酚、植酸和GLS。Schuring[55]对菜籽饼加热溶解、调节pH及温度和分级沉淀的方法得到了蛋白富集物。朱文优等[56]加入FeSO4·7H2O(2.5%)、CuSO4·5H2O (3.0%),调节菜籽粕水分含量为65.0%,送入手提式灭菌锅,在0.1 MPa下蒸煮60 min,其GLS脱毒率可达85.2%。此外还有多级渗滤技术等方法分离菜籽蛋白[57]。但是,化学脱毒法过程复杂,容易降低营养价值和适口性,并产生污染。尽管如此,其在工业生产上的潜力巨大,未来可通过改进工艺和化学试剂来改善其缺点。

4.3 生物脱毒法

生物脱毒法是目前研究较多的方法,主要有发酵、酶处理、酶菌联合发酵等方式,在降低抗营养因子含量的同时,还可降低NSP含量,具有适用范围广、环保等特点。Abdullah等[58]的研究表明,唾液乳杆菌固态发酵使菜籽粕的TGS和CF含量分别降低38%和16%。Shi等[59]分析黑曲霉发酵菜籽粕产物,发现菜籽粕NDF、GLS、ITC、噁唑烷硫酮、植酸的含量显著下降,降解率分别为13.47%、43.07%、55.64%、44.68%、86.09%。添加纤维素酶、果胶酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、半乳糖酶、甘露聚糖酶、淀粉酶等多种酶制剂[24]可促进NSP的降解。Tie等[60]开发了降低TGS含量、提高CP消化率的2阶段生物方法:第1阶段是黑曲霉固态发酵,第2阶段是协同酶解法发酵,结果显示,菜籽粕中GLS降解了48.26%,植酸降解了98.63%,CP和氨基酸含量增加,总体消化率升高。徐鑫[61]报道,混菌发酵效果优于单菌发酵,验证试验测得GLS、ITC和VOT降解率分别为67.26%、60.38%和53.24%,CP和小肽含量提高了2.74%和2.4%。周晓容等[62]应用短乳杆菌和短小芽孢杆菌固态发酵菜籽粕和麦麸混合物(7∶3),发现整体脱毒效果较好,NDF、ITC和噁唑烷硫酮的降解率分别达到5.21%、92.20%和100.00%。吴正可等[63]对菜籽粕嗜酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母混菌发酵进行工艺优化,发现GLS和CF含量分别降低48.78%和4.29%,采用纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母联合发酵菜籽粕,发现GLS、NDF降解率可达94.63%、24.17%。管维等[64]应用枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌4菌联合发酵菜籽粕,发现纤维素、植酸和单宁降解率分别达到36.59%、93.74%和14.75%。
从上述研究可以看出,生物脱毒法在降低抗营养因子含量方面具有优良效果,并可保留或提高菜籽饼粕的营养价值,但其降解NSP的能力有限。而在微生物发酵上,乳酸菌和芽孢杆菌应用较多。目前,生物脱毒法仍需要较长的处理时间且对微生物要求较高,急需通过工艺优化和微生物改良等方式提高效率和稳定性,尤其需要加大其降解NSP的能力。

4.4 脱毒产物的潜在价值

菜籽饼粕脱毒后产生的抗营养因子富集产物,也具备一定的潜在价值。菜籽饼粕的抗营养因子ITC抑制化学诱导的肿瘤发生,与低癌症发病率有关,其作为抗癌药物的潜在作用已被广泛应用于多种肿瘤细胞系的细胞毒性研究,并被用于开发新的抗癌药物[65]。Guo等[66]的研究表明,芥子碱可通过逆转纤维细胞生长因子受体4与纤维细胞生长因子受体亚基结合蛋白α结合激活外显子调节激酶1/2(FGFR4-FRS2α-ERK1/2 )的信号传导通路,从而介导增强阿霉素的作用,是极具前景的P-gp靶向癌症治疗药物。也有报道称,从脱脂菜籽粕中分离获得的低聚糖和肽提取物在MCF-7乳腺癌细胞系上显示出抗增殖活性[67]。在中医药领域,油菜籽具有活血化瘀、消肿散结、润肠通便、破气行血等功效,也揭示了抗营养因子的潜在价值,如中医药理论中的“散结消肿”就与抗肿瘤相联系[1]。综合这些报道,可以看出脱毒后的抗营养因子富集产物在医疗保健等高附加值领域可能具有广阔的应用前景,甚至可能降低生产成本,推动菜籽饼粕在饲料领域的应用。

5 菜籽饼粕在猪营养中的应用

在猪饲粮中,菜籽饼粕是极具潜力的植物性蛋白质饲料原料,但相较反刍动物和其他单胃动物,猪对GLS更为敏感,且菜籽饼粕NSP含量高,使其在猪饲粮中的应用受到限制。在表4中,可看到饲粮中TGS含量对猪的影响。猪在不同日龄和生理阶段,未经脱毒处理的菜籽饼粕使用比例应得到严格限制,尤其在仔猪阶段和妊娠阶段。表5中,粗略给出了不同情况下菜籽饼粕的推荐比例。与国内不同,Stein等[68]的研究中,给出了加拿大菜籽粕能100%替代豆粕的看法。
表5 不同情况下菜籽饼粕的使用

Table 5 Use of rapeseed meal under different conditions[24]%

猪日龄和生理组
Pig age and physiological group
菜籽饼粕在饲粮中的推荐比例
Recommended proportion of
rapeseed meal in daily feed
仔猪 Piglets 3~5
断奶仔猪 Weaned piglets 6~8
生长育肥猪 30~60 kg Growing-finishing pig 30 to 60 kg 12~15
生长育肥猪 61~110 kg Growing-finishing pig 61 to 110 kg 15~20
断奶后和妊娠早期母猪 Post-weaning and early pregnant sows 10~15
泌乳和妊娠晚期母猪 Lactating and late pregnant sows 5
Parr等[69]的研究表明,给断奶仔猪饲喂含24%加拿大菜籽粕的饲粮,对其生长性能无显著影响,且指出在20%~40%内,加拿大菜籽粕占比增加,平均日采食量(ADFI)降低,但是饲料转化率(FCR)与对照组没有显著差异。在Stein等[68]的报道中,高蛋白质和常规加拿大菜籽粕可在断奶仔猪饲粮中占比达到20%~25%,且不影响仔猪生产性能。这与Baidoo等[70]和Gill等[71]所得出的结论不同,研究结果显示,随着低硫苷菜籽粕或加拿大菜籽粕在饲粮占比在20%以上,断奶仔猪ADFI和平均日增重(ADG)都随之降低,FCR随之升高。这可能是由于油菜品种和加工工艺变迁所致,也可能与断奶仔猪器官、骨骼、血液等体成分变化有关[69]。而Hansen等[72]对近些年文献数据进行Meta分析,也表明双低菜籽粕或加拿大菜籽粕在饲粮中占比与断奶仔猪生长性能无显著关系,但ADFI显著降低,而在生长育肥猪中,ADFI和FCR则皆无显著影响。且Little等[73]的研究也表明,在添加结晶氨基酸基础下,高蛋白质加拿大菜籽粕和普通加拿大菜籽粕可完全替代生长育肥猪饲粮中的豆粕,并对生长性能和胴体品质无显著影响。Liu等[74]的研究则表明,高蛋白质加拿大菜籽粕和普通加拿大菜籽粕亦可完全替代妊娠母猪和哺乳母猪饲粮中全部豆粕,且母猪ADFI、妊娠和哺乳期体重与对照组相比无显著差异,每窝产仔猪数量和体重等生产指标也无显著差异,且仔猪在哺乳期的存活率显著增加。而近期国内乐科明[75]的研究表明,应用物理脱毒后的脱皮双低菜籽粕,生长育肥猪消化能和代谢能分别为15.17和14.96 MJ/kg,且氨基酸回肠消化率均在80%以上,然而其100%替代豆粕时,会显著降低生长育肥猪生长性能,随着脱皮双低菜籽粕添加比例增加,ADFI无显著变化,但FCR升高。这表明国内外菜籽品种、加工工艺可能存在很大差异。
不同类型菜籽饼粕由于抗营养因子含量不同,应尽量调整其使用比例,尤其应注意TGS含量,从表3可看出不同菜籽饼粕GLS含量差异极大。席鹏彬等[76]的报道中,某些阶段经脱皮后的脱毒饼和未脱毒饼推荐使用量可相差1倍。相比国外现阶段研究,国内菜籽饼粕在油菜籽品种、加工工艺和猪饲粮应用上的研究仍需要进一步发展。
目前,国内外关于菜籽饼粕脱毒产品在饲喂评价方面的最新研究主要集中在生物法处理的方向。王荷香等[77]的研究发现,黑曲霉发酵的菜籽粕能改善猪肉品质,显著提高育肥猪生长性能和对蛋白质的消化、吸收和利用,且8%替代比例效果较好。徐鑫[61]报道,生长阶段发酵菜籽饼替代30%豆粕和育肥阶段替代50%豆粕对猪的生长性能无不良影响,且改善了机体蛋白质、糖代谢,显著降低了猪肠道大肠杆菌数量,促进了机体生长发育。顾芳等[78]的研究发现,在低蛋白质饲粮基础上使用发酵菜籽粕替代50%豆粕,对60~110 kg阶段育肥猪生长性能和胴体性状无负面影响,可显著提高猪肉肌苷酸含量和感官评分,并具有改善猪肉脂肪酸组成的作用。Wlazło等[79]研究发现,枯草芽孢杆菌87Y发酵菜籽粕对仔猪血浆和粪便中矿物质含量、肠道微生物、蛋白质和脂质代谢参数具有有利影响。Buzek等[80]发现,菜籽粕饲粮中添加100 g/t植酸酶可以提高生长育肥猪饲料转化率,提高肉和骨中磷含量。经过生物法处理的菜籽饼粕可以产生对猪有利作用[77-80],但其增加替代豆粕比例方面仍需继续探索。

6 小结

菜籽饼粕作为我国第二大饲用蛋白质资源,产量大,氨基酸组成平衡,且富含含硫氨基酸,具备替代豆粕的潜力。但较多的抗营养因子、高纤维含量以及低赖氨酸含量,致使其在猪饲粮上的应用受到限制。尽管如此,国外加拿大菜籽粕在猪饲料领域,目前已有100%替代豆粕的报道。相比国外,我国大豆严重依赖进口,国内菜籽饼粕替代豆粕的研究急需完善,以解决豆粕的不足。未来可利用3种脱毒方法,尤其是配合物理、化学脱毒方法,对生物脱毒法进一步改进加工工艺,在纤维物质转化,菌种选择、处理时长、成本控制、抗营养因子去除与利用等方面加大研究力度,同时积极开展新产品的消化代谢试验和营养价值评定。通过脱毒工艺组合、产品营养价值评定,再结合饲粮配方设计形成菜籽饼粕有效利用新模式。
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